OA12630A - Installation de liaison d'une conduite sous-marinereliée à un riser. - Google Patents

Description

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La présente invention a pour objet une installation de liaison fond-surfaced'au moins une conduite sous-marine installée à grande profondeur du type tour-hybride.

Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication et del'installation de colonnes montantes ou « riser » de production pour l'extractionsous-marine de pétrole, de gaz ou autre matériau soluble ou fusible ou d'unesuspension de matière minérale à partir de tête de puits immergé pour ledéveloppement de champs de production installés en pleine mer au large descôtes, encore appelée "riser". L'application principale et immédiate de l'inventionest dans le domaine de la production pétrolière.

Un support flottant comporte en général des moyens d'ancrage pour resteren position malgré les effets des courants, des vents et de la houle. Il comporteaussi en général des moyens de stockage et de traitement du pétrole ainsi quedes moyens de déchargement vers des pétroliers enleveurs, ces derniers seprésentant à intervalle régulier pour effectuer l'enlèvement de la production.L'appellation de ces supports flottants est le terme anglo-saxon "FloatingProduction Storage Offloading" (signifiant "moyen flottant de stockage, deproduction et de déchargement") dont on utilisera le terme abrégé "FPSO" dansl'ensemble de la description suivante.

En raison de la multiplicité des lignes existant sur ce type d'installation, on aété amené à mettre en œuvre des liaisons fond-surface de type tour-hybride danslesquelles des conduites rigides sensiblement verticales appelées ici "riservertical", assurent la liaison entre les conduites sous-marines reposant au fond dela mer et remontent le long d'une tour jusqu'à une profondeur proche de lasurface, profondeur à partir de laquelle des conduites flexibles assurent la liaisonentre le sommet de la tour, à savoir les risers verticaux, et le support flottant. Latour est alors munie de moyens de flottabilité pour rester en position verticale etles risers sont reliés, en pied de tour, aux conduites sous-marines par desmanchettes rigides, absorbant ainsi les mouvements verticaux de la tour.L'ensemble est communément appelé "Tour Hybride", car il fait intervenir deuxtechnologies, d'une part une partie verticale, la tour, dans laquelle le riser estconstitué de conduites rigides, d'autre part la partie haute du riser constituée deflexibles en chaînette qui assurent la liaison au support flottant. 2 012630

On connaît le brevet français FR 2 507 672 publié le 17 Décembre 1982 et intitulé "colonne montante pour les grandes profondeurs d'eau", qui décrit une telle tour hybride.

La présente invention concerne plus particulièrement le domaine connu desliaisons de type comportant une tour hybride verticale ancrée sur le fond etcomposée d'un flotteur situé au sommet d'un riser vertical, celui-ci étant relié parune conduite, notamment une conduite flexible prenant par son propre poids laforme d'une chaînette depuis le sommet du riser, jusqu'à un support flottantinstallé en surface. L'intérêt d'une telle tour hybride réside dans la possibilité pour le supportflottant de pouvoir s'écarter de sa position normale en induisant un minimum decontraintes dans la tour ainsi que dans les portions de conduites en forme dechaînettes en suspension, tant au fond qu'en surface.

On connaît le brevet au nom de la présente demanderesse, WO 00/49267qui décrit une tour dont le flotteur se trouve à une profondeur supérieure à lademi-hauteur d'eau et dont la liaison caténaire vers le navire de surface estréalisée à l'aide de conduites rigides de forte épaisseur. La tour ainsi décrite,nécessite au niveau de son embase, des manchettes de liaison souple permettantde raccorder l'extrémité inférieure des risers verticaux de ladite tour à la conduitesous-marine reposant sur le fond, de manière à absorber les mouvementsrésultant des dilatations dus à la température du fluide transporté.

Plus particulièrement, dans WO 00/49267, le système d'ancrage comporteun tendon vertical constitué soit d'un câble, soit d'une barre métallique, soitencore d'une conduite tendue à son extrémité supérieure par un flotteur.L'extrémité inférieure du tendon est fixée à une embase reposant au fond. Ledittendon comporte des moyens de guidage répartis sur toute sa longueur à traverslesquels passent lesdits risers verticaux. Ladite embase peut être poséesimplement sur le fond de la mer et rester en place par son propre poids, ourester ancrée au moyen de piles ou tout autre dispositif propre à la maintenir enplace. Dans WO 00/49267, l'extrémité inférieure du riser vertical est apte à êtreconnectée à l'extrémité d'une manchette coudée, mobile, entre une position hauteet une position basse, par rapport à ladite embase, à laquelle cette manchette estsuspendue et associée à un moyen de rappel la ramenant en position haute enl'absence du riser. Cette mobilité de la manchette coudée permet d'absorber lesvariations de longueur du riser sous les effets de la température et de la pression.En tête du riser vertical, un dispositif de butée, solidaire de celui-ci, vient 3 012630 s'appuyer sur le guide support installé en tête du flotteur et maintient ainsi la totalité du riser en suspension.

De plus, le pétrole brut cheminant sur de très grandes distances, plusieurskilomètres, on cherche à leur fournir un niveau d'isolation extrême pour, d'une partminimiser l'augmentation de viscosité qui conduirait à une réduction de laproduction horaire des puits, et d'autre part d'éviter le blocage du flot par dépôt deparaffine, ou formation d'hydrates dès lors que la température descend auxalentours de 30-40°C. Ces derniers phénomènes sont d'autant plus critiques,particulièrement en Afrique de l'Ouest, que la température du fond de la mer estde l'ordre de 4°C et que les pétroles bruts sont de type paraffiniques.

On connaît de nombreux systèmes d'isolation thermique qui permettentd'atteindre le niveau de performances requis et de résister à la pression du fondde la mer qui est de l'ordre de 150 bars à 1500m de profondeur. On cite entreautres les concepts de type "pipe-in-pipe", comprenant une conduite véhiculant lefluide chaud installée dans une conduite de protection externe, l'espace entre lesdeux conduites étant, soit simplement rempli d'un calorifuge, confiné ou non sousvide, soit simplement tiré au vide. De nombreux autres matériaux ont étédéveloppés pour assurer une isolation à hautes performances, certains d'entreeux étant résistants à la pression, entourent simplement la conduite chaude etsont en général confinés au sein d'une enveloppe extérieure souple ou rigide, enéquipression et dont la fonction principale est de maintenir dans le temps unegéométrie sensiblement constante.

Tous ces dispositifs véhiculant un fluide chaud au sein d'une conduite isoléprésentent, à des degrés divers, des phénomènes de dilatation différentielle. Eneffet la conduite interne, en général en acier, se trouve à une température que l'oncherche à maintenir le plus élevé possible, par exemple 60 ou 80°C, alors quel'enveloppe externe, bien souvent elle aussi en acier, se trouve à la températurede l'eau de mer, c'est à dire aux alentours de 4°C. Les efforts engendrés sur leséléments de liaison entre conduite interne et enveloppe externe sontconsidérables et peuvent atteindre plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines detonnes et l'élongation globale résultante est de l'ordre de 1 à 2 m dans le cas deconduites isolées de 1000 à 1200m de longueur.

Le problème posé selon la présente invention est de pouvoir réaliser et installer de telles liaisons fond-surface pour conduites sous-marines à grandes profondeurs, telles qu'au delà de 1000 mètres par exemple, et de type comportant une tour verticale et dont le fluide transporté doit être maintenu au dessus d'une 4 012630 température minimale jusqu'à son arrivée en surface, en réduisant au minimumles composants sujets à déperdition thermique, en évitant les inconvénients crééspar l'expansion thermique propre, ou différentielle, des divers composants deladite tour, de manière à résister aux contraintes extrêmes et aux phénomènes defatigue cumulée sur la durée de vie de l'ouvrage, qui dépasse couramment 20années.

Un autre problème de la présente invention est de fournir une installation deliaison fond-surface du type tour-hybride dont le système d'ancrage soit d'unegrande résistance et d'un faible coût, et dont le procédé de mise en place desdifférents éléments constitutifs soit simplifié à l'extrême et également d'un faiblecoût.

En particulier un but de la présente invention est de fournir une installationqui peut être préfabriquée intégralement à terre, notamment en ce qui concernel'assemblage des conduites rigides destinées à constituer lesdites conduitesreposant au fond de la mer et lesdits risers verticaux.

Plus particulièrement, un autre but de la présente invention est de fournirune installation dont la mise en place au fond de la mer ne requiert la mise enœuvre d’aucun connecteur automatique et de préférence d'aucun joint flexible àrotule dans la partie inférieure de la tour. Les connecteurs automatiques sont desconnecteurs dont le verrouillage entre la partie mâle et la partie femellecomplémentaire est conçue pour se faire très simplement au fond de la mer àl'aide d'un robot commandé depuis un ROV sans nécessiter une interventiondirecte manuelle de personnel. Ces connecteurs automatiques ainsi que les jointsflexibles à rotule sont très coûteux.

Un autre problème à la base de ,'invention est de fournir une installation quipermette d'intervenir à l'intérieur de la conduite sous-marine reposant au fond dela mer, par un procédé de type "coiled-tubing" depuis la surface et à partir del'extrémité supérieure du riser vertical.

Une solution aux problèmes posés est donc une installation de liaison fond-surface pour conduite sous-marine reposant au fond de la mer, notamment àgrande profondeur, dans laquelle ladite conduite sous-marine reposant au fondest reliée à undit riser vertical par au moins un élément de conduite flexiblemaintenu par une embase, comprenant plus précisément : 1) au moins un riser vertical relié à son extrémité inférieure à au moins une conduite sous-marine reposant au fond de la mer, et à son extrémité supérieure à au moins un flotteur, et 5 012630 2) de préférence au moins une conduite de liaison, de préférence encoreune conduite flexible, assurant la liaison entre un support flottant et l'extrémitésupérieure dudit riser vertical, et 3) la liaison entre l'extrémité inférieure dudit riser vertical et une dite conduitesous-marine reposant au fond de la mer se fait par l'intermédiaire d'un systèmed'ancrage comprenant une embase posée sur le fond, caractérisée en ce que : a- l'extrémité inférieure du riser vertical est reliée à l'extrémité de la conduitereposant au fond de la mer par au moins un premier élément de conduite flexiblequi présente une courbure en forme de coude, et b- ladite embase comprend une plateforme reposant au sol et une structuresupérieure solidaire de ladite plateforme qui maintient en position lesditesextrémités de ladite conduite sous-marine reposant au fond et dudit riser verticalraccordées audit premier élément de conduite flexible, de sorte que : l'extrémité dudit premier élément de conduite flexible raccordée àl'extrémité inférieure du riser vertical est maintenue en position fixe parrapport à ladite embase, et de préférence, les axes (XX', YY') desdites extrémités de ladite conduitesous-marine reposant au fond et dudit riser vertical sont maintenus dans unmême plan perpendiculaire à ladite plateforme.

On entend par "élément de conduite flexible" les éléments de conduitesuivants : - les conduites flexibles connues de l'homme de l'art conformément audomaine technique de l'invention comme mentionné ci-dessus, notamment dansle domaine des technologies de l'extraction sous-marine de pétrole en particulier,les conduites flexibles utilisées pour la liaison entre le support flottant etl'extrémité supérieure des conduites rigides constituant ledit riser vertical.

Ces conduites flexibles sont classiquement constituées d'un tube interne dematériau polymère flexible renforcé par des armatures de fils métalliques tressésformant des gaines spiralées. Ces conduites flexibles sont capables de résister àdes pressions internes ou externes considérables, pouvant atteindre et dépasser100 Mpa, tout en acceptant des courbures en mode dynamique ou statique trèsimportantes, c’est-à-dire représentant un rayon de courbure très faible, jusqu'à 10fois, voire 5 fois leur diamètre. Ce type de flexible est fabriqué et commercialisépar la société Coflexip-France. - Ainsi que, plus généralement, toute conduite de rigidité réduite par rapportà la rigidité des conduites en acier ou matériau composite rigide constituant lesdits 6

01263Q risers, en particulier des conduites à rigidité réduite telles que décrites dans WO97/25561 comportant une paroi externe métallique tubulaire rigide comportant desfentes ou rainures qui s'étendent selon un trajet hélicoïdal à la surface de laditeparoi externe, ladite paroi externe renfermant une conduite interne de métalondulé assurant l'étanchéité tout en autorisant de par sa forme ondulée et safaible épaisseur une courbure similaire à celle des conduites en matière plastiquepolymère. Les fentes ou rainures réalisées dans les conduites métalliques rigidesde la paroi tubulaire externe permettent de conférer à ces parois externes uneflexibilité similaire, mais cependant moins importante que celle d’un flexible. Parcontre, sa fabrication est beaucoup plus simple à réaliser et son prix de revientn’est qu’une petite fraction de celui d’un flexible équivalent. En effet, un flexible dequelques mètres de longueur nécessite des embouts d’extrémité extrêmementcoûteux, car délicats à fabriquer et à assembler, alors que la conduite à rigiditéréduite selon le brevet WO 97/25561 peut être fabriqué dans une ébauche detube d’acier similaire à celui des conduites rigides adjacentes, puis simplementsoudées à ces derniers pour assurer la jonction.

Ledit premier élément de conduite flexible ou à rigidité réduite, présentedonc une courbure en forme de coude tournée vers le haut et la courbure estmaintenue dans un plan sensiblement vertical lorsque ladite plateforme reposesensiblement horizontalement sur le fond de la mer.

On entend ici par "coude" deux courtes sections rectilignes de conduiteexposées à 90°, reliées entre elles par une section courbe présentant au reposune forme d'arc de cercle, de préférence avec un rayon de courbure, notammentun rayon de courbure inférieur à 10m, plus particulièrement de l'ordre de 5 à 10m. Pour ce faire, on peut utiliser un dit premier élément de conduite flexible delongueur de 7.5 à 15m.

Dans WO 00/49267, la tour comprenant plusieurs risers est tendue par untendon central qui maintient en suspension une pluralité de risers verticaux, et lesommet du tendon tendu par un flotteur constitue un point de référencesensiblement fixe en altitude, à la variation près du poids global apparent desrisers et de leur contenu ; et l'intégralité du mouvement était donc absorbée parles manchettes coudées de raccordement en partie basse, pièces coûteuses etdifficiles à réaliser et à installer. Selon la présente invention, le point sensiblementfixe en altitude se trouve en bas de la tour à l'extrémité inférieure du riser auniveau du raccordement avec ledit premier élément de conduite flexible, ce quipermet de supprimer les manchettes coudées de raccordement, les mouvements 7 012630 différentiels entre les risers étant absorbés par le(s) flotteur(s) qui est (sont) libre(s) de se déplacer verticalement au sommet de chacun du(es)dit(s) riser(s).

Ladite conduite de liaison entre le support flottant et l’extrémité supérieure du riser vertical peut être : une conduite flexible ou à rigidité réduite si le flotteur de tête se trouveproche de la surface, ou une conduite rigide si le flotteur de tête se trouve à grande profondeur.Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, l'installation selon l'invention se caractérise en ce que : a) Ledit riser vertical comprend à son extrémité inférieure une portion deconduite rigide terminale reliée à la partie supérieure dudit riser vertical par undeuxième élément de conduite flexible, lequel autorise des mouvementsangulaires a de ladite partie supérieure par rapport à ladite portion de conduiterigide terminale, et b) ladite embase comprend une structure supérieure qui maintientrigidement en position fixe par rapport à l'embase, ladite portion de conduite rigideterminale dudit riser vertical dont l'extrémité est reliée audit premier élément deconduite flexible. L'axe de ladite portion de conduite rigide est donc sensiblement vertical etdonc fixe lorsqu'elle est maintenue en position par ladite structure supérieure, leditaxe étant de préférence perpendiculaire à ladite plateforme.

Ce mode préféré de réalisation avec un dit deuxième élément de conduiteflexible permet d'éviter l'utilisation d'un joint flexible de type rotule.

Toutefois, dans un mode de réalisation, on peut utiliser un tel joint flexible àla place dudit deuxième élément de conduite flexible. Un joint flexible autorise unevariation importante de l'angle a entre l'axe de la tour et l'axe de la partie de riservertical solidaire de l'embase, sans engendrer de contraintes significatives dansles portions de conduite situées de part et d'autre dudit joint flexible. Ce jointflexible peut être de façon connue soit une rotule sphérique avec jointsd'étanchéité, soit une rotule lamifiée constituée de sandwichs de feuillesd'élastomères et de tôles adhérisées, capable d'absorber des mouvementsangulaires importants par déformation des élastomères, tout en conservant uneétanchéité parfaite en raison de l'absence de joints de frottement.

Dans un mode particulier de réalisation, ladite embase comprend dessupports de fixation aptes à maintenir en position fixe par rapport à l'embasel'extrémité de ladite conduite sous-marine reposant au fond. 8 012630

Dans ce mode de réalisation, ledit premier élément de conduite flexible,dans la zone du coude, présente une géométrie contrôlée qui se trouveparfaitement stabilisée, le verrouillage au niveau du raccordement entre le riservertical et ledit premier élément flexible reprenant l’intégralité de la tensionverticale créée par le flotteur en tête du riser, ladite tension pouvant atteindre 100 T. Le premier élément de conduite flexible ne supporte donc plus aucunmouvement ou effort, tant de la part de la conduite reposant sur le fond, que de lapart du riser vertical.

Toutefois, dans un mode préféré de réalisation, ladite embase comprenddes éléments de guidage qui autorisent le déplacement en translationlongitudinale le long de son axe XX' de l'extrémité de ladite conduite sous-marinereposant au fond.

Lesdits moyens de guidage empêchent le déplacement en translation dansune autre direction, c’est-à-dire dans une direction comprenant une composanteverticale YY’ et/ou une composante latérale ZZ’.

Dans ce deuxième mode de réalisation, la géométrie du coude restecontrôlée même si elle n’est pas complètement stabilisée.

Plus particulièrement, lesdits éléments de guidage comprennent desrouleaux ou des patins de frottement sur lesquels ladite extrémité de conduitereposant au fond peut coulisser en translation longitudinale dans l'axe XX' deladite extrémité, évitant ainsi de transférer les efforts de poussée sur l’embase,efforts dus à l’effet de fond (pression interne dans la conduite), ainsi qu’àl’expansion thermique de ladite conduite.

Dans ce deuxième mode de réalisation selon lequel l’extrémité de laconduite sous-marine reposant au fond peut se déplacer longitudinalement le longde son axe, on comprend que ce déplacement induit une déformation de lacourbure dudit premier élément de conduite flexible. Toutefois, le déplacement del'extrémité de la conduite reposant au fond se produit exceptionnellement etuniquement sous l'effet de poussées causées par l'expansion de ladite conduitedue à des variations de température et/ou de pression interne du fluide qu'ellevéhicule. Il ne représente, en général, pas plus de 1 à 2 m.

Dans un mode particulier de réalisation, ladite embase comprend une ditestructure supérieure solidaire d’une dite plateforme, ladite structure supérieureformant une console en élévation par rapport à ladite plateforme, ladite plateformeétant de préférence solidaire de dits moyens de guidage consistant de préférenceencore en des rouleaux répartis de part et d’autre de la base de ladite console 9 012630 reposant sur ladite plateforme, et ladite console comprend dans sa partie en élévation par rapport à ladite plateforme un verrou notamment du type bride ou collier de serrage permettant de bloquer ladite extrémité inférieure dudit riser.

De préférence, lesdits moyens de guidage comportent également desdispositifs anti-rotation qui empêchent la rotation de l’extrémité de la conduiteautour de son axe longitudinal XX’ . Ces dispositifs anti-rotation permettent doncd’éviter que les phénomènes de torsion engendrés au niveau de la conduite sous-marine lors des mouvements d’expansion ou de rétraction de la conduite sous-marine sous l’effet de la pression ou de la température, ne soient transmis à lastructure flexible dudit premier élément de conduite flexible en forme de coude.

Ainsi, le dispositif anti-rotation empêche l’endommagement par torsion de laportion flexible en forme de coude lors desdits mouvements d’expansion ou derétractation de la conduite sous-marine.

Dans un mode préféré de réalisation, ladite embase comprend une ditestructure supérieure solidaire d'une dite plateforme, ladite structure supérieureformant une console en élévation par rapport à ladite plateforme, ladite plateformeétant de préférence solidaire dédits moyens de guidage consistant de préférenceencore en des rouleaux répartis de part et d'autre de la base de ladite consolereposant sur ladite plateforme, et ladite console comprend dans sa partie enélévation par rapport à ladite plateforme un verrou notamment du type bride oucollier de serrage permettant de bloquer ladite extrémité inférieure dudit riser.

De préférence, ladite embase comprend une plateforme, laquelle coopèreavec des éléments de stabilisation comprenant des corps morts posés par-dessusladite plateforme et/ou des ancres à succion traversant ladite plateforme pour êtreenfoncées dans le sol. L'installation selon la présente invention est avantageuse car la quasiintégralité de la tour hybride peut être préfabriquée à terre, puis remorqué sur site,et, une fois l'embase stabilisée par des corps morts ou des ancres à succion, laportion de riser est mise en position sensiblement verticale par simpledéballastage du flotteur de tête, ou encore par simple tirage depuis la surface,évitant ainsi d'avoir recours à l'utilisation de connecteurs automatiques et derotules flexibles, ces dernières étant indispensables dans l'art antérieur.

Un autre avantage de la présente invention est aussi la réductionconsidérable du coût global, résultant de la suppression de tout joint flexible ettout connecteur automatique entre les différentes portions de conduites ainsi quela suppression des manchettes coudées utilisées dans la technique antérieure 10 012630 pour relier le riser vertical et la conduite reposant au niveau du fond de la mer,dont les coûts peuvent représenter dans la technique antérieure plus de 25% ducoût total de l'installation. En effet, une telle manchette coudée, selon la techniqueantérieure, est complexe à fabriquer, car, après dépose sur le sol de l'extrémité dela conduite reposant sur le fond de la mer et après installation de l'embase,lesquelles sont déposées dans une zone cible représentant respectivementchacune, en général, un cercle d'environ 5 à 10 m de diamètre, soit uneincertitude considérable quant à leur position relative, une métrologie de laposition et de l'orientation relatives des extrémités des lignes doit être effectuée àl'aide d'un ROV (nom abrégé du terme anglo-saxon "Remote Operated Véhiculé"signifiant "sous-marin automatique, télécommandé depuis la surface") ; lamanchette est alors réalisée, soit à terre, soit à bord du navire d'installation, puismise en place grâce à un ROV. De plus, une telle manchette nécessite desmoyens de connexions, en général deux connecteurs automatiques, un à chaqueextrémité de la manchette, entre le riser vertical et la conduite reposant au fondde la mer. Il faut préciser enfin que l'isolation thermique efficace d'une tellemanchette coudée équipée de ses connecteurs automatiques, utilisée dans latechnique antérieure, est extrêmement compliquée à réaliser, et donc trèscoûteuse, ce qui augmente donc considérablement le coût et la complexité del'installation dans le cas où l'on met en œuvre des conduites dont on rechercheune isolation extrême. L'installation selon l'invention permet d'éliminer tous ces éléments de l'artantérieur, c'est à dire les manchettes de raccordement, les connecteursautomatiques ainsi que les joints-rotules flexibles et de fournir au meilleur coût,une tour riser intégrant les technologies d'isolation les plus performantes.

Enfin, dans WO 00/49267, du fait que les extrémités de conduite reposantsur le fond sont déposées dans des zones cibles et éloignées de la base de latour, il est nécessaire d'installer des manchettes préfabriquées présentant unesuccession de parties droites et de coudes d'angles variables pour relierl'extrémité de la conduite reposant au fond à la base de la tour. Ces manchettessont coûteuses et difficiles à installer et créent des points froids préjudiciables àune bonne isolation thermique. L'installation selon l'invention permet donc d'éliminer tous ces inconvénientsde l'art antérieur et de fournir au meilleur coût, une tour riser intégrant lestechnologies d'isolation les plus performantes.

Dans un mode de réalisation, l'installation selon l'invention comprend : 012630 - au moins deux dits risers verticaux sensiblement parallèles et rapprochés,reliés à leur extrémité supérieure à au moins un flotteur et, - au moins deux dites conduites sous-marines reposant au fond de la mer, et - ladite embase maintenant en position fixe par rapport à l'embase lesextrémités inférieures desdits risers verticaux, et - ladite installation comprenant au moins deux dits éléments de conduiteflexible reliant les extrémités des conduites sous-marines reposant au fond de lamer et lesdites extrémités inférieures desdits risers verticaux.

Plus particulièrement, les deux dites conduites sous-marines reposant sur lefond de la mer sont assemblées en faisceau au sein d'une même enveloppe deprotection souple, permettant de confiner un matériau isolant, de préférence de laparaffine ou un composé gélifié, entourant lesdites conduites.

Plus particulièrement encore, l'installation selon l'invention comprend : - au moins deux dites conduites sous-marines reposant sur le fond de lamer sont assemblées en faisceau au sein d'une même enveloppe deprotection souple permettant de confiner un matériau isolant, depréférence de la paraffine ou un composé gélifié, entourant lesditesconduites, et - au moins deux dits risers verticaux sont assemblés en faisceau au seind'une même enveloppe de protection souple permettant de confiner unmatériau isolant, de préférence de la paraffine ou un composé gélifié,entourant lesdits risers, - la liaison entre chacune des conduites élémentaires du faisceau, depuisla conduite du faisceau reposant sur le fond vers la conduitecorrespondante du faisceau vertical étant constitué par au moins un ditpremier élément de conduite flexible, de préférence préinstallé à terrelors de la fabrication, en continuité des dites conduites élémentairesrigides.

Dans un autre mode de réalisation, les deux dits risers verticaux ne sontpas assemblés en faisceau et pour faciliter les mouvements différentiels entrerisers, un premier et un deuxième risers verticaux non assemblés en faisceau sontmaintenus sensiblement parallèles au moyen d'un système de liaison coulissantautorisant les déplacements axiaux dudit premier riser par rapport audit deuxièmeriser, ledit système de liaison comprenant un collier tubulaire fixé autour duditpremier riser, ledit collier étant relié rigidement à une bague tubulaire coulissantlibrement autour dudit deuxième riser, de préférence une pluralité de dits colliers 12 012630 d'un même système de liaison coulissant étant répartis le long de chacun desdits risers en alternance avec desdites bagues d'un autre dit système de liaison sur un même dit riser. Ce système de liaison coulissant permet aux risers de se déplacer verticalement mais pas transversalement, c'est-à-dire qu'ils restent sensiblement 5 équidistants dans un plan perpendiculaire à leur axe.

Dans un mode de réalisation particulier, ledit riser vertical comprend dans sa partie supérieure au-dessus dudit deuxième élément de conduite flexible, unsystème de conduites isolées constitué d'un ensemble de deux conduitescoaxiales comprenant une conduite interne et une conduite externe, un fluide ou 10 matériau isolant, de préférence un matériau à changement de phase de typeparaffine ou un composé gélifié étant placé de préférence entre les deux ditesconduites, ou encore en maintenant un vide poussé entre ces dernières.

Les jonctions entre les différentes composantes de l'ensemble flotteur,conduite flexible et riser vertical étant situées non loin de la surface, sont 15 soumises aux effets combinés de la houle et du courant. De plus, le support desurface étant soumis non seulement à la houle et au courant, mais aussi auxeffets du vent, les mouvements d'ensemble créent au niveau du point singulierque constitue la jonction entre riser et conduite flexible, des efforts considérablesdans les divers constituants mécaniques. En effet, le flotteur exerce une traction 20 verticale vers le haut pouvant varier de quelques dizaines de tonnes à plusieurscentaines de tonnes voire même au delà de 1000 tonnes, selon la profondeurd'eau qui peut atteindre 1500m, voire 3000m, et selon le diamètre interne de laconduite qui peut varier de 6" à 14", voire 16". Ainsi les efforts à transmettre sontconsidérables et les mouvements d'ensemble sont cadencés, entre autres, au 25 rythme de la houle, c'est à dire avec une période variant typiquement, en périodeagitée, entre 8 et 20 secondes. Les cycles de fatigue cumulés sur la durée de viedu champ atteignent ainsi des valeurs dépassant plusieurs dizaines de millions decycles. C'est pourquoi une installation selon la présente invention comprendavantageusement au moins un flotteur, de préférence un groupe comprenant une 30 pluralité de flotteurs installé au sommet de chacun, au moins deux dits risersverticaux, agencés de telle sorte que lesdits flotteurs sont maintenus solidaires aumoyen d'une structure les supportant et autorisant des déplacements verticauxrelatifs de chacun desdits groupes de flotteurs l'un par rapport à l'autre,notamment des déplacements engendrés par dilation différentielle. Lesdits 35 flotteurs sont donc libres de se déplacer verticalement mais ils sont suffisammentespacés pour que, au gré des déformations de leurs structures porteuses, tout 13 012630 contact physique des groupes de flotteurs entre eux soit évité.

Un autre problème selon la présente invention est de permettre uneintervention aisée à l'intérieur dudit riser depuis la surface, notamment depermettre l'inspection ou le nettoyage dudit riser vertical, par introduction d'untube rigide depuis l'extrémité supérieure du flotteur, passant à travers leditdispositif de liaison entre flotteur et riser vertical.

En effet, ces liaisons fond-surface véhiculent un fluide polyphasique, c'est àdire un fluide composé de pétrole brut, d'eau et de gaz. Or, lors de la remontéedu fluide, la pression locale diminue et les bulles de gaz augmentent alors devolume, créant des phénomènes d'instabilité de la veine fluide pouvant conduire àdes à-coups importants. Lors d'arrêts de production, le gaz se retrouve dans lapartie haute et le mélange huile-eau se trouve piégé dans les points bas, c'est àdire dans la partie basse de la zone du flexible en chaînette, ainsi que dans lapartie basse de la section sensiblement verticale du riser.

Le mélange polyphasique, constitué de pétrole brut, d'eau et de gaz, atendance, lorsque la température descend en dessous d'un valeur située entre 30et 40°C, à créer deux types de bouchons qui risquent de bloquer la production. Unpremier type de bouchon est dû à la formation d'hydrates à partir de la phasegazeuse en présence d'eau, un autre type est dû au figeage de la paraffinecontenue en proportion variable dans le pétrole brut de certains champspétroliers, particulièrement en Afrique de l'Ouest.

On connaît la méthode d'intervention à l'intérieur des canalisations, dite"coiled-tubing", consistant à pousser un tube rigide de petit diamètre, en général20 à 50mm, à travers la conduite. Ledit tube rigide est stocké enroulé par simplecintrage sur un tambour, puis détordu lorsqu'on le débobine. Ledit tube peutmesurer plusieurs milliers de mètres en une seule longueur. L'extrémité du tubesituée au fût du tambour de stockage est reliée par l'intermédiaire d'un jointtournant à un dispositif de pompage capable d'injecter un liquide à haute pressionet à haute température . Ainsi, en poussant le tube fin à travers la conduite, enmaintenant le pompage et la contre-pression, cette conduite est nettoyée grâce àl'injection d'un produit chaud capable de dissoudre les bouchons . Cette méthoded'intervention est couramment utilisée lors des interventions sur puits verticaux ousur des conduites obstruées par des formations de paraffine ou d'hydrates,phénomènes courants et redoutés dans toutes les installations de production depétrole brut. Le procédé de "coiled-tubing" est dénommé ci-après par "nettoyagepar tubage continu" ou NTC. 14 012630 L'installation selon l'invention comprend un dispositif de liaison entre ledit flotteur et l'extrémité supérieure dudit riser comprenant : un troisième élément de conduite souple dont les extrémités sontencastrées au niveau respectivement dudit flotteur et de l'extrémité supérieure duriser, la liaison de ladite troisième conduite souple à l'extrémité supérieure duditriser se faisant par l'intermédiaire d'un dispositif en forme de col de cygne, lequeldispositif en forme de col de cygne assure aussi la liaison entre ledit riser et unedite conduite de liaison avec le support flottant, de préférence une dite conduiteflexible, ladite troisième conduite souple étant, de préférence, prolongée à traversledit flotteur par une conduite tubulaire rigide traversant le flotteur de part en part,de sorte que l'on peut intervenir à l'intérieur dudit riser vertical à partir de la partiesupérieure du flotteur à travers ladite conduite tubulaire rigide, puis ledit dispositifde liaison constitué de ladite troisième conduite souple est à travers ledit dispositifen forme de col de cygne, de façon à accéder à l'intérieur dudit riser et le nettoyerpar injection de liquide et /ou par raclage de la paroi interne dudit riser, puis deladite conduite sous-marine reposant au fond de la mer. .

Le dispositif en forme de col de cygne comprend une partie droitesupérieure qui assure la jonction entre ledit riser vertical et ladite troisièmeconduite souple reliée audit flotteur. Sur cette dite partie droite du dispositif enforme de col de cygne, une dérivation courbe en forme de coude, permet lajonction entre l'extrémité dudit riser vertical et l'extrémité de ladite conduite flexibleelle-même reliée audit support flottant. Les extrémités de ladite courbe étantsensiblement tangente avec la courbe de la chaînette constituée par laditeconduite flexible qui assure la liaison au support flottant, et sensiblement tangenteavec ladite partie droite du dispositif en forme de col de cygne. L'avantage principal de l'installation selon l'invention est que tous leséléments sont préfabriqués à terre avant d'être installés. Ils peuvent ainsi êtremontés "à blanc" pour vérifier que tous les éléments coopèrent correctement, ycompris les moyens de verrouillage ; ainsi, l'assemblage de l'installation estconsidérablement simplifié et le temps opérationnel des navires d'installationréduit au minimum. Dans l'art antérieur, les conduites sous-marines étaientposées puis, après installation des risers, des manchettes coudées deraccordement étaient fabriquées sur la base d'une métrologie de grande précisionréalisée grâce aux ROVs. La manchette, préfabriquée à terre ou sur site peut 15 012630 mesurer plusieurs dizaines de mètres et doit ensuite être installée par le mêmeROV, ce qui représente un temps opérationnel considérable, donc un coût trèsélevé en raison de la sophistication des navires d'installation spécialisés. Le gainréalisé par le dispositif et le procédé selon l'invention, se chiffre en plusieursjournées de navire d'installation ainsi qu'en la suppression des connecteursautomatiques indispensables à chacune des extrémités de la manchettepréfabriquée, ce qui représente une réduction de coût considérable.

Les objectifs de la présente invention sont donc également obtenus par unprocédé de mise en place d'une installation qui comprend les étapes danslesquelles : 1) on pré-assemble bout à bout en alignement ladite conduite destinée àreposer au fond de la mer, ledit premier élément de conduite flexible, laditeconduite rigide destinée à constituer ledit riser vertical, et le cas échéant et depréférence, ledit deuxième élément de conduite flexible, 2) on met en place une dite embase coopérant avec l'assemblage obtenu àl'étape 1, de sorte que : ladite conduite destinée à reposer au fond de la mer et ladite conduiterigide destinée à constituer ledit riser vertical sont fixées sur laditeplateforme, de préférence à proximité des extrémités desdites conduites,reliées auxdits éléments de conduite flexibles et l'extrémité dudit premier élément de conduite flexible raccordée àl'extrémité inférieure dudit riser vertical, n'est pas maintenue par laditestructure supérieure de l'embase. 3) On remorque en mer l'assemblage obtenu après l'étape 2 jusqu'au sitevoulu et, 4) on dépose sur le fond de la mer ladite embase que l'on stabilise depréférence avec desdits éléments de stabilisation, et 5) on désolidarise de l'embase ledit riser, puis 6) on solidarise ladite extrémité inférieure dudit riser avec ladite structuresupérieure de l'embase pour la maintenir dans ladite position fixe verticale parrapport à l'embase. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière détaillée des modes de réalisation qui vont suivre, en référence aux figures 1 à 11.

La figure 1 est une vue en coupe de la partie supérieure d'une tour hybride reliée à un support flottant de type FPSO, un navire d'intervention effectuant une 16 012630 opération de maintenance à la verticale de ladite tour.

La figure 2 représente une vue de côté de la même tour selon la présente invention, en configuration définitive, après stabilisation de l'embase, cabanage du riser vertical et verrouillage de la partie intermédiaire.

La figure 3 est une vue de dessus relative à la figure 2.

La figure 4 est une vue de côté d'une tour selon la présente invention, danslaquelle la conduite horizontale reposant sur le fond est libre de se déplacerparallèlement à son axe par rapport à l'embase fixée au sol.

La figure 5 représente une vue de côté d'une tour hybride mono-tube encours de remorquage, près du fond de la mer, vers son site d'installation.

La figure 6A est une vue en coupe représentant les sections d’une conduiteinterne et d’une conduite externe d’un riser vertical isolé par un ensemble du type"pipe-in-pipe".

La figure 6B représente une vue en coupe d’une section d’un faisceau dedeux conduites sous-marines reposant au fond de la mer.

La figure 7 est une vue de côté de deux risers verticaux solidarisés par desmoyens de liaison et de guidage coulissants.

La figure 8 est une vue de côté de l’extrémité supérieure des risersverticaux avec un dispositif du type col de cygne permettant de les relier d’unepart, au support flottant par l’intermédiaire d’une conduite flexible, et d’autre part,aux flotteurs.

Les figures 9 et 10 sont respectivement des vues de dessus et de côté desflotteurs situés en continuité directe des deux risers verticaux.

La figure 11 représente des moyens de guidage de l’extrémité de la conduitesous-marine sur l’embase, lesdits moyens de guidage comprenant des dispositifsanti-rotation.

Sur la figure 1, on a représenté une installation de liaison fond-surface pourconduite sous-marine 11 reposant au fond de la mer, notamment à grandeprofondeur, comprenant : a) au moins un riser vertical 5 relié à son extrémité inférieure à au moins uneconduite sous-marine 11 reposant au fond de la mer (non représentée), et à sonextrémité supérieure à au moins un flotteur 6, et b) au moins une conduite de liaison 3, de préférence une conduite flexible,assurant la liaison entre un support flottant 1 et l'extrémité supérieure dudit riservertical 5.

La figure 2 représente une installation selon l'invention avec une tour en 17 012630 position verticale par rapport à l'embase reposant au fond. L'embase comprendune plateforme 15i constituée par un support plat posé au fond de la mer dont lalongueur, à titre illustratif, peut représenter 30 à 50 m, et sa largeur 5 à 10m.L'embase comporte une structure supérieure en forme de console 152 enélévation par rapport à la plateforme 15i dont la hauteur, à titre illustratif, peutdépasser 10m.

Ladite console 152, solidaire de ladite plateforme, est constituée d’unestructure chevauchant l'extrémité de la conduite sous-marine 11 reposant au fondde la mer. La conduite sous-marine 11 reposant au fond de la mer est renduesolidaire de la plateforme 15i par des supports de fixation de type bride ou collierde serrage conventionnel 161 qui la maintiennent fixement par rapport à l'embase.Ces supports de fixation 161 disposés sur ladite plateforme sont éloignés l’un del’autre de plusieurs mètres, de manière à créer un encastrement de laditeconduite dans ladite plateforme. L'extrémité inférieure du riser vertical 5 estcomposée d'une portion de conduite rigide 13, par exemple du type de celleemployée pour la partie courante du riser vertical en acier. L'extrémité inférieure 5i du riser vertical 5 constitué comme dans le mode deréalisation de la figure 2 avec une portion de conduite rigide 13, est maintenue enposition fixe au sommet de la console 15z Cette portion terminale de conduiterigide 13 est rendue solidaire de la console 152, au sommet de cette dernière, aumoyen d’un collier de serrage conventionnel 153 tel que représenté sur la figure 3,ledit collier de serrage étant verrouillé par boulons non représentés, mis en placeet bloqués par le ROV d’installation, robot sous-marin automatique d’interventionpiloté depuis la surface.

Ce collier de serrage est dimensionné pour reprendre l’intégralité desefforts verticaux sur le riser pouvant atteindre 100 tonnes. L’extrémité inférieure de la portion de conduite verticale rigide terminale 13solidaire de la partie supérieure de la console 152 et l'extrémité de la conduitesous-marine 11 reposant au fond de la mer qui traverse la base de la consolesont disposées sensiblement perpendiculairement et sont reliées l'une à l'autrepar un premier élément de conduite flexible 12. Ledit premier élément de conduiteflexible est donc suspendu au sommet de la console ou partie en élévation de laconsole et présente une courbure en forme de coude sensiblement à angle droit.

Ce premier élément de conduite flexible 12 est constitué par une longueurd'un élément unitaire de conduite flexible du type de celle employée pour la liaisonde conduite flexible 3 entre le support flottant et la tête 4 du riser, ou de 18 012630 préférence, du type de celle décrite dans WO 97/25561.

Sur la figure 2, l'embase est stabilisée par des ancres à succion 17 qui sontbien adaptées pour reprendre les efforts de poussée exercés sur la structured'embase, engendrés par les variations de pression et de température fluide àl'intérieur de la conduite sous-marine 11 reposant au fond de la mer. Lesditesancres à succion 17 sont foncées à travers les orifices 163 de ladite plateforme15i. Ce sont en fait des portions de conduites disposées perpendiculairement àl'embase à travers ces orifices 163. Ces portions de conduite présentent en faceinférieure une ouverture libre et en face supérieure une obturation étanche 20i desorte qu'elle forme une cloche de grand diamètre et en général allongée. De tellesancres 17 peuvent mesurer plusieurs mètres de diamètre et 20 à 30 m dehauteur, voire plus. Elles peuvent peser de 15 à 50 tonnes chacune, voire plus.

Un deuxième élément de conduite flexible 14 assure la liaison entre lapartie supérieure ou partie courante 52 du riser vertical et l'extrémité supérieure deladite portion terminale de conduite rigide 13 maintenue fixement au sommet de laconsole 152. Ce deuxième élément de conduite flexible 14 autorise desmouvements angulaires de la partie supérieure 52 du riser par rapport à l'axe YY'de la portion terminale de conduite rigide 13 constituant la partie inférieure 5i duriser en position fixe par rapport à la console.

Les deux éléments de conduite flexible 12 et 14 ont une fonction différente.Le premier élément de conduite flexible 12 doit présenter une grande souplessecar de configuration en ligne droite lors du remorquage comme il sera explicitéplus loin, il doit pouvoir être courbé pour former un angle sensiblement droit lorsde la mise en service de l'installation. Cette configuration courbe devient définitivelorsque les verrous 153 au sommet de la console sont actionnées pour fixerl'extrémité inférieure du riser. Dès lors, la géométrie de la courbure du premierélément de conduite flexible reste sensiblement constante pendant toute la duréede vie d'installation. En revanche, le deuxième élément de conduite flexible, bienque lui aussi en ligne droite lors du remorquage, n'autorise après mise en positionverticale des mouvements dudit riser vertical limité à un cône d'angle a parrapport à l'axe YY' de la portion de conduite terminale rigide 13. L'angle a estfaible, notamment de 5 à 10°. Mais les mouvements angulaires sont permanentspendant toute la durée opérationnelle de l'installation, de sorte que ce deuxièmeélément de conduite flexible doit être dimensionné pour tenir à la fatigue pendanttoute la durée de vie de l'installation, laquelle peut atteindre 20 ans. Ainsi, lepremier élément flexible 12 représentera une grande souplesse pour pouvoir être 19 012630 cintré sur 90° sans endommagement, mais ne sera pratiquement plus sollicitédurant toute la durée de vie, alors que le second élément flexible 14 ne seradéformé que de quelques degrés, mais pendant toute la durée de vie del’installation, et au gré des mouvements dus à la houle et aux courants surl’ensemble de la tour hybride et sur le support flottant, ce qui représente plusieursmillions de cycles.

La figure 4 représente une version préférée d'une installation de tour hybrideselon l'invention, dans laquelle la conduite sous-marine 11 reposant sur le fondest libre de se déplacer en translation parallèlement à son axe XX', dans desguides à rouleaux 19 solidaires de l'embase. Le guidage de la conduite sous-marine reposant au fond autorise des déplacements longitudinaux de celle-ciselon son axe, de sorte que ladite conduite 11 n'exerce pratiquement plus d'effortsur la structure d'embase, car l'expansion de ladite conduite sous-marine 11 dus àdes variations de température et de pression interne du fluide est absorbée pardéformation de la courbure dudit premier élément de conduite flexible. Pourautoriser lesdits mouvements de translation de la conduite sous-marine 11, quipeuvent représenter 1 à 2 m, le rayon de courbure dudit premier élément deconduite flexible est plus important dans ce mode de réalisation de la figure 4 quedans le mode de réalisation de la figure 2, comme représenté. En particulier, dansle mode de réalisation de la figure 2, la longueur du premier élément de conduiteflexible représente 7,5m à 15 m tandis que sur la figure 4, il peut représenter de 12.5 à 20 m. Le premier élément de conduite flexible 12 n'est sujet àmouvements, qu'en cas de variation significative de la température et de lapression de fonctionnement à l'intérieur des conduites, variation qui resteexceptionnelle. Compte tenu de la plus grande longueur du premier élément deconduite flexible 12 dans le mode de réalisation de la figure 4, l'embase présenteune structure supérieure dimensionnée en conséquence. Dans le cas deplateformes de dimensions importantes, on augmente avantageusement lastabilité par des corps morts 18 reposant sur la plateforme. Les rouleaux deguidage 19 disposés au-dessous de l'extrémité de la conduite sous-marine 11reposant au fond de la mer, présentent des axes de préférence parallèles à laditeplateforme et solidaires de celle-ci, et disposés de part et d'autre de la base de laconsole.

Dans la figure 11, on a décrit les moyens de guidage 19 de la conduite sous-marine 11 reposant sur le fond, comme étant des patins de frottement autorisantdes déplacements longitudinaux dans la seule direction XX’, correspondant à l’axe 20 de ladite conduite, les déplacements dans une direction YY’ vers le haut étant alors impossibles de même que les déplacements latéraux dans une direction ZZ’.

Bien entendu, on peut également utiliser à la place des patins de frottement tout autre dispositif visant à réduire la friction.

Les patins 19 sont montés autour de la conduite 11 à l’aide d’une structured’assemblage 193 entourant ladite conduite.

Les dispositifs anti-rotation comprennent : - d’une part une barre ΙΘϊ solidaire de l’extrémité de la conduite 11 ets’étendant verticalement en sous face de celle-ci, et - d’autre part des patins de frottement ou des rouleaux 192 solidaires deladite embase 15, lesquels sont disposés en contact glissant avec ladite barre 19iet de part et d’autre de ladite barre 19i.

Ainsi, lors des déplacements en translation longitudinale sur les rouleaux oupatins de guidage 19, toute rotation par vrillage de l’extrémité de la conduite surelle-même autour de son axe longitudinal XX’ est empêchée par les dispositifsanti-rotation 19ι, 192. Les dispositifs anti-rotation 19i, 19s empêchent donc detransmettre au dit premier élément de conduite flexible en forme de coude lesphénomènes de torsion de ladite conduite autour de son axe qui apparaissent lorsdes mouvements d’expansion ou de rétractation de la conduite sous l’effet de lapression ou de la température.

Dans le procédé de mise en place d'une installation selon l'invention, onréalise les étapes successives suivantes : 1- On préfabriqué à terre les éléments constitutifs de la tour riser hybride enassemblant bout à bout et successivement : la conduite sous-marine 11 destinée à reposer au fond de la mer, - le premier élément de conduite flexible 12, - la portion terminale de conduite rigide 13 destinée à constituer l'extrémitéinférieure du riser vertical 5, - le deuxième élément de conduite flexible 14, et - la partie courante 52 du riser vertical 5. 2- On met en place l'embase comme représenté sur la figure 5 quireprésente une tour hybride en cours de remorquage vers le site de l'installation.L'embase est rendue solidaire de l'extrémité de la conduite sous-marine 11destinée à reposer au fond de la mer par des supports de fixation rigides 16i detype collier de serrage conventionnel, solidarisant ladite conduite à laditeplateforme 15i sur laquelle elle repose. Ces supports de fixation sont bloqués de 21 012630 manière définitive dans le cas d’une mise en service selon la figure 2 ou provisoiredans le cas d'une mise en service selon la figure 4. Ladite portion terminale deriser constituée par la conduite rigide intermédiaire 13, ainsi que la partiesupérieure ou partie courante 5ρ du riser destiné à constituer le riser vertical 5,sont également rendues solidaires de la plateforme 15i au moyen de supports defixation provisoires 162 du type bride ou collier de serrage conventionnel.L'extrémité supérieure du futur riser vertical 5 est équipée lors de la préfabricationà terre, d'un col de cygne 4, d'un flexible de raccordement 7 ainsi que d'un flotteur6 dûment ballasté. Le câble de remorquage, non représenté est, par exemple,connecté à l'extrémité du flotteur de tête 6. La portion de conduite flexible 3assurant la liaison entre le col de cygne 4 et le support flottant 1, tel quereprésenté sur la figure 1, et avantageusement rabattue le long de la conduiterigide destinée à constituer le riser vertical 5 et fixé fermement au moyen desangles. 3- On tire l'assemblage obtenu à l'étape 2 vers le large au fur et à mesurede la progression de ladite fabrication de l'installation. 4- En fin de fabrication, on remorque l'ensemble des éléments de la tourhybride ainsi constituée en conduite continue vers le site d'installation., 5- En fin de remorquage, on dépose sur le fond de la mer la structureembase dans la zone cible à proximité du futur support flottant 1. Pour ce faire, ondéballaste des flotteurs (non représentés) qui permettaient de maintenirl'installation à une certaine hauteur par rapport au niveau du fond de la merpendant le remorquage. 6- On stabilise ladite embase au moyen d'ancre(s) à succion 17 foncée(s) àtravers le(s) orifice(s) 163 de la plateforme ou en descendant des corps morts 18sur la plateforme. L'ancre à succion 17 est descendue au moyen d'une oreille delevage 2Ο2 jusqu'à pénétrer le sol. Un ROV non représenté se connecte alors surl'orifice 203 du couvercle 20i et à l'aide d'une pompe, met en dépression l'intérieurde la cloche. L'effort résultant est considérable et tend à faire pénétrer l'ancre àsuccion dans le sol jusqu'à ce que le talon 2Ο4 en face supérieure vienne en butéeavec la plateforme, la stabilisant ainsi. 7- On relâche les supports de fixation provisoires 162 desdites portions deconduite rigide 13 et 5, et le cas échéant de l'extrémité de la conduite sous-marine11 reposant au fond de la mer. 8- On cabane la portion de conduite constituant le futur riser vertical 5 parsimple déballastage du flotteur de tête 6, par exemple par une purge à l'air 22 012630 comprimé, ou encore en tirant depuis le navire d'installation 10 installé en surface,l'extrémité supérieure du flotteur de tête 6. Dans ce cas, le flotteur est purgé à l'airen fin de relevage, lorsque le riser vertical 5 est en position sensiblement verticale. 9- On solidarise l'élément de conduite rigide terminale intermédiaire 13 aumoyen d'un verrou 153 constitué d'une bride ou collier de serrage conventionnelqui la rend solidaire de la plateforme 15i de la structure embase. La libération dessupports de fixation provisoires 162 et le verrouillage au sommet de la console 152sont les seules interventions à réaliser au fond de la mer. Mais ces opérationspeuvent être réalisées aisément et rapidement à l'aide d'un ROV. 10- On libère les sangles de maintien de ladite conduite flexible 3 (nonreprésentée sur la figure 4) et l'extrémité de ladite conduite flexible 3 est alorssimplement tirée depuis et vers le support flottant 1 avant d'être raccordée commedétaillé sur la figure 1. Dans le cas où la conduite de liaison flexible 3 est mise enplace et connectée au col de cygne 4, son raccordement est réalisé au moyen deconnecteur automatique de type mâle-femelle opéré par un ROV, soit au moyende bride conventionnelle mise en place par des plongeurs, si la profondeur d’eauleur permet d’intervenir.

Sur la figure 6A, ledit riser vertical 5 comprend dans sa partie supérieure au-dessus dudit deuxième élément de conduite flexible 14 un système de conduitesconstitué d'un système isolant thermique de type pipe-in-pipe comprenant unensemble de deux conduites coaxiales comprenant une conduite interne 5ρ et uneconduite externe 53, un fluide ou matériau isolant 54 constitué par exemple deparaffine ou d’un gel, étant placé de préférence entre les deux dites conduites 52, 53. Dans une version préférée l’espace entre les deux dites conduites estconstitué d’un vide poussé.

Sur la figure 6B, les deux dites conduites sous-marines 11^ 112 reposant surle fond de la mer, ou constituant la portion de riser vertical, sont assemblées enfaisceau au sein d'une même enveloppe de protection souple 113 circulant,permettant de confiner un matériau isolant 114, de préférence de la paraffine oud’un gel, entourant lesdites conduites.

Dans ce dernier cas, l’une des deux conduites du faisceau vertical estéquipée à son extrémité du deuxième élément de conduite flexible 14, puis de laportion terminale de conduite rigide 13 qui sera rendue solidaire du sommet de laconsole 152 au moyen du verrou 153, ledit verrou assurant la transmission desefforts verticaux exercés sur ledit riser vertical, vers la console, donc versl’embase et son système d’ancrage. La deuxième conduite du faisceau vertical 23 012630 sera reliée directement à la conduite correspondante du faisceau reposant sur lefond au moyen d’un flexible ou d’une conduite à rigidité réduite, cette dernièreétant soit libre de se déplacer dans l’espace, soit obligée de passer dans desguides qui limiteront alors les débattements. Ainsi, la première conduite du 5 faisceau vertical supportera les efforts verticaux de la tour, la deuxième conduiteétant alors libre de se déplacer dans l’espace, ou contrainte à passer dans desguides.

La figure 7 détaille une manière préférée pour autoriser les déplacementsaxiaux d'un des risers 5a, 5b par rapport à l'autre et lorsque ceux-ci ne sont pas 10 assemblés en faisceau, de manière à ce que les dilatations différentielles entrerisers puissent être libérées et n'induisent pas de contraintes inacceptables, quirisqueraient d'endommager, voire de ruiner la tour. Le dispositif selon l'inventionest constitué d'un collier tubulaire 25 fermement fixé sur le riser 5a et reliérigidement en 27 à une bague tubulaire 26 coulissant librement sur le riser 15 5b. Les colliers sont répartis le long des risers, à intervalles réguliers ou non, et installés de préférence en opposition comme représenté sur la mêmefigure. Ainsi, les deux risers étant solidaires de l'embase au niveau desraccordements avec ledit deuxième élément de conduite flexible 14, si seul le riser5a est en température les bagues coulissantes 26 autorisent l'expansion dudit 20 riser 5a et la quasi intégralité de l'expansion se retrouve en tête de riser vertical,au niveau du col de cygne comme indiqué sur la figure 8.

Sur la figure 8, l'installation comprend un dispositif de liaison 4, 7 entre leditflotteur 6 et l'extrémité supérieure dudit riser 5, comprenant : une troisième conduite souple 7 dont les extrémités sont encastrées au 25 niveau respectivement de la sous-face dudit flotteur 6 et de l'extrémité supérieure du riser 5, la liaison de ladite troisième conduite souple 7 à l'extrémité supérieuredudit riser 5 se faisant par l'intermédiaire d'un dispositif en forme de col de cygne4, lequel dispositif en forme de col de cygne 4 assure aussi la liaison entre ledit 30 riser 5 et une dite conduite flexible 3 avec le support flottant, ladite troisième conduite souple 7 étant prolongée à travers ledit flotteur 6par une conduite tubulaire rigide 8 traversant le flotteur de part en part, de sorteque l'on peut intervenir à l'intérieur dudit riser vertical 5 à partir de la partiesupérieure du flotteur 6 à travers ladite conduite tubulaire rigide 8, puis ledit 35 dispositif de liaison constitué de ladite troisième conduite souple 7 et à travers ledit dispositif en forme de col de cygne 4, de façon à accéder à l'intérieur dudit 24 012630 riser 5 et le nettoyer par injection de liquide et /ou par raclage de la paroi internedudit riser 5, puis de ladite conduite sous-marine 11 reposant au fond de la mer.

Ladite troisième conduite souple 7 présente à ses extrémités des élémentsde variation progressive d'inertie de section 7-i, 72 au niveau respectivement de lasous-face du flotteur 6 et de l'extrémité supérieure 41 du col de cygne.

Sur la figure 9, l'installation selon l'invention comprend deux groupescomprenant chacun une pluralité de flotteurs 30a, 30b au sommet des au moinsdeux dits risers verticaux 5a, 5b. Lesdits flotteurs 30a, 30b d'un même dit groupesont maintenus solidaires et fixes les uns par rapport aux autres au moyen d'unestructure rigide en forme de cadre rectangulaire constitué de deux barresparallèles verticales 33 et deux barres parallèles transversales 36 les renfermantet les supportant. Les deux cadres rectangulaires des deux groupes de flotteurs30a, 30b sont reliés l'un à l'autre par deux cadres articulés en forme deparallélogramme sur chaque côté, constitués chacun par deux barres parallèlessensiblement verticales 33 et reliées à leurs extrémités par des articulations 35aux extrémités de barres parallèles transversales supérieure 34a et inférieure34b. L'ensemble forme un parallélépipède déformable par translation verticaledesdits cadres rectangulaires l'un par rapport à l'autre, autorisant desdéplacements verticaux relatifs de chacun desdits groupes de flotteurs l'un parrapport à l'autre, engendrés notamment par dilation différentielle.

Comme détaillé sur les figures 9 et 10, la structure supporte un groupe detrois flotteurs 30a, dont le flotteur central est traversé par une conduite 8 encontinuité dudit troisième flexible 7 et débouchant à la partie supérieure duditflotteur sur un orifice étanche 9, par exemple une vanne à boisseausphérique. Ainsi on effectue avantageusement toutes les opérations demaintenance du riser et d'une grande portion de conduite reposant sur le fond dela mer à partir d'un navire de surface 10 installé à la verticale de ladite vanned'accès 32a ; l'opération de coiled tubing étant possible dans la partie de conduitereposant sur le fond de la mer, à condition que le rayon de courbure du coudesitué dans l'embase soit suffisamment grand, par exemple 5m, voire 7m ou plus.

Dans la figure 8, le riser 5b étant froid, se trouve plus court que le riser 5a àtempérature plus élevée. De même, sur la figure 10 le groupe de flotteurs 30b setrouve décalé vers le bas sensiblement d'une même distance. Les deux groupesde flotteurs 30a, 30b sont maintenus sensiblement à équidistance au moyen desstructures en parallélogramme formant des parallélépipèdes déformables 25 012630 verticalement, autorise les déplacements verticaux engendrés, par exemple par ladilatation différentielle des deux risers 5a, 5b, l'un étant chaud, l'autre étant à latempérature de l'eau de mer, donc froid.

Les moyens de liaison des flotteurs ont été décrits au moyen de barres 33,5 34, articulées au niveau d'axes 35, mais peuvent tout aussi bien être réalisés par des éléments déformables, par exemple en élastomères, étant entendu que le butrecherché est de maintenir à distance sensiblement constante les deux groupesde flotteurs 30a-30b, pour éviter qu'ils ne s'entrechoquent sous l'effet de la houleet du courant, tout en autorisant les mouvements relatifs selon une direction 10 correspondant sensiblement à l'axe des conduites verticales.

De la même manière, dans la figure 7, on reste dans le cadre de l'inventionsi l'on remplace les colliers 25 et bagues coulissantes 26 servant à guider lesdeux risers verticaux dans la partie courante, par des barres articulées similaires àcelles précédemment décrites pour le guidage des flotteurs 30. 15

Claims (17)

012630 REVENDICATIONS

1. Installation de liaison fond-surface pour conduite sous-marine (11)reposant au fond de la mer, notamment à grande profondeur, comprenant : I) au moins un riser vertical (5) relié à son extrémité inférieure à au moinsune conduite sous-marine (11) reposant au fond de la mer, et à son extrémitésupérieure à au moins un flotteur (6), et II) de préférence au moins une conduite de liaison (3), de préférence encoreune conduite flexible, assurant la liaison entre un support flottant (1) et l'extrémitésupérieure (4) dudit riser vertical (5), et III) la liaison entre l'extrémité inférieure (5i) dudit riser vertical (5) et une diteconduite sous-marine (11) reposant au fond de la mer se fait par l'intermédiaired'un système d'ancrage comprenant une embase (15i, 152) posée sur le fond,caractérisée en ce que : a- l'extrémité inférieure (5i) du riser vertical (5) est reliée à l'extrémité de laconduite (11) reposant au fond de la mer par au moins un premier élément deconduite flexible (12) qui présente une courbure en forme de coude, et b- ladite embase comprend une plateforme (15i) reposant au sol et unestructure supérieure (152) solidaire de ladite plateforme qui maintient en positionlesdites extrémités de ladite conduite sous-marine (11) reposant au fond et duditriser vertical raccordées audit premier élément de conduite flexible, de sorte que : l'extrémité dudit premier élément de conduite flexible (12) raccordée àl'extrémité inférieure (5i) du riser (5) vertical est maintenue en position fixe(153) par rapport à ladite embase (15i, 152), et de préférence, les axes (XX1, YY') desdites extrémités de ladite conduitesous-marine (11) reposant au fond et dudit riser vertical (5) raccordées auditpremier élément de conduite flexible (12) sont maintenus dans un mêmeplan perpendiculaire à ladite plateforme.

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que : a) ledit riser vertical (5) comprend à son extrémité inférieure (5i) une portionde conduite rigide terminale (13) reliée à la partie supérieure (52) dudit riservertical par un deuxième élément de conduite flexible (14), lequel autorise desmouvements angulaires a de ladite partie supérieure (52) par rapport à laditeportion de conduite rigide terminale (13), et b) ladite embase (15i, 152) comprend une structure supérieure (152) quimaintient rigidement en position fixe (153) par rapport à l'embase, ladite portion deconduite rigide terminale (13) dudit riser vertical (5) dont l'extrémité est reliée audit 27 012630 premier élément de conduite flexible (12).

3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce queladite embase (15i ,152) comprend des supports de fixation (161) aptes à mainteniren position fixe par rapport à l'embase l'extrémité dudit élément de conduiteflexible (12) raccordée à l'extrémité de ladite conduite sous-marine (11) reposantau fond.

4. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce queladite embase (15i, 152) comprend des éléments de guidage (19) qui autorisent ledéplacement en translation longitudinale de l'extrémité de ladite conduite sous-marine (11) reposant au fond le long de son axe XX'.

5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesditséléments de guidage comprennent des rouleaux ou des patins de frottement (19)sur lesquels ladite extrémité de conduite sous-marine (11) reposant au fond peutcoulisser en translation longitudinale dans l'axe XX' de ladite extrémité.

6. Installation selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ceque lesdits moyens de guidage comprennent des dispositifs anti-rotation (19ι, 19ρ)qui empêchent la rotation de ladite extrémité de ladite conduite sous-marine (11)autour de son dit axe longitudinal (XX’).

7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, ladite embasecomprend une dite structure supérieure (152) solidaire d'une dite plateforme (150,ladite structure supérieure formant une console en élévation par rapport à laditeplateforme, ladite plateforme étant de préférence solidaire dédits moyens deguidage (19) consistant de préférence encore en des rouleaux répartis de part etd'autre de la base de ladite console reposant sur ladite plateforme, et laditeconsole comprend dans sa partie en élévation par rapport à ladite plateforme unverrou (153) permettant de bloquer ladite extrémité inférieure (5i, 13) dudit riser.

8. Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ceque ladite embase comprend une plateforme (15i), laquelle coopère avec deséléments de stabilisation (17, 18) comprenant des corps morts (18) posés par-dessus ladite plateforme (15i) et/ou des ancres à succion (17) traversant (I63)ladite plateforme pour être enfoncées dans le sol.

9. Installation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en cequ'elle comprend un dispositif de liaison (4, 7) entre ledit flotteur (6) et l'extrémitésupérieure (52) dudit riser (5), comprenant : un troisième élément de conduite souple (7) dont les extrémités sontencastrées au niveau respectivement de la sous-face dudit flotteur (6) et de 28 012630 l'extrémité supérieure dudit riser vertical (5), la liaison de ladite troisième conduite souple (7) à l'extrémité supérieuredudit riser (5) se faisant par l'intermédiaire d'un dispositif en forme de col decygne (4), lequel dispositif en forme de col de cygne (4) assure aussi laliaison entre ledit riser (5) et une dite conduite de liaison (3) avec le supportflottant, de préférence une dite conduite flexible (3), ladite troisième conduite souple (7) étant de préférence prolongée àtravers ledit flotteur (6) par une conduite tubulaire rigide (8) traversant leflotteur de part en part, de sorte que l'on peut intervenir à l'intérieur duditriser vertical (5) à partir de la partie supérieure du flotteur (6) à travers laditeconduite tubulaire rigide (8), puis ledit dispositif de liaison constitué deladite troisième conduite souple (7) et à travers ledit dispositif en forme decol de cygne (4), de façon à accéder à l'intérieur dudit riser (5) et le nettoyerpar injection de liquide et /ou par raclage de la paroi interne dudit riser (5),puis de ladite conduite sous-marine (11) reposant au fond de la mer.

10 Installation selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend : - au moins deux dits risers verticaux (5a, 5b) sensiblement parallèles etrapprochés, reliés à leur extrémité supérieure à au moins un flotteur et, - au moins deux dites conduites reposant au fond de la mer (11), et - ladite embase (15i, 152) maintenant les extrémités inférieures (13) desditsrisers verticaux (5) en position fixe par rapport à l'embase, et - ladite installation comprenant au moins deux dits éléments de conduiteflexible (12) reliant les extrémités des conduites sous-marines reposant au fondde la mer (11) et lesdites extrémités inférieures (13) desdits risers verticaux.

11. Installation selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ceque les au moins deux dites conduites sous-marines (11i, 112) reposant sur lefond de la mer sont assemblées en faisceau au sein d'une même enveloppe deprotection souple (113), permettant de confiner un matériau isolant (114), depréférence de la paraffine ou un composé gélifié, entourant lesdites conduitessous-marines (111( 112).

12. Installation selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisée ence que : - au moins deux dites conduites sous-marines (11i, 112) reposant sur le fond de la mer sont assemblées en faisceau au sein d'une même enveloppe (113) de protection souple permettant de confiner un 29 012630 matériau isolant (114), de préférence de la paraffine ou un composégélifié, entourant lesdites conduites, et - au moins deux dits risers verticaux (5a, 5b) sont assemblés en faisceauau sein d'une même enveloppe de protection souple permettant deconfiner un matériau isolant, de préférence de la paraffine ou uncomposé gélifié, entourant lesdits risers, - la liaison entre chacune des conduites élémentaires du faisceau, depuisla conduite du faisceau reposant sur le fond vers la conduitecorrespondante du faisceau vertical étant constitué par au moins un ditpremier élément de conduite flexible.

13. Installation selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce qu'unpremier et un deuxième risers verticaux (5a, 5b) sont maintenus sensiblementparallèles au moyen d'un système de liaison coulissant (25-27) autorisant lesdéplacements axiaux dudit premier riser (5a) par rapport audit deuxième riser(5b), ledit système de liaison comprenant un collier tubulaire (25) fixé autour duditpremier riser (5a), ledit collier (25) étant relié rigidement (27) à une baguetubulaire (26) coulissant librement autour dudit deuxième riser (5b), de préférenceune pluralité de dits colliers (25) d'un même système, de liaison coulissant (28i)étant répartis le long de chacun desdits risers (5a, 5b) en alternance avecdesdites bagues (26) d'un autre dit système de liaison (282) sur un même dit riser(5a, 5b).

14. Installation selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisée ence qu'elle comprend au moins un flotteur, de préférence un groupe comprenantune pluralité de flotteurs (30a, 30b) au sommet de chacun des au moins deux ditsrisers verticaux (5a, 5b), lesdits flotteurs (30a, 30b) étant maintenus solidaires aumoyen d'une structure (33, 34, 35 et 36) les supportant et autorisant desdéplacements verticaux relatifs de chacun desdits groupes de flotteurs l'un parrapport à l'autre.

15. Installation selon la revendication 14, caractérisée en ce que laditestructure supportant lesdits groupes de flotteurs comprend des structuresarticulées en forme de parallélogrammes déformables par translation verticale(33, 34a, 34b).

16. Installation selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisée en ceque ledit riser vertical (5) comprend dans sa partie supérieure au-dessus duditdeuxième élément de conduite flexible (14) un système de conduites isoléesconstitué d'un ensemble de deux conduites coaxiales comprenant une conduite 30 01263 Ο interne (52) et une conduite externe (53), un fluide ou matériau isolant (54) ouencore du vide étant placé de préférence entre les deux dites conduites (52, 53).

17. Procédé de mise en place d'une installation selon l'une desrevendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes danslesquelles : 1) on pré-assemble successivement bout à bout en alignement laditeconduite (11) destinée à reposer au fond de la mer, ledit premier élément deconduite flexible (12), ladite conduite rigide destinée à constituer ledit riser vertical(5), et le cas échéant et de préférence, ledit deuxième élément de conduiteflexible, 2) on met en place une dite embase (151( 152) coopérant avec l'assemblageobtenu à l'étape 1, de sorte que : ladite conduite destinée à reposer au fond de la mer et ladite conduiterigide destinée à constituer ledit riser vertical sont fixées sur ladite plateforme(15i), de préférence à proximité des extrémités desdites conduites (11, 13),reliées auxdits éléments de conduite flexibles (12,14) et l'extrémité dudit premier élément de conduite flexible (12) raccordée àl'extrémité inférieure (5i, 13) dudit riser vertical, n'est pas maintenue parladite structure supérieure (152) de l'embase, 3) On remorque en mer l'assemblage obtenu après l'étape 2 jusqu'au sitevoulu et, 4) on dépose sur le fond de la met ladite embase (15i, 152) que l'on stabilisede préférence avec desdits éléments de stabilisation (17,18) et 5) on désolidarise (162) de l'embase ledit riser (5,13), puis 6) on solidarise (153) ladite extrémité inférieure (13) dudit riser (5) avec laditestructure supérieure (162) de l'embase pour la maintenir dans ladite positionverticale fixe par rapport à l'embase.