CA1252386A

CA1252386A - Engin de pose, d'activation et de connexion des modules d'une station de production petroliere sous- marine

Info

Publication number: CA1252386A
Application number: CA000468250A
Authority: CA
Inventors: Yvon Castel; Michel Iato
Original assignee: Societe National Elf Aquitaine
Current assignee: Societe National Elf Aquitaine
Priority date: 1983-11-21
Filing date: 1984-11-20
Publication date: 1989-04-11
Also published as: IT1177281B; US4643616A; JPH0432918B2; JPS60192085A; FR2555248A1; SU1378787A3; GB2152556A; FR2555248B1; IN169252B; GB2152556B; NO844621L; GB8429026D0; IT8423682A0; IT8423682A1; NO166890C; NO166890B

Abstract

La présente invention concerne la production pétrolière à grande profondeur. La présente divulgation décrit un engin de pose comprenant un châssis surmonté d'un mât central orientable et muni à son extrémité d'un moyen de liaison avec un train de tiges et portant une flèche articulée télescopique munie à son extrémité d'un connecteur, ledit châssis portant sur le dessous un connecteur susceptible de verrouiller un mandrin fixe ou celui d'un module à poser et muni de moyens de guidage pour la descente de l'engin et pour le positionnement par rapport au module à poser, un multiconnecteur pour la liaison électro-hydraulique avec un réceptacle de multiconnecteur porté par le module, des câbles et conduits ombilicaux électriques et hydrauliques de transmission de commande et d'énergie au multiconnecteur et au connecteur et des moyens de visualisation. L'engin permet de manipuler et d'actionner des unités de production, de contrôle et de commande d'une station de conception modulaire.

Description

La pr~sente invention se rapporte ~ un engin de pose, d'activation et de connexion des modules fonctionnels d'une station de production p~trolière sous-marine à grande profondeur.
De telles st~tions doivent être mises en place, entretenues et contrôl~es sans ;ntervention directe au moyen de systèmes automatiques de commande à distance.
Selon le brevet 2 371 552 au nom de la déposante, une telle station sous-marine comporte un châss;s de base posé au fond de la mer sur lequel sont fixés de façon démontable plus;eurs ensembles unitaires récupérables, afin lû de permettre leur entret;en et leur révision.
Le châssis de base est pourvu de plusieurs emplacements pour recevoir des ensembles modulaires et est également agencé pour recevoir des structures latérales qui sont reliées au châssis pour assurer la protection des ensem-bles modulaires et des canalisations de fluide portées par ceux-ci.
De façon plus précise, les emplacements reçoivent par l'intermédiaire d'un socle de guidage pourvu des quatre colonnes-guides, des blocs de produc-tion sous forme modulaire~ par exemple un module double qui comporte, empi-lé sur des colonnes-guides du socle un équipement pour un ensemble de tête de puits compos~ d'un bloc de sécurit~, au dessus duquel est plac~ un bloc de production portant des équipements de commande automatique et ~ dis-tance logés sous forme de conteneurs dans des logements ménagés sur la face sup~rieure du carter recouvrant ledit bloc de production.
Les manoeuvres de pose et la connexion sont assistées par un robot porté
et roulant sur des rails de structures latérales du ch~ssis.
Selon une conception plus élabor~e faisant l'objet d'une demande de bre-vet déposée ce jour par la déposante, on a séparé de facon rigoureuse les équipements de tête de pu;ts et des ~quipements de commande et de contrôle, en groupant ces derniers sur un châssis dit manifold. Pour faciliter les divers raccords entre les modules, on a procédé ~ l'empilement en hauteur des modules dans l'ordre décroissant de fiabilité, à savoir les modules de connexion et de contrôle, le module de commande centrale de moindre fia-bilité étant disposé séparément des autres modules.
Selon cette nouvelle conception, chaque unité modulaire, telle que le module de tête de puits, les modules de connexion, de contrôle périphé-rique et de commande centrale, comporte un mandrin et un connecteur méca-nique de conception standardis~e et des organes de guidage, tels que man-chons, dont la géométrie correspond à celle des dispositifs de guidage, tels que colonnes-guides, placés soit sur des socles de guidage fixés aux ch3ssis, soit sur des modules sous-jacents.
L'invention a pour objet de remplacer le robot d~crit dans le brevet français précité no 2,371,552 par un engin spécialement adapté à la concep~ion élaborée des modules, dont les moyens de fixation et de verrouillage, ainsi que des moyens de raccordement et d'interconnexion electro-hydrauliques sont standardisés au point de permettre à l.'engin d'exé-cuter la pose des modules et l'activation de ses divers moyens.
La présente invention vise un engin de pose, d'activation et de connexion des modules fonctionnels d'une station de production sous-marine, comprenant un châssis rectangulaire auto-portant surmonté d'un mât cen-tral orientable et muni à son extrémité d'un moyen de liaison avec un train de tiges et portant une flèche ar-ticulee télescopique munie à son extrémité d'un connecteur à action mécanique automatique, ledit ch~ssis portant sur son dessous un connecteur mécanique susceptible de saisir et de verrouiller un mandrin et muni de moyens de guidage pour la descente de l'engin sur la station sous-marine et pour le positionnement de l'engin par rap-port à un module à poser, l'engin comprenant en outreun multiconnecteur pour une liaison électro-hydraulique avec un réceptacle de multiconnecteur porté par le module à poser, des câbles et conduits ombilicaux électro-hydrau-liques de transmission de commandes et d'énergie depuis la surface aboutissant, d'une part audit multiconnecteur, et d'autre part, au connecteur à action mécanique automa-tique porté au bout de la flèche, ainsi que des moyens de visualisation transmettant des images à la surface et situés à proximité des moyens de guidage, du connec-teur à action mécanique automatique et du connecteur mé-canique.
~ e préférence, les moyens pour le guidage de l'engin au cours de sa descente le long des Lignes-guides arrimées aux colonnes-guides fixées autour du mandrin du châssis, lors de la pose de ~_, .

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~ _ 3 _ l'engin sur ledit châssis, peuvent comprendre avantageuse-ment des tubes-guides extérieurs placés aux quatre coins du châssis.
De préférence, le mâ-t est composé successivement, d'un fût fixe solidaire du- châssis et d'un ~ût tournant suspendu par une articula~ion à un palonnier, lequel palonnier porte par l'intermédiaire d'une butée rotative un mandrin, sur lequel se raccorde un connecteur mécanique déconnec-table solidaire du train de tiges.
De préEérence, la flèche télescopique peut re-poser dans la fourche du palonnier et des câbles et con-duits d'alimentation électriques et hydrauliques sont logés à l'intérieur d'un fourreau de la flèche.
De préférence, selon une variante de réalisa-tion, sur le châssis est disposé un réservoir de fluidehydraulique relié à un distributeur à électrovannes com-mandant les manoeuvres de la grue et l'action du connec-teur à action mécanique automatique et de ses moyens de visualisation.
De préférence, selon cette même variante, l'un des conduits ombilicaux de distribution de fluide hydrau-lique assure par l'intermédiaire du multiconnecteur de commande hydraulique et électrique l'action de verrouil-lage et de déverrouillage de la connexion mécanique de l'engin avec le module à poser et celle du module à poser avec le mandrin du châssis manifold ou avec un module sous-jacent.
De préférence, selon une autre variante, sur le châssis est placée une centrale hydraulique autono-me immergée, reliée aux deux conteneurs électro-distribu-teurs auxquels aboutissent les câbles de commande depuis la surface, l'un commandant les manoeuvres de la grue et l'action de son connecteur à action mécanique automa-tique, l'autre assurant toutes les actions transitant par le multiconnecteur.

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~- 3a -De préférence, un conteneur est équipé du ma-tériel de traitement électronique, soit des ordres de surface, leur décodage et transmission au multiconnec-teur pour la distribution du fluide hydraulique, soit 5 des données d'information transitant par le multiconnec-teur pour leur transmission vers la surface.
D'autres particularités de l'invention apparaî-tront à la lumière de la description de l'engin illustré, à titre d'exemple, à l'aide d'une figure unique repré-sentant sous forme éclatée le mode de travail de l'engindans son environnement d'une station sous-marine.
Le châssis carré 1 de structure auto-portante comporte aux quatre coins des tubes-guides 2 destinés à guider l'engin le long de lignes-guides 50 arrimées aux colonnes guides 51 placées autour d'un mandrin soli-daire du châssis de base de la station sous-marine.
Sur Ie dessus du châssis émergent deux tubes-guides 3 placés de part et d'autre de son centre et qui sont destinés à s'empaler sur les colonnettes-guides 52 dont sont munis les modules et en particulier le module sous-jacent dont la face supérieure est désignée sur le dessin par le repère 70. Ce module peut être un module de connexion, un module de contrôle ou un module de com-mande centrale.
Quatre amortisseurs hydrauliques 4 placés sur le châssis ont pour mission d'amortir les chocs au moment de la pose de l'engin sur le module en prenant appui sur les plots 53.
Au centre en dessous du châssis 1 est placé
un connecteur mécanique 5 pour le verrouillage de l'engin avec le module à poser par l'intermédiaire du mandrin 54 porté par le module 70.
Sur le châssis est placé également un multi-connecteur 6 de commande hydraulique et électrique du ~ . ~

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~; l.Z~23B6 - 3b -module sous-jacent, destiné à venir au contact du récep-tacle ou multiconnecteur femelle 54 placé sur le module 70. La fixation du multiconnecteur 6 est assurée à l'in-térieur d'une chaise de suspension 7 par l'intermédiaire d'une suspension élastique 3.

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Des caméras de t~lévision et des projecteurs non représentés sont fix~s au châssis à proximit~ du connecteur 5 et de tubes-guides 4.
Un mât central ?0 est composé d'un fat fixe 21 solidaire du chassis sur lequel es~ mon~é en rotation un fût 22 susceptible d'exécuter un tour complet autour de son axe sous l'effet d'action d'un vérin rotatif non représenté.
Sur un ~trier 23 solidaire du fût 22 est articul~ un palonnier 24 au sommet duquel est placé par intermédiaire d'une butée rotative 25 un mandrin 26 susceptible d'être relié par intermédiaire d'un connecteur m~canique 27 avec le train de tiges 28.
Dans la fourche du palonnier 24 est plac~ une flèche ~léscopique 30 munie de fourreau 31 lo~eant les c~bles et les conduits d'alimentatiGn ~lectriques et hydrauliques.
A l'extr~mité de la flèche 30 est plac~ par l'intermédiaire d'un vérin rotatif 34 un connecteur ~ action mécanique automatique 32 muni de sa ca-méra de télévision 33 et d'un projecteur. A distance du connecteur 32 est fixée sur un tube 35 une autre caméra de télévision 36 avec son projecteur.
Cette caméra évolue en rotation double grâce aux vérins rotatifs 37 et 38 ~ axes orthogonaux.
Le connecteur 32 à action m~canique automatique est du type auto-verrouil-lable capable après activation de transmettre à travers un mandrin spécial, dont sont munis les objets à manipuler, des pressions et des débits hydrau- ? `
liques. Ainsi, il assure à la fois les connexions m~caniques et les raccords hydrauliques. Il peut avantageusement être du type faisant l'objet d'une demande de brevet dépos~ece jour par la déposante, mais on peut aussi utiliser tout outil analogue connu.
Dans le cas représenté, l'engin n'est pas équipe d'une centrale hydrau-lique autonome. Toutes les commandes ~lectriques et hydrauliques sont transmises de la surface au moyen d'un ombilical 40. L'ombilical 40 est blaqué ~ proximité du palonnier au moyen d'un guide orientable 41. Les c~bles et les conduits de l'ombilical 40 se séparent à partir de connexions démontables 42 et 43.
Une dérivation des conduits mene vers un distributeur à électrovannes 44 placé sur l'étrier 23 assurant au moyen du fluide hydraulique contenu dans les accumulateurs oléo-pneumatiques 10 placés sur le chassis la com-mande de manoeuvres de la grue et l'action du connecteur ~ action méca-nique automatique.32 et de ses moyens de visualisation 33 et 36. Une autre dérivation conduit au multiconnecteur 6, par l'interm~diaire duquel sont assurées toutes les actions fonctionnelles du module porté, telles que les déplacements de v~rins, fermetures de vannes et autres, et en parti-culier l'action de verrouillage et de d~verrouillage de la connexion . .
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mécanique du module ~ poser avec un module sous-Jacent.
Une autre dérivation rejoint un conteneur hydraulique 9 du châssis qui contrôle en particulier le verrouillage et le déverrouillage de la connexion mécanique 5 de l'engin avec le mandrin 54 du module à poser.
Le conteneur 9 contient également un matériel de distribution ~ électro vannes pour la rotation de la grue et les mouYements des caméras et un matériel pour le traitement des donn~es, soit des ordres de surface, leur décodage et transmission au multiconnecteur 6 pour la distribution du fluide hydraulique, soit des données d'information transitant par le multi-connecteur pour leur transmission vers la surface.
Deux espaces 11 e~ 11' sont ménag~s sur le placher bas du châssis pour stocker les chapeaux de protection de multiconnecteurs mâle et femelle.
L'action de pose de modules au moyen de l'engin s'effectue de la facon suivante. On assemble à la surface le module 3 poser avec l'engin en fai-sant saisir le mandrin sp~cial de conception standard que porte ce module par le connecteur mécanique 5 port~ par l'engin. Son positionnement est assuré par ses deux colonnettes 52 s'enfilant dans les tubes-guides 4 por-tés par l'engin. Au cours de cette saisie, le multiconnecteur 6 s'est pré-senté sur le multiconnecteur femelle du module 54, puis il a ét~ activé pour 2û prendre en charge le module à manoeuvrer.
On descend l'ensemble ainsi monté en le guidant au moyen des lignes-guides 50 arrimees sur les colonnes-guides 51 du fond et aussi en s'aidant des moyens de visualisation, jusqu'à ce que le connecteur mécanique du module 7Q, par exemple un module de contr61e,rencontre le mandrin du module de connexion sur lequel il doit se poser. La pose se fait en douceur malgré les pilonnements du support de surface, grace aux amortisseurs 53.
L'action de verrouillage du module de contrôle est assur~e à travers le multiconnecteur par le fluide hydraulique distribué depuis la-surface au moyen de l'ombilical hydraulique direct. Dans le cas, où l'engin est ~qui-pé d'une centrale hydraulique autonome immergée, le fluide hydraulique de cette centrale est distr;bué par l'intermédiaire d'un distributeur ~ élec-trovannes contenu dans le conteneur 9.
Les actions transitant par le multiconnecteur sont variées. Elles comp-rennent les connexions verticales sur des modules superposés, telles que le Yerrouillage du module sous-jacent avec celui sur leguel le module sous-jacent est posé, ou encore le verrouillage du connecteur du module sous-jacent avec des modules adjacents au module sous-jacent.
Elles peuvent également commander des tests de pression a~ec manoeuvres de vannes et la remontée des résultats.
L'action du connecteur 32 à action mecanique automatique sur le site , ' ~

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d'une station sous-marine est pilotée depuis la cabine de commande en surface et, suivant le type de télécommande choisi, soit par des ordres ~lectriques transmis au fond, soit par des ordres hydrauliques ~ransitant par l'ombilical 40. Lorsque l'engin est pos~ sur un module, tel que dans le cas de l'exemple un module de connexion 70, le connecteur 32 est capable ! d'assurer toutes les connexions électro-hydrauliques ou hydrauliques ext~rieures au module porté, en depla~ant par action de la grue des con-necteurs appartenant aux modules, par exemple placer le multiconnecteur 80 reposant sur un socle solidaire et relié au module de connexion 70 dans un réceptacle ou multiconnecteur femelle 90 appartenant au mandrin de sor-tie de tête de puits, après avoir enlevé et dépos~ leurs chapeaux de pro-tection respectifs 81 et 91 sur l'aire 11 du châssis 1.
De facon analogue, le connecteur 32 est capable d'effectuer les connexions entre les modules adjacents, par exemple entre le module de commande cen-trale et respectivement chaque module de contrôle périphérique et encore le module de commande centrale et les têtes d'ombilicaux.
L'action du connecteur 32 consiste également a commander un certain nom-bre d'opérations, telles que l'injection de fluides à haute et basse pression dans les organes manipulés.
Subsidiairement, grace à ses moyens de visualisation, l'engin peut con-troler le dessous du module porté et faciliter sa rentrée sur les colonnes-guides en cours de pose, en rendant superflu tout autre moyen de visu-alisation.

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Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet des-quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Engin de pose, d'activation et de connexion des modules fonctionnels d'une station de production sous-marine, comprenant un châssis rectangulaire auto-portant surmonté d'un mat central orientable et muni à son extré-mité d'un moyen de liaison avec un train de tiges et por-tant une flèche articulée télescopique munie à son extré-mité d'un connecteur à action mécanique automatique, ledit châssis portant sur son dessous un connecteur mécanique susceptible de saisir et de verrouiller un mandrin et muni de moyens de guidage pour la descente de l'engin sur la station sous-marine et pour le positionnement de l'engin par rapport à un module à poser, l'engin compre-nant en outre un multiconnecteur pour une liaison électro-hydraulique avec un réceptacle de multiconnecteur porté
par le module à poser, des câbles et conduits ombilicaux électro-hydrauliques de transmission de commandes et d'é-nergie depuis la surface aboutissant, d'une part audit multiconnecteur, et d'autre part, au connecteur à action mécanique automatique porté au bout de la flèche, ainsi que des moyens de visualisation transmettant des images à la surface et situés à proximité des moyens de guidage, du connecteur à action mécanique automatique et du con-necteur mécanique.

2. Engin de pose selon la revendication 1, dans lequel ledit châssis est carré.

3. Engin de pose selon la revendication 1, dans lequel ledit mandrin est fixe.

4. Engin de pose selon la revendication 1, dans lequel ledit mandrin est celui d'un module à poser.

5. Engin selon la revendication 1, dans lequel aux quatre coins du châssis sont placés des tubes-guides extérieurs servant à guider l'engin au cours de sa des-cente le long de lignes-guides arrimées à des colonnes-guides fixées autour du mandrin d'un châssis manifold, lors de la pose de l'engin sur le mandrin du châssis mani-fold.

6. Engin selon la revendication 1, dans lequel le mât est composé successivement d'un fût fixe solidaire du châssis et d'un fût tournant suspendu par une articula-tion à un palonnier lequel porte par l'intermédiaire d'une butée rotative un mandrin sur lequel se raccorde un con-necteur mécanique déconnectable solidaire du train de tiges.

7. Engin selon la revendication 6, dans lequel la flèche télescopique repose dans la fourche du palon-nier, des câbles et conduits d'alimentation électriques et hydrauliques étant logés à l'intérieur d'un fourreau de la flèche.

8. Engin selon la revendication 1, dans lequel le connecteur à action mécanique automatique est placé
au bout de la flèche par l'intermédiaire d'un vérin ro-tatif.

9. Engin selon la revendication 5, 6 ou 7, dans lequel le connecteur à action mécanique automatique est placé au bout de la flèche par l'intermédiaire d'un vé-rin rotatif.

10. Engin selon la revendication 1, 5 ou 6, dans lequel, au bout de la flèche, à l'écart du connec-teur, est fixée par l'intermédiaire d'un vérin et d'un support une caméra de télévision munie d'un projecteur.

11. Engin selon la revendication 7 ou 8, dans lequel, au bout de la flèche, à l'écart du connecteur, est fixée par l'intermédiaire d'un vérin et d'un support une caméra de télévision munie d'un protecteur.

12. Engin selon la revendication 1, dans lequel sur le châssis est disposé un réservoir de fluide hydrau-lique relié à un distributeur à électrovannes commandant les manoeuvres d'une grue et l'action du connecteur à
action mécanique automatique et de ses moyens de visua-lisation.

13. Engin selon la revendication 1, dans lequel l'un des conduits ombilicaux de distribution de fluide hydraulique assure par l'intermédiaire du multiconnecteur de commande hydraulique et électrique l'action de ver-rouillage et de déverrouillage du connecteur mécanique du module à poser avec le mandrin d'un châssis manifold ou avec un module sous-jacent, ainsi que l'approche et ensuite un verrouillage et un déverrouillage du module posé avec des modules adjacents.

14. Engin selon la revendication 1, dans lequel un conteneur équipé de matériel de traitement de données est disposé sur le châssis pour le traitement électroni-que, soit d'ordres de surface, leur décodage et trans-mission au multiconnecteur pour la distribution de fluide hydraulique, soit de données d'information transitant par le multiconnecteur pour leur transmission vers la surface.

15. Engin selon la revendication 1, dans lequel sur le châssis est placée une centrale hydraulique auto-nome immergée, reliée à deux conteneurs électrodistri-buteurs, auxquels aboutissent les câbles de commande de-puis la surface, l'un commandant les manoeuvres d'une grue et l'action de son connecteur à action mécanique automatique, l'autre assurant toutes les actions tran-sitant par le multiconnecteur.

16. Engin selon la revendication 1, pour une station sous-marine comprenant une plaque de base ou un châssis manifold, sur laquelle sont groupées des unités de conception modulaire, chacune étant munie d'un récep-tacle de multiconnecteur, d'un mandrin ou d'un connec-teur mécanique de conception standardisée et de deux co-lonnettes placées sur son dessus, lesquel-les unités comprenant d'une part des têtes de puits coiffées de leurs unités de production, et d'autre part des modules de connexion, de contrôle périphérique et de commande centrale, les moyens de guidage pour le po-sitionnement de l'engin par rapport au module à poser comprenant deux tubes-guides disposés de part et d'autre du mat central, destinés à s'empaler sur les colonnet-tes.

17. Engin selon la revendication 16, dans lequel chaque unité de conception modulaire est munie d'un man-drin et d'un connecteur mécanique de conception standar-disée.

18. Engin selon la revendication 16, dans lequel lesdites unités sont empilées.

19. Engin selon la revendication 5, 6 ou 8, pour une station sous-marine comprenant une plaque de base ou un châssis manifold, sur laquelle sont groupées des unités de conception modulaire, chacune étant munie d'un réceptacle de multiconnecteur d'un mandrin ou d'un connecteur mécanique de conception standardisée et de deux colonnettes placées sur son dessus, les-quelles unités comprenant d'une part des têtes de puits coiffées de leurs unités de production, et d'au-tre part des modules de connexion, de contrôle périphéri-que et de commande centrale, les moyens de guidage pour le positionnement de l'engin par rapport au module à po-ser comprenant deux tubes-guides disposés de part et d'au-tre du mât central, destinés à s'empaler sur les colon-nettes.

20. Engin selon la revendication 12, 13 ou 15, pour une station sous-marine comprenant une plaque de base ou un châssis manifold, sur laquelle sont groupées des unités de conception modulaire, chacune étant munie d'un réceptacle de multiconnecteur, d'un mandrin ou d'un connecteur mécanique de conception standardisée et de deux colonnettes placées sur son dessus, lesquel-les unités comprenant d'une part des têtes de puits coiffées de leurs unités de production, et d'au-tre part des modules de connexion, de contrôle périphéri-que et de commande centrale, les moyens de guidage pour le positionnement de l'engin par rapport au module à poser comprenant deux tubes-guides disposés de part et d'autre du mat central, destinés à s'empaler sur les colonnettes.

21. Engin selon la revendication 16, dans lequel en outre, des actions assurées au moyen du fluide hydrau-lique par l'intermédiaire du multiconnecteur comprennent des jonctions hydrauliques et électriques entre des modu-les sous-jacents et des modules adjacents, une commande de tests de pression et la remontée des informations les concernant, et le retrait et la remise du protecteur méca-nique d'une des têtes de puits.

22. Engin selon la revendication 12 ou 16, dans lequel le connecteur à action mécanique automatique est du type à fluide hydraulique assurant des interconnexions horizontales comprenant des raccords pour le passage des effluents et des connexions électro-hydrauliques au moyen de multiconnecteurs entre le module sur lequel l'engin est posé et un module adjacent, ainsi que le retrait et la remise de chapeaux de protection de multiconnecteurs mâles et femelles de modules adjacents.