Brevet FR3014834A1 — publié le 20150619

La présente invention se rapporte principalement au domaine des forages en eaux profondes, notamment dans une zone à fort courant marin. Le forage pétrolier se développe « offshore » dans des champs situés à des profondeurs d'eau toujours plus importantes. Aujourd'hui, il n'est pas rare que 15 des projets d'exploration se situent dans des zones maritimes par 2.500 mètres ou 3.000 mètres de fond. Les conditions drastiques de sécurité et de protection de l'environnement dans lesquels ces forages doivent être réalisés imposent la mise en oeuvre de technologies novatrices, allant souvent bien au-delà de ce qui est communément envisageable. 20 Dans le cas général de forages pétroliers en eau profonde, un bateau ou une plateforme de forage, généralement à positionnement dynamique, est maintenu en position en surface très près de la verticale du puits par un ensemble de propulseurs (en anglais : « thrusters ») asservis à un système complexe de 25 références géodésique par satellites. Un conduit ombilical (en anglais : « riser »), constitué d'un ensemble de tubes en acier, de conduites, de câbles et de tuyauteries de commande, relie le navire de forage, bateau ou plateforme, à la tête de puits sous-marine positionnée sur le fond marin. Ce conduit ombilical est généralement suspendu sous le navire de forage et connecté à la 30 tête de puits par l'intermédiaire d'un bloc anti-éruptions (en anglais : « Blow Out Preventer » ou «BOP »). Pour des raisons opérationnelles et à l'aide de moyens techniques appropriés, il est possible de connecter et de déconnecter le conduit ombilical du BOP au moyen d'un équipage nominé « LMRP » (en anglais : « Lower Marine Riser Package »). Les déconnexions interviennent généralement lorsque les conditions de mer en surface, ou un incident technique, ne permettent plus au navire de forage de maintenir sa position. Une fois déconnecté au niveau du LMRP, le conduit ombilical pend librement dans l'eau sur toute sa longueur, suspendu sous le navire de forage. Bien que d'un diamètre généralement supérieur à 1,5 mètre, mais compte tenu de sa grande longueur, ce conduit est assez souple et se comporte dans l'eau comme un flexible déformable. Généralement, une déconnexion est suivie d'une dérive, volontaire ou non, du navire de forage. Dans ce cas, le conduit produit une traînée telle que le déplacement horizontal de son point inférieur peut être de plusieurs centaines de mètres par rapport à la verticale du navire. Ce phénomène peut être accentué significativement par un courant marin, pouvant quelques fois atteindre 3 m/s, à certains endroits ; le déport peut être de plusieurs centaines de mètres et l'angle formé par le conduit ombilical avec le navire de forage peut alors excéder des limites mécaniquement tolérables. Lorsque les conditions redeviennent favorables, il est alors très difficile de venir reconnecter le conduit ombilical sur la tête de puits. L'invention a notamment pour but de proposer un dispositif pouvant permettre de : - Limiter le déplacement horizontal de la partie basse du conduit ombilical ; - Réduire le ventre formé par le conduit ombilical sous l'effet d'un courant lorsqu'il est connecté à une tête de puits ; - faciliter la connexion ou la reconnexion d'un conduit ombilical sur une tête de puits, notamment en eau profonde, notamment en présence d'un fort courant marin. Selon l'invention, un tel dispositif pour positionner un conduit ombilical de forage en eau, notamment pour un forage pétrolier en eau profonde, est caractérisé en ce qu'il comprend au moins un propulseur immersible et prévu pour pouvoir exercer, sur ledit conduit ombilical, une force sensiblement transversale audit conduit ombilical et des moyens pour fixer ledit propulseur audit conduit ombilical. Le dispositif peut comprendre au moins trois propulseurs, de préférence six à huit propulseurs, répartis, de préférence régulièrement, autour d'un axe principal destiné à être sensiblement confondu localement avec un axe longitudinal du conduit ombilical. De préférence, la force de chaque propulseur est exercée sensiblement en direction de l'axe principal. Avantageusement, chaque propulseur est un propulseur hydraulique, alimenté en fluide, de préférence en eau, sous pression depuis un navire en surface. Les navires de forage disposent de puissantes pompes, à même de fournir la puissance hydraulique nécessaire. Le propulseur peut être une tuyère pour éjecter ladite eau, ou un moteur à hélice. De préférence, le dispositif comprend une première vanne qui comporte deux voies et connectée à une conduite auxiliaire de forage portée par le conduit ombilical, cette première vanne étant montée de sorte que dans une première position, la conduite est utilisée pour le forage, et, dans une deuxième position, ladite conduite est utilisée pour amener de l'eau nécessaire au fonctionnement d'au moins un propulseur. De même, le dispositif peut comprendre au moins 25 une vanne, éventuellement la même, pour alimenter au moins un propulseur, ou pas, parmi les propulseurs. Un système pour positionner un conduit ombilical peut comprendre un ou plusieurs dispositifs selon l'invention, un tel dispositif pouvant être disposé à _4 proximité d'une extrémité distale et/ou sur une partie courante, c'est à dire entre l'extrémité distale et la surface, du conduit ombilical. Plusieurs modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en élévation, illustrant un conduit ombilical, équipé de deux dispositifs de positionnement selon l'invention, et connecté à une tête de puits de forage ; la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1, dans laquelle le conduit ombilical a été déconnecté de la tête de puits ; la figure 3 est une vue similaire à celles des figures 1 et 2, dans laquelle le conduit ombilical est connecté à la tête de puits et un des dispositifs de positionnement selon l'invention est utilisé pour compenser les efforts dus à un courant marin ; la figure 4 est une vue similaire à celles des figures 1 à 3, dans laquelle le conduit ombilical, déconnecté, est en cours de reconnexion à l'aide de l'autre dispositif de positionnement ; la figure 5 est une vue schématique en élévation d'un premier mode de réalisation pour un dispositif de positionnement selon l'invention ; - la figure 6 est une vue de dessus du dispositif de la figure 4 ; et, la figure 7 est une vue schématique, en coupe et en élévation, d'un deuxième mode de réalisation pour un dispositif de positionnement selon l'invention. La figure 1 illustre un conduit ombilical 1 connecté, d'une part à une tête de puits 2 d'un forage pétrolier, d'autre part à un navire de forage 3. Le conduit 1 est essentiellement représenté aux figures 1 à 4 par un axe longitudinal X1 ; seule une partie courante lA et une extrémité basse 1B du conduit 1 y sont spécifiquement illustrées. La tête de puits 2 est disposée à proximité immédiate d'un fond marin 4 ; elle est équipée d'un Bloc Obturateur de Puits ou BOP 6 (ou encore bloc anti-éruptions ou « Blow Out Preventer » en Anglais). L'extrémité basse 1B du conduit 1 et sa partie lA comprennent chacune un dispositif de positionnement, ou positionneur 9, selon l'invention. Le courant marin subit par le conduit 1 est illustré par des flèches C, allant de gauche à droite sur les figures 1 à 7, dont la longueur de chaque flèche est proportionnelle à la force de ce courant à l'endroit de cette flèche C. Comme particulièrement illustré à la figure 5, le conduit 1 comprend, sur toute sa longueur, plusieurs conduites auxiliaires 11, utilisées lors des opérations de forage. Ces conduites 11 sont généralement au moins au nombre de trois, connues sous leurs noms anglais respectifs : - « kill line », en anglais ; - « choke line », en anglais ; et, - « booster line », en anglais. Ces conduites sont utilisées en condition de forage pour assurer la circulation de fluides de forage entre le navire de forage 3 et le BOP 6, en particulier pour contrôler et prévenir les éruptions. Ces conduites sont généralement d'un diamètre minimum de 115 mm et conçues pour résister à des pressions de l'ordre de 700 Bar. Lorsque le conduit 1 est déconnecté, comme illustré aux figures 2 et 4, le processus de forage est interrompu. Le puits est alors mis en sécurité et obstrué. Les conduites auxiliaires deviennent inutiles au contrôle du puits. Les figures 5 et 6 illustrent un premier mode de réalisation pour un positionneur 9 selon l'invention. Dans cet exemple, le conduit comprend un tube-guide central 12 sensiblement cylindrique autour de l'axe longitudinal Xl, servant de guide aux tubes de forage, et six conduites auxiliaires 11, régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal X1 et fixées au tube-guide 12. - 6 - Le positionneur 9 comprend une plateforme annulaire 13 fixée au tube-guide 12, coaxialement avec celui-ci, de sorte que la plateforme s'étend transversalement à l'axe longitudinal Xl. Six propulseurs 14 sont disposés et fixés sur la plateforme 13, régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal Xl. Dans l'exemple illustré aux figures 5 et 6, chaque propulseur 14 est une tuyère, branchée en amont à une conduite auxiliaire 11 respective. Cette tuyère 14 est prévue pour éjecter de l'eau 16 en aval de la tuyère, selon une direction D14 respective, transversale, sécante à l'axe longitudinal X1 et s'en éloignant. Cette eau est directement fournie sous pression depuis le navire 3 par la conduite 11 respective. L'éjection de l'eau par la tuyère 14 produit une force de réaction F, propre à déplacer le positionneur 9, en entrainant le conduit 1, selon une direction opposée à la direction D14. Chaque propulseur 14 comprend en outre une vanne, non représentée, qui permet d'alimenter, ou pas, le propulseur 14 en eau depuis la conduite respective 11. La vanne peut permettre de régler le débit en fonction de l'intensité de la force F que l'on souhaite exercer, ou le débit être réglé par une pompe équipant le navire et qui alimente la conduite 11. Avantageusement, pour une plus grande précision, au moins deux les propulseurs 14 peuvent être actionnés simultanément. Les vannes du positionneur 9 sont pilotées depuis la surface par l'intermédiaire d'un faisceau de commande porté par le conduit 1, ou par l'intermédiaire d'un distributeur hydraulique multiple commandé depuis la surface ; ce pilotage permet de commander la puissance nécessaire du ou des propulseurs 14 utiles pour exercer la force réactive F. La figure 7 illustre un deuxième mode de réalisation pour un propulseur 14, que nous décrirons en ce qu'il diffère du premier mode de réalisation, précédemment décrit en référence aux figures 5 et 6. Dans cet exemple, le propulseur comprend un moteur hydraulique 17 entrainant une hélice 18. Le moteur 17 est mis en mouvement par l'eau sous pression fournie par une conduite auxiliaire respective 11. L'hélice propulse de l'eau prélevée dans le milieu environnant selon la direction D14, produisant une force de réaction F, propre à déplacer le positionneur 9, en entrainant le conduit, selon une direction opposée à la direction D14. Deux modes d'utilisation d'un positionneur 9 selon l'invention sont illustrés notamment aux figures 3 et 4. A la figure 1, le conduit ombilical 1 est représenté en connecté à la fois au navire 3 et à la tête de puits 2, le navire 3 étant sensiblement à la verticale V de la tête de puits. Sous l'effet du courant marin C, le conduit 1, bien que maintenu sous tension, forme un ventre WW par rapport à la verticale V. Cette déformation peut être dommageable, notamment car elle exerce des contraintes au niveau des fixations à la tête de puits 2 et au navire 3, pouvant notamment endommager ou entrainer une rupture du conduit 1. La préservation du conduit 1 et de ses fixations nécessitant alors, dans les conditions de l'art antérieur, la déconnexion du conduit. Ces déconnexions entrainent des temps morts, non productifs, qui diminuent notablement la rentabilité du forage. Comme illustré à la figure 3, le positionneur 9 fixé à la partie courante lA du conduit ombilical 1, à proximité de là où le ventre WE est le plus important, permet de réduire notablement cette déformation. En permettant ainsi au conduit de mieux résister à de forts courants, on diminue ainsi les temps morts. A la figure 3, le conduit ombilical 1 est représenté en connecté à la fois au navire 3 et à la tête de puits 2. En effet, lorsque les conditions d'exploitation, les conditions météo ou océaniques l'imposent, il est quelques-fois nécessaire de déconnecter le conduit ombilical d'avec la tête de puits 2. Lorsque les conditions le permettent de nouveau, on fixe de nouveau le conduit 1 à la tête de puits, pour en reprendre l'exploitation. Dans l'art antérieur, le navire se déplace de façon à rapprocher l'extrémité 1B du conduit de la tête 2, l'opération étant finalisée par un ROV (Remote Operated Vehicule, en Anglais), c'est-à-dire un véhicule commandé à distance. Cependant, une telle opération est difficile, voire impossible, pour un forage en eau profonde, c'est-à-dire où l'extrémité 1B est très éloignée du navire 3 qui est sensé la positionner, et dans des conditions de fort courant marin C, un ROV ayant une puissance très limitée. Le positionneur 9, fixé à l'extrémité basse 1B du conduit 1, permet, en exerçant une force réactive F directement appliquée à l'extrémité 1B, de contrer la force du courant C. L'opération de reconnexion en est facilitée et accélérée. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. Ainsi, il est possible de disposer plusieurs positionneurs le long du conduit ombilical, dont, de préférence, au moins un à son extrémité basse, notamment pour aider à le reconnecter à la tête de puits. La présence d'un positionneur intermédiaire, entre l'extrémité haute et l'extrémité basse du conduit est particulièrement avantageuse, puisqu'elle permet de réduire un ventre qui se forme. REVENDICATIONS1. Dispositif (9) pour positionner un conduit ombilical (1) de forage en eau, notamment pour un forage pétrolier en eau profonde, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un propulseur (14) immersible et prévu pour pouvoir exercer, sur ledit conduit ombilical, une force (F) sensiblement transversale audit conduit ombilical et des moyens (13) pour fixer ledit propulseur audit conduit ombilical. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois propulseurs, de préférence six à huit propulseurs, répartis, de préférence régulièrement, autour d'un axe principal destiné à être sensiblement confondu localement avec un axe longitudinal (X1) du conduit ombilical. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la force de chaque propulseur est exercée sensiblement en direction de l'axe principal. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que chaque propulseur est un propulseur hydraulique, alimenté en fluide, de préférence en eau, sous pression depuis un navire en surface. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le fluide est de l'eau, et en ce que le propulseur est une tuyère pour éjecter ladite eau. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le propulseur est un moteur à hélice. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une première vanne qui comporte deux voies et connectée à une conduite auxiliaire (11) de forage portée par le conduit ombilical (1), ladite première vanne étant montée de sorte que dans une première position,-10- ladite conduite (11) est utilisée pour ledit forage, et, dans une deuxième position, ladite conduite est utilisée pour amener de l'eau nécessaire au fonctionnement d'au moins un propulseur. 8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une vanne pour alimenter au moins un propulseur, ou pas, parmi les propulseurs. 9. Système (9,9) pour positionner un conduit ombilical, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, disposé à proximité d'une extrémité distale (1B) dudit conduit ombilical (1). 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, disposé sur une partie courante (1A) du conduit ombilical (1).