Brevet FR3050482A1 — publié le 20171027

La présente invention concerne le domaine des colonnes montantes en mer, notamment pour la production d'un effluent pétrolier, le conditionnement (de l'anglais « completion ») ou le reconditionnement (de l'anglais « work-over ») d'un puits. En particulier, l'invention concerne un connecteur de colonne montante. Une colonne montante (ou « riser ») est constituée par un ensemble d'éléments tubulaires de longueur comprise entre 9 et 22 m (30 et 70 feet), assemblés par des connecteurs. Les éléments tubulaires sont généralement constitués d'un tube muni de connecteurs à chaque extrémité. Les éléments tubulaires sont assemblés par ces connecteurs sur le lieu de conditionnement ou de reconditionnement, à partir d'un support flottant. La colonne descend dans la tranche d'eau au fur et à mesure de l'assemblage des éléments tubulaires, jusqu'à atteindre la tête de puits située sur le fond marin. Un système de liaison fond/surface (colonne montante) de « complétion » est utilisé pour installer dans le puits la colonne de production et la suspension des tubages au travers d'une colonne montante de forage et du BOP. Un système de liaison fond/surface (colonne montante) pour le reconditionnement (« workover ») est généralement utilisé à la place d'une colonne montante de forage pour intervenir sur le puits au travers des têtes de puits sous-marines, et peut également être utilisé pour l'installation des têtes de puits sous-marines. Dans l'optique d'exploiter des puits à des profondeurs d'eau pouvant atteindre 3500 m ou plus, le poids de la colonne montante devient très pénalisant. Par ailleurs, la nécessité de diminuer le temps d'assemblage des colonnes montantes est d'autant plus critique que la profondeur d'eau, et donc la longueur de la colonne, sont importantes. Une autre problématique des connecteurs de colonne montante concerne l'inspection et la maintenance des moyens de verrouillage. En effet, en général, les moyens de verrouillage utilisés ne sont pas entièrement démontables. Il n'est donc pas possible d'inspecter l'ensemble des moyens de verrouillage, en particulier dans le cas d'une bague de verrouillage. Un premier type de solution a été développé pour les connecteurs de colonne montante, il s'agit des connecteurs à connexion vissée. Pour réaliser de telles connexions, on peut utiliser la méthode de l' « upset pipe », qui consiste à générer une surépaisseur des extrémités des tubes par forgeage à chaud. Cette surépaisseur peut atteindre deux fois l'épaisseur de la partie courante. Ce type de connexion nécessite un outillage particulier pour sa mise en oeuvre, et le nombre de connexions/déconnexions est limité, car la connexion est 3050482 2 précontrainte au moyen d'un couple de serrage important, ce qui peut générer un endommagement du filetage par les pressions de contact élevées au niveau des filets. Un deuxième type de solution a été développé pour les connecteurs de colonne montante, il s'agit des connexions avec manchon précontraint. Ce type de connecteur nécessite un 5 outillage particulier pour l'assemblage. La demande de brevet US 2014/0232109 décrit une autre conception de connecteur de colonne montante. Le connecteur décrit dans cette demande de brevet comporte des segments de verrouillage mobiles en rotation autour d'un pivot, et dont des dentures internes coopèrent avec des rainures périphériques réalisées dans les tubes à assembler. Cette 10 connexion nécessite également un outillage spécifique pour l'assemblage des tronçons de colonne montante. Une autre solution a été envisagée, il s'agit des connexions à baïonnette. Parmi les connecteurs à baïonnette, on connaît de la demande de brevet US 7883293 un connecteur de colonne montante à baïonnette, qui comprend un élément femelle et un 15 élément mâle qui s'engagent l'un dans l'autre. Le connecteur décrit dans cette demande de brevet n'est pas entièrement démontable (en particulier la partie femelle), ce qui limite la maintenance et l'inspection du connecteur. De plus, pour ce connecteur, l'étanchéité est une étanchéité métal-métal qui est réalisée sur des portées coniques, bien que le connecteur ne soit pas précontraint. 20 De plus, on connaît de la demande de brevet US 2004/0207202 un connecteur de colonne montante à baïonnette, qui comprend deux éléments connecteurs, un manchon de guidage et d'étanchéité, et une bague de verrouillage. Le connecteur décrit dans cette demande de brevet utilise un pion en tant que moyen de retenue, le pion étant situé au centre de la bague de verrouillage, et s'engage dans le manchon d'étanchéité. Ces moyens de retenue ne 25 permettent pas un guidage des moyens de connexion lors de la connexion. De plus, ces moyens de retenue nécessitent un positionnement relatif précis des éléments constituant le connecteur. De plus, les moyens de blocage de la bague de verrouillage sont complexes : il faut que les orifices pour le passage du pion soient parfaitement alignés, ce qui implique des contraintes de fabrication et de montage. Un autre inconvénient de cette solution, est qu'elle 30 peut utiliser également une surépaisseur du tronçon de colonne montante, ce qui nécessite une fabrication complexe des tronçons de colonne montante. En outre, on connaît de la demande de brevet FR 2866942 (US 7341281) un connecteur de colonne montante à baïonnette comprenant un élément mâle, un élément femelle, une bague de verrouillage et des moyens de blocage de la bague de verrouillage. 3050482 3 Le connecteur décrit dans cette demande de brevet n'est pas entièrement démontable, ce qui limite la maintenance et l'inspection du connecteur. Pour pallier ces inconvénients, la présente invention concerne un connecteur pour assembler deux tronçons de colonne montante, le connecteur comportant deux tronçons de 5 colonne montante assemblés par une bague de verrouillage au moyen de deux connexions à baïonnette. Ainsi, la bague de verrouillage est entièrement démontable, et donc inspectable. De plus, le connecteur comporte des moyens de retenue de la bague de verrouillage par rapport aux éléments connecteur, de préférence de part et d'autre de la bague de verrouillage. Ainsi, il est possible de réaliser les fonctions de maintien et de 10 guidage lors de la connexion, tout en conservant un assemblage simple et rapide du connecteur, ne nécessitant pas d'outillage particulier. Le dispositif selon l'invention L'invention concerne un connecteur pour assembler deux tronçons de colonne montante, comportant un premier tronçon de colonne prolongé par un premier élément connecteur 15 pourvu d'une première série de tenons sur sa surface extérieure, un deuxième élément de tronçon de colonne prolongé par un deuxième élément connecteur pourvu d'une deuxième série de tenons sur sa surface extérieure, une bague de verrouillage assemblant lesdits deux éléments connecteurs, ladite bague de verrouillage comprenant une troisième et une quatrième séries de tenons sur sa surface intérieure aptes à coopérer respectivement avec 20 lesdites première et deuxième séries de tenons. Ledit connecteur comporte en outre des moyens de retenue de ladite bague de verrouillage par rapport auxdits éléments connecteur, lesdits moyens de retenue étant au moins partiellement démontables. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de retenue sont situés aux deux extrémités de ladite bague de verrouillage. 25 Selon une mise en oeuvre, ledit connecteur comporte en outre un manchon d'étanchéité, ledit manchon d'étanchéité étant emmanché dans lesdits deux éléments connecteurs, de préférence en étant fixé dans un desdits premier ou deuxième éléments connecteurs. Conformément à une conception, lesdits moyens de retenue de ladite bague de verrouillage comprennent des moyens de maintien de ladite bague de verrouillage à une première 30 extrémité de ladite bague de verrouillage, et des moyens de guidage de ladite bague de verrouillage à la deuxième extrémité de ladite bague de verrouillage. Avantageusement, lesdits moyens de maintien de ladite bague de verrouillage comportent au moins une saillie pénétrant dans une rainure de ladite bague de verrouillage. 3050482 4 De préférence, lesdits moyens de guidage de ladite bague de verrouillage comportent au moins une surface cylindrique. Selon une variante de réalisation, chaque moyen de retenue est formé par deux demi-anneaux fixés ensemble. 5 De manière avantageuse, chaque demi-anneau est monté dans une gorge formée dans l'un desdits éléments connecteurs. Alternativement, chaque élément connecteur comporte un moyen de retenue. De manière avantageuse, un moyen de retenue comporte au moins un pion démontable. Conformément à un mode de réalisation, les tenons desdites première et deuxième séries 10 de tenons sont en saillie sur des plages angulaires identiques. Selon une caractéristique, chaque série de tenons comporte au moins une rangée de tenons, et de préférence deux rangées de tenons. Avantageusement, lesdits tenons de rangées de tenons consécutives d'une même série de tenons sont alignées. 15 Selon une mise en oeuvre, lesdites rangées de tenons d'au moins une série de tenons sont inscrites dans des diamètres identiques. Selon une conception, les rangées de tenons de chaque série de tenons comportent au moins trois, de préférence quatre tenons. Selon une caractéristique, chaque série de tenons comporte au moins deux rangées de 20 quatre tenons. De manière avantageuse, ledit premier élément connecteur comporte, en son extrémité, au moins un créneau s'engageant dans un creux dudit deuxième élément connecteur. Conformément à un mode de réalisation, un premier jeu axial est prévu entre ladite première série de tenons et ladite troisième série de tenons, et un deuxième jeu axial est prévu entre 25 ladite deuxième série de tenons et ladite quatrième série de tenons. De préférence, lesdits premier et deuxième jeux sont compris entre 0,5 et 30 mm. De plus, l'invention concerne une colonne montante comprenant au moins deux tronçons de colonne montante assemblés par un connecteur selon l'une des caractéristiques précédentes. 30 En outre, l'invention concerne un procédé d'assemblage de deux tronçons de colonne montante au moyen d'un connecteur selon l'une des caractéristiques précédentes. Pour ce procédé, on réalise les étapes suivantes : a) on met en position ladite bague de verrouillage autour dudit premier élément connecteur ; 3050482 5 b) on monte le premier moyen de retenue pour maintenir ladite bague de verrouillage par rapport audit premier élément connecteur ; c) on dispose bout à bout le premier et le deuxième élément connecteur en mettant en position ladite bague de verrouillage autour dudit deuxième élément connecteur pourvu 5 d'un deuxième moyen de retenue, de sorte que le deuxième moyen de retenue coopère avec ladite bague de verrouillage ; et d) on verrouille ladite bague de verrouillage par rotation. Avantageusement, les étapes de mise en position sont mises en oeuvre par translation relative de ladite bague de verrouillage par rapport auxdits éléments connecteurs. 10 L'invention concerne également un procédé de désassemblage de deux tronçons de colonne montante au moyen d'un connecteur selon l'une des caractéristiques précédentes. Pour ce procédé, on réalise les étapes suivantes : a) on déverrouille ladite bague de verrouillage par rotation ; b) on libère ledit deuxième élément connecteur de ladite bague de verrouillage ; 15 c) on démonte ledit premier moyen de retenue ; et d) on libère ledit premier élément connecteur de ladite bague de verrouillage. Avantageusement, les étapes de libération sont mises en oeuvre par translation relative sur des éléments connecteurs par rapport à ladite bague de verrouillage. Présentation succincte des figures 20 D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après. La figure 1 schématise une colonne montante selon l'invention. La figure 2 illustre un connecteur avant assemblage selon un premier mode de réalisation de 25 l'invention. La figure 3 est une vue en coupe d'un connecteur assemblé selon un premier mode de réalisation de l'invention. Les figures 4 et 5 illustrent deux éléments connecteurs selon un premier mode de réalisation de l'invention. 30 La figure 6 illustre une bague de verrouillage selon un premier mode de réalisation de l'invention. 3050482 6 Les figures 7a à 7d illustrent quatre étapes du procédé d'assemblage d'un connecteur selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 8 illustre un connecteur assemblé selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. 5 La figure 9 illustre un connecteur avant assemblage selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de l'invention Selon un exemple de réalisation non limitatif, la figure 1 schématise une colonne montante 1 de workover (reconditionnement) installée en mer. La colonne montante 1 prolonge le puits 10 P jusqu'à un réservoir G et s'étend depuis la tête de puits 2 jusqu'à un support flottant 3, par exemple une plateforme ou un bateau. Selon l'exemple illustré, la tête de puits 2 peut être munie d'obturateur couramment nommé "B.O.P." ou "Blow Out Preventer". Alternativement, l'obturateur B.O.P. peut être situé au niveau du support flottant. La colonne montante 1 est constituée par l'assemblage de plusieurs tronçons 4 assemblés bout à bout par des 15 connecteurs 5. Chaque tronçon est composé d'un élément tubulaire 6. Le connecteur selon l'invention est adapté à une colonne montante de reconditionnement, par exemple telle que décrite en relation avec la figure 1, mais le connecteur selon l'invention peut également être adapté à une colonne montante de conditionnement (de l'anglais completion »), ou de production. Selon l'invention, le connecteur comprend : 20 un premier tronçon de colonne montante, de forme sensiblement tubulaire, prolongé par un premier élément connecteur, le premier élément connecteur est pourvu d'une première série de tenons sur sa surface extérieure, le premier élément connecteur peut avoir de préférence un diamètre interne sensiblement identique au diamètre interne du premier tronçon de colonne montante, 25 un deuxième tronçon de colonne montante, de forme sensiblement tubulaire, prolongé par un deuxième élément connecteur, le deuxième élément connecteur est pourvu d'une deuxième série de tenons sur sa surface extérieure, le deuxième élément connecteur peut avoir de préférence un diamètre interne sensiblement identique au diamètre interne du deuxième tronçon de colonne montante, 30 une bague de verrouillage, située à l'extérieur des premier et deuxième éléments connecteurs, la bague de verrouillage assemblant les deux éléments connecteurs, la bague de verrouillage comprenant, sur sa face intérieure, une troisième série et une REVENDICATIONS1) Connecteur pour assembler deux tronçons (4) de colonne montante (1), comportant un premier tronçon (4) de colonne prolongé par un premier élément connecteur (7) pourvu d'une première série de tenons (14) sur sa surface extérieure, un deuxième élément de tronçon (4) de colonne prolongé par un deuxième élément connecteur (8) pourvu d'une deuxième série de tenons (13) sur sa surface extérieure, une bague de verrouillage (9) assemblant lesdits deux éléments connecteurs (7, 8), ladite bague de verrouillage (9) comprenant une troisième (19) et une quatrième (20) séries de tenons sur sa surface intérieure aptes à coopérer respectivement avec lesdites première (14) et deuxième (13) séries de tenons, caractérisé en ce que ledit connecteur (5) comporte en outre des moyens de retenue (10, 11) de ladite bague de verrouillage (9) par rapport auxdits éléments connecteur (7, 8), lesdits moyens de retenue (10, 11) étant au moins partiellement démontables. 2) Connecteur selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de retenue (10, 11) sont situés aux deux extrémités de ladite bague de verrouillage (9). 3) Connecteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit connecteur comporte en outre un manchon d'étanchéité (15), ledit manchon d'étanchéité (15) étant emmanché dans lesdits deux éléments connecteurs (7, 8), de préférence en étant fixé dans un desdits premier (7) ou deuxième (8) éléments connecteurs. 4) Connecteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de retenue de ladite bague de verrouillage (9) comprennent des moyens de maintien (10) de ladite bague de verrouillage (9) à une première extrémité de ladite bague de verrouillage (9), et des moyens de guidage (11) de ladite bague de verrouillage (9) à la deuxième extrémité de ladite bague de verrouillage (9). 5) Connecteur selon la revendication 4, dans lequel lesdits moyens de maintien (10) de ladite bague de verrouillage (9) comportent au moins une saillie pénétrant dans une rainure de ladite bague de verrouillage (9). 6) Connecteur selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel lesdits moyens de guidage (11) de ladite bague de verrouillage (9) comportent au moins une surface cylindrique. 3050482 24 7) Connecteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque moyen de retenue (10, 11) est formé par deux demi-anneaux fixés ensemble. 8) Connecteur selon la revendication 7, dans lequel, chaque demi-anneau est monté dans une gorge (16, 18) formée dans l'un desdits éléments connecteurs (7, 8). 5 9) Connecteur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel chaque élément connecteur (7, 8) comporte un moyen de retenue (10, 11). 10) Connecteur selon la revendication 6, dans lequel un moyen de retenue (10) comporte au moins un pion démontable (22). 11) Connecteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les tenons desdites 10 première (14) et deuxième (13) séries de tenons sont en saillie sur des plages angulaires identiques. 12) Connecteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque série de tenons comporte au moins une rangée de tenons, et de préférence deux rangées de tenons. 15 13) Connecteur selon la revendication 12, dans lequel lesdits tenons de rangées de tenons consécutives d'une même série de tenons sont alignées. 14) Connecteur selon l'une des revendications 12 ou 13, dans lequel lesdites rangées de tenons d'au moins une série de tenons sont inscrites dans des diamètres identiques. 15) Connecteur selon l'une des revendications 12 à 14, dans lequel les rangées de tenons 20 de chaque série de tenons comportent au moins trois, de préférence quatre tenons. 16) Connecteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque série de tenons comporte au moins deux rangées de quatre tenons. 17) Connecteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit premier élément connecteur (7) comporte, en son extrémité, au moins un créneau (17) 25 s'engageant dans un creux (13) dudit deuxième élément connecteur (8). 3050482 25 18) Connecteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un premier jeu axial est prévu entre ladite première série de tenons (14) et ladite troisième série de tenons (19), et un deuxième jeu axial est prévu entre ladite deuxième série (12) de tenons et ladite quatrième série de tenons (20). 5 19) Connecteur selon la revendication 18, dans lequel lesdits premier et deuxième jeux sont compris entre 0,5 et 30 mm. 20) Colonne montante (1) comprenant au moins deux tronçons (4) de colonne montante assemblés par un connecteur (5) selon l'une des revendications précédentes. 21) Procédé d'assemblage de deux tronçons (4) de colonne montante au moyen d'un 10 connecteur (5) selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce qu'on réalise les étapes suivantes : a) on met en position ladite bague de verrouillage (9) autour dudit premier élément connecteur (7) ; b) on monte le premier moyen de retenue (10) pour maintenir ladite bague de 15 verrouillage (9) par rapport audit premier élément connecteur ; c) on dispose bout à bout le premier et le deuxième élément connecteur en mettant en position ladite bague de verrouillage (9) autour dudit deuxième élément connecteur (8) pourvu d'un deuxième moyen de retenue (11), de sorte que le deuxième moyen de retenue (11) coopère avec ladite bague de verrouillage (9) ; et 20 d) on verrouille ladite bague de verrouillage (9) par rotation. 22) Procédé selon la revendication 21, dans lequel les étapes de mise en position sont mises en oeuvre par translation relative de ladite bague de verrouillage (9) par rapport auxdits éléments connecteurs (7, 8). 23) Procédé de désassemblage de deux tronçons de colonne montante au moyen d'un 25 connecteur (5) selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce qu'on réalise les étapes suivantes : a) on déverrouille ladite bague de verrouillage (9) par rotation ; b) on libère ledit deuxième élément connecteur (8) de ladite bague de verrouillage (9) ; c) on démonte ledit premier moyen de retenue (10) ; et 30 d) on libère ledit premier élément connecteur (7) de ladite bague de verrouillage (9). 3050482 26 24) Procédé selon la revendication 23, dans lequel les étapes de libération sont mises en oeuvre par translation relative sur des éléments connecteurs (7, 8) par rapport à ladite bague de verrouillage (9).