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WO2014170615A1 - Support flottant ancré sur touret comprenant une conduite de guidage et de déport de conduite flexible au sein dudit touret - Google Patents

Support flottant ancré sur touret comprenant une conduite de guidage et de déport de conduite flexible au sein dudit touret Download PDF

Info

Publication number
WO2014170615A1
WO2014170615A1 PCT/FR2014/050941 FR2014050941W WO2014170615A1 WO 2014170615 A1 WO2014170615 A1 WO 2014170615A1 FR 2014050941 W FR2014050941 W FR 2014050941W WO 2014170615 A1 WO2014170615 A1 WO 2014170615A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
floating support
location
pipes
bottom wall
guide
Prior art date
Application number
PCT/FR2014/050941
Other languages
English (en)
Inventor
Yann HAJERI
Original Assignee
Saipem S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saipem S.A. filed Critical Saipem S.A.
Priority to AU2014255525A priority Critical patent/AU2014255525B2/en
Priority to US14/785,546 priority patent/US9688360B2/en
Priority to EP14722287.1A priority patent/EP2986497B1/fr
Priority to BR112015025097A priority patent/BR112015025097A2/pt
Publication of WO2014170615A1 publication Critical patent/WO2014170615A1/fr

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/50—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers
    • B63B21/507—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers with mooring turrets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/448—Floating hydrocarbon production vessels, e.g. Floating Production Storage and Offloading vessels [FPSO]

Definitions

  • An anchored floating support on a drum comprising a guide pipe and flexible pipe offset within said drum
  • the present invention relates to a bottom-surface connection installation between a plurality of submarine pipes resting at the bottom of the sea and a floating support surface, comprising a plurality of flexible pipes whose upper end is integral with a drum substantially fixed relative to the seabed, the floating support pivoting freely around said drum, the latter being located at the front of the floating support or within said floating support, usually in the front third of said floating support.
  • the present invention also relates to a said floating support anchored on a drum.
  • the technical field of the invention is more particularly the field of the manufacture and installation of production risers for the underwater extraction of oil, gas or other soluble or fusible material or a suspension of mineral material from wellhead immersed to a floating support, for the development of production fields installed offshore at sea.
  • the main and immediate application of the invention being in the field of oil production.
  • a floating support for oil production generally includes anchoring means to remain in position despite the effects of currents, winds and waves. It also generally comprises means for drilling, storage and treatment of oil and means of unloading to removing tankers, the latter occurring at regular intervals to perform the removal of production.
  • the FPSO When the ocean-weather conditions, ie swell, wind and current are important, even extreme, in the case of storms, it is preferable to anchor the FPSO at a reel, usually located at known way forward or in the forward third of the ship and in the axis, the ship being free to turn around said reel according to the wind, the current and the swell.
  • wind, current and waves exert specific forces on the hull and the superstructures, the FPSO because of its degree of freedom of rotation around the vertical axis ZZ, coming naturally to the position of least resistance.
  • the pipes connecting the wellheads are generally connected on the underside of the drum and connected to the FPSO via a rotary joint integrated in the axis of the drum, generally located at the bridge of said FPSO .
  • the FPSO When weather conditions can become extreme, such as in the North Sea, in the Gulf of Mexico or in the Arctic or Antarctic zone, the FPSO is generally disconnectable so that it can be sheltered waiting for acceptable operational conditions.
  • a floating oil production support comprising a anchoring system anchor lines at the bottom of the sea and ground-surface connection pipes anchored on a drum comprises in known manner:
  • a rotary device called a "drum”
  • a drum comprising an internal cylindrical structure, preferably of circular section, within a cavity traversing the hull of the floating support over its entire height, said internal cylindrical structure being articulated in rotation with respect to said shell by means of rotation guide members, in particular at least one rolling or friction bearing, preferably a rolling bearing comprising rollers and guide tracks of said rollers, so as to allow the rotation of said floating support about a substantially vertical axis ZZ 'of said cylindrical internal structure and said cavity, without significantly causing the rotation of said cylindrical internal structure with respect to the same vertical axis ZZ' , and
  • a lower mooring structure for docking on one side of said anchor lines and on the other hand the connection of first flexible pipes connected to subsea pipes lying at the bottom of the sea directly or via connecting pipes bottom-surface, said mooring structure being disposed below the hull of the floating support, fixed to a submerged bottom wall of said cylindrical internal structure, and thus integral with said cylindrical internal structure, so that the lines of mooring and said flexible pipes connected to it are not rotated when the floating support is rotated, and
  • second flexible ducts connected to said first flexible ducts or in continuity thereof rising up within the cavity to a connection of the type referred to as a rotary joint connection, comprising a first portion secured to the bridge of said shell connected to a plurality of lines or lines at the deck, and a second portion secured to an upper platform of said cylindrical inner structure above the sea surface level, the upper ends of said second flexible pipes ascending within said internal cylindrical structure of the drum, being connected, generally via bent pipe elements, to said second coupling part, said first part of the connection secured to the floating support at the floating support bridge, being articulated in rotation with respect to said second portion of the integral connection of said cylindrical internal structure, via a rotating joint so as to allow the rotation of said floating support without causing rotation of the ends of said second flexible pipes within said cylindrical internal structure.
  • the rolling bearing is either located at the floating support deck or located in the lower part in a wet zone, that is to say that the bearing is immersed, or in combination of the two previous configurations.
  • said bottom wall of said cylindrical internal structure is assembled thereto in a sealed manner to prevent the immersed portion of the interior of said internal structure from being invaded by sea water.
  • This sealing makes it easier maintenance operations and other personnel intervention in the drum including the connection of flexible pipes. But, above all, this sealing allows an Archimedean thrust to be applied to the volume displaced by said cylindrical internal structure of the drum and partially relieves the vertical forces generated by the anchoring lines, by said flexible conduits at the level of guide elements and compensates for the self-weight of said cylindrical internal structure.
  • An oil field is generally composed of a plurality of wellheads located at variable distances up to several kilometers from the FPSO, each of which is connected by rigid or flexible pipes, umbilicals and electrical cables.
  • the bottom-surface connection of a said wellhead comprises at least one production line for oil or the injection of water or gas, plus an umbilical for controlling the wellhead and, where appropriate one or more electric cables.
  • These rigid or flexible pipes, umbilicals and cables are laid on the bottom of the sea next to each other and must not overlap on their course.
  • said flexible pipes are arranged next to each other and close from each other, if necessary on one or more circles, in the same order as the ends of the pipes lying at the bottom of the sea, located next to each other at the level of the seabed 10.
  • WO 2011/61422A1 of the Applicant describes an FPSO not equipped with a drum, but permanently anchored, heading north, on 16 lines of anchors, a plurality of bottom-surface links from the west, connecting all along the plating, thus constituting a large concentration of pipes from a single direction.
  • a flexible suspension line connected to the drum exerts on the latter a voltage taken up by the drum at its connection to said drum, this voltage generates vertical forces (of force intensity F), and large horizontal forces (force intensity H), at their connection to the drum, especially in the case of bottom-surface connection of great depth. Consequently, a distribution of the irregular and / or asymmetric flexible pipes generates variations of forces and therefore of significant stresses along the periphery of the drum transferred and taken inhomogeneously, especially at the level of said rotating guide elements.
  • the object of the present invention is to provide an improved anchored float carrier and an improved bottom-to-surface bonding facility that solves the above problems.
  • the object of the present invention is to provide a floating support anchored on a drum and an improved bottom-surface connection system which makes it possible to better distribute the forces generated and transferred by the flexible pipes to the drum, in particular transferred around the periphery of the drum at the level of rotating guide elements undergoing forces vertical, so that said forces are distributed more evenly, more symmetrically and / or more uniformly in intensity along the periphery of the drum.
  • the present invention provides a guiding structure and flexible pipe offset within said reel. More specifically, the present invention provides a floating oil production support supporting or capable of supporting bottom-surface connection pipes between a plurality of subsea pipes lying at the bottom of the sea and said floating support surface, said floating support comprising a drum comprising a cavity at least partly immersed in a structure offset at the front of the floating support or integrated in or below the hull of the floating support, preferably through the hull of the floating support over its entire height, said reel comprising a cylindrical internal structure within said cavity, preferably of circular section, said internal structure comprising a tubular side wall surmounted at its upper end with an upper platform arriving substantially at the level of the floating support bridge, said tubular side wall being at least partially closed at its lower end by a bottom wall, said cylindrical internal structure being traversed or adapted to be traversed by a plurality of first flexible pipes connected to said upper platform and extending below said bottom wall to submarine pipes resting at the bottom of the sea or up to second conduits themselves connected to submarine
  • said bottom wall at a first location Cl of said bottom wall where said guide duct is fixed, said first location being preferably disposed at the periphery of said bottom wall, and
  • an internal platform secured to said internal cylindrical structure above said bottom wall and above the level of the surface of the water, the upper end of said guide pipe being fixed to said internal platform at a second location C2 where the upper end of said flexible pipe contained in said guide pipe is fixed or capable of being fixed, said second location being non-aligned vertically with said first location, said second location being preferably disposed at the periphery of said internal platform.
  • said flexible pipe passes through said bottom wall passing inside the guide pipe, without said flexible pipe is secured to said bottom wall.
  • the upper end of said flexible pipe is attached to a connecting element itself attached to a said second location C2 where is connected said upper end of said first flexible pipe.
  • the flexible pipes are not connected at the level of the bottom wall but only guided and retained laterally, and possibly in friction with the wall of said guide pipe especially at its passage through the bottom wall, most of the vertical forces generated by said flexible pipes are transferred to the level of said inner platform where they can be connected to the level of second locations second provisions in different arrangements than those of the first locations at said bottom wall and in particular so as to be able to transfer the forces generated by said first flexible pipes in a more regular distribution and / or more symmetrical at said second locations than at said first locations, particularly on the periphery of said inner platform vis-à-vis said rotational guiding elements.
  • said first flexible conduits run through said cylindrical internal structure of the drum between said first locations and second locations arranged differently angularly, preferably in S-shaped shapes projected in a vertical plane, or in the form of a S-shaped left curve in the space. , or substantially rectilinear but inclined with respect to the vertical, and
  • the forces transmitted by said upper ends of said first flexible pipes and taken up at said inner platform are distributed more homogeneously and / or more symmetrically around the perimeter of said inner platform than the forces transmitted by said first pipes; flexible and that would be taken up by the bottom wall at the levels of said first locations if said first flexible pipes were fixed there.
  • said locations are located closer to the circumference than the center of said bottom wall or and respectively said internal platform, preferably as close as possible to the periphery, therefore rotational bearings, without to affect the solidity. More particularly, said first locations are arranged in a non-regular distribution and / or unsymmetrical along the periphery of said bottom wall.
  • the number of said non-vertical guide pipes according to the invention will be from 1 to 100, preferably from 5 to 30.
  • said non-vertical guide duct forms between said first location C1 and said second location C2 a deflection of an angle ⁇ of at least 5 ° in a horizontal plane between (a) a first vertical plane passing through the vertical axis ZZ 'of said cylindrical internal structure and the center of said first location C1 and a second vertical plane passing through the vertical axis of said cylindrical internal structure and the center of said second location C2.
  • This value of ⁇ ⁇ 5 ° aims to mark the difference between a said non-vertical guide pipe according to the invention and a simple vertical defect of a vertical guide pipe type I-tube known to the man of the art in the field of offshore oil industry.
  • said non-vertical guide duct performs between said first location C1 and said second location C2 a deflection of an angle ⁇ of at least 5 ° in a vertical plane between (a) the vertical line passing through the center of said first location C1 and the inclined line D passing through the two centers of said first and second locations C1, C2.
  • This value of ⁇ ⁇ 5 ° is intended to mark the difference between a said non-vertical guide pipe according to the invention and a simple verticality defect of a vertical guide pipe type I-tube.
  • the floating support according to the invention comprises a plurality of said non-vertical guide ducts of which said second locations C2 are arranged at the periphery of said circular internal platform in a more regular arrangement, preferably according to an arrangement of said second successive locations whose radial directions are spaced angularly at the same angle (gamma), and / or in a more symmetrical arrangement with respect to a diametrical plane LL than said first locations C1 disposed on the periphery of said circular bottom wall.
  • said second locations C2 are arranged at the periphery of said circular internal platform in a more regular arrangement, preferably according to an arrangement of said second successive locations whose radial directions are spaced angularly at the same angle (gamma), and / or in a more symmetrical arrangement with respect to a diametrical plane LL than said first locations C1 disposed on the periphery of said circular bottom wall.
  • said drum supports said first flexible pipes, at least a portion of said first flexible pipes passing through said non-vertical guide pipes disposed at said second locations so that the forces generated by said first pipes flexible are transferred and taken substantially more homogeneously and / or more symmetrical along the perimeter of the periphery of said inner platform that the forces generated by said first pipes at said first locations.
  • said first pipes are disposed at said second locations so that the forces generated by said first pipes are distributed substantially homogeneously and / or symmetrically around the perimeter of said inner platform, preferably said second locations being substantially homogeneously and / or symmetrically disposed around the perimeter of said inner platform.
  • said drum comprises at least one said guide ducts extending from a said first location at said bottom wall to a said second location at said substantially homogeneous and / or symmetrical on the periphery of the periphery of said internal platform, along a curved path in the shape of an S.
  • S-shaped here means a curved shape in a plane with only one inflection point of curvature, or a left S-shape in three-dimensional space. More particularly, when the guide pipe is curved, the axis of the pipe is not contained in a vertical plane.
  • said reel comprises at least one said guide duct extending from a said first location at the level of said bottom wall to a said second location at the level of said internal platform, along a path substantially rectilinear inclined ( ⁇ ).
  • said floating support comprises:
  • a said upper platform supporting at least a first part of a rotary joint connection arranged axially ZZ 'above the said internal platform
  • said upper platform resting on first rotational guiding elements, preferably a first rolling bearing, and supporting a first part of said rotary coupling, said first part of said rotary coupling being integral with said upper platform, driving elements of elbow junction connecting the upper ends of said first flexible pipes at said inner platform said first portion of said connector, a second rotatable portion of said rotating connector being supported by the bridge of the floating support, and
  • a so-called sealed cylindrical internal structure preferably of circular section along said vertical axis ZZ ', comprising a bottom wall sealingly assembled at the lower end of a lateral tubular wall of said tubular internal structure, and
  • a lower mooring structure preferably of annular shape coaxial with said cylindrical internal structure, connected to said bottom wall, in the underside of said bottom wall, anchoring lines extending from said lower structure of mooring where they are moored to the bottom of the sea and said first flexible pipes passing through said lower mooring structure.
  • said reel comprises: a said upper platform bearing on a first rolling bearing disposed at a step at the upper end of the said cavity, preferably so that the said upper platform does not exceed the height of the support bridge in height; floating, and - said circular tubular lateral wall of said cylindrical tubular internal structure cooperates with at least second and third lateral bearing or friction bearings, preferably rolling bearings, interposed between the cylindrical side wall of said cavity said lateral tubular wall of said cylindrical internal structure and allowing the rotation of said internal structure, said third rolling or friction bearing being located below said second lateral bearing, said second bearing being preferably above the surface of the water , close to the level of said internal platform, said third lateral bearing being located near the level of said bottom wall.
  • said cylindrical internal structure is articulated in rotation with respect to said cavity and said shell by means of said rotational guiding elements, preferably at least one rolling or friction bearing, so as to allow the rotation of said floating support around a substantially vertical axis ZZ 'of the cavity of said drum, without causing the rotation of said cylindrical internal structure of said drum relative to the same vertical axis ZZ', said mooring lines and first flexible pipes extending below the drum being adapted to remain fixed in rotation about the axis ZZ 'relative to the seabed, when said floating support is rotated about the vertical axis ZZ' of said cylindrical internal structure or said cavity of the drum, and
  • said first part of the rotating connection cooperates sealingly with the second part of the rotating connection so as to ensure the transfer of fluid or electrical currents from or to the hoses and electrical cables, while allowing the rotation of said floating support (and of said second part of the rotating connection) about a substantially vertical axis ZZ 'of the cavity of said reel, without causing the rotation of said first flexible pipes within said cylindrical internal structure with respect to the same vertical axis ZZ.
  • said bearing (s) is (are) constituted by rollers or rollers guided in raceways, said raceways and said rollers or rollers being arranged circularly around said internal structure, preferably regularly spaced.
  • the present invention also provides a bottom-surface connection installation comprising a floating support according to the invention characterized in that it further comprises at least a second rigid pipe providing the connection between the lower end of a said first flexible pipe. extending below said drum and the end of an underwater pipe resting at the bottom of the sea.
  • said second rigid pipe is arranged in a riser substantially vertically, said first flexible pipe to which it is connected adopting a form of double plunging chain.
  • said second rigid pipe is of the type called SCR, extending in a simple chain-like curve form between the end of a pipe resting at the bottom of the sea and the lower end of the pipe. a said first flexible pipe opening below said drum and in continuity of curvature of said first flexible pipe.
  • FIG. 1 is a side view of an FPSO 1 equipped with a drum 2 located in the forward third of the hull, anchored in the and having bottom-surface connection lines 4, 8 to the lines under -marines 9 resting at the bottom of the sea 10
  • FIG. 2 is a section cut away and seen from the side of a drum 2 integrated into the shell of an FPSO 1 according to the invention, detailing the path of an S-shaped guide duct according to the invention, a flexible pipe 4 from the bottom wall 2b of said drum 2, to an inner platform 6 located in the plane BB, at a higher level of said drum, said BB plane being disposed widely above the water level 11 addition of the strongest swells, when said FPSO 1 is ballasted to the maximum,
  • FIG. 3 is a view detailing the connection of the upper end of the flexible pipes 4 at connection elements
  • FIG. 4 is a representation of the "rose wind” type of the distribution of the vertical forces at the periphery of a drum, created by the set of flexible pipes 4 connected to the latter, in a conventional configuration of the prior art,
  • FIG. 5A is a section of a drum 2 according to the invention at the level of the plane AA of FIG. 2, detailing the location of the various flexible pipes, umbilicals and electrical cables 4, of small 4c, of average 4b and of large size 4a,
  • FIG. 5B is a section of the same drum according to the invention as that of Figure 5A, made at the plane BB of Figure 2, detailing the reorganization of various flexible pipes, umbilical and electric cables, small, average and large, and the new "rose forces" R 'resulting from this reorganization, said second locations of first flexible pipes being schematized in hatching when they are deported relative to said first locations, the latter being represented in dashed lines ; and
  • FIG. 6A is a vertical sectional view of the drum comprising a guide and offset duct according to the invention that is rectilinear and inclined and a known vertical guide duct 5b, and
  • FIG. 6B is a horizontal sectional view along the plane BB of the device of Figure 6A showing an offset of the guide pipe 5 according to the invention.
  • FIG. 1 there is shown in side view a floating support type "FPSO" 1 integral with a drum 2 located in the front third of said FPSO. Said drum 2 is anchored by a plurality of anchor lines connected to unrepresented anchors planted in the underwater soil 10.
  • the drum known to those skilled in the art, is shown in section in FIG. and has an internal cylindrical structure 2a substantially fixed in rotation around the axis ZZ with respect to the seabed 10, inside a cavity 2d passing right through the shell 1 of the floating support 1.
  • the drum 2 is consisting of a tubular structure 2a sealed at its lower end by a bottom wall 2b and comprising at its upper end an upper platform 2c, larger in diameter than the side tubular wall 2a, said platform 2c bearing, in its peripheral parts protruding from the side tubular wall 2a, against the redan the at the upper end of the cavity 2d.
  • Said internal cylindrical structure 2a and the shell cooperate in relative rotation by rolling bearings 2al, 2a2 and 2a3 comprising two lateral circular upper guide bearings 2a2 and lower 2a3 which transfer the horizontal forces between the drum and the structure of the FPSO and a circular support upper bearing bearing 2al which transfers all the vertical forces between the upper platform 2c of the drum and the bridge of the FPSO.
  • Said bearings 2a1, 2a2, 2a3 are friction or rolling bearings, preferably rolling bearings. It may be more particularly rollers or rollers interposed between: the inner wall of the cavity 2d and the external surface of the lateral tubular wall 2a, with regard to the rollers or the lateral guiding rollers 2a2 and 2a3, and
  • said tubular structure 2 and said inner wall cavity 2d have a circular section.
  • the rollers or rollers of the lower and upper lateral guide bearings 2a2 and 2a3 are more particularly arranged with their axes of rotation in a vertical position.
  • said rollers or rollers are arranged with their axes of rotation in a horizontal position bearing on the redan the platform 2d resting on the edge of said rollers 2al.
  • FIGs 1 and 2 there is also shown the lower mooring structure 2-1 fixed on the underside of the bottom wall 2b and on which are fixed the lines of anchors la.
  • the lower structure 2-1 has an annular shape and is crossed at its center by a plurality of said first flexible pipes including production lines but also umbilicals and electrical cables 4 of various sizes, light 4c, medium 4b and heavy 4a which pass through the bottom wall passing inside the ends 5a of guide ducts 5 supported and passing through the bottom wall 2b and then back to the inside of the cylindrical sealed structure 2a guided by non-vertical guide ducts 5 according to the invention and for some in vertical guide pipes 5b of the prior art.
  • first flexible pipes 4 opening out of the upper ends 5c of the guide pipes passing through the internal platform 6, are connected to connecting elements 6a supported by an internal platform 6 fixed inside and at the top of said internal structure 2 below the rotary joint connection 3, the lower part 3-2 being supported axially by the upper platform 2c of the internal cylindrical structure 2a.
  • bent junction lines 7 provide the junction of the upper ends 4-3 of the first flexible ducts. 4 between the inner platform 6 and the rotary joint coupling 3-2.
  • the ground-water connection pipes, as well as the pipes 9 resting on the sea floor are generally flexible pipes, such as pipes manufactured for the oil industry by Technip (France) or Wellstream (USA).
  • the depth of water exceeds 1000-1500m, it is preferred to install, for the production or injection pipes of water or gas, second rigid steel pipes 8, isolated or not, between the sub-pipes. marine 9 resting at the bottom of the sea and said first flexible pipes opening subsurface below the drum FPSO.
  • a second rigid pipe 8 connecting the bottom of the sea to the end of a first flexible pipe 4 at a float 12 at a distance below sea level of the order of 50 at 100m.
  • Said second rigid pipe 8 may be vertical (not shown) or SCR type ("steel catenary riser") in the form of a so-called chain curve, characteristics in general equivalent to those of the production lines, the connection with the FPSO then being ensured by first flexible pipes in 4-2 double plunge chain configuration.
  • SCR steerel catenary riser
  • the upper portion of the bottom-surface connection can then consist of a portion of flexible pipe 4-1, providing a flexible connection with the drum 2 of the FPSO, said portion of first pipe flexible 4 then being in continuity of curvature with the upper end of the second rigid conduit 8 SCR type and preferably the same internal diameter, and a total length, for example, 50 to 100m.
  • the forces generated by the bottom surface connection line 4, 8 on the drum are very important because of the height of the water slice which in this case must be greater than 750-1000m.
  • FIG. 4 illustrates the effects of this case in an embodiment according to the prior art when the first flexible pipes 4 are connected to the bottom wall and the forces are essentially taken up and transferred by said bottom wall of the drum.
  • the rolling tracks and the rotation bearings 2al, 2a2, 2a3 are permanently subjected to vertical forces (2al) and less horizontal (2a2 and 2a3) which vary from a null value to a maximum value as explained previously, which induces a localized fatigue all the more important that the ranges of angular variations of the FPSO are often reduced to a limited sector, for example the 260 ° deposit at the 325 ° deposit, corresponding for example to 90% of the time when the resulting from the effects of swell, wind and currents on the FPSO, keeps it in this range of deposit.
  • FIG. 2 shows in section a drum 2 of an FPSO 1 traversed from the bottom upwards by a rigid steel-shaped guide pipe 5.
  • Said guide pipe 5 is equipped in the lower part with a trumpet-shaped chute 5a intended to prevent damage to the flexible pipe 4 that it contains and guides in the contact zone when it arrives in the lower end of the guide pipe.
  • Said guide duct 5 sealingly traverses the bottom wall 2b of the drum at a first location centered at C1 at the periphery of the bottom wall.
  • the upper part of said guide duct 5 is secured 6b to an internal support platform 6 integral with the internal cylindrical structure 2a of the drum 2 in the plane BB above the surface of the seawater and below the upper platform 2c of the drum.
  • Said inner platform 6 also supports the upper end of said first flexible pipe contained in said guide pipe equipped with a connecting element 6a opening out of the guide pipe.
  • the inner platform 6 supports all of said first flexible pipes, and therefore substantially all of the vertical forces of each of said flexible pipes.
  • the upper end of said pipe 4 is connected via a connecting pipe element 7 to a part 3-2 of the rotary joint connection 3.
  • Said part 3-2 of the coupling 3 is integral with the drum, and thus substantially fixed in rotation by relative to the seabed. Then, the fluid emerges from the part 3-1 of the coupling 3 integral with the bridge 1b and the upper platform 2c, by a pipe 13.
  • the part 3-1 of the rotary joint coupling 3 is integral with FPSO bridge 1 and is therefore in free rotation about the axis ZZ 'of the drum 2 relative to the portion 3-2 integral with the drum 2.
  • FIG. 5A which corresponds to a sectional view of the section of the plane AA of FIG. 2, shows all the flexible pipes 4, 4a, 4b, 4c which are not connected at the level of the bottom wall but are contained and guided in guide ducts which pass through the bottom wall 2b at first locations centered in Cl according to a distribution imposed by the architecture of the field as explained above with reference to FIG. are substantially completely transferred to the inner platform 6 where the pipes are suspended.
  • FIG. 5A shows four guide and offset ducts 5 according to the invention for heavy flexible pipes 4a-2 to 4a-5, as well as two guide and offset ducts 5 for medium flexible pipes 4b-1 and 4b-2 and a plurality of other conventional vertical guideways for medium and small flexible pipes, distributed around the periphery.
  • said flexible pipe guide ducts 4a-2 to 4a-5 are S-shaped guide ducts according to the invention, whereas the other ducts guide, and in particular the guide duct of the flexible pipe 4a-1 are conventional ducts type I-pipes (English I-tube) known to those skilled in the art in the field of oil exploitation 5B in FIG. 5B shows the position of the upper ends 5c of the guide pipes 5 of the same flexible pipes 4a-2 to 4a-5 fixed 6b on the periphery of the platform 6 in second locations centered in C2.
  • the heavy flexible pipe 4a-1 is substantially at the same position at the head as at the bottom (FIG. 5A), and its guide pipe is of the I-pipe type, which is substantially vertical.
  • the flexible pipes 4a-2 to 4a-5 are offset thanks to the S-guide ducts according to the invention and are then advantageously distributed evenly over the periphery, substantially every 60 ° (Y) along the LL-MM axes. - NN, and substantially symmetrically with respect to LL.
  • the respective offset of the second locations C2 with respect to the first locations C1 is represented by an arrow in this FIG. 5B and corresponds to an angle a2 to a5 greater than 5 °, in particular here from 10 to 60 °, in a horizontal plane between the planes. substantially vertical radials containing the axis ZZ 'and passing through C1 and C2 respectively.
  • the two medium flexible pipes 4b-1 and 4b-2 are brought closer to one another by means of two S-shaped guide pipes, substantially symmetrically with respect to the axis LL, and creating a minor offset of the order of 5 to 8 °.
  • S-shaped guide ducts in a plane or in three-dimensional space, because it is thus easier to arrange a greater number of ducts of guidance in the interior of the drum without risking interference between said pipes 5, or congested areas thus limiting the possibilities of access for inspection and maintenance.
  • an FPSO drum runs completely through the hull of the floating support over a height of 30 to 55 m in height, its diameter is 10 to 25 m, in particular 12 to 16 m, and its own weight is about 2500 to 5000 tons. All the vertical forces due to the bottom-surface connection pipes can reach 5000 to 7500 tons or even 10000 tons.
  • the large flexible pipes at great depth of water can each generate forces of 100 to 250 tonnes, in the case of 4-2 chains as described with reference to Figure 1, in the case of rigid pipes in SCR configuration 8 , 4-1, the vertical forces can reach 750 to 1,000, or even more, for each of the lines. It is thus possible to install a large number of pipes, gases, raw products, hydraulic umbilicals and electrical cables 4a-4c, for example 36 or 48 flexible pipes 4, regardless of the architecture of the field and the location of the various wellheads around the FPSO.

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Abstract

La présente invention concerne un support flottant (1) de production pétrolière supportant comprenant un touret (2) traversé par une pluralité de premières conduites flexibles (4, 4a-4c) reliée (7) à une plateforme supérieure (2c) caractérisé en ce que ledit touret comprend au moins une conduit e de guidage et de déport (5) apte à contenir et guider une dite première conduit e flexible (4), traversant non verticalement l'intérieur de ladite structure interne cylindrique (2a) du touret entre : a) ladite paroi de fond (2b) au niveau d'un premier emplacement (C1) de ladite paroi de fond où ladite conduit e de guidage se trouve fixée, et b) une plateforme interne (6) au-dessus de ladite paroi de fond, l'extrémité supérieure (5c) de ladite conduite de guidage (5) étant fixée (6b) à ladite plateforme interne (6) au niveau d'un deuxième emplacement (C2) où se trouve fixée ou est apte à être fixée l'extrémité supérieure (4- 3) de ladite conduite flexible (4) contenue dans ladite conduite de guidage, ledit deuxième emplacement étant non aligné verticalement avec ledit premier emplacement.

Description

Support flottant ancré sur touret comprenant une conduite de guidage et de déport de conduite flexible au sein dudit touret
La présente invention concerne une installation de liaison fond- surface entre une pluralité de conduites sous-marine reposant au fond de la mer et un support flottant en surface, comprenant une pluralité de conduites flexibles dont l'extrémité supérieure est solidaire d'un touret sensiblement fixe par rapport au fond marin, le support flottant pivotant librement autour dudit touret, ce dernier étant situé à l'avant du support flottant ou au sein dudit support flottant, en général dans le tiers avant dudit support flottant.
La présente invention concerne également un dit support flottant ancré sur touret.
Le secteur technique de l'invention est plus particulièrement le domaine de la fabrication et de l'installation de colonnes montantes (« riser ») de production pour l'extraction sous-marine de pétrole, de gaz ou autre matériau soluble ou fusible ou d'une suspension de matière minérale à partir de tête de puits immergé jusqu'à un support flottant, pour le développement de champs de production installés en pleine mer au large des côtes. L'application principale et immédiate de l'invention étant dans le domaine de la production pétrolière.
Le secteur technique de l'invention est plus particulièrement le domaine de la production pétrolière sous-marine en zone de conditions océano-météo difficiles ou extrêmes, ou encore en zone arctique et antarctique, à partir de supports flottants. Un support flottant de production pétrolière comporte en général des moyens d'ancrage pour rester en position malgré les effets des courants, des vents et de la houle. Il comporte aussi en général des moyens de forage, de stockage et de traitement du pétrole ainsi que des moyens de déchargement vers des pétroliers enleveurs, ces derniers se présentant à intervalle régulier pour effectuer l'enlèvement de la production. L'appellation usuelle de ces supports flottants ou navires est le terme anglo-saxon "Floating Production Storage Offloading" (signifiant "moyen flottant de stockage, de production et de déchargement") dont on utilisera le terme abrégé "FPSO" dans l'ensemble de la description suivante, ou encore "FDPU" ou "Floating Drilling & Production Unit" (signifiant "moyen flottant de forage et de production"), lorsque le support flottant est aussi utilisé pour effectuer les opérations de forage avec puits dévié dans la hauteur de la tranche d'eau.
Lorsque les conditions océano-météo, c'est-à-dire la houle, le vent et le courant sont importants, voire extrêmes, dans le cas de tempêtes, on préfère ancrer le FPSO au niveau d'un touret, en général situé de manière connue à l'avant ou dans le tiers avant du navire et dans l'axe, le navire étant libre de tourner autour dudit touret au gré du vent, du courant et de la houle. Ainsi, vent, courant et houle exercent des efforts spécifiques sur la coque et les superstructures, le FPSO du fait de son degré de liberté de rotation autour de l'axe vertical ZZ, venant se mettre naturellement dans la position de moindre résistance. Les conduites assurant la liaison avec les têtes de puits sont connectées en général en sous-face du touret et reliées au FPSO par l'intermédiaire d'un joint tournant intégré dans l'axe dudit touret, situé en général au niveau du pont dudit FPSO. Lorsque les conditions météo peuvent devenir extrêmes, comme en Mer de Nord, dans le Golfe du Mexique ou dans la zone arctique ou antarctique, le FPSO est en général déconnectable de manière à pouvoir se mettre à l'abri en attente de conditions opérationnelles acceptables.
Un support flottant de production pétrolière comportant un système d'amarrage de lignes d'ancrage au fond de la mer et de conduites de liaison fond-surface ancré sur touret comporte de façon connue :
- un dispositif rotatif appelé « touret », comportant une structure cylindrique interne, de préférence à section circulaire, au sein d'une cavité traversant la coque du support flottant sur toute sa hauteur, ladite structure cylindrique interne étant articulé en rotation par rapport à ladite coque par l'intermédiaire d'éléments de guidage en rotation, notamment au moins un palier de roulement ou de frottement, de préférence un palier de roulement comprenant des roulettes et pistes de guidage des dites roulettes, de manière à autoriser la rotation dudit support flottant autour d'un axe sensiblement vertical ZZ' de ladite structure interne cylindrique et de ladite cavité, sans entraîner de manière significative la rotation de ladite structure interne cylindrique par rapport au même axe vertical ZZ', et
- une structure inférieure d'amarrage permettant l'amarrage d'une part desdites lignes d'ancrage et d'autre part le raccordement de premières conduites flexibles reliées aux conduites sous-marines reposant au fond de la mer directement ou via des conduites de liaison fond-surface, ladite structure d'amarrage étant disposée dessous la coque du support flottant, fixée à une paroi de fond immergée de ladite structure interne cylindrique, et donc solidaire de ladite structure interne cylindrique, de sorte que les lignes d'amarrages et dites conduites flexibles qui lui sont raccordées ne sont pas entraînées en rotation lorsque le support flottant est entraîné en rotation, et
- des deuxièmes conduites flexibles reliées aux dites premières conduites flexibles ou en continuité de celles-ci remontant au sein de la cavité jusqu'à un raccord du type dénommé raccord à joint tournant, comprenant une première partie solidaire du pont de ladite coque raccordée à une pluralité de conduites ou lignes au niveau du pont, et une deuxième partie solidaire d'une plateforme supérieure de ladite structure interne cylindrique située au-dessus du niveau de la surface de la mer, les extrémités supérieures desdites deuxièmes conduites flexibles remontant au sein de ladite structure interne cylindrique du touret, étant raccordées, en général via des éléments de conduite coudés, à ladite deuxième partie de raccord, ladite première partie du raccord solidaire du support flottant au niveau du pont du support flottant, étant articulée en rotation par rapport à ladite deuxième partie du raccord solidaire de ladite structure interne cylindrique, via un joint tournant de manière à autoriser la rotation dudit support flottant sans entraîner la rotation des extrémités desdites deuxièmes conduites flexibles au sein de ladite structure interne cylindrique. Le palier de roulement est, soit localisé au niveau du pont du support flottant, soit localisé en partie inférieure en zone mouillée, c'est-à- dire que le palier est immergé, soit encore en combinaison des deux configurations précédentes. De préférence, ladite paroi de fond de ladite structure interne cylindrique est assemblée à celle-ci de manière étanche pour éviter que la partie immergée de l'intérieure de ladite structure interne ne soit envahie par l'eau de mer. Cette étanchéité rend plus aisé les opérations de maintenance et autre intervention du personnel dans le touret notamment pour le raccordement des conduites flexibles. Mais, surtout, cette étanchéité permet qu'une poussée d'Archimède s'applique sur le volume déplacé par ladite structure interne cylindrique du touret et soulage en partie les efforts verticaux engendrés par les lignes d'ancrage, par lesdites conduits flexibles au niveau des éléments de guidage et compense le poids propre de ladite structure interne cylindrique.
De nombreuses configurations de liaisons fond-surface ont été développées, notamment dans les brevets WO 2009/122098, WO 2009/122099, WO 2010/026334 de la demanderesse qui décrivent un FPSO équipé d'un tel touret et de conduites flexibles associées, plus particulièrement destiné aux conditions extrêmes rencontrées en arctique. Une telle configuration est intéressante pour les profondeurs d'eau moyenne, c'est-à-dire de 100 à 350m, voire 500-600m. En particulier, la mise en œuvre de conduites flexibles sur toute la hauteur de tranche d'eau entre les conduites sous-marines rigides reposant au fond de la mer et le support flottant autorise des déplacements du support flottant plus importants que lorsque l'on met en œuvre des conduites rigides.
Lorsque la profondeur d'eau atteint 1000-1500m, voire 2000-3000m, l'installation de conduites flexibles sur la hauteur de la tranche d'eau devient très coûteuse car ces conduites flexibles sont très complexes et très délicates à fabriquer et l'on préfère des liaisons fond-surface de type tour dites hybrides, dans lesquelles la portion sensiblement verticale de la tour est constituée de conduites rigides entre le fond de la mer et jusqu'à une distance d'environ 50 à 100m de la surface de l'eau, les extrémités supérieures des conduites rigides étant alors reliées au FPSO par des conduites flexibles de 150 à 350m de longueur en forme de chainette ou double chainette plongeante. De nombreux brevets de la demanderesse illustrent des dispositions avantageuses pour la réalisation ce type de liaison fond-surface, notamment WO 2011/14684 de la demanderesse.
Un champ pétrolier est constitué en général d'une pluralité de têtes de puits situées à des distances variables jusqu'à plusieurs kilomètres du FPSO, chacune d'entre elles étant reliée par des conduites soit rigides, soit flexibles, des ombilicaux et des câbles électriques. En général, la liaison fond-surface d'une dite tête de puits comprend au moins une conduite de production pour le pétrole ou l'injection d'eau ou de gaz, plus un ombilical de pilotage de la tête de puits et le cas échéant un ou plusieurs câbles électriques. Ces conduites rigides ou flexibles, les ombilicaux et les câbles sont posés sur le fond de la mer les uns à côté des autres et ne doivent pas se chevaucher sur leur parcours. Ainsi, la disposition des conduites flexibles en sous face du touret et leur raccordement au touret sont conditionnés par la disposition des têtes de puis et des conduites sous- marines reposant au fond de la mer constituant l'architecture du champ. D'autre part, dans certains cas, un grand nombre de liaisons fond-surface est requis, et, pour éviter les interférences entre dites conduites dans la tranche d'eau, lesdites conduites flexibles se retrouvent disposées les unes à côté des autres et proches les unes des autres, le cas échéant sur un ou plusieurs cercles, dans le même ordre où se trouvent disposées les extrémités des conduites reposant au fond de la mer, unes à côté des autres au niveau du fond marin 10.
Le brevet WO 2011/61422A1 de la demanderesse décrit un FPSO non équipé d'un touret, mais ancré de manière permanente, cap au nord, sur 16 lignes d'ancres, une pluralité de liaisons fond-surface en provenance de l'ouest, venant se raccorder tout le long du bordé, constituant ainsi une grande concentration de conduites en provenance d'une seule direction.
Il en résulte que, dans certaines configurations de champs, on trouvera sur la périphérie du touret, notamment sur la périphérie de la structure inférieure d'amarrage et/ou de la paroi de fond de ladite structure interne cylindrique, une concentration, sur une zone réduite, de conduites flexibles de grand diamètre, donc de poids linéaire important, raccordées sur une zone angulaire réduite de la périphérie alors que dans une zone diamétralement opposée, il n'y aura que des conduites flexibles ou des câbles de faible poids linéaire, voire aucune conduite dans certains cas. La figure 4 commentée ci-après illustre ce type de disposition.
Or, une conduite flexible en suspension raccordée au touret exerce sur ce dernier une tension reprise par le touret au niveau de son raccordement audit touret, cette tension génère des efforts verticaux (d'intensité de force F) importants, ainsi que des efforts horizontaux (d'intensité de force H) moindres, au niveau de leur raccordement au touret, notamment dans le cas de liaison fond-surface de grande profondeur. Dès lors, une répartition des conduites flexibles irrégulière et/ou asymétrique engendre des variations d'efforts et donc de contraintes importantes le long de la périphérie du touret transférées et reprises de façon inhomogène notamment au niveau des dits éléments de guidage en rotation. De surcroît, sur un champ pétrolier offshore il existe en général une direction prédominante pour la houle, les vents et les courants, et lorsque le support flottant pivote autour du touret sous l'effet de la houle et/ou du vent ou courant marin, l'essentiel des mouvements se limite en général à un secteur angulaire sensiblement constant, par exemple limité entre nord et sud-ouest. Lesdits éléments de guidage en rotation subissent alors des efforts alternés localisés de façon encore plus inhomogène le long de la périphérie du touret pour cette raison supplémentaire, entraînant une usure localisée accrue ou accélérée desdits éléments de guidage en rotation.
Le but de la présente invention est de fournir un support flottant ancré sur touret et une installation de liaison fond-surface améliorées qui permettent de résoudre les problèmes ci-dessus.
Plus particulièrement, le but de la présente invention est de fournir un support flottant ancré sur touret et une installation de liaison fond- surface améliorées qui permettent de mieux répartir les efforts générés et transférés par les conduites flexibles au touret, notamment transférés en périphérie du touret au niveau d'éléments de guidage en rotation subissant des efforts verticaux, de manière à ce que lesdits efforts soient réparties plus régulièrement, plus symétriquement et/ou plus de manière homogène en intensité le long de la périphérie du touret.
Pour ce faire, la présente invention fournit une structure de guidage et de déport de conduite flexible au sein dudit touret. Plus précisément, la présente invention fournit un support flottant de production pétrolière supportant ou apte à supporter des conduites de liaison fond-surface entre une pluralité de conduites sous-marines reposant au fond de la mer et ledit support flottant en surface, ledit support flottant comprenant un touret comprenant une cavité au moins en partie immergée au sein d'une structure déportée à l'avant du support flottant ou intégrée dans ou dessous la coque du support flottant, de préférence traversant la coque du support flottant sur toute sa hauteur, ledit touret comprenant une structure interne cylindrique au sein de ladite cavité, de préférence à section circulaire, ladite structure interne comprenant une paroi latérale tubulaire surmontée à son extrémité supérieure d'une plateforme supérieure arrivant sensiblement au niveau du pont du support flottant, ladite paroi latérale tubulaire étant au moins en partie fermée à son extrémité inférieure par une paroi de fond, ladite structure interne cylindrique étant traversée ou apte à être traversée par une pluralité de premières conduites flexibles reliée à ladite plateforme supérieure et s'étendant dessous ladite paroi de fond jusqu'à des conduites sous-marines reposant au fond de la mer ou jusqu'à des deuxièmes conduites elles- mêmes reliées à des conduites sous-marines reposant au fond de la mer, ladite structure interne cylindrique étant articulée en rotation par rapport à ladite cavité et dite coque par l'intermédiaire d'éléments de guidage en rotation, de préférence au moins un palier de roulement ou de frottement, de manière à autoriser la rotation dudit support flottant autour d'un axe sensiblement vertical ZZ' de la cavité dudit touret, sans entraîner la rotation d'une partie dudit touret par rapport au même axe vertical ZZ', caractérisé en ce que ladite structure interne cylindrique comprend au moins une, de préférence une pluralité de conduites de guidage et de déport, de préférence rigide, contenant et guidant ou aptes à contenir et guider une dite première conduite flexible, ladite conduite de guidage traversant ladite paroi de fond et traversant non verticalement l'intérieur de ladite structure interne cylindrique du touret entre :
- d'une part, ladite paroi de fond au niveau d'un premier emplacement Cl de ladite paroi de fond où ladite conduite de guidage se trouve fixée, ledit premier emplacement étant disposé de préférence à la périphérie de ladite paroi de fond, et
- d'autre part, une plateforme interne solidaire de ladite structure cylindrique interne au-dessus de ladite paroi de fond et au-dessus du niveau de la surface de l'eau, l'extrémité supérieure de ladite conduite de guidage étant fixée à ladite plateforme interne au niveau d'un deuxième emplacement C2 où se trouve fixée ou est apte à être fixée l'extrémité supérieure de ladite conduite flexible contenue dans ladite conduite de guidage, ledit deuxième emplacement étant non aligné verticalement avec ledit premier emplacement, ledit deuxième emplacement étant disposé de préférence à la périphérie de ladite plateforme interne.
On comprend que ladite conduite flexible traverse ladite paroi de fond en passant à l'intérieur de la conduite de guidage, sans que ladite conduite flexible ne soit solidarisée à ladite paroi de fond. Dans un mode de réalisation, l'extrémité supérieure de ladite conduite flexible est fixée à un élément de raccordement lui-même fixé à un dit deuxième emplacement C2 où se trouve raccordé ladite extrémité supérieure de ladite première conduite flexible.
Du fait que les conduites flexibles ne sont pas raccordées au niveau de la paroi de fond mais seulement guidées et retenues latéralement, et éventuellement en friction avec la paroi de ladite conduite de guidage notamment au niveau de son passage à travers la paroi de fond, l'essentiel des efforts verticaux générés par lesdites conduites flexibles sont transférés au niveau de ladite plateforme interne où elles peuvent être raccordées au niveau dédits deuxièmes emplacements selon des dispositions différentes que celles des premiers emplacements au niveau de ladite paroi de fond et en particulier donc de manière à pouvoir transférer des efforts générés par lesdites premières conduites flexibles selon une répartition plus régulière et/ou plus symétrique au niveau des dits deuxièmes emplacements qu'au niveau des dits premiers emplacements, notamment sur la périphérie de ladite plateforme interne en vis-à-vis des dits éléments de guidage en rotation.
On comprend en d'autres termes que :
- lesdites premières conduites flexibles parcourent ladite structure interne cylindrique du touret entre lesdits premiers emplacements et deuxièmes emplacements disposés différemment angulairement, de préférence selon des formes incurvées en S en projection dans un plan vertical, ou en forme de courbe gauche en S dans l'espace, ou en forme sensiblement rectiligne mais inclinée par rapport à la verticale, et
- les efforts transmis par lesdites extrémités supérieures des dites premières conduites flexibles et repris au niveau de ladite plateforme interne sont répartis de manière plus homogène et/ou plus symétrique sur le pourtour de la périphérie de ladite plateforme interne que les efforts transmis par lesdites premières conduites flexibles et qui seraient repris par la paroi de fond aux niveaux des dits premiers emplacements si lesdites premières conduites flexibles y étaient fixées.
Par disposition à la périphérie, on entend que lesdits emplacements sont situés plus proche de la circonférence que du centre de ladite paroi de fond ou et respectivement dite plateforme interne, de préférence le plus proche possible de la périphérie, donc des paliers de rotation, sans en affecter la solidité. Plus particulièrement, lesdits premiers emplacements sont disposés selon une répartition non régulière et/ou non symétrique le long de la périphérie de ladite paroi de fond.
Plus particulièrement, le nombre de dites conduites de guidage non verticales selon l'invention sera de 1 à 100, de préférence de 5 à 30.
Plus particulièrement encore, ladite conduite de guidage non verticale réalise entre ledit premier emplacement Cl et ledit deuxième emplacement C2 une déviation d'un angle a d'au moins 5° dans un plan horizontal entre (a) un premier plan vertical passant par l'axe vertical ZZ' de ladite structure interne cylindrique et le centre du dit premier emplacement Cl et un deuxième plan vertical passant par l'axe vertical de ladite structure interne cylindrique et le centre dudit deuxième emplacement C2.
Cette valeur de α ~ 5° vise à marquer la différence entre une dite conduite de guidage non verticale selon l'invention et un simple défaut de verticalité d'une conduite de guidage verticale de type I-tube connue de l'homme de l'art dans le domaine de l'industrie pétrolière offshore.
Plus particulièrement encore, ladite conduite de guidage non verticale réalise entre ledit premier emplacement Cl et ledit deuxième emplacement C2 une déviation d'un angle β d'au moins 5° dans un plan vertical entre (a) la droite verticale passant par le centre dudit premier emplacement Cl et la droite inclinée D passant par les deux centres desdits premier et deuxième emplacements Cl, C2.
Cette valeur de β ~ 5° vise à marquer la différence entre une dite conduite de guidage non verticale selon l'invention et un simple défaut de verticalité d'une conduite de guidage verticale de type I-tube.
De préférence, le support flottant selon l'invention comprend une pluralité de dites conduites de guidage non verticales dont lesdits deuxièmes emplacements C2 sont disposés en périphérie de ladite plateforme interne circulaire selon une disposition plus régulière, de préférence selon une disposition de dits deuxièmes emplacements successifs dont les directions radiales sont espacées angulairement d'un même angle (gamma), et/ou selon une disposition plus symétrique par rapport à un plan diamétral LL que lesdits premiers emplacements Cl disposés en périphérie de ladite paroi de fond circulaire.
Plus particulièrement encore, ledit touret supporte des dites premières conduites flexibles, une partie au moins des dites premières conduites flexibles passant par des dites conduites de guidage non verticales disposées au niveau de dits deuxièmes emplacements de manière à ce que les efforts générés par lesdites premières conduites flexibles soient transférées et repris de façon sensiblement plus homogène et/ou plus symétrique le long du pourtour de la périphérie de ladite plateforme interne que les efforts générés par lesdites premières conduites au niveau des dits premiers emplacements. Plus particulièrement encore, lesdites premières conduites sont disposées au niveau des dits deuxièmes emplacements de manière à ce que les efforts générés par lesdites premières conduites soient répartis de façon sensiblement homogène et/ou symétrique sur le pourtour de la périphérie de ladite plateforme interne, de préférence lesdites deuxièmes emplacements étant disposés de façon sensiblement homogène et/ou symétrique sur le pourtour de la périphérie de ladite plateforme interne.
Dans une variante préférée, ledit touret comprend au moins une dite conduites de guidages s'étendant depuis un dit premier emplacement au niveau de ladite paroi de fond jusqu'à un dit deuxième emplacement au niveau de ladite de façon sensiblement homogène et/ou symétrique sur le pourtour de la périphérie de ladite plateforme interne, selon un parcours incurvé en forme de S.
On entend ici par forme en S, une forme incurvée dans un plan avec 1 seul point d'inflexion de courbure, ou encore une forme gauche en S dans l'espace à trois dimensions. Plus particulièrement, lorsque la conduite de guidage est incurvée, l'axe de la conduite n'est pas contenu dans un plan vertical.
Dans une autre variante de réalisation, ledit touret comprend au moins une dite conduite de guidage s'étendant depuis un dit premier emplacement au niveau de ladite paroi de fond jusqu'à un dit deuxième emplacement au niveau de ladite plateforme interne, selon un parcours sensiblement rectiligne incliné (β).
Plus particulièrement encore, ledit support flottant comprend :
- une dite plateforme supérieure supportant au moins une première partie d'un raccord à joint tournant disposé axialement ZZ' au-dessus de ladite plateforme interne,
- ladite plateforme supérieure reposant sur des premiers éléments de guidage en rotation, de préférence un premier palier de roulement, et supportant une première partie dudit raccord tournant, ladite première partie du dit raccord tournant étant solidaire de ladite plateforme supérieure, des éléments de conduite de jonction coudés reliant les extrémités supérieures des dites premières conduites flexibles au niveau de ladite plateforme interne ladite première partie du dit raccord, une deuxième partie rotative dudit raccord tournant étant supportée par le pont du support flottant, et
- une dite structure interne cylindrique étanche, de préférence à section circulaire selon ledit axe vertical ZZ', comportant une paroi de fond assemblée de manière étanche à l'extrémité inférieure d'une paroi tubulaire latérale de ladite structure interne tubulaire, et
- une structure inférieure d'amarrage, de préférence de forme annulaire coaxiale à ladite structure interne cylindrique, connectée à ladite paroi de fond, en sous face de ladite paroi de fond, des lignes d'ancrage s'étendant depuis ladite structure inférieure d'amarrage où elles sont amarrées jusqu'au fond de la mer et lesdites premières conduites flexibles traversant ladite structure inférieure d'amarrage.
Plus particulièrement encore, ledit touret comprend : - une dite plateforme supérieure en appui sur un premier palier de roulement disposé au niveau d'un redan à l'extrémité supérieure de ladite cavité, de préférence de manière à ce que ladite plateforme supérieure ne dépasse pas en hauteur le niveau du pont du support flottant, et - ladite paroi tubulaire latérale à section circulaire de ladite structure interne tubulaire cylindrique coopère avec au moins des deuxième et troisième paliers latéraux de roulement ou de frottement, de préférence des paliers de roulement, intercalés entre la paroi latérale cylindrique de ladite cavité ladite paroi tubulaire latérale de ladite structure interne cylindrique et autorisant la rotation de ladite structure interne, ledit troisième palier de roulement ou de frottement étant situé en dessous dudit deuxième palier latéral, ledit deuxième palier étant de préférence au- dessus de la surface de l'eau, à proximité du niveau de ladite plateforme interne, ledit troisième palier latéral étant situé à proximité du niveau de ladite paroi de fond.
On comprend que, dans ce mode de réalisation :
- ladite structure interne cylindrique est articulé en rotation par rapport à ladite cavité et dite coque par l'intermédiaire desdits éléments de guidage en rotation, de préférence au moins un palier de roulement ou de frottement, de manière à autoriser la rotation dudit support flottant autour d'un axe sensiblement vertical ZZ' de la cavité dudit touret, sans entraîner la rotation de ladite structure interne cylindrique dudit touret par rapport au même axe vertical ZZ', lesdites lignes d'amarrage et première conduites flexibles s'étendant dessous le touret étant apte à rester fixe en rotation autour de l'axe ZZ' par rapport au fond de la mer, lorsque ledit support flottant est entraîné en rotation autour de l'axe vertical ZZ' de ladite structure interne cylindrique ou dite cavité du touret, et
- ladite première partie du raccord tournant coopère de manière étanche avec la deuxième partie du raccord tournant de manière à assurer les transferts de fluide ou de courants électriques en provenance ou vers les flexibles et câbles électriques, tout en autorisant la rotation dudit support flottant (et de ladite deuxième partie du raccord tournant) autour d'un axe sensiblement vertical ZZ' de la cavité dudit touret, sans entraîner la rotation des dites premières conduites flexibles à l'intérieur de ladite structure interne cylindrique par rapport au même axe vertical ZZ.
Plus particulièrement encore, le(s)dit(s) palier(s) de roulement est (sont) constitué(s) par des rouleaux ou des roulettes guidés dans des pistes de roulement, lesdites pistes de roulement et dits rouleaux ou roulettes étant disposés circulairement autour de ladite structure interne, de préférence régulièrement espacés.
La présente invention fournit également une installation de liaison fond-surface comportant un support flottant selon l'invention caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une deuxième conduite rigide assurant la liaison entre l'extrémité inférieure d'une dite première conduite flexible s'étendant dessous ledit touret et l'extrémité d'une conduite sous- marine reposant au fond de la mer.
Dans une variante de réalisation, ladite deuxième conduite rigide est disposée en colonne montante sensiblement verticalement, ladite première conduite flexible à laquelle elle est reliée adoptant une forme de double chaînette plongeante.
Dans une autre variante de réalisation, ladite deuxième conduite rigide est du type dénommé SCR, s'étendant selon une forme de courbe dite de chaînette simple entre l'extrémité d'une conduite reposant au fond de la mer et l'extrémité inférieure d'une dite première conduite flexible débouchant en dessous du dit touret et en continuité de courbure de ladite première conduite flexible.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux à la lumière de la description détaillée qui va suivre, faite de manière illustrative et non limitative, en référence aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une vue de côté d'un FPSO 1 équipé d'un touret 2 situé dans le tiers avant de la coque, ancré en la et comportant des conduites de liaison fond-surface 4, 8 jusqu'à des conduites sous-marines 9 reposant au fond de la mer 10, - la figure 2 est une coupe en arraché et en vue de côté d'un touret 2 intégré à la coque d'un FPSO 1 selon l'invention, détaillant le cheminement d'une conduite de guidage 5 en S selon l'invention, d'une conduite flexible 4 depuis la paroi de fond 2b dudit touret 2, jusqu'à une plateforme interne 6 située dans le plan BB, à un niveau supérieur dudit touret, ledit plan BB étant disposé largement au dessus du niveau de l'eau 11 additionné des plus fortes houles, lorsque ledit FPSO 1 est ballasté au maximum,
- la figure 3 est une vue détaillant le raccordement de l'extrémité supérieure des conduites flexibles 4 au niveau d'éléments de raccordement
6a fixés sur la plateforme interne 6,
- la figure 4 est une représentation de type « rose des vents » (en anglais « rose wind ») de la répartition des efforts verticaux à la périphérie d'un touret, créés par l'ensemble des conduites flexibles 4 reliées à ce dernier, dans une configuration classique de l'art antérieur,
- la figure 5A est une coupe d'un touret 2 selon l'invention au niveau du plan AA de la figure 2, détaillant l'emplacement des diverses conduites flexibles, ombilicaux et câbles électriques 4, de petite 4c, de moyenne 4b et de grande taille 4a,
- la figure 5B est une coupe du même touret selon l'invention que celui de la figure 5A, effectuée au niveau du plan BB de la figure 2, détaillant la réorganisation des diverses conduites flexibles, ombilicaux et câbles électriques, de petite, de moyenne et de grande taille, ainsi que la nouvelle « rose des forces » R' résultant de cette réorganisation, lesdits deuxièmes emplacements de premières conduites flexibles étant schématisés en hachures lorsqu'ils sont déportés par rapport au dits premiers emplacements, ces derniers étant représentés en pointillés; et
- la figure 6A est une vue en coupe verticale du touret comprenant une conduite de guidage et de déport selon l'invention rectiligne et inclinée 5 et une conduite de guidage verticale en I connue 5b, et
- la figure 6B est une vue en coupe horizontale selon le plan BB du dispositif de la figure 6A montrant un déport de la conduite de guidage 5 selon l'invention.
Sur la figure 1, on a représenté en vue de côté un support flottant de type « FPSO » 1 solidaire d'un touret 2 situé dans le tiers avant dudit FPSO. Ledit touret 2 est ancré par une pluralité de lignes d'ancrage la reliés à des ancres non représentées plantées dans le sol sous-marin 10. Le touret, connu de l'homme de l'art, est représenté en coupe sur la figure 2 et présente une structure cylindrique interne 2a sensiblement fixe en rotation autour de l'axe ZZ par rapport au sol marin 10, à l'intérieur d'une cavité 2d traversant de part en part la coque le du support flottant 1. Le touret 2 est constitué d'une structure tubulaire 2a rendue étanche à son extrémité inférieure par une paroi de fond 2b et comprenant à son extrémité supérieure une plateforme supérieure 2c, de plus grand diamètre que la paroi tubulaire latérale 2a, ladite plateforme 2c venant en appui, dans ses parties périphériques dépassant de la paroi tubulaire latérale 2a, contre le redan le à l'extrémité supérieure de la cavité 2d.
Ladite structure cylindrique interne 2a et la coque le coopèrent en rotation relative grâce à des paliers de roulement 2al, 2a2 et 2a3 comprenant deux paliers circulaires latéraux de guidage supérieur 2a2 et inférieur 2a3 qui transfèrent les efforts horizontaux entre le touret et la structure du FPSO et un palier de roulement supérieur circulaire de supportage 2al qui transfère l'intégralité des efforts verticaux entre la plateforme supérieure 2c du touret et le pont du FPSO. Ceci permet au FPSO de pivoter librement autour de l'axe vertical ZZ' du touret et de se positionner dans une direction correspondant à la résultante des efforts engendrés par la houle, le vent et le courant sur le FPSO et ses superstructures, sans que la structure cylindrique interne 2a du touret 2 ne pivote, ce dernier restant ainsi sensiblement fixe en rotation autour de l'axe ZZ', vis-à-vis du fond de la mer 10.
Lesdits paliers 2al, 2a2, 2a3 sont des paliers de frottement ou de roulement, de préférence des paliers de roulement. Il peut s'agir plus particulièrement de rouleaux ou de roulettes intercalés entre : - la paroi interne de la cavité 2d et la surface externe de la paroi tubulaire latérale 2a, en ce qui concerne les rouleaux ou les roulettes latéraux de guidage 2a2 et 2a3, et
- la surface horizontale du redan le et la sous-face de la plateforme supérieure 2c du touret 2, en ce qui concerne le palier de supportage 2al.
On comprend qu'au niveau desdits paliers au moins, ladite structure tubulaire 2 et ladite paroi interne de cavité 2d présentent une section circulaire. Les rouleaux ou roulettes des paliers inférieurs et supérieurs de guidage latéral 2a2 et 2a3 sont plus particulièrement disposés avec leurs axes de rotation en position verticale. Dans le cas du palier supérieur de supportage 2al, lesdits rouleaux ou roulettes sont disposés avec leurs axes de rotation en position horizontale en appui sur le redan le, la plateforme 2d reposant sur la tranche desdits rouleaux 2al.
Sur les figures 1 et 2, on a représenté aussi la structure d'amarrage inférieure 2-1 fixée en sous face de la paroi de fond 2b et sur laquelle sont fixées les lignes d'ancres la. La structure inférieure 2-1 présente une forme annulaire et est traversée en son centre par une pluralité de dites premières conduites flexibles incluant des conduites de productions mais aussi des ombilicaux et de câbles électriques 4 de diverses tailles, légères 4c, moyennes 4b et lourdes 4a qui traversent la paroi de fond en passant à l'intérieur des extrémités 5a de conduites de guidage 5 supportées et traversant la paroi de fond 2b puis remontant à l'intérieur de la structure cylindrique étanche 2a guidées par des conduites de guidage non verticales 5 selon l'invention et pour certaines dans des conduites de guidage verticales 5b de la technique antérieure. Les extrémités supérieures 4-3 de premières conduites flexibles 4, débouchant des extrémités supérieures 5c des conduites de guidage traversant la plateforme interne 6, sont raccordées à des éléments de raccordement 6a supportés par une plateforme interne 6 fixée à l'intérieur et au sommet de ladite structure interne 2 dessous le raccord à joint tournant 3, la partie inférieure 3-2 étant supportée axialement par la plateforme supérieure 2c de la structure cylindrique interne 2a. Enfin, des conduites de jonction coudées 7 assurent la jonction des extrémités supérieures 4-3 des premières conduits flexibles 4 entre la plateforme interne 6 et le raccord à joint tournant 3-2.
En mer peu profonde, c'est-à-dire lorsque la hauteur d'eau est de 200 à 750, voire 1000m, les conduites de liaisons fond surface, ainsi que les conduites 9 reposant sur le fond de la mer sont en général des conduites flexibles, telles les conduites fabriquées pour l'industrie pétrolière par Technip (France) ou Wellstream (USA). Par contre, lorsque la profondeur d'eau dépasse 1000-1500m, on préfère installer pour les conduites de production ou d'injection d'eau ou de gaz, des deuxièmes conduites rigides en acier 8, isolées ou non, entre les conduites sous- marine 9 reposant au fond de la mer et lesdites premières conduites flexibles débouchant en subsurface dessous le touret du FPSO. On peut disposer une deuxième conduite rigide 8 reliant le fond de la mer jusqu'à l'extrémité d'une première conduite flexible 4 au niveau d'un flotteur 12 à une distance en dessous du niveau de la mer de l'ordre de 50 à 100m. Ladite deuxième conduite rigide 8 peut être verticale (non représenté) ou du type SCR (« steel catenary riser ») en forme de courbe dite de chaînette, de caractéristiques en général équivalentes à celles des conduites de production, la liaison avec le FPSO étant alors assurée par des premières conduites flexibles en configuration de double chaînette plongeante 4-2. Lorsque la profondeur d'eau est supérieure à 1000m, on évite l'utilisation de premières conduites flexibles de grandes longueurs, extrêmement coûteuses, et l'on prolonge avantageusement la conduite rigide 9 reposant sur le sol jusqu'au FPSO en configuration de chaînette simple ou « SCR » comme représenté sur la figure 1, la partie supérieure de la liaison fond-surface peut alors être constituée par une portion de conduite flexible 4-1, assurant une liaison souple avec le touret 2 du FPSO, ladite portion de première conduite flexible 4 étant alors en continuité de courbure avec l'extrémité supérieure de la deuxième conduite rigide 8 de type SCR et de préférence de même diamètre intérieur, et d'une longueur totale, par exemple, de 50 à 100m. Dans une telle configuration, les efforts engendrés par la conduite de liaison fond surface 4, 8 sur le touret sont très importants en raison le la hauteur de la tranche d'eau qui dans ce cas doit être supérieure à 750-1000m. Dans certaines configurations de champs, on trouvera en partie inférieure du touret une concentration de conduites flexibles de grand diamètre 4a, donc de poids linéaire important, arrivant sur une zone réduite de la périphérie du touret, alors que dans une autre zone de la périphérie de position diamétralement opposé, il n'y aura que des conduites flexibles ou des câbles de faible poids linéaire, voire aucune conduite dans certains cas arrivant au touret. La figure 4 illustre les effets de ce cas dans un mode de réalisation selon la technique antérieure lorsque les premières conduites flexibles 4 sont raccordées à la paroi de fond et que les efforts sont essentiellement repris et transférés par ladite paroi de fond du touret. On observe ici :
- sur la gauche, 4 conduites flexibles de type 4a de grand diamètre, donc de poids linéaire important, donc engendrant des tensions et des efforts verticaux importants,
- sur la droite une seule conduite flexible de grand diamètre 4a,
- puis, réparties tout autour de la périphérie du touret une pluralité de conduites flexibles moyennes 4b, ainsi que des petites conduites flexibles 4c.
Le poids propre de la structure du touret ainsi que les efforts verticaux dus à l'ancrage la se répartissent sensiblement uniformément sur la périphérie du touret, donc les éléments de guidage en rotation 2al ainsi que les pistes de roulement solidaires respectivement du FPSO et du touret, sont sensiblement tous contraints de manière uniforme par ces efforts verticaux. En revanche, la répartition irrégulière et/ou asymétrique des dites conduites flexibles 4 en suspension génère des efforts verticaux non homogènes sur la périphérie du touret créant des variations de contraintes qui peuvent être très importantes. Ainsi, on a représenté sur la figure 4 la «rose des efforts verticaux» R, similaire à la «rose des vents» connue de l'homme de l'art dans le domaine de la météorologie, pour représenter la variation des efforts verticaux F par unité de longueur sur la périphérie dudit touret : F représente alors l'effort vertical par unité de longueur, par exemple par mètre curviligne de de la circonférence de la plateforme supérieure appliqué sur le palier de rotation 2al résultant de la répartition des diverses conduites flexibles dans ladite zone périphérique du touret lorsque ces efforts sont repris au niveau de la paroi de fond où les conduites sont raccordées selon la technique antérieure ou sont transférés verticalement sans modification de répartition vers une plateforme supérieure où ils sont raccordés. Ainsi, dans les parties gauche et basse de la figure 4, du fait de la concentration importante de conduites flexibles lourdes 4a et une pluralité de conduites moyennes 4b et petites 4c, la rose des efforts R présente alors, dans le sens des aiguilles d'une montre la variation suivante :
- depuis le bas de la figure, une valeur croissante depuis une valeur nulle jusqu'en RI, puis une valeur légèrement décroissante jusqu'en R2 (Fl),
- puis de nouveau une valeur croissante qui atteint un maximum F2 entre R3 et R4, et enfin une valeur décroissante jusqu'à zéro de R4 à R5,
- on observe ensuite toute une plage avec une valeur F sensiblement nulle jusqu'au sommet de ladite figure,
- puis une zone R6 où la rose des efforts a une valeur faible F3 en raison de la présence d'une conduite flexible moyenne 4b,
- puis de nouveau une zone où F a une valeur sensiblement nulle,
- jusqu'à la zone droite de la figure où la présence d'une pluralité de conduites flexibles de diverses taille induit la rose des efforts R7,
- puis de nouveau une zone où F a une valeur sensiblement nulle,
- puis une zone où la rose des efforts R8 a une valeur faible en raison de la présence d'une conduite flexible moyenne unique,
- enfin une zone où F a une valeur sensiblement nulle.
Ainsi, lorsque le FPSO 1 pivote autour de son touret 2 sensiblement fixe par rapport au fond de la mer 10, les pistes de roulement ainsi que les paliers de rotation 2al, 2a2, 2a3 sont soumises de manière permanente à des efforts verticaux (2al) et horizontaux moindres (2a2 et 2a3) qui varient d'une valeur nulle à une valeur maximale comme expliqué précédemment, ce qui induit une fatigue localisée d'autant plus importante que les plages de variations angulaires du FPSO sont souvent réduites à un secteur limité, par exemple du gisement 260° au gisement 325°, correspondant par exemple à 90% du temps où la résultante des effets de la houle, du vent et des courants sur le FPSO, maintient ce dernier dans cette plage de gisement. Ainsi, pistes de roulement et paliers de rotation soumis à des efforts alternés plus importants dans ce secteur angulaire, présenteront une usure et une fatigue accélérées dans ce secteur angulaire, alors que d'autres secteurs ne subiront quasiment aucun effort important, donc peu d'usure significative et une fatigue quasi-nulle, pendant la durée de vie de l'installation qui en général atteint 20-25 ans, voire plus.
Pour limiter les valeurs extrêmes des efforts localisés F et lisser la forme de la « rose des efforts » R sur la périphérie du touret, on fournit selon la présente invention, tel que représenté sur les figures 2, 5A, 5B et 6 un dispositif de guidage non vertical des conduites flexibles au sein du touret qui permet avantageusement de modifier la répartition du transfert de charge généré par lesdites conduites flexibles au sein du touret 2.
Sur la figure 2, on a représenté en coupe un touret 2 d'un FPSO 1 traversé du bas vers le haut par une conduite de guidage rigide en acier 5 en forme de S. Ladite conduite de guidage 5 est équipée en partie basse d'une goulotte en forme de trompette 5a destinée à éviter l'endommagement de la conduite flexible 4 qu'elle contient et guide dans la zone de contact lors de son arrivée dans l'extrémité inférieure de la conduite de guidage. Ladite conduite de guidage 5 traversant de manière étanche la paroi de fond 2b du touret au niveau d'un premier emplacement centré en Cl en périphérie de la paroi de fond. La partie haute de ladite conduite de guidage 5 est solidarisée 6b à une plateforme interne support 6 solidaire de la structure cylindrique interne 2a du touret 2 dans le plan BB au-dessus de la surface de l'eau de mer et au-dessous de la plateforme supérieure 2c du touret. Ladite plateforme interne 6 supporte également l'extrémité supérieure de ladite première conduite flexible contenue dans ladite conduite de guidage équipée d'un élément de raccordement 6a débouchant à l'extérieur de la conduite de guidage. La plateforme interne 6 supporte l'ensemble des dites premières conduites flexibles, et donc sensiblement l'intégralité des efforts verticaux de chacune desdites conduites flexibles. L'extrémité supérieure de ladite conduite 4 est reliée via un élément de conduite de jonction 7 à une partie 3-2 du raccord à joint tournant 3. Ladite partie 3-2 du raccord 3 est solidaire du touret, donc sensiblement fixe en rotation par rapport au fond de la mer. Puis, le fluide ressort de la partie 3-1 du raccord 3 solidaire du pont lb et de la plateforme supérieure 2c, par une conduite 13. La partie 3-1 du raccord à joint tournant 3 est solidaire du pont du FPSO 1 et se trouve donc en rotation libre autour de l'axe ZZ' du touret 2 par rapport à la partie 3-2 solidaire du touret 2. Il en va de même pour les autres conduites flexibles 4b et 4c raccordée au joint tournant en 3-1 via des éléments de jonction 7 et ressortant en 3-2 vers des conduites 13 sur le pont lb.
On a représenté sur la figure 5A, qui correspond à une coupe en vue de dessus de la section du plan AA de la figure 2, l'ensemble des conduites flexibles 4, 4a, 4b, 4c qui ne sont pas raccordées au niveau de la paroi de fond mais sont contenues et guidées dans des conduites de guidage lesquelles traversent la paroi de fond 2b en des premiers emplacements centrés en Cl selon une répartition imposée par l'architecture du champ comme expliqué précédemment en référence à la figure 4. Les efforts verticaux sont sensiblement intégralement transférés au niveau de la plateforme interne 6 où les conduites sont en suspension. Sur cette figure 5A, on a représenté quatre conduites de guidage et de déport 5 selon l'invention pour conduites flexibles lourdes 4a-2 à 4a-5, ainsi que deux conduites de guidage et de déport 5 pour conduites flexibles moyennes 4b-l et 4b-2 et une pluralité d'autres conduites de guidage sensiblement verticales conventionnelles pour conduites flexibles moyennes et petites, réparties sur la périphérie. Sur les figues 5A-5B, lesdites conduites de guidage des conduites flexibles 4a-2 à 4a-5 sont des conduites de guidage en S selon l'invention, alors que les autres conduites de guidage, et en particulier la conduite de guidage de la conduite flexible 4a-l sont des conduites conventionnelles de type conduites en I (en anglais I-tube) connues de l'homme de l'art dans le domaine de l'exploitation pétrolière en mer, et représentées 5b sur la figure 1. Sur la figure 5B, on a représenté la position des extrémités supérieures 5c des conduites de guidage 5 des mêmes conduites flexibles 4a-2 à 4a-5 fixés 6b sur la périphérie de la plateforme 6 en des deuxièmes emplacements centrés en C2. La conduite flexible lourde 4a-l se trouve sensiblement à la même position en tête qu'en pied (figure 5A), et sa conduite de guidage est de type I-tube, sensiblement vertical. Les conduites flexibles 4a-2 à 4a-5 sont déportées grâce aux conduites de guidage en S selon l'invention et se retrouvent alors avantageusement réparties de manière régulière sur la périphérie, sensiblement tous les 60° (Y) selon les axes LL - MM - NN, et sensiblement symétriquement par rapport à LL. Le déport respectif des deuxièmes emplacements C2 par rapport aux premiers emplacements Cl est représenté par une flèche sur cette figure 5B et correspond à un angle a2 à a5 supérieur à 5°, notamment ici de 10 à 60°, dans un plan horizontal entre les plan radiaux sensiblement verticaux contenant l'axe ZZ' et passant par Cl et C2 respectivement. Les deux conduites flexibles moyennes 4b-l et 4b-2 sont rapprochées l'une de l'autre grâce à deux conduites de guidage en S, sensiblement symétriquement par rapport à l'axe LL, et créant un déport mineur de l'ordre de 5 à 8°.
Ainsi, l'essentiel des charges lourdes se trouvent régulièrement et symétriquement réparties à la périphérie de la plateforme 6 et donc régulièrement et symétriquement transférées et reprises au niveau du palier 2al avec un léger pic d'effort sensiblement tous les 60°, sans créer de variations de contraintes importantes sur le touret, la coque et les paliers de roulement. Lors des mouvements du FPSO 1 autour de son touret 2, sensiblement fixe par rapport au fond marin, il en résultera un niveau de contraintes et de fatigue locale radicalement réduit, ainsi qu'une fatigue globale sensiblement uniforme sur les éléments de roulage et surtout sur les pistes de roulement, sur toute la périphérie du touret. Il en résulte ainsi un meilleur comportement de l'ensemble de l'installation fond- surface pendant toute la durée de vie de l'installation, cette dernière étant couramment de 15 à 20 ans, voire plus, sans nécessiter de maintenance lourde, telle une mise en cale sèche pour démontage et changement de ces composants très critiques et sujets à usure, que l'on constate couramment dans l'art antérieur.
Sur les figures 6A-6B, on montre, à titre illustratif, un exemple de réalisation de conduite de guidage non verticale 5 selon l'invention présentant une forme rectiligne D inclinée d'un angle β supérieur à 5° par rapport à la verticale, ici environ 30°, sur une hauteur H entre la paroi de fond 2b et la plateforme interne 6 d'au moins 75% de la hauteur du touret soit H= 10 à 20m. Il en résulte un déport dudit deuxième emplacement d'un angle alpha de 175°, tel que représenté sur la figure 6B, dans un plan horizontal entre les plans radiaux contenant l'axe ZZ' et passant respectivement par Cl et par C2. Plutôt que des conduites de guidage rectilignes selon l'invention, on préfère mettre en œuvre des conduites de guidage en S dans un plan ou dans l'espace à trois dimensions, car il est ainsi plus facile de disposer un plus grand nombre de conduites de guidage dans l'intérieur du touret sans risquer des interférences entre dites conduites 5, ou encore des zones congestionnées limitant de ce fait les possibilités d'accès pour inspection et maintenance.
A titre d'exemple, un touret de FPSO traverse intégralement la coque du support flottant sur une hauteur de 30 à 55m de hauteur, son diamètre est de 10 à 25 m, notamment 12 à 16m, et son poids propre est d'environ 2500 à 5000 tonnes. L'ensemble des efforts verticaux dus aux conduites de liaison fond-surface peuvent atteindre 5000 à 7 500 tonnes voire 10000 tonnes. Les grosses conduites flexibles par grande profondeur d'eau peuvent engendrer chacune des efforts de 100 à 250 tonnes, dans le cas de chaînettes 4-2 telles que décrites en référence à la figure 1, dans le cas de conduites rigides en configuration de SCR 8, 4-1, les efforts verticaux peuvent atteindre 750 à 1 000, voire plus, pour chacune des lignes. On peut ainsi installer un grand nombre de conduites, de gaz, de produits bruts, d'ombilicaux hydrauliques et de câbles électriques 4a-4c, par exemple 36 ou 48 conduites flexibles 4, quelque soit l'architecture du champ et l'implantation des diverses têtes de puits autour du FPSO.

Claims

REVENDICATIONS
1. Support flottant (1) de production pétrolière supportant ou apte à supporter des conduites de liaison fond-surface entre une pluralité de conduites sous-marines (9) reposant au fond de la mer (10) et ledit support flottant (1) en surface (11), ledit support flottant comprenant un touret (2) comprenant une cavité (2d) au moins en partie immergée au sein d'une structure déportée à l'avant du support flottant ou intégrée dans ou dessous la coque du support flottant, de préférence traversant la coque du support flottant sur toute sa hauteur, ledit touret (2) comprenant une structure interne cylindrique (2a) au sein de ladite cavité, de préférence à section circulaire, ladite structure interne comprenant une paroi latérale tubulaire surmontée à son extrémité supérieure d'une plateforme supérieure (2c) arrivant sensiblement au niveau du pont (lb) du support flottant, ladite paroi latérale tubulaire (2a) étant au moins en partie fermée à son extrémité inférieure par une paroi de fond (2b), ladite structure interne cylindrique étant traversée ou apte à être traversée par une pluralité de premières conduites flexibles (4, 4a-4c) reliées (7) à ladite plateforme supérieure (2c) et s'étendant dessous ladite paroi de fond (2b) jusqu'à des conduites sous-marines (9) reposant au fond de la mer ou jusqu'à des deuxièmes conduites (8) elles-mêmes reliées à des conduites sous-marines (9) reposant au fond de la mer, ladite structure interne cylindrique (2a) étant articulée en rotation par rapport à ladite cavité (2d) et dite coque par l'intermédiaire d'éléments de guidage en rotation, de préférence au moins un palier de roulement ou de frottement (2ai, 2a2, 2a3), de manière à autoriser la rotation dudit support flottant autour d'un axe sensiblement vertical ZZ' de la cavité dudit touret, sans entraîner la rotation d'une partie dudit touret par rapport au même axe vertical ZZ', caractérisé en ce que ladite structure interne cylindrique (2a) comprend au moins une, de préférence une pluralité de conduites de guidage et de déport (5), de préférence rigide, contenant et guidant ou aptes à contenir et guider une dite première conduite flexible (4), ladite conduite de guidage (5) traversant ladite paroi de fond (2b) et traversant non verticalement l'intérieur de ladite structure interne cylindrique (2a) du touret entre :
- d'une part, ladite paroi de fond (2b) au niveau d'un premier emplacement (Cl) de ladite paroi de fond où ladite conduite de guidage se trouve fixée, ledit premier emplacement étant disposé de préférence à la périphérie de ladite paroi de fond, et
- d'autre part, une plateforme interne (6) solidaire de ladite structure cylindrique interne (2a) au-dessus de ladite paroi de fond et au- dessus du niveau de la surface de l'eau (11), l'extrémité supérieure (5c) de ladite conduite de guidage (5) étant fixée (6b) à ladite plateforme interne (6) au niveau d'un deuxième emplacement (C2) où se trouve fixée ou est apte à être fixée l'extrémité supérieure (4-3) de ladite conduite flexible (4) contenue dans ladite conduite de guidage, ledit deuxième emplacement étant non aligné verticalement avec ledit premier emplacement, ledit deuxième emplacement étant disposé de préférence à la périphérie de ladite plateforme interne (6).
2. Support flottant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers emplacements sont disposés selon une répartition non régulière et/ou non symétrique le long de la périphérie de ladite paroi de fond.
3. Support flottant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite conduite de guidage non verticale (5) réalise entre ledit premier emplacement (Cl) et ledit deuxième emplacement (C2) une déviation d'un angle alpha d'au moins 5° dans un plan horizontal entre (a) un premier plan vertical passant par l'axe vertical (ΖΖ') de ladite structure interne cylindrique et le centre du dit premier emplacement (Cl) et (b) un deuxième plan vertical passant par l'axe vertical de ladite structure interne cylindrique et le centre dudit deuxième emplacement (C2).
4. Support flottant selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite conduite de guidage non verticale (5) réalise entre ledit premier emplacement (Cl) et ledit deuxième emplacement (C2) une déviation d'un angle β d'au moins 5° dans un plan vertical entre (a) la droite verticale passant par le centre dudit premier emplacement (Cl) et la droite inclinée (D) passant par les deux centres desdits premier et deuxième emplacements (Cl, C2).
5. Support flottant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de dites conduites de guidage (5) non verticales dont lesdits deuxièmes emplacements (C2) sont disposés en périphérie de ladite plateforme interne circulaire (6) selon une disposition plus régulière, de préférence selon une disposition de dits deuxièmes emplacements successifs dont les directions radiales sont espacées angulairement d'un même angle (gamma), et/ou selon une disposition plus symétrique par rapport à un plan diamétral (LL) que lesdits premiers emplacements (Cl) disposés en périphérie de ladite paroi de fond circulaire.
6. Support flottant selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il supporte des dites premières conduites flexibles (4), une partie au moins des dites premières conduites flexibles passant par des dites conduites de guidage non verticales disposées au niveau de dits deuxièmes emplacements de manière à ce que les efforts générés par lesdites premières conduites flexibles soient transférées et repris de façon sensiblement plus homogène et/ou plus symétrique le long du pourtour de la périphérie de ladite plateforme interne que les efforts générés par lesdites premières conduites au niveau des dits premiers emplacements.
7. Support flottant selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites premières conduites sont disposées au niveau des dits deuxièmes emplacements de manière à ce que les efforts générés par lesdites premières conduites soient répartis de façon sensiblement homogène et/ou symétrique sur le pourtour de la périphérie de ladite plateforme interne (6), de préférence lesdites deuxièmes emplacements étant disposés de façon sensiblement homogène et/ou symétrique sur le pourtour de la périphérie de ladite plateforme interne.
8. Support flottant selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une dite conduites de guidages s'étendant depuis un dit premier emplacement au niveau de ladite paroi de fond jusqu'à un dit deuxième emplacement au niveau de ladite de façon sensiblement homogène et/ou symétrique sur le pourtour de la périphérie de ladite plateforme interne, selon un parcours incurvé en forme de S.
9. Support flottant selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une dite conduites de guidages s'étendant depuis un dit premier emplacement au niveau de ladite paroi de fond jusqu'à un dit deuxième emplacement au niveau de ladite plateforme interne, selon un parcours sensiblement rectiligne incliné (β).
10. Support flottant selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que:
- ladite plateforme supérieure (2c) supporte au moins une première partie (3-1) d'un raccord à joint tournant (3) disposé axialement (ΖΖ') au- dessus de ladite plateforme interne (6),
- ladite plateforme supérieure (2c) reposant sur des premiers éléments de guidage en rotation, de préférence un premier palier de roulement (2i), et supportant une première partie () dudit raccord tournant (3), ladite première partie (3-1) du dit raccord tournant étant solidaire de ladite plateforme supérieure (2c), des éléments de conduite de jonction coudés (7) reliant les extrémités supérieures (4-3) des dites premières conduites flexibles au niveau de ladite plateforme interne (6) ladite première partie (3-1) du dit raccord, une deuxième partie rotative (3-2) dudit raccord tournant étant supportée par le pont (le) du support flottant, et
- une dite structure interne cylindrique étanche (2, 2a), de préférence à section circulaire selon ledit axe vertical (ΖΖ'), comportant une paroi de fond (2c) assemblée de manière étanche à l'extrémité inférieure d'une paroi tubulaire latérale de ladite structure interne tubulaire, et
- une structure inférieure d'amarrage (2-1), de préférence de forme annulaire coaxiale à ladite structure interne cylindrique, connectée à ladite paroi de fond, en sous face de ladite paroi de fond, des lignes d'ancrage (la) s'étendant depuis ladite structure inférieure d'amarrage (2-1) où elles sont amarrées jusqu'au fond de la mer et lesdites premières conduites flexibles (4) traversant ladite structure inférieure d'amarrage.
11. Support selon la revendication 10, caractérisé en ce que :
- ladite plateforme supérieure (2c) est en appui sur un premier palier de roulement (2ai) disposé au niveau d'un redan (le) à l'extrémité supérieure de ladite cavité (2d), de préférence de manière à ce que ladite plateforme supérieure (2c) ne dépasse pas en hauteur le niveau du pont (le) du support flottant, et
- ladite paroi tubulaire latérale à section circulaire de ladite structure interne tubulaire cylindrique coopère avec au moins des deuxième et troisième paliers latéraux de roulement ou de frottement, de préférence des paliers de roulement (2a2, 2a3), intercalés entre la paroi latérale cylindrique de ladite cavité (2d) ladite paroi tubulaire latérale de ladite structure interne cylindrique et autorisant la rotation de ladite structure interne, ledit troisième palier de roulement ou de frottement (23) étant situé en dessous dudit deuxième palier latéral (22), ledit deuxième palier étant de préférence au-dessus de la surface de l'eau, à proximité du niveau de ladite plateforme interne, ledit troisième palier latéral étant situé à proximité du niveau de ladite paroi de fond.
12. Support flottant selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le(s)dit(s) palier(s) de roulement est (sont) constitué(s) par des rouleaux ou des roulettes guidés dans des pistes de roulement, lesdites pistes de roulement et dits rouleaux ou roulettes étant disposés circulairement autour de ladite structure interne, de préférence régulièrement espacés.
13. Installation de liaison fond-surface comportant un support flottant (10) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins une deuxième conduite rigide (8) assurant la liaison entre l'extrémité inférieure d'une dite première conduite flexible s'étendant dessous ledit touret et l'extrémité d'une conduite sous- marine reposant au fond de la mer.
14. Installation de liaison fond-surface selon la revendication 13, caractérisée en ce que ladite deuxième conduite rigide (8) est disposée en colonne montante sensiblement verticalement, ladite première conduite flexible à laquelle elle est reliée adoptant une forme de double chainette plongeante (4-2).
15. Installation de liaison fond-surface selon la revendication 13, caractérisée en ce que ladite deuxième conduite rigide (8) est du type dénommé SCR, s'étendant selon une forme de courbe dite de chainette simple entre l'extrémité d'une conduite reposant au fond de la mer (9) et l'extrémité inférieure d'une dite première conduite flexible débouchant en dessous du dit touret et en continuité de courbure de ladite première conduite flexible (4-1).
PCT/FR2014/050941 2013-04-19 2014-04-17 Support flottant ancré sur touret comprenant une conduite de guidage et de déport de conduite flexible au sein dudit touret WO2014170615A1 (fr)

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