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La présente invention concerne un procédé -d'intervention en un en-
semble de points d'intervention distincts répartis sur le fond marin depuis
l'extrémité libre d'une même colonne montante issue d'une plate-forme semi-
submersible adaptée pour l'exploitation d'un gisement.
Les plates-formes semi-submersibles sont destinées à l'exploitation
pétrolière dans des mers ou océans de grande profondeur. Elles comportent une
coque supportée par des jambes dont la partie inférieure est reliée à une em-
base creuse. L'embase et des caissons de flottabilité disposés dans les jambes
assurent la flottabilité et la stabilité de la plate-forme. La coque fixée sur
les jam-
bes est maintenue au-dessus de la surface de la mer lors de l'exploitation de
l'installation.
Afin de recueillir les hydrocarbures extraits, la p(ate-forrne est reliée
au fond marin par plusieurs colonnes montantes. Ceiles-ci sont connectées à un
ensemble de puits forés au droit de la plate-forme.
Ces puits sont généralement répartis en périphérie d'un point central
par exemple sur un cercle ayant un diamètre d'environ 40m.
Avant l'implantation des colonnes montantes assurant l'exploitation du
gisement, ii convient de forer les différents puits auxquels seront connectées
les
colonnes montantes d'exploitation.
Pour ce forage, la plate-forme est équipée d'une ùnique colonne
montante de forage. Elle comporte un tube extérieur ayant généralement un
diamètre de 20 pouces (50,8cm) dans lequel sont acheminés des organes de
forage tels qu'un trépan.
Les puits sont répartis à la périphérie d'ûn point de stockage prévu
sur le fond au centre du gisement. Le point de stockage est généralement
défini
par le terme anglais parking siot . Il comporte un connecteur installé sur le
fond
qui permet l'immobilisaticn temporaire de la colonne montante. Les puits sont
forés les uns après lés autres autour du point de stockage.
A cet effet, la plate-forme est déplacée d'un forage à l'autre, afin que
la partie supérieure de la colonne montante da forage soit située sensiblement
à
la verticale du forage en cours de réalisation.
Le déplacement de la plate-forme pour le forage des différents puits,
constitue une opération longue et délicate, puisqu'iI convient après chaque fo-
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rage de désamarrer la plate-forme, de déplacer celle-ci, puis de la réamarrer
au
droit du point d'intervention choisi.
L'invention a pour but de proposer un procédé d'intervention sur le
fond marin grâce à une colonne montante permettant de réaliser rapidement et
facilement le forage ou l'exploitation de plusieurs puits depuis une même
plate-
forme.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'intervention en un
ensemble de points d'intervention distincts répartis sur le fond marin depuis
l'extrémité libre d'une même colonne montante issue d'une plate-forme semi-
submersible adaptée pour l'exploitation d'un gisement, caractérisé en ce qu'il
comporte des étapes successives suivantes :
a) amarrer la plate-forme pour l'immobiliser en flottaison au droit du
gisement ;
b) mettre en place la colonne montante reliant la plate-forme en flot-
taison au fond marin pour l'intervention en un premier point d'intervention
c) intervenir au premier point d'intervention ;
d) dégager l'extrémité libre de la colonne montante du premier point
d'interventian, en maintenant ceile-ci immergée;
e) déplacer l'extrémité libre de ladite colonne montante par rapport au
.20 fond marin vers un second point d'intervention, en maintenant en place la
plate-
forme en flottaison; et
f) intervenir au second point d'intervention.
Suivant des modes particuliers de mise en oeuvre, le procédé com-
porte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- l'étape e) de déplacement de l'extrémité libre de la colonne montante
comporte les étap?s :
e1) d'installation préalable d'au moins un point fixe sur le fond marin
e2) de mise en place de moyens de traction entre l'extrémité libre de
la colonne montante et le ou chaque poirit fixe ; et
e3) de traction de l'extrémité libre de ladite colonne montante à l'aide
des moyens de traction reiiés au ou à chaque point fixe associé, pour
provoquer
le déplacement par rapport au forid marin de ladite extrémité libre vers le
second
point d'intervention ;
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- il est prévu trois points fixes distincts non alignés, à chacun desquels
sont reliés les moyens de traction assurant le déplacement de l'extrémité
libre de
la colonne montante sous l'action de trois forces non coaxiales ;
- pour la mise en oauvre de l'étape e), il comporte en outre l'étape
consistant à lier l'extrémité libre de la colonne montante à au moins une
amarre
dor;t l'autre extrémité est fixée au fond marin en des emplacements tels que
les
premier et second points d'intervention sont situés dans le ou chaque secteur
de
disque balayé par la ou chaque amarre ;
- l'extrémité libre de la colonne montante est liée à.deux amarres qui
sont fixées au fond marin de part et d'autre du segment délimité par les
premier
et second points d'intervention, la longueur des amarres étant choisie pour
que
ledit segment s'étende essentiellement suivant l'axe du croissant biconvexe dé-
fini par l'intersection des deux secteurs de disque balayés par les aniarres ;
- lesdits moyens de traction sont acheminés au fond par un engin
submersible, et une fois au fond, ils sont reliés d'une part au ou à chaque
point
fixe associé et d'autre part, à l'extrémité libre de la colonne montante ;
- le ou chaque point fixe est porté par un véhicule déplaçable sur le
fond marin, lequel véhicule comporte des moyens d'ancrage sur le fond marin,
et
pour l'implantation du ou de chaque point fixe :
a) ledit véhicule est amené sur le fond à distance du point d'implanta-
tion retenu pour le point fixe ;
b) le véhicule est déplacé sur le fond jusqu'au point d'implantation re-
tenu ; et
c) le véhicule est ancré au point d'implantation retenu:
- le ou chaque point fixe est installé sur le fond avant l'amarrage de la
plate-forme au droit du gisement, le ou chaque point fixe étant installé au-
dessous de la surface occupée par la plate-forme
- il est mis en place plusieurs points fixes reliés ensemble par des
liens s'étendant sur le fond marin entre deux ancrages, lesquels liens sont
dis-
posés autour de la région du fond marin où se trouve l'ensembl e des points
d'intérvention ;
- des moyens de rappel cle l'extrémité libre de la colonne montante
sont installés entre celle-ci et le fond marin
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- les moyens de rappel sont adaptés pour assurer un rappel de l'ex-
trémité libre de la colonne montante vers le centre de l'ensemble des points
d'intervention ; et
- les moyens de rappel comportent un câble coulissant dans une
gaine s'étendant le long de la colonne montante, à laquelle elle est
solidarisée,
lequel câble relie le fond marin à la plate-forme, et le rappel de l'extrémité
libre
de la colonne montante vers le point de liaison du câble au fond marin est
assu-
ré par traction depuis la plate-forme du câble dans la gaine.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va sui-
vre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins,
sur
lesqueis :
- la Fig.1 est une vue en élévation d'une installation d'exploitation pé-
trolière en cours d'implantation ;
- la Fig.2 est une vue schématique en perspective de trois quarts i17
'15 lustrant une phase d'implantation de l'installation suivant un premier
mode de
mise en cauvre
- la Fig.3 est une vue analogue à celle de la figure 2 illustrant une va-
riante du procédé d'implantation de l'installation ;
- la Fig.4 est une vue à plus grande échelle des moyens de la Fig.3
mis en oeuvre sur le fond ;
- ies Figs.5 et 6 sont des vues schématiques de l'extrémité inférieure
de la colonne mntantp représentée respectivement en position retenue et en
position relâchée ; et
- les Figs.7 et 8 sont des vues de dessus illustrant deux variarites d'un
autre procédé de déplacement de l'extrémité inférieure d'une colonne montante.
Sur la figure 1, est représentée schématiquement une plate-forme pé-
trolière auto-élévatrice 10 de type semi-submersible. rlle est disposée dans
une
région de grande profondeur, celle-ci étant par exemple égale à 1300 mètres.
La plate-forme comporte essentiellement une coque supérieure 12
s'étendant au-dessus de la surface 1Vl de la mer lorsque la plate-forrne est
en
phase d'exploitation. La coque 12 est reliée, par quatre jambes 14 munies de
caissons de flottabilité, â une embase inférieure in-imergée 16. La coque supé-
rieure comporte des bâtiri'ients techniques d'habitation non représentés ainsi
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qu'un derrick 18. La coque 12 et l'embase 16 sont toutes deux de forme carrée
et comportent en leur centre, des conduits 20,22 visibles sur les figures 2 et
3.
Ces conduits 20,22 sont disposés au-dessous du derrick 18 et sont
adaptés pour le passage de colonnes montantes désignées par la référence gé-
5 nérale 24. Ces colonnes montantes sont adaptées suivant le cas soit pour le
fo-
rage de puits d'exploitation, soit pour.l'exploitation proprement dite du
pétrole.
La coque supérieure 12 comporte des mécanismes 26 à pignons et
crémaillères permettant de descendre les jambes 14 et de hisser la coque 12 au-
dessus de la surface de l'eau.
Les mécanismes 26 comportent en outre des moyens de verrouillage
des jambes 14 par rapport à la coque 12 afin d'assurer une liaison rigide des
jambes sur la coque.
Par ailleurs, des lignes d'amarrage 28 maintenues sous tension sont
installées entre l'embase immergée 16 et le fond marin pour immobiliser la
plate-
forme au-dessus du gisement.
Sur la figure 1 sont illustrées schématiquement des étapes successi-
ves de l'implantation d'un puits d'exploitation de pétrole.
Selon l'invention, le procédé d'implantation de l'installation comporte
une étape initiaie consistant à amarrer la plate-forme 10 au droit du gisement
pour immobiliser celle-ci en flottaison par rapport au fond marin noté F.
Cet amarrage s'effectue comme connu en soi par installatiori des
amarres sous tension 28.
Alors que la coque 12 est maintenue au-dessus de la surface M de la
n-ier, la flottabilité et la stabilité de la plate-forme étant assurées par
l'embase 16
et les caissons disposés dans les jambes, une colonrie montante de forage 24
est mise en place. La colonne montante de forage est généralement désignée
par le terme anglais " riser".
La colonne montante de forage est descendue grâce au derrick 18
jusqu'au fond en un premier point d'intervention pour le forage d'un premier
con-
duit désigné par la référence 30, Ce conduit est situé exactement à la
verticale
du derrick, De manière connue en soi, le premier conduit 30 est foré et
entubé. II
est équipé d'un connecteur pour l'extrémité libre de la colonne montante de fo-
rage 24 afin d'établir un poirit de stockage de celle-ci. En position de
repos, la
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colonne montante de forage 24 est stockée en étant connectée au point de
stockage 30. Lc-Ile est alors maintenue sous tension grâçe à un mécanisme
adapté installé sur la plate-forme,
La colonne montante de forage 24 dans sa position de stockage au
point 30 est représentée en trait mixte sur la figure 1.
Après l'installation du point de stockage 30, l'extrémité libre de la co-
lonne montante .de forage 24 est dégagée du fond F. Celle-ci, est toutefois
maintenue totalement immergée.
L'extrémité libre de la colonne 24 est ensuite déplacée par rapport au
fond F, par exemple suivant le sens de la flèche F1, pour être amenée jusqu'à
un
second point d'intervention où un puis doit être foré. Lors du déplacement de
l'extrémité libre de la colonne, la plate-forme en flottaison est maintenue en
place, quasi-immobile par rapport au fond marin F.
Après que l'extrémité libre a atteint le second point d'intervention sou-
haité, un puits noté 32 est installé et foré.
Dans sa seconde position, où elle est utilisée pour le forage du puits
32, la colonne montante 24 est représentée en trait plein sur la figure 1.
Les mêmes étapes de dégagement sur l'extrémité libre de la colonne
montante, de déplacement de celle-ci, vers un nouveau point de prélèvement et
d'installation d'un nouveau puits de forage sont répétées pour l'ensemble de
points de prélèvement. Les différents puits ainsi forés sont répartis sur un
cercle
centré sur le point de stockage 30.
Sur la figure 2, est.illustré un premier procédé de déplacement de
l'extrémité libre de la colonne montante de forage 24.
Suivant ce procédé, trois véhicules submersibles auto-propulsés
34,36,38 soht déposés sur le fond marin F, par exemple par l'intermédiaire
d'une
grue 40 installée sur la coque de la plate-forme 10. Ces véhicules
submersibles
34,36 et 38 sont déposés autour de la surface occupée par la plate-forme. Ln
effet, la coque 10 et l'embase 16 sont dépourvues d'ouverture suffisarnment
large pour permettre le passage des véhicules auto-prapulsifs.
Les véhicules 34,36 et 38 sont par exemple muni de mécanismes de
propulsion à chenilles à actionnement hydraulique. La pression hydraulique né-
cessaire à leur déplacement est fournie par un engin submersible autonome 42
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commandé à distance et relié à la plate-forme 10 par un cordon ombilical 44.
Au
travers du cordon 44 sont transportées des informations de commande et l'éner-
gie d'afimentation nécessaire.
Grâce à l'assistance de l'engin submersible 42, chacun des véhicules
auto--propulsé 34,36,38 est acheminé, à son tour, de la région où il a été
déposé
sur I-3 sol par la grue 40 jusqu'à un point d'ancrage retenu situé sous la
surface
occupée par la plate-forme 10.
Les véhicules 34,36,38 sont représentés à leur point d'ancrage res-
pectif où ils sont désignés respectivement par les références 34a,36a,38a. Ces
points d'ancrage sont situés à l'extérieur de la région devant être occupée
par
les puits d'exploitation, mais immédiatement à la périphérie de celle-ci.
. Une fois acheminé sur les points d'ancrage retenus pour chaque véhi-
cule auto-propulsé, ceux-ci sont immobilisés sur le fond marin, par exemple
par
l'intermédiaire de fourches 45 plantées dans le fond marin.
Les véhicules auto-propulsés ainsi ancrés constituent des points fixes,
ou corps morts immobilisés sur le fond marin. Ils permettent de fournir une
con-
tre-réaction pour l'application d'une traction sur l'extrémité inférieure de
la co-
lonne montante 24.
Après ancrage des véhicules, des moyeris de traction 46,48,50 sont
installés entre chaque point fixe ainsi formé et l'extrémité libre de la
colonne
montante 24. Ces moyens de traction sont constitués par exemple d'un treuil
porté par un engin submersible autonome commandé et afimenté depuis la
plate-forme au travers d'un cordon ombilical. En variante, les moyens de
traction
46, 48, 50 sont portés par chacun des engins submersibles 34, 36, 38.
Dans le cas présent, les moyens de traction 46,48,50 comportent cha-
curi d'une part des moyens d'accrochage sur l'un des points fixes et d'autre
part
des moyens d'accrochage à l'extrémité libre de la colonne montante 24. Ces
moyeris d'accrochage sont comrnandés depuis la surface au travers du cordon
ombilical reliant chaque engin submersible.
Après n"lise en place des moyens de tr âction, i'e;Ctrén"Iltê libre dê la
colonne montante 24 est déplacée sous les actioris combinées des movens de
traction 46,48,50 appliquant sur celle-ci, des forces de tractiorl coolanaires
et
non coaxiales. On conçoit que sous l'action de ces trois forces, l'extrémité
libre
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de la colonne montante 24 peut être acheminée ju'squ'à l'un des points de
prélè-
vement prévus, et répartis sur un cercle noté 52 ayant pour centre le point de
stockage 30.
Après installation du puits 32, et après un éventuel repositionnement
des points fixes formés par les véhicules 34a,36a,38a ancrés sur le fond
marin,
l'extrémité libra de la colonne montante 24 est déplacée successivement de ma-
nière analogue jusqu'aux autres points de prélèvement répartis sur le cercle
52.
La colonne montante de forage 24 peut, entre chaque nouveau forage, être en-
treposée temporairement en étant connectée au point de stockage 30.
Les figures 3 et 4 illustrent un autre mode déplacement de l'extrémité
libre de la colonne montante 24.
Suivant cette variante de mise en oeuvre du procédé, quatre ancres à
succion 60 formant des points d'ancrage sont disposées aux -quatre coins d'un
carré de 50 mètres de côté environ entourant le cercle noté 62 sur lequel
doivent
être répartis les puits périphériques. Entre les ancres à succion 60 sont
tendus
des liens 64 s'étendant sur le fond marin F. Ces liens 64 sont par exemple for-
més de chaînes fixées aiax ancres 60.
Sur la longueur des liens 64, sont répartis à intervalles réguliers, des
brins d'amarrage 66 dont une extrémité est reliée aux liens 64 et dont l'autre
ex-
trémité est munie d'une bouée flottante 68. Ces brins d'amarrage 66 ont par
exemple une longueur de 3 mètres et sont formés d'un tronçon de chaîne. Ils
constituent des points fixes par rapport au fond marin, puisqu'ils sont portés
par
les liens 64, eux-mêmes mobilisés sur le fond par les ancres 60.
Les ancres 60 étant situées aux coins d'un carré dans lequel est ins-
crit le cercl-3 62, les points fixes 66 sont répartis sur -es côtés du carré à
l'exté-
rieur de la région d'implantation des puits.
En variante, les ancres à succion sont remplacées par des corps
morts, des ancres conventionnelles ou encore des pieux.
Comme dans le mode de réalisation précédent, des moyens de trac-
tion 70, portés par des engir is submersibles autonomes, sont reliés d'une
part à
l'extrémité libre de la colonne montante 24 et d'autre part, à trois brins
d'amar-
rage distincts 66.
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Ainsi, l'action combinée des trois moyens de traction permet le dépla-
cement de l'extrémité libre de la colonne montante 24 afin de déplacer celle-
ci
entre les différents puits devant être forés.
Avantageusement, les ancres à succion 60 et les brins d'amarrage 66
sont installés sur le gisement avant la mise en place de la plate-forme 10.
Sur les figures 5 et 6 sont représentés des moyens 78 de rappel de
l'extrémité libre de la colonne montante 24. Ces moyens de rappel comportent
un câble 80 monté coulissant à l'intérieur d'une gaine 82 s'étendant le long
de la
partie immergée de la colonne montante 24. La gaine 82 est retenue contre la
coionne montante 24 par des colliers 84 répartis à intervalles réguliers sur
toute
la longueur de la colonne 24,
L'extrémité inférieure du câble 80 est fixée au fond marin par exernple
au voisinage immédiat du point de stockage 30 disposé au centr9 de l'ensemble
des puits.
L'extrémité supérieure du câble 80 est reliée à dés moyens de traction
non représentés prévus sur la coque 12 de la plate-forme. Sur la coque 12 est
en outre prévu un treuil sur lequel sont bobiriés à la fois la gaine 82 et le
câble
80 qui y est contenu. Ce treuil permet de dévider la gaine 82 et le câble lors
de
l'installation de la colonne 24.
Avec un tel agencement, on conçoit, que comme représenté sur la
figure 6, lorsque le câble 80 est détendu, la colonne montante 24 est
entraînée,
par exempla dans le sens de la flèche F 6 sous l'action du courant marin.
cn exerçant sur le câble 80, une traction depuis les moyens de trac-
tion prévus sur la coque, le câble 80 coulisse dans la gaine 82 et assure le
rap-
pel de la colonne montante 24 vers le point de stockage 30. La colonne mon-
tante est alors au droit du point de stockage 30 comme représenté sur la
figure
5.
Ainsi, en cas de courant violent, les moyens de rappel 78 ainsi dispo-
sés le long de la colonne montante 24, permettent d'éviter que l'extrâmité
libre
de celle-ci ne sorte de la région dans laquelle les puits doivent être
répartis.
Sur la figure 7 est représentée une autre variante de mise en c-euvre
du procédé de déplacement de l'extrémité inférieure de la colonne moi-itante
24
du point de stockage 30 au point de prélèvernent ~2.
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Sur cette figure sont représentés le point de stockage 30 de la co-
lonne montante, le cercle 62 sur lequel sont répartis les points de forage,
ainsi
que l'extrémité libre de la colonne montante 24.
Dans cette variante de mise en ceuvre du procédé, l'extrémité libre de
5 la colonne montante 24 est reliée à l'extrémité de deux amarres 90, 92 de
lon-
gueur prédéterminée. A leur autre extrémité, les amarres 90, 92 sont fixées
res-
pectivement aux points 94 et 96 sur le fond marin.
Les points de fixation des amarres 94, 96 sont disposés de part et
d'autre du segment délimité par le point de stockage 30 et le point de prélève-
10 ment 32 vers lequel l'extrémité libre de l'amarre 24 doit être déplacée.
Les points d'ancrage 94, 96 des amarres sont placés sensiblement
sur la médiatrice de ce segment.
De plus, les amarres 80, 82 ont une longueur très légèrement supé-
rieure à la distance séparant leurs points d'ancrage respectifs des points
d'intervention 30 et 32.
Dans ces conditions, on comprend que l'extrémité libre de la colonne
moritante 24 est maintenue confinée dans une zone d'amarrage 98 en forme de
croissant biconvexe délimité par l'intersection des deux secteurs de disque ba-
layés par les amarres 90, 92. Avantageusement, l'axe du croissant biconvexe 98
s'étend sensiblement suivant le segment liant les points 30 et 32 du fait de
la
position des amarres et de leurs longueurs.
Sur la figure 7, la zone d'amarrage 98 est délimitée en trait mixte par
des arcs de cercle définissant les positions limites possibles pour
l'extrémité de
la colonne montante. Ces arcs de cercle sont centrés aux points d'ancrage 94
et
96 et ont des rayons notés respectivement Rso et R92.
En outre, l'e;<trémité libre de la colonne montante 24 est liée par un
câble 100 à des moyens de traction 102 ancrés dans le fond marin.
Les moyens de traction 102 sont disposés en amont de l'extrémité de
la colonne montante 24 en considérant le sens du courant symbolisé par la flé-
che 'r-7.
Avec une telle installation, lors de son transfert du point de stockage
30 au point d'intervention 32, l'extrémité libre de la colonne montante 24 est
seulement soumise à la force des mojrens da traction 102. Toutefois, celle-ci
est
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maintenue dans le croissant biconcave 98, lequel présente une largeur progres-
sivement décroissante en se rapprochant du second point d'intervention 32.
Dans ces conditions, lors de sa traction, l'extrémité libre de la colonne
montante
24 converge progressivement vers le point d'intervention 32, en y étant guidée
par les amarres 90 et 92.
Sur la figure 8 est représentée une variante de mise en ceuvre du pro-
cédé décrit en regard de la figure 7 dans lequel les points d'ancrage des amar-
res 90 et 92 sont formés par des puits d'exploitation, notés 94A, 96A,
préalable-
ment installés sur le cercle 62.
Dans ce mode de réalisation, le sens du courànt, représenté par la
flèche F8, tend à déplacer l'extrémité libre de la colonne 24 vers le point
d'intervention cible 32. Dans ce cas, les moyens de traction 102 sont placés à
l'intérieur de l'espace délimité par le cercle 62. Ils s'opposent ainsi à
l'entraînement de la colonne montante 24 sous l'action du courant marin
désigné
par la flèche F4. Pour le déplacement de l'extrémité libre de la colonne mon-
tante, les moyens de traction 102 sont progressivement relâchés jusqu'à ce que
l'extrémité libre de la colonne montante atteigne le point 32.
Comme précédemment, lors du relâchement progressif des moyens
de traction 102, les amarres 90 et 92 assurent le confinement de l'extrémité
libre
de la colonne montante dans. le croissant d'amarrage biconvexe 98, et son gui-
dage vers le point d'intervention cible.
Bien que la description qui précède porte sur le déplacement d'une
colonne montante de forage, le procédé selon l'invention peut utilisé pour le
dé-
placement ou la mise en place de colonnes d'exploitation, permettant le pom-
page du pétrole.
