OA11270A - Process for liquefying a natural gas stream containing at least one freezable component - Google Patents

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OA11270A
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OA
OAPI
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rigid
flexible
riser
floating support
flexible part
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OA9900292A
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Eric T Cole
Eugene R Thomas
Ronald R Bowen
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Exxon Production Research Co
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Description

r < ?Ζ, / * La présente invention concerne un riser de production ou colonne montante comportant une partie flexible en sa partie inférieure en liaison avec une ouplusieurs sources d’effluents et une partie rigide dans sa partie supérieure. L'invention est particulièrement adaptée pour des systèmes de production5 pour les effluents pétroliers, notamment la production de pétrole et de gaz enutilisant un support flottant ancré au fond de la mer qui est en liaison avec un ouplusieurs puits de production par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs conduitesmontantes ou riser de production composé d'au moins une partie rigide en partiesupérieure et d'une partie flexible au niveau du fond marin. Les conduites peuvent 10 être indépendantes ou liées entre elles sous forme de tours de risers. L’invention concerne aussi de manière plus générale toute conduitepermettant le transfert ou le transport d’un fluide d’un endroit vers un autre endroit,par exemple des lignes d'injection de fluides (eau, gaz...). 15 Les systèmes de production sont habituellement installés pour des durées relativement élevées, par exemple 20 ans. Pendant toute la durée de leurinstallation et au cours des opérations de production, ils sont soumis à descontraintes extérieures, telles que la houle, le courant, le vent...
Habituellement le support flottant est ancré de manière statique au fond de 20 la mer par un ensemble de chaînes ou de lignes tendues verticales ou obliques.Dans les deux cas, il conserve une certaine liberté de mouvement dans et selondifférents axes, qui vont de quelques centimètres à plusieurs mètres pour lesdéplacements verticaux dus à la houle, connus dans ce domaine sous le terme depilonnement et qui peuvent aller jusqu'à des dizaines de mètres dans le plan 25 horizontal, connus sous les termes de cavalement, embardée et dérive lente. Lesrotations autour des axes horizontaux, roulis/tangage, et autour de l'axe vertical,lacet, dépendent des dimensions du support flottant, de son moyen d'ancrage, etdes conditions de houle, de courant et de vent. 30 Classiquement, dans de telles installations, les colonnes montantes sont fixées d'une part à une structure sous-marine posée sur le fond et regroupant en général plusieurs têtes de puits, et d'autre part, elles sont en liaison directe ou indirecte avec une structure flottante par des dispositifs appropriés. Ces dispositifs 01 1 r i Z / de liaisons rendent les conduites montantes plus ou moins solidaires du supportflottant et donc de ses déplacements. L’utilisation de risers flexibles est particulièrement adaptée à ce type dedéplacements. Ils répondent très bien aux mouvements en tête (au niveau de laliaison avec le support flottant) et le contact au sol est bien maîtrisé. Lesnombreuses applications de risers flexibles réparties à travers le monde et dans ledomaine de l’offshore, montrent que les aspects de fatigue pour ce type de riserpeuvent être considérés comme suffisamment maîtrisés.
Le dimensionnement des risers flexibles doit prendre en compte la tractionet le collapse entre autres critères. En mers profondes, et sachant qu'un flexible esten général plus lourd qu'un rigide, la combinaison des deux critères précités peutdevenir difficile à gérer.
Pour les risers entièrement rigides et pratiquement verticaux, et afin derendre ces déplacements tolérables par la colonne montante, des systèmes desuspension, mieux connus sous le terme de systèmes de tensionnement, sontgénéralement mis en œuvre. On utilise par exemple des systèmes detensionnement hydrauliques ou tensionnement passif par flotteurs qui maintiennenten tête la colonne montante sous une tension à peu près constante etindépendante des mouvements du support. Ces systèmes peuvent devenir trèsencombrants pour des risers en grande profondeur.
Les systèmes de risers rigides dits caténaires, envisageables en mersprofondes, utilisent la flexibilité du métal sur une grande longueur dp riser afin deleur donner une forme similaire à celles, classiques, du flexible. Ces risers peuventéventuellement être dispensés de moyens de tensionnement mais présentent deuxinconvénients importants: • une grande distance horizontale entre la tête du riser et la tête de puitssous-marine est nécessaire, • la fatigue au point de décollement est critique. L'art antérieur décrit aussi différents agencements conçus notamment pourreprendre les mouvements des supports flottants en alliant partie rigide et partieflexible pour le système de risers.
Par exemple, les risers hybrides tels que ceux utilisés dans les brevetsUS 4,661,016 ou le Mobil/IFP Compilant riser présenté par exemple dans"Applications of Subsea Systems" (Goodfellow Associates Ltd, 1990) sontcomposés d'un riser ou d'une tour de risers rigides s’étendant du fond de l'océanjusqu'à une certaine profondeur donnée. Cette profondeur se trouve de préférenceen dessous du niveau de turbulence de la houle, où ils sont mis en tension parl'intermédiaire d'une bouée subsurface. Leur extrémité supérieure est connectée àdes risers flexibles qui permettent le transport des fluides vers un support flottant.Ce sont ces derniers risers qui reprennent les mouvements différentiels entresupport et bouée. Il existe d'autres versions de cette configuration où les risersrigides sont des risers caténaires tels que ceux décrits dans le brevetUS 5,639,187. L’idée de la présente invention est de concevoir une conduite pour grandesprofondeurs d’eau permettant de transférer un fluide, la conduite mettant en liaisonun support flottant et le sol marin, par exemple ou encore un point disposé à uneprofondeur importante en-dessous du support flottant.
La conduite présente notamment comme caractéristique de comporter aumoins une partie flexible en liaison avec le sol marin et au moins une partie rigideen liaison avec le support flottant, les deux parties rigide et flexible étant reliées. Lalongueur de la partie rigide est au moins égale à la distance qui sépare un pointsitué sur le sol marin et un point à la surface de l’eau. Cette distancer est désignéedans la suite de la description par l’expression « profondeur d’eau » ou « couched’eau » D.
La partie rigide est par exemple en liaison avec le support flottant par desmoyens adaptés permettant à la conduite d’être mise en tension principalement parle propre poids de l’ensemble du système, à savoir l’ensemble du riser et de lapartie rigide convoyant un fluide sur une majeure partie de la profondeur d’eau D.
La conduite peut être par exemple un riser de production.
Dans la suite de la description on entend sous l’expression « son proprepoids » : * le poids de la conduite ou du riser composé des différentes parties rigideet flexible le constituant, ou encore Û112 7. * le poids de l’ensemble de ces deux parties et des équipements associés àla conduite ou au riser, tels que des éléments d’isolation, les éléments de jonctionou de connexion entre les différentes parties, ou tout autre élément complétant laconduite ou le riser.
Un tel riser est bien adapté aux mers de profondeurs supérieures à 500 met plus particulièrement supérieures à 1000 m et aux ultra grands fonds. L’invention concerne aussi une conduite pour grandes profondeurs d’eaupermettant le transfert d’un fluide entre un support flottant et un point situé endessous et à une distance éloignée de la surface de l’eau.
Elle est caractérisée en ce qu’elle comporte : => au moins une partie flexible en liaison par une de ses extrémités avec lepoint situé en dessous de la surface, et => au moins une partie rigide en liaison avec la partie flexible par une de sesextrémités et par la deuxième extrémité avec le support flottant, => la longueur de ladite partie rigide étant au moins égale à la moitié de laprofondeur d’eau D.
Selon une variante de réalisation de la conduite, => la partie flexible est définie par exemple de la manière suivante : a) on établit les mouvements extrema du support flottant, b) on suppose que les mouvements du haut de la,'partie flexiblesont sensiblement identiques aux mouvements extrema, c) on choisit la position Ph de l’extrémité supérieure de cette partieflexible en verticale de façon à ce que la longueur de la parte rigidereprésente une majeure partie de la profondeur d’eau, et on dimensionne lapartie flexible de façon à reprendre au moins les mouvements préétablis entenant compte au moins des paramètres suivants : la pression interne Pint,la pression externe Pext, la nature du fluide, des efforts maximaux tels quela traction maximale Tmax vue par la partie flexible, la valeur de la courburemaximale admissible courbmax, si la partie flexible ne respecte pas les conditions d’utilisation, onchange au moins la position Ph,
Cl -1 ή <~ι υ 1 I . / : => la partie rigide est définie pour des moyens de maintien donnés et unevaleur de diamètre Dr, e) on choisit sa longueur Lr pour être sensiblement égale à lavaleur de la distance dans des conditions d’équilibre existant entrel’extrémité supérieure du riser flexible et les moyens de maintien, on définit la valeur de son épaisseur er de façon à reprendre lescontraintes générées par au moins: le poids de la conduite, le poids de lapartie suspendue du flexible, les efforts hydrodynamiques, les efforts induitspar les déplacements du support flottant, les pressions internes et externes, f) on vérifie que la partie rigide du riser qui est disposée àl’intérieur ou sur les bords du support flottant ne rentre pas en contact avecune partie du support flottant, et on reprend éventuellement à l’étape b).
On effectue par exemple les étapes de dimensionnement de la partieflexible et de la partie rigide dans des conditions statiques et on peut vérifier ledimensionnement en statique par des étapes de dimensionnement en dynamique.
Selon une autre variante de réalisation on effectue les étapes dedimensionnement de la partie flexible et de la partie rigide dans des conditionsdynamique.
La conduite peut comporter des moyens d’isolation thermique disposés surau moins la partie rigide et/ou la partie flexible.
La partie rigide de ladite colonne est, par exemple, maintenue au supportflottant à l’aide de moyens de maintien permettant la mise en tension de la conduitesous son propre poids. L’invention concerne aussi un riser ou colonne montante de production pourle transfert des effluents à partir d’un puits de production vers un supportcomportant par exemple au moins l’une des caractéristiques précitées de laconduite pour grandes profondeurs d’eau permettant le transfert d’un fluide entre 0 Π 2 7 ; un support flottant et un point situé en dessous et à une distance éloignée de lasurface de l’eau.
La conduite selon l’invention peut être un aussi une ligne d’injection où lapartie rigide est en liaison avec une source de fluide à injecter et la partie flexibleen liaison avec un endroit où le fluide doit être injecté. L’invention concerne aussi un système pour la production d’effluentspétroliers en grandes profondeurs d’eau permettant le transfert d’un fluide entre unsupport flottant et une source d’effluents caractérisé en ce qu’il comporte au moinsun ou plusieurs risers et ou une ou plusieurs lignes d’injection ayant au moins l’unedes caractéristiques prémentionnées pour la conduite pour grandes profondeursd’eau permettant le transfert d’un fluide entre un support flottant et un point situé endessous et à une distance éloignée de la surface de l’eau.
Le système peut comporter au moins un système d’ancrage caténaireappliqué sur le riser rigide au niveau de la jonction et/ou du connecteur entre lapartie flexible et la partie rigide.
Le système comporte par exemple des moyens supplémentaires de mise entension du ou des risers.
Par rapport aux dispositifs de l’art antérieur, un riser selon l’inventionprésente notamment les avantages suivants : 0 il ne nécessite pas l’utilisation de systèmes ou des moyens detensionnement (telle une bouée de subsurface) en fonctionnement normal, c'est-à-dire durant les opérations de production et la partie rigide n'est connectée ausupport qu'en son extrémité supérieure, contrairement aux hybrides classiques, 0 le poids du flexible étant en général plus important que celui du rigide,l’agencement des parties flexible et rigide selon l’invention permet notamment delimiter la tension en tête et donc d’étendre le domaine d’utilisation du flexible à desmers plus profondes, 0 il utilise des propriétés bien établies des flexibles pour résoudre lesproblèmes de fatigue au niveau du point de décollement et des rigides pourrésoudre le problème de poids dans les mers très profondes, 0112 7, 0 en règle générale, la partie rigide du riser sera plus longue que la partieflexible, et l’isolation thermique sur la première partie sera plus facile à réaliser, 0 il n’est pas nécessaire de surdimensionner le support flottant commedans le cas des risers rigides verticaux tendus par tensionneurs hydrauliques. Cesderniers obligent à utiliser des systèmes de tensionnement en tenant compte descoefficients de sécurité qui conduisent à surdimensionner le support flottant, 0 toutes les distances horizontales tête de puits / support flottant sontenvisageables, contrairement aux risers rigides verticaux ou caténaires. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortirontmieux à la lecture de la description qui va suivre, faite de manière illustrative et nonlimitative, en référence aux dessins annexés sur lesquels • les figures 1A et 1B schématisent deux variantes de système de productioncomportant un riser hybride selon l’invention ayant respectivement une partieflexible en forme de a)« Pliant-wave » et de b) « Lazy-wave », • les figures 2 à 5 schématisent différents dispositifs de maintien • la figure 2 représente le dispositif de maintien le plus simple où le riser doit êtreenfilé et la bride vissée, • la figure 3 représente un dispositif de maintien où le collier de maintien peuts'ouvrir et où la bride se visse, • la figure 4 représente un dispositif de maintien où le collier de maintien s'ouvreet qui présente une rainure, permettant ainsi une rotation axiale, • les figures 5A et 5B représentent deux variantes de réalisation pour le dispositifde maintien comprenant deux colliers ouvrants enserrant a) une ou b) deuxcollerettes, et • la figure 6 schématise un système de production comportant plusieurs risers.
Les figures 1A et 1B montrent deux exemples de systèmes de productionpris à titre illustratif et nullement limitatifs pour mettre en évidence les particularitésde l'agencement des différents éléments le constituant.
Ces deux figures diffèrent principalement par la forme pouvant être prisepour la partie flexible du riser hybride selon l’invention qui peut être pour la figure 0112 7.. 1Α de type « Pliant-wave » et pour la figure 1B de type « Lazy-wave ». Certainséléments communs aux deux figures ont les mêmes références.
Le système de production comporte, par exemple, un support flottant 1ancré au fond marin 2 à l'aide de moyens d’ancrage 3, tel qu’un ensemble dechaînes ou de lignes tendues, par exemple des lignes d’ancrage. Le support estpositionné par exemple à proximité d'une ou de plusieurs sources 4 d'effluentspétroliers, par exemple un ou plusieurs puits de production.
Un riser 5 permettant de remonter les effluents de la source vers le supportflottant est composé par exemple d'une partie supérieure rigide 6 et d'une partieinférieure flexible 7, liée entre elles par exemple à l’aide d’un connecteur 8.
La partie supérieure ou extrémité 6B de la partie rigide du riser est fixée ausupport flottant 1 par un dispositif de maintien 9 permettant la mise en tension de lapartie rigide de ce riser principalement sous l’effet du propre poids de l’ensembledu riser.
En cours de fonctionnement normal, l’accrochage ou le maintien de la partierigide au niveau du support flottant ne demande pas de système de tensionnementtel qu'une bouée de subsurface habituellement utilisé dans l’art antérieur entre unriser et le support flottant, ou en tête de la partie rigide du riser.
La partie inférieure 6A de la partie rigide et la partie supérieure 7B de lapartie flexible sont reliées toutes les deux au connecteur.
Ce connecteur est situé de telle sorte que la longueur Lr de rigide soit aumoins égale à la moitié de la profondeur d’eau.
La partie inférieure flexible est connectée par son extrémité 7A par exempleaux puits de production par des dispositifs utilisés habituellement dans le domainede la production pétrolière et qui ne seront pas détaillés car bien connus. Elle peutaussi être en liaison avec les puits de production à l’aide de flowlines.
Sans sortir du cadre de l’invention, il est possible de disposer par exempleau niveau de la jonction de la partie rigide et de la partie flexible, un élémentpermettant la mise en tension du riser, lorsque le poids de ce dernier ne suffit pas àlui-même.
Afin de limiter les mouvements horizontaux du bas de la partie rigide, uneou plusieurs lignes d'ancrage 10 peuvent être utilisées et connectées par exempleau niveau de la partie du riser rigide, un peu au-dessus du connecteur 8. Le 01 1 r ά ί ·: dimensionnement de ces lignes d'ancrage se fera en fonction des mouvementsprévisibles extrêmes du support flottant. Le mouvement latéral du riser peut êtrelimité, par exemple, à l'excursion maximale extrême prévisible du support flottant.
Un limiteur de contraintes 11 est éventuellement ajouté au dessous dudispositif de maintien 9, donc au niveau du support flottant. Il permet notamment deminimiser les effets de courbure et les contraintes vues par le riser sous l'effet desmouvements de la houle, des forces hydrodynamiques et d'autres élémentsextérieurs. Il est adapté sur au moins une partie de sa longueur pour supporter aumoins les contraintes induites par les efforts transmis par l’environnement marin,celles induites par le dispositif de maintien et les contraintes dues au poids descharges supportées par le limiteur.
Ce limiteur de contraintes peut être par exemple de forme conique oucomposé de plusieurs tronçons cylindriques d’épaisseurs variables. Il estpositionné de préférence juste en dessous de la fixation inférieure du riser ausupport flottant, donc sur la partie rigide.
Le limiteur de contraintes peut faire partie intégrante de la partie rigide duriser ou être une enveloppe de ce dernier.
La forme du riser flexible peut être l'une des formes classiques des risersflexibles telle que par exemple "free-hanging", "lazy-S", "lazy-wave", "steep-S","steep-wave", ou "pliant wave". Ainsi les propriétés connues du flexible peuventêtre utilisées pour dimensionner cette partie flexible, en particulier pour la tenue enfatigue.
Le riser selon l’invention est défini par exemple au moins par les paramètressuivants : • une partie flexible de longueur Lf, d’épaisseur ef, de diamètre Df, • une partie rigide de longueur Lr, d’épaisseur er, de diamètre Dr, et • la longueur Lr de rigide est au moins égale à la moitié de la profondeur d’eau« D » (distance entre le support flottant 1 et le fond marin 2).
Les diamètres considérés peuvent être les diamètres interne ou externe desdifférentes parties. 01 Ί 10 r > -
χ. Z
La nature des matériaux formant la partie rigide et la partie flexible du riserseront par exemple choisie en fonction du fluide convoyé à l’intérieur du riser.
Ils seront par exemple résistant au H2S, ou encore à tout autre composé ouproduits susceptibles d’endommager le flexible sur sa partie flexible ou sa partie.
Le dimensionnement du riser ou du système de riser peut se dérouler enplusieurs étapes et en tenant compte de paramètres connus, par exemple de lamanière suivante donnée en considérant un dimensionnement en statique, à titreillustratif et nullement limitatif.
On choisit par exemple des conditions extrêmes quasi-statiques (où leseffets d'inertie sont négligés), ces conditions pouvant être données par unecombinaison des valeurs d’angles de roulis ou de tangage maximaux ou encorepar des valeurs de courants peu fréquents, tels que les courants centennaux,associés à des valeurs de déport du support flottant extrêmes, en cas accidentelcomme par exemple une ligne d'amarrage rompue.
Les valeurs de déport peuvent être repérées par un angle de déport pris parrapport à un axe donné, ou encore par rapport à un point du support flottant, onconsidère par exemple l’angle de déport a compté par rapport à un axe vertical, etles valeurs amin et amax. Elles peuvent être aussi choisies comme étant unpourcentage de la profondeur tel qu'il est imposé par certaines normes.
On peut aussi prendre en compte le mouvement vertical du support flottant.
Etapes de dimensionnement en statique par exemple a) les excursions horizontales et verticales extrémales du support flottant quiseront établies au départ, (valeurs de déport du support flottant extrêmes), amin etamax, b) on fait par exemple l’hypothèse que le haut de la partie flexible du riser suivra aumaximum les excursions préétablies, c) Dimensionner la partie flexible du riser en utilisant des méthodes dedimensionnement connues de l’Homme du métier pour reprendre ces mouvementspréétablis et en tenant compte au moins des données suivantes => la position en verticale de l'extrémité supérieure de la partie flexible estchoisie, point Ph, de telle sorte que la longueur de la partie rigide 11 0 Π 2 Ίt suspendue soit au moins égale à la moitié de la profondeur d’eau D, maispouvant même être égale à 9/10 de la profondeur d’eau ou plus selon lesprofondeurs considérées => on donne une forme pour la partie flexible, en fonction notamment dusystème dans lequel il est utilisé (nombre de risers, positionnement des unspar rapport aux autres, nombre et position des puits), => de la pression interne Pint résultant de la circulation du fluide circulantdans le riser, et des pressions imposées, => de la pression externe Pext exercée par l’environnement sur le riser etqui est notamment fonction de la profondeur d’eau considérée, => de la traction maximale Tmax envisagée, la partie flexible subissant unetraction du fait notamment de son propre poids, et de l’excursion extrêmalesensiblement verticale, => des courbures maximales à ne pas dépasser, sur la longueur de la partieflexible, on se donne une valeur limite courbmax à ne pas dépasser,fonction de la composition du flexible, => éventuellement de la torsion maximale envisagée, => on vérifie que la partie flexible respecte les conditions d’utilisation, etdans le cas contraire on change au moins un des deux paramètres laposition en verticale de l'extrémité supérieure de la partie flexible ou laforme de la partie flexible, d) Choisir un dispositif de maintien équipant le support flottant, => il peut être de type rotule tel un flexjoint => ou encore un dispositif de fixation et de maintien tels que ceux décritsdans les figures 2 à 5, par exemple e) Dimensionner la partie rigide => le diamètre Dr de la partie rigide est donnée en fonction des besoins desutilisateurs, => on choisit la longueur Lr sensiblement égale à la valeur de la distanceexistant entre l’extrémité supérieure du riser flexible et le dispositif demaintien équipant le support flottant en considérant le système à l’équilibre, 12
cette valeur représentant une majeure partie de la profondeur d’eau commedéfinie à l'étape c), => l’épaisseur er de cette partie est définie pour pouvoir reprendre au moinstoutes les contraintes générées par : le poids du riser, l’effort exercé par lapartie flexible au niveau du connecteur faisant la jonction entre les deuxparties ou au niveau de la jonction même, les efforts hydrodynamiquesexercés par l’environnement (houle, courant,...) les efforts induits par lesdéplacements du support flottant, les pressions internes et externes définiesci-dessus et s’exerçant sur les deux parties du riser, la torsion susceptible..... et le type du dispositif de maintien utilisé au niveau du support flottant. Les calculs permettant de déterminer l’épaisseur font appelà des méthodes classiques et connues de l’Homme du métier, f) on vérifie que la partie rigide du riser qui est disposée à l’intérieur du supportflottant ne rentre pas en contact avec une partie de ce dernier. Dans le cascontraire, on change ou le type du dispositif de maintien, ou bien la position dupoint d’accrochage de la partie rigide du riser au support flottant, et on réitère lesétapes par exemple à partir de l’étape b).
On s’assurera que le riser flexible est adapté, par exemple sa résistance àla flexion pour des conditions de stockage données ou des conditions de mise enplace.
Lorsque le riser est pourvu d’un limiteur 11 de contraintes disposé auniveau de la partie rigide et du support flottant par exemple selon une dispositiondécrite à la figure 1B, On dimensionne ce limiteur de manière par exemple àconserver une courbure constante au niveau de cette jonction, la valeur de lacourbure devant être inférieure à la courbure maximale acceptable par la partierigide du riser.
Les contraintes en flexion et/ou les contraintes de Von Mises doiventrespecter les normes en vigueur dans le domaine où est utilisé le riser.
Les étapes de a) à f) sont par exemple effectuées en calcul statique, enprenant des cas de configurations les plus défavorables précitées tels que par 01 12/ 13 exemple : angle de roulis ou tangage maximal en tête associé à un courantcentennal dans le sens contrecarrant la tendance de cet angle.
Etapes de vérification en dynamique du dimensionnement du riser réalisédans des conditions statiques
Après avoir dimensionné le riser, dans des conditions statiques et enmettant en œuvre les étapes précédentes, on effectue une analyse dynamique devérification du dimensionnement du riser selon les normes en vigueur.
On vérifiera notamment que sous les effets dynamique du pilonnement, nonnécessairement pris en compte dans les étapes de dimensionnement en statique,la traction maximale reste acceptable.
Si les excursions du point de jonction des parties flexible et rigide restentinférieures à celles prédites mais que les effets dynamiques sont importants et queles normes ne sont pas respectées notamment en contraintes et en fatigue, alorson dimensionne à nouveau le riser en reprenant à l’étape c) et en dynamique. L’analyse en dynamique peut être réalisée par rapport au comportement dupoint de jonction des deux parties rigide et flexible, de la fixation en tête de la partierigide ou encore des deux.
Par exemple, si l'analyse dynamique montre que le bas de la partie rigide duriser correspondant au point de jonction des deux parties a une excursionsupérieure à celle du support flottant, trois cas au moins peuvent être? envisagés :
Cas 1 L'excursion du point de jonction des deux parties qui correspond au bas dela partie rigide reste acceptable du point de vue des critères de dimensionnementde la partie rigide et de la partie flexible et le dimensionnement n’est pas modifié.
Cas 2 L’excursion n’est pas acceptable, une première variante consiste à ajouterdes lignes d'ancrage limiteurs de mouvements qui sont disposées entre le niveaudu connecteur ou de la jonction de la partie flexible et de la partie rigide, et le sol.
Les longueurs des lignes d'ancrage sont par exemple calculées de façon àce que, tendues, l’excursion du connecteur est limitée par rapport à celle dusupport flottant, et soit seulement légèrement supérieure. On calcule ensuite par 01 1 C ’ ? ά / 14 des simulations dynamiques les efforts induits dans ces lignes afin dedimensionner correctement les lignes d'ancrage. On s’assurera ensuite qu'il n'y ajamais d'interférence entre le riser et les lignes d'ancrage.
Cas 3
Lorsque l’on ne peut pas utiliser des lignes d’ancrage, et que certainscritères de conditions d'utilisation du flexible ne sont plus respectés (par exemple,une courbure trop importante), on reprend le dimensionnement du flexible à l’étape b) en tenant compte pour les paramètres d'excursion de valeurs plus importantesque celles du support flottant (valeurs d’excursion données initialement).
De manière générale, on choisit par exemple la longueur Lr de la partierigide du riser de façon que son extrémité inférieure 6A, se trouve bien en dessousdu niveau le plus bas du support flottant. D étant la profondeur d’eau prise auniveau du support flottant, H étant la hauteur du support flottant, Hf étant la hauteurpar rapport au fond marin de l'extrémité supérieure 7B du flexible, la valeur Lr estsupérieure à H, et le rapport Lr/Hf est de préférence supérieur à 3 pour desprofondeurs supérieures à 1500 m et le rapport Lr/D est, par exemple, supérieur à0.5 et peut aller jusqu’à 0.95 ou plus selon la profondeur et les conditionsd’environnement et de mouvements en tête.
La figure 2 représente un premier mode d’accrochage de la partiesupérieure du riser 6 au niveau du support flottant 1. f
Pour cela, le support flottant est équipé d’un moyen de maintien comportantune plaque 20 solidaire par exemple du support flottant pourvue d’une partie 21sensiblement perpendiculaire à la plaque 20. La partie 21 est pourvue d’un orifice22 de passage du riser ou du limiteur de contraintes et de différents moyens defixation, ici des trous 23a permettant de fixer des vis ou tout autre moyen defixation.
La partie supérieure du riser ou du limiteur de contraintes est équipée d’unebride 24 ou anneau qui est lui-même pourvu de trous destinés à recevoir desmoyens 23b de fixation de la bride sur la partie solidaire du support flottant.
Avantageusement la plaque 21 peut comporter un limiteur de contraintesfixé par exemple à sa face inférieure. 15 01 Z / ...
La hauteur de la partie 21 peut être plus ou moins importante, selon lesefforts qu'il va être nécessaire de reprendre.
La figure 3 montre une autre variante de réalisation pour le dispositif demaintien du riser.
La partie 21 de la figure 2 est remplacée par une plaque comportant undemi-cercle 25 adapté à la forme et aux dimensions du riser ou du limiteur decontraintes, une charnière 26 , et une autre partie 27 en demi-cercle pourvue d’unepartie 28 qui vient se fermer dans une encoche 29. Des moyens de fixation auniveau de l’encoche, par exemple un boulon composé d'une vis 30 et d'un écrou31 permettent le maintien de la partie supérieure du riser. On forme ainsi un collierouvrable facilement, d’où une facilité de mise en place du riser.
La hauteur de ce collier peut varier, selon les efforts qu'il va être nécessairede reprendre.
La figure 4 montre une variante de réalisation du dispositif de maintien de lafigure 3 où chacune des parties en demi-cercle sont pourvues sur leur paroi interned’une gorge 33 dont les dimensions sont adaptées à la collerette 34 disposée surla partie supérieure du riser.
Les figures 5A et 5B montrent deux variantes de réalisation du dispositif demaintien de la figure 4. La gorge dans un seul collier est remplacée par deuxcolliers qui enserrent une butée 35 (figure 5A) ou deux butées 36 (figure 5B) si lescolliers sont relativement distants l'un de l'autre.
La figure 6 schématise un exemple d’application de l’invention pour laproduction pétrolière où l’on utilise plusieurs risers hybrides référencés.
Chaque riser comporte une partie rigide 41 i et une partie flexible 40idéterminées selon la méthode donnée ci-dessus.
Une partie flexible peut être liée à une partie rigide par un connecteur, lesrisers étant autonomes les uns des autres, le connecteur étant situé plus près dufond marin que de la surface. 01127,
Sans sortir du cadre de l’invention il est aussi possible de regrouper lesdifférentes parties flexibles au niveau d’un connecteur, ce dernier pouvant faire laliaison avec un bundle regroupant les parties rigides des risers ou encore avec unetour de risers rigides. 5 Selon une autre variante de réalisation plusieurs parties flexibles peuvent être regroupées par un connecteur de façon à être en liaison avec une seule partierigide maintenue au niveau du support flottant.
Sans sortir du cadre de l’invention, la partie rigide comporte par exempledes moyens d’isolation thermique. 10 II est aussi possible pour la partie flexible du riser d’employer un riser flexible pourvu de moyens d’isolation ou de chauffage. L’utilisation de moyens de chauffage ou d’isolation sur au moins une desdeux parties permet avantageusement d’éviter ou de minimiser la formation dedépôts, par exemple des hydrates ou des paraffines dans le cadre de la production 15 d’un effluent pétrolier en mers profondes par exemple.
Les matériaux formant la partie rigide et la partie flexible du riser sont choisisen fonction du fluide convoyé à l’intérieur, de façon à éviter tout risque dedétérioration tel que la corrosion ou autre endommagement résultant de l’action dufluide sur le riser. 20

Claims (1)

17 0112/ REVENDICATIONS 1) Conduite pour grandes profondeurs d’eau permettant le transfert d’unfluide entre un support flottant (1) et un point situé en dessous et à une distanceéloignée de la surface de l’eau, caractérisée en ce qu’elle comporte : => au moins une partie flexible (7) en liaison par une de ses extrémités avec lepoint situé en dessous de la surface, et => au moins une partie rigide (6) en liaison avec la partie flexible par une de sesextrémités et par la deuxième extrémité avec le support flottant, => ladite partie rigide (6) ayant une longueur au moins égale à la moitié de laprofondeur d’eau D. 2) Conduite selon la revendication 1 caractérisée en ce que=> la partie flexible est définie de la manière suivante : a) on établit les mouvements extrema du support flottant, b) on suppose que les mouvements du haut de la partie flexible sontsensiblement identiques aux mouvements extrema, c) on choisit la position en verticale Ph de l’extrémité supérieure de cettepartie flexible plus près du fond de la couche d’eau que de la surface et ondimensionne la partie flexible de façon à reprendre au moins les mouvementspréétablis en tenant compte au moins des paramètres suivants : la pression internePint, la pression externe Pext, la nature du fluide, des efforts maximaux tels que latraction maximale Tmax vue par la partie flexible, la valeur de la courburemaximale admissible courbmax, si la partie flexible ne respecte pas les conditions d’utilisation, on change aumoins la position Ph, => la partie rigide est définie pour des moyens de maintien donnés et une valeur dediamètre Dr, e) on choisit sa longueur Lr pour être sensiblement égale à la valeur de ladistance dans des conditions d’équilibre existant entre l’extrémité supérieure duriser flexible et les moyens de maintien, de telle sorte que Lr soit au moins égale àla moitié de la profondeur D de la couche d’eau, 18 01 1 2/ on définit la valeur de son épaisseur er de façon à reprendre les contraintesgénérées par au moins: le poids de la conduite, le poids suspendu de la partieflexible, les efforts hydrodynamiques, les efforts induits par les déplacements dusupport flottant, les pressions internes et externes, f) on vérifie que la partie rigide dü riser qui est disposée à l’intérieur ou surles bords du support flottant ne rentre pas en contact avec une partie du supportflottant, et on reprend éventuellement à l’étape b). 3) Conduite selon la revendication 2 caractérisée en ce que l’on effectue lesétapes de dimensionnement de la partie flexible et de la partie rigide dans desconditions statiques. 4) Conduite selon la revendication 3 caractérisée en ce que l’on vérifie ledimensionnement en statique par des étapes de dimensionnement en dynamique. 5) Conduite selon la revendication 2 caractérisée en ce l’on effectue lesétapes de dimensionnement de la partie flexible et de la partie rigide dans desconditions dynamique. 6) Conduite selon une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu’elle comporte des moyens d’isolation thermique disposés sur au moins la partie rigideet/ou la partie flexible. r 7) Conduite selon une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce queladite partie rigide est maintenue au support flottant à l’aide de moyens demaintien (9) permettant la mise en tension de ladite conduite sous l’effet de sonpropre poids. 8) Riser ou colonne montante de production selon l’une des revendications1 à 7 pour le transfert des effluents à partir d’un puits de production vers unsupport flottant. 19 01127.. 9) Conduite ou ligne d’injection selon l’une des revendications 1 à 7caractérisée en ce que la partie rigide est en liaison avec une source de fluide àinjecter et la partie flexible en liaison avec un endroit où le fluide doit être injecté. 5 10) Système pour la production d’effluents pétroliers en grandes profondeurs d’eau permettant le transfert d’un fluide entre un support flottant et unesource d’effluents caractérisé en ce qu’il comporte au moins un ou plusieurs riserset ou une ou plusieurs lignes d’injection selon l’une des revendications 1 à 8. 10 11) Système selon la revendication 10 caractérisé en ce qu’il comporte un système d’ancrage (10) caténaire appliqué sur le riser rigide au niveau de lajonction et/ou du connecteur (8) entre la partie flexible (7) et la partie rigide (6). 12) Système de production selon l’une des revendications 10 et 11 15 caractérisé en ce qu’il comporte des moyens supplémentaires de mise en tensiondu ou des risers.
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