Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~3~ 37
La présente invention concerne un systeme permettant d'effectuer les
opérations de tens;onnement et d'accrochage à distance de l'extrémite
d'un élément allongé tel une conduite sur un support ainsi que les
opérations inverses.
La presente invention peut être utilisee notamment pour fixer
l'extremite supérieure d'une ligne marine de production d'effluents
pétroliers à une installation sous marine, l'extrémité inferieure de
cette conduite étant fixée à un equipement de fond tel une tête de
puits ou à un collecteur de fond généralement designe par le terme
anglo-saxon de manifold.
La presente invention peut être utilisée pour mettre en place toutes
les lignes servant à la constitution d'une colonne de production
pétrolière marine, genéralement désignee par le terme anglo-saxon de
"riser", telles que les lignes de production, d'injection de gaz,
d'eau, les lignes de test, de distribution d'electricité, de
télecommande, de transfert d'outil telles que les lignes géneralement
désignees par l'abrev;ation TFL, etc...
Le brevet français FR-A-2.136.317 a dejà proposé un systeme de
raccordement d'une ligne de conduites a une conduite immergée.
Cependant le dispositif qu'il propose, ne permet ni d'effectuer un
réglage continu du tensionnement et de l'ancrage ni de lier deux
conduites coaxiales bout a bout.
On connait aussi les brevets americains US-A-3.452.815,
US-A-3.330.341, US-3.393.926 qui décrivent des dispositifs d'ancrage
permettant de maintenir lies deux éléments coaxiaux. Toutefois ces
dispositifs ne possèdent aucun moyen de tensionnement.
*
13~1637
~ - 2 -
Selon la présente invention il est prévu un système de
tensionnement et d'ancrage de l'extrémité d~'un élément
allongé, ayant un axe longitudinal, sur un support,
comprenant:
- un réceptacle solidaire du support pour recevoir
l'extrémité de l'élément allongé, le receptacle ayant des
ouvertures dans lesquelles sont logés des chiens d'ancrage,
- l'extrémité de l'élément allongé comprenant une
partie terminale et une partie externe ayant un profil
strié, ce profil strié étant logé dans le réceptacle et
étant destiné à coopérer avec les chiens d'ancrage,
- un moyen de tensionnement de l'extrémité de l'élément
allongé comprenant un cylindre supporté par le réceptacle et
un piston se déplaçant dans le cylindre,
- un moyen pour fournir un liquide sous pression au
moyen de tensionnement pour mettre l'élément allongé en
tension,
- un moyen relié au cylindre pour amener les chiens
d'ancrage en engagement avec le profil strié lorsqu'une
force compressive est appliquée au support.
De préférence, le moyen pour fournir un liquide sous
pression au moyen de tensionnement tout en mettant l'élément
allongé en tension en amenant le piston dans une position
pouvant fournir une force de tension à l'extrémité de
l'élément allongé exerce aussi une force de compression sur
le support par l'intermédiaire du cylindre.
Les moyens d'accrochage pourront être localisés à
l'extérieur de l'extrémité de l'élément allongé.
Dans le cas o~ cette extrémité comprenant la partie
terminale est creuse les moyens d'accrochage pourront être
localisés à l'intérieur de cette extrémité.
''
1.301637
- 2a -
Les moyens d'accrochage pourront comporter une gorge
circulaire aménag~e à l'intérieur de l'extrémité de
l'élément allongé et au moins un chien solidaire des moyens
de tensionnement, ledit chien ayant un profil adapté à
coopérer avec la gorge circulaire pour provoquer
l'accrochage des moyens de tensionnement sur l'extrémité de
l'élément allongé.
S
Ce chien pourra être logé dans une ouverture aménagée dans
un tûbe cylindrique dans lequel un piston coulisse entre
deux positions. Dans l'une de ces positions ce piston
repousse le chien vers l'extérieur en position de
verrouillage des chiens d'accrochage dans la gorge.
lS Ce piston pourra être solidaire de ~a tige d'un vérin
hydraulique.
Les moyens d'ancrage pourront être localisés 3 l'extérieur
de l'extrémite de l'élément allongé.
Le profil strié est.de préférence adapté à coopérer avec le
chien de retenue pour rendre solidaires le support et
l'extrémité de l'élément allongé.
~3~63'7
Le receptacle pourra comporter un premier organe de verrouillage qui
coulisse entre deux positions. Dans l'une de ces positions cet organe
repousse le chien ou les chiens vers l'extrémite de l'élément allongé,
realisant ainsi le verrouillage des moyens d'ancrage de l'extrémite de
l'elément allonge sur le support.
Cet organe de verrouillage pourra être actionn~ par un vérin.
De même, les moyens de tensionnement pourront comporter un vérin ; ce
verin pourra comporter une chambre annulaire sensiblement coaxiale en
fonctionnement ~ l'extremite de l'élément allonge.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages
apparaîtront plus clairement à la description d'exemples particuliers,
nullement limitatifs, qui suivent, illustres par les figures
ci-annexees parmi lesquelles :
- Les figures 1 a 3 illustrent trois variantes de realisation du
système selon l'invention et,
- les figures 4 ~ 8 montrent l'enchaînement de différentes phases lors
de la connexion du système selon l'invention.
Dans le cas des exemples considérés l'element allongé correspond à une
ligne particulière de l'ensemble des lignes qui constituent une
cGlonne montante marine. Cette ligne peut être une ligne de production
d'effluents petroliers.
La réference 1 de la figure 1 désigne le support sur lequel doit être
ancrée une ligne de production après mise en tension.
Ce support pourra être, par exemple, une bouee immergee. La réference
2 désigne l'extr~mité superieure de la ligne de production.
-- 4 --
Cette extremité comporte une collerette 3 qui permettra l'accrochage
de la ligne de production, ainsi qu'une partie externe 4 ayant un
profil strie destine à coopérer avec des chiens d'ancrage 5.
Ces chiens d'ancrage 5 sont logés dans des ouvertures 6 amenagees dans
un réceptacle 7 solidaire du support 1. Sur la figure 1 ce receptacle
est un manchon cylindrique.
La collerette 3 de la ligne de production coopère avec un connecteur 8
comportant des chiens 9 permettant l'accrochage de la ligne de
production. Le systeme d'accrochage de l'extrémité de la ligne de
production avec le système de tensionnement pourrait aussi etre
constituer par exemple par un système de fixation à baionnettes. Ce
connecteur 8 est fixé à un élément de suspension 10 qui est relié a
une installation située au-dessus de l'ensemble représenté à la figure
1 et a partir de laquelle on descend cet ensemble. Une telle
installation peut être une installation marine flottante. Cet ~lement
de suspension peut par exemple être un tube, comme représente sur la
figure. Ce tube ayant l'avantage de notablement faciliter le
positionnement du système d'accrochage et de tensionnement sur
l'elément allongé et de permettre eventuellement le transport de
fluides vers ou en provenance de la ligne de production. On aurait pu
aussi prendre par exemple comme élement de suspension un câble.
Dans l'exemple de la figure 1 la mise en tension de la ligne de
production sera realisée par des moyens de tensionnement 11 qui sont
essentiellement constitués d'un verin hydraulique comportant une
chambre principale 12 destinee à recevoir ou à évacuer un fluide sous
pression.
Les reférences 13 et 14 désignent les deux organes de ce verin qui se
déplacent, l'un par rapport a l'autre, lors de son fonctionnement et
qui seront designes respectivement par cylindre et tige du verin de
tensionnement.
Dans l'exemple représente à la figure 1, la chambre principale 12 du
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vérin 11 est annulaire et est délimitee par les parois externes de la
tige 14 et les parois internes du cylindre 13, la tige 14 etant à
l'intérieur du cylindre 13 , ainsi que par un premier collet extérieur
15 formant piston fixe à l'extrémite de la tige 14 et un collet
interieur 16, formant un presse-étoupe, fixe dans le cylindre 13.
Le verin de tensionnement 11 pourra être un vérin ~ double effet et
pourra comporter une chambre annexe 17 delimitée par le collet
intérieur 16 et un deuxième collet exterieur 18 fixe a la tige 14.
Le collet intérieur 16 est situé entre le premier et le deuxième
collets extérieurs 15 et 18~ Les différents collets sont d;mensionnés
pour rendre les chambres principales et annexes 12 et 17 sensiblement
etanches. Cette etancheité pourra etre renforcée par des joints 18',
19 et 20.
Le cylindre 13 du vérin principal 11 peut prendre appui en 21 sur le
receptacle 7 qui, dans le cas de la figure 1, a la forme d'un manchon
cylindrique.
Dans l'exemple représente à la figure 1 la tige 14 du vérin de
tensionnement est solidaire du connecteur 8 et de l'élement de
suspension 10.
Le système selon l'invention pourra comporter un organe de
verrouillage des chiens d'ancrage 5 dans la position d'ancrage de
l'extrémite de la ligne de production 2.
Cet organe de verrouillage comporte une chemise de verrouillage 22 qui
coulisse entre deux positions.
Le diamètre interieur de cette chemise est determiné pour que, lorsque
cette chemise est en position basse, elle empêche le dégagement des
chiens d'ancrage 5 du profil strie 4. Ceci est représenté à la figure
1 ou la chemise est en position de verrouillage. Sur cette figure on
remarque que la chemise de verrouillage 22 présente sur sa partie
13~1637
6 --
inferieure 23 un diamètre interieur supérieur à celui déterminé
précédemment, ceci afin de permettre le dégagement des chiens
d'ancrage 5 lorsque la chemise de verrouillage 22 est en position
haute.
De plus, afin de faciliter le degagement des chiens d'ancrage 5 la
chemise de verrouillage 22 pourra comporter à sa partie inférieure un
ou des doigts 24 qui coopéreront avec des encoches 24a amenagees dans
les chiens d'ancrage 5 lors de la levée de la chemise de verrouillage
22.
Dans le cas de la figure 1 la position de la chemise de verrouillage
22 est commandée par un vérin à double effet 25 qui sera qualifié de
vérin de verrouillage.
La tige 26 de ce verin est solidaire du cylindre 13 du vérin principal
e~ d'ailleurs ces deux éléments peuvent former une seule pièce comme
représenté à la figure 1.
La chambre principale 27 du vérin de verrouillage 25 est delimitée par
la tige 26 de ce même verin et par un cylindre 29 ainsi que par un
collet exterieur 30 à la tige 26 et par un collet intérieur 31 au
cylindre 29.
La chambre annexe 32 est délimitee par le collet interieur 31 par la
tige 26, le cylindre 29 ainsi qu'un deuxième collet extérieur 33
solidaire de la tige 26.
La disposition, ainsi que la géométrie et les equipements de ces
différents collets sont sensiblement les mêmes que pour le vérin de
tensionnement 11.
Le cylindre 29 du verin de verrouillage 25 prend appui en 34 sur la
chemise de verrouillage 22.
Afin de permettre le retrait ou lteffacement de l'organe de
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7 --
verrouillage des chiens d'ancrage 5, le système selon l'invention peut
comporter des moyens qui seront qualifiés de moyens d'effacement ou de
retrait et qui sont adaptes à permettre le retrait de la chemise de
verrouillage 22 de sa position de verrouillage.
Ces moyens comportent une gorge 35 amenagee dans la chemise de
verrouillage 22. Des doigts 36 coopèrent avec cette gorge.
Ces doigts 36 sont solidaires d'un vérin 37 qui sera qualifie de vérin
de retrait de la chemise de verrouillage.
Ce vérin 37 comporte une tige 38 qui, dans le cas de la figure 1, est
solidaire du cylindre 29 du vérin de verrouillage 25. Il comporte
également un cylindre 39 dont la partie inférieure 140 possède une
première zone ayant un diamètre tel que lorsque cette zone est au
niveau des chiens 36, elle verrouille ces derniers dans la gorge 35 de
la chemise de verrouillage 22.
La chambre principale 40 de ce vérin est délimitee par la tige 38 et
le cylindre 39 de ce meme vérin, ainsi que par un premier collet 41
exterieur à la tige 38 et un collet 42 intérieur au cylindre 39.
Ce vérin peut éventuellement comporter une chambre annexe 43 le
rendant à double effet. Cette chambre est délimitée par la tige 38, le
cylindre 39, le collet 42 interieur et un deuxième collet 44 extérieur
de la tige 38.
Sur la figure 1 la zone striée 4 possède une hauteur conséquente
relativement à la hauteur des chiens de manière à permettre le réglage
de l'allongement ou de l'effort de tensionnement de la ligne de
production sur une large plage de valeurs.
Dans la variante de realisation representée à la figure 1, la Dartie
terminale de l'extrémité 2 de la ligne de production, qui comporte une
collerette 3, ainsi que le connecteur 8, sont situés en-dessous du
verin de tensionnement 11.
~ 3t~163~
- 8 - - ~
A l'inverse, dans la variante représentée à la figure 2, la part;e
terminale de l'extremité 2 de la tige de production, ainsi que le
connecteur 8, sont situés au-dessus du verin de tensionnement 11, ceci
grâce à une extension 45 situee entre la collerette 3 et le profil
strié 4.
De plus, dans le cas representé a la figure 2, le verin de
tensionnement est un verin à simple effetA
La variante de realisation du système selon l'invention representee à
la figure 3 illustre le cas où les moyens d'accrochage sont s;tués
l'interieur de l'extremité 2 de la ligne de production.
Selon cette variante, les moyens d'accrochage comportent une gorge 46
aménagee à l'intérieur de l'extrémite 2 de la ligne de product;on et
~un connecteur 47 comportant des chiens 48 adaptés à cooperer avec la
gorge 46.
Les chiens 48 sont maintenus en position enclenchee dans la gorge 46
par un piston 49.
Dans le cas de la figure 3 le piston 49 est actionne par la tige 50
d'un vérin 51.
On remarquera sur cette figure deux axes 53 et 53'permettant au piston
49 deux degres cle liberté en rotation.
La chemise 22 pourra comporter un dispositif qui l'empeche de
coulisser sous son propre poids lorsqu'elle est en position Levée. Un
tel dispositif pourrait comporter un joint de serrage ou un système
mécanique comportant lui-meme un doigt qui coopèrerait avec un
logement amenagé dans la partie superieure du réceptacle 7.
L'engagement et le degagement d'un tel dispositif pourraient etre
commandés par une tige depassant du bord superieur de la chemise de
` ` 13~ 7
_ 9 _
verrouillage 22 et qui serait actionnée par le contact 34 du cylindre
29 avec cette chemise 22.
Bien entendu, il existe des lignes d'alimentation et d'évacuation en
fluide hydraulique des différentes chambres des differents verins. Ces
lignes n'ont pas éte representees afin de ne pas compliquer les
dessins.
Toutefois, la ligne 52 d'alimentation en fluide hydraulique de la
chambre principale 12 du vérin principal 11 pourra comporter un
capteur de pression 53 permettant de connaître la pression dans la
chambre 12 ceci afin de contrôler la tension de la ligne de
production.
La ligne 54 d'alimentation en fluide hydraulique de la chambre
principale 27 du vérin de verrouillage 25 pourra être reliee à un
accumulateur 55. Un tel dispositif evitera la necessité d'un contrôle
en permanence de la pression dans cette ligne 54. Ceci sera explique
plus en detail dans la description, nullement limitative, du
fonctionnement du système selon l'invention~
Ce fonctionnement sera decrit en considerant le mode de r~alisation de
la figure 1.
La figure 4 represente la descente de la ligne de production 55' dont
l'extrémite superieure 2 est fixée a un connecteur 8. Cette descente
se poursuit jusqu'à ce que la connexion de l'extrémite inferieure de
la ligne de production 55' sur une installation de fond soit
effectuée. A la fin de cette connexion, ~e système selon l'invention
se trouve sensiblement dans la position représentée a la figure 5.
Sur les figures 4 et 5 les verins de tensionnement 11, de verrouillage
25 et le vérin 37 des rloyens de retrait de la chamise de verrouillage
22 sont représenteS avec les cylindres leves, ce qui correspond à un
13Q~37
volume minimum des différentes chambres principales. Ceci n'est
nullement limitatif. Ainsi, par exempler il sera possible de descendre
cet ensemble alors que le cylindre principal 13 du vérin principal 11
est en position basse. D'ailleurs, dans ce cas, il pourra servir a
amortir le choc dû à son contact en 21 avec le réceptacle 7, ceci
grâce à la chambre principale 12.
Une fois l'extremité inférieure de la ligne de production fixee à
l'installation de fond, on actionne le vérin principal 11 en envoyant
un fluide dans la chambre principale 12 de ce vérin jusqu'au cor,tact
1û de l'extrémité inferieure du cylindre 13 du verin principal, ceci dans
- le cas où le verin principal est en position levée. On poursuit alors
l'injection du fluide dans La chambre 12 pour mettre la ligne de
production en tension. Cette injection se poursuit jusqu'a ce que l'on
atteigne l'effort de tension que l'on souhaite imposer à la ligne de
production ou jusqu'à ce que l'on ait atteint l'allongement souhaité.
A partir de cet instant on injecte du fluide sous pression dans la
chambre principale 27 du verin de verrouillage 25. Le cylindre 29 de
ce vérin descend, prend appui en 34 sur la chemise de verrouillage 22
et provoque la descente de celle-ci jusqu'à ce que le bord 56 de la
zone de cette pièce ayant un diamètre determiné pour verrouiller les
chiens d'ancrage 5 dans la position enclenchee, rencontre ces chiens
d'ancrage 5.
A partir de cet instant, deux cas sont possibles :
a) les chiens 5 s'enclenchent dans le~profil strié 4. A ce moment la
chemise de verrouillage 22 poursuit sa course descendante et
réalise le verrouillage des chiens 5 dans leur position enclenchée,
b) le profil des chiens est decale par rapport à celui des stries et
le bord 56 s'immobilise sur la rampe 57 qui équipe la partie
superieure des chiens 5.
~,
13V1637
L'utilisation diau moins un verin principal pour les moyens de
tensionnement permet de rendre ces derniers réglables en intensite de
l'effort de tensionnement ou d'allongement.
Le profil strie 4 ainsi que celui des chiens d'ancrage 5 pourront
avoir avantageusement la forme de dents de scie.
A partir de l'instant où il y a immobilisation de la chemise de
verrouillage 22, du fait que le profil des chiens d'ancrage ne coopère
pas avec le profil strie 4, il est possible soit de diminuer la
tension exercée sur l'extrémite 2 de la ligne de production, soit de
l'augmenter, ceci afin de déplacer légèrement le profil strié 4
jusqu'a ce que les chiens d'ancrage 5 puissent s'enclencher dans le
profil strié et la chemise de verrouillage 22 poursuit alors sa course
descendante et realise le verrouillage des chiens d'ancrage 5. C'est
le cas représenté aux figures 1 et 7.
L'accumulateur 55 est utile lorsque le bord 56 est immobilise sur la
rampe 57 du chien 5. En effet, dans ce cas il suffit d'établir un
niveau de pression dans la ligne d'alimentation de l'accumulateur 55
et de la chambre 27 et d'isoler cette ligne en surface et de ne plus
s'en occuper~ Lorsque le profil strie 4 est deplacé et que les chiens
5 s'y engagent, c'est l'accumulateur 55 qui fournira le volume de
fluide necessaire à l'alimentation de la chambre 27 sans pour autant y
effondrer la pression. Une fois le verrouillage des chiens 5 réalise,
on transfert les efforts de tension de l'appui 21 vers les chiens
d'ancrage 5 en relachant la pression dans la chambre principale 12 du
vérin principal 11.
La figure 8 représente le retrait des différents verins ainsi que du
connecteur 8.
Durant la phase de tensionnement et d'accrochage de l'extrémité de
l'élément allongé on ne s'est pas servi du vérin de retrait 37.
~3~637
- 12 -
Ce vérin 37 de retrait de la chemise de verrouillage 2Z trouve son
utilisation dans le decrochage de l'extremite 2 de la ligne de
production.
Pour ce faire, on descend l'ensemble des vérins 11, 25 et 37 et le
connecteur 8 jusqu'à ce qu'il y ait contact entre le connecteur et la
collerette 3. On verrouille alors les chiens d'accrochage ~ et on
alimente la chambre principale 12 du vérin principal 11 afin de
reprendre sensiblement les efforts de tension des chiens d'ancrage 5
vers l'appui 21
Une fois que cela est réal;sé, on alimente la chambre principale 27 du
vérin de verrouillage 25 jusqu'a ce qu'il y ait contact en 34 entre le
cylindre 29 de ce vérin et l'extremite supérieure de la chemise de
verrouillage 22. A ce moment les chiens de verrouillage 36 sont
sensiblement en vis-à-vis de la gorge 35 de la chemise de
verrouillage. Il suffit alors d'alimenter la chambre principale 40 du
vérin de retrait 37 pour provoquer la descente du cylindre de ce verin
qui enclenche les chiens 36 dans la gorge 35. Il faut alors alimenter
en fluide la chambre annexe 32 du vérin de verrouillage 25 pour
provoquer la remontée de la chemise de verrouillage 22 et libérer les
chiens d'ancrage 5.
Cette libération pourra etre facilitée par les doigts 24 qui coopèrent
avec l'encoche 24a localisée à la base des chiens d'ancrage 5.
La liberation des chiens pourra également être fac;litee par la forme
du profil des chiens et de la partie striée, notamment si celui-ci a
la forme de dents de scie et si l'angle que font les dents de scie
avec l'axe 58 diffère de 90 et de preférence s'il est egal à 45.
Les chiens d'ancrage 5 étant liberes, il est possible de rechercher
éventuellement l'effort de tension exercé par le verin principal afin
de détendre la ligne de production et éventuellement de deconnecter la
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- 13 -
ligne de production à sa partie inférieure.
Bien entendu, il faudra deconnecter les chiens de déverrouillage 36 de
la gorge 35 avant de remonter l'ensemble.
Cec; pourra se faire en injectant du fluide dans la chambre annexe 43
du vérin 37 et donc les chiens 36 ne seront plus verrouillés. Une
traction sur le cylindre 29 provoquera un dégagement des chiens de
deverrouillage 36 de la gorge 35 du fait de la forme inclinee des
bords de cette gorge.
