La présente invention se rapporte au domaine des installations sous- marines permettant d'acheminer les hydrocarbures entre un fond et une surface.

Un domaine d'application envisagé est notamment celui de l'exploitation pétrolière à grande profondeur.

De telles installations sous-marines bien connues comportent une conduite montante qui s'étend depuis le fond marin jusqu'à une zone intermédiaire surplombant le fond et située en dessous de la surface, et une conduite flexible raccordée dans le prolongement de la conduite montante et qui vient s'étendre en caténaire de la zone intermédiaire jusqu'à la surface. La conduite montante est maintenue sensiblement verticalement grâce à un flotteur immergé dans la zone intermédiaire. Ce type d'installation permet de remonter des hydrocarbures depuis le fond de la mer jusqu'à la surface en s'affranchissant des perturbations de surface liées à la houle, aux courants ou encore aux vents.

Le document WO2009/1 12 687 décrit une installation sous-marine de ce type. Usuellement, l'installation sous-marine comporte un bâti ou une tourelle permettant de relier ensemble l'extrémité de la conduite montante et le flotteur, et le bâti est équipé d'un conduit qui s'étend en col de cygne dans le prolongement de la conduite montante. Le conduit présente une extrémité libre munie d'un embout. Dans une première phase d'installation, le bâti et le flotteur maintiennent verticalement en équilibre la conduite montante. Dans une deuxième phase d'installation, on vient raccorder, depuis la surface, la conduite flexible terminée par un connecteur à l'embout, de manière à établir la liaison entre la conduite montante et la conduite flexible. Pour ce faire, le connecteur est spécifiquement équipé d'une bride et il est installé à l'extrémité de la conduite flexible. Il est approché du bâti en dévidant la conduite flexible depuis la surface. Quant au bâti, il comporte des organes de retenue, et la bride est alors engagée dans les moyens de retenue. La conduite flexible est plus encore dévidée, et le connecteur bascule alors autour des moyens de retenue pour venir s'ajuster en regard de l'embout du conduit. Ensuite, le connecteur est entraîné vers l'embout pour les connecter ensemble.

Des difficultés apparaissent dans la connexion du connecteur avec l'embout, lorsque les profondeurs d'eau deviennent plus importantes. En effet, les conduites montantes sont plus longues et par conséquent plus lourdes. Il en est de même pour les conduites flexibles et par conséquent, les efforts à exercer sur le connecteur sont plus importants. Or ceux-ci sont fragiles et coûteux. Par ailleurs, lors de la phase d'approche du connecteur et du bâti, et compte tenu des masses en présence, les moindres chocs peuvent avoir un impact sur l'intégrité du connecteur.

Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir un ensemble de connexion sous-marin qui permettent précisément de préserver le connecteur notamment durant la connexion.

Dans ce but, la présente invention propose, selon un premier objet, un ensemble de connexion sous-marin destiné à être suspendu à un flotteur installé entre un fond et une surface pour pouvoir connecter une conduite montante s'étendant depuis ledit fond vers ladite surface à une conduite flexible rejoignant ladite surface, ledit ensemble comprenant une tourelle présentant une extrémité supérieure apte à être reliée audit flotteur et une extrémité inférieure apte à être reliée à ladite conduite montante, ladite tourelle comprenant un conduit déformable solidaire de ladite extrémité inférieure et s'étendant librement en col de cygne vers ladite extrémité supérieure, ledit conduit présentant une extrémité libre munie d'un embout, tandis que ladite conduite flexible présente un connecteur, ladite tourelle comprenant en outre des organes de retenue pour pouvoir retenir ledit connecteur en regard dudit embout, ledit ensemble comprenant en outre un dispositif d'entraînement pour entraîner l'un vers l'autre ledit embout et ledit connecteur de manière à les connecter l'un avec l'autre. Selon l'invention, ledit connecteur est maintenu en position fixe par rapport auxdits organes de retenue, et en ce que ledit dispositif de raccordement provoque l'entraînement dudit embout vers ledit connecteur, tandis que ledit conduit se déforme. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en œuvre d'un conduit déformable à travers la tourelle de manière à pouvoir entraîner l'embout vers le connecteur dès après que celui-ci a été appuyé sur les organes de retenue. C'est alors le conduit qui se déforme lorsque l'embout est entraîné en mouvement. De la sorte, les mouvements du connecteur sont extrêmement limités et partant, ses possibilités d'endommagement le sont également. De plus, les efforts nécessaires pour rapprocher les deux brides restent faibles, en comparaison du poids de la conduite flexible

En outre, et selon un mode de mise en œuvre de l'invention particulièrement avantageux, lesdits organes de retenue sont montés au voisinage de ladite extrémité inférieure, ce qui permet de venir appuyer le connecteur sensiblement dans sa position de connexion, dans laquelle il est orienté vers la surface, tandis que la conduite flexible s'étend vers le fond. Il est par conséquent nul besoin de le faire basculer autour des organes de retenue, ce qui limite les possibilités de mouvement du connecteur par rapport au bâti, et par conséquent les possibilités de choc et d'endommagement.

De plus, ladite tourelle est avantageusement équipée de rampes de guidage orientées de ladite extrémité supérieure vers lesdits organes de retenue, de manière à pouvoir guider l'embout du conduit déformable en translation lorsque celui-ci est entraîné vers le connecteur. Ces rampes sont par exemple installées latéralement de chaque côté de l'embout. Aussi, l'embout présente, de préférence, des doigts de guidage aptes à coopérer avec lesdites rampes de guidage. Deux doigts de guidage sont par exemple montés à l'opposé l'un de l'autre sur l'embout de manière à pouvoir coopérer respectivement avec les rampes latérales.

Selon un mode de réalisation de l'invention particulier, lesdits organes de retenue présentent deux bras en V s'étendant parallèlement entre eux de ladite tourelle pour former deux portées d'appui écartées l'une de l'autre. Aussi, le connecteur est équipé de deux tourillons diamétralement opposés, lesquels viennent respectivement s'appuyer dans les deux portées d'appui, lorsqu'il est engagé entre les deux bras en V. Le connecteur s'étend alors verticalement, orienté vers la surface, tandis que la conduite flexible est pendante. On expliquera ci-après plus en détail le mode d'installation.

En outre, ledit dispositif d'entraînement comprend préférentiellement un organe rétractable, par exemple un vérin hydraulique, destiné à relier ledit embout et ledit connecteur. De plus, lesdits organes de retenue comportent des organes de verrouillage dudit connecteur. De la sorte, le connecteur est maintenu en position fixe par rapport à la tourelle, et lorsque l'organe rétractable se rétracte, c'est l'embout du conduit déformable qui est entraîné vers le connecteur, tandis que ce dernier demeure immobile par rapport à la tourelle.

Par ailleurs, ledit conduit déformable présente, avantageusement, une première partie s'étendant en dehors de ladite tourelle à l'opposé desdits organes de retenue et une deuxième partie traversant ladite tourelle de part en part et se terminant par ladite extrémité libre. Le conduit est réalisé dans un matériau rigide, par exemple l'acier, et il est suffisamment long par rapport à son diamètre pour pouvoir être élastiquement déformable. Ainsi le conduit déformable forme sensiblement une boucle, et lorsque l'embout est entraîné en translation vers le connecteur, la boucle formée par le conduit se resserre. De plus, ledit conduit déformable présente en outre, une partie de fixation s'étendant axialement à l'intérieur de ladite tourelle et reliée à ladite première partie. Ainsi le conduit est solidaire de l'extrémité inférieure de la tourelle, et il est raccordé à la conduite montante qu'il prolonge.

Avantageusement, ladite tourelle comprend une partie cylindrique creuse présentant d'une part une lumière inférieure et une première lumière supérieure espacées l'une de l'autre suivant une même génératrice, et d'autre part une seconde lumière supérieure diamétralement opposée à ladite première lumière supérieure. Ainsi, les lumières permettent le passage libre du conduit déformable, ladite première partie à travers la première lumière inférieure et ladite deuxième partie à travers les deux lumières supérieures diamétralement opposées. Les lumières sont oblongues et elles s'étendent selon la direction axiale de la tourelle de manière à autoriser le mouvement du conduit déformable. Préférentiellement, lesdits organes de retenue sont montés sur ladite partie cylindrique creuse dans une position diamétralement opposée à ladite lumière inférieure.

Selon un autre objet, la présente invention propose une méthode de connexion sous-marine pour connecter, entre un fond et une surface, une conduite montante s'étendant depuis ledit fond vers ladite surface à une conduite flexible rejoignant ladite surface, ladite méthode étant du type comprenant les étapes suivantes : on fournit une conduite flexible présentant un connecteur ; on fournit une tourelle présentant une extrémité supérieure et une extrémité inférieure, ladite tourelle comprenant, d'une part des organes de retenue, et d'autre part un conduit déformable solidaire de ladite extrémité inférieure et s'étendant librement en col de cygne vers ladite extrémité supérieure, ledit conduit présentant une extrémité libre munie d'un embout et s'étendant en regard desdits organes de retenue ; on installe un flotteur entre ladite surface et ledit fond et on relie d'une part ladite extrémité supérieure de ladite tourelle audit flotteur, et d'autre part ladite conduite montante à ladite extrémité inférieure de ladite tourelle ; on porte ledit connecteur en appui sur lesdits moyens de retenue pour retenir ledit connecteur en regard dudit embout ; et, on entraîne l'un vers l'autre ledit embout et ledit connecteur de manière à les connecter l'un avec l'autre. Selon l'invention, on maintient ledit connecteur en position fixe par rapport auxdits organes de retenue, et on entraîne ledit embout vers ledit connecteur, tandis que ledit conduit se déforme. On expliquera ci-après plus en détail la méthode de connexion selon l'invention.

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la Figure 1 est une vue schématique montrant une méthode de connexion sous-marine conforme à l'invention ; - la Figure 2 est une vue schématique de côté de l'ensemble de connexion sous-marin conforme à l'invention, et selon une première étape de mise en œuvre ;

- la Figure 3 est une vue schématique en écorché d'un détail de l'ensemble de connexion sous-marin représenté sur la Figure 2 ;

- la Figure 4 est une vue schématique de côté de l'ensemble de connexion illustré sur la Figure 2 dans un premier état ;

- la Figure 5 est une vue schématique de trois quarts avant de l'ensemble de connexion illustré sur la Figure 4;

- la Figure 6 est une vue schématique de détail de l'ensemble de connexion illustré sur la Figure 5 ;

- la Figure 7 est une vue schématique de détail de l'ensemble de connexion illustré sur la Figure 6, dans un deuxième état ;

- la Figure 8 est une vue schématique de l'ensemble de connexion dans ledit deuxième état ; et,

- la Figure 9 et une vue schématique montrant les éléments représentés sur la Figure 1 dans une dernière étape de mise en œuvre.

La Figure 1 montre schématiquement, une tour 10 comportant une conduite rigide montante 12 fixée sur un fond marin 14 au moyen d'un système d'ancrage 16. En outre, la conduite rigide 12 présente une partie supérieure 18, suspendue à un flotteur 20, ou une bouée, dans lequel est emprisonnée une quantité suffisante d'air pour maintenir la conduite rigide dans une position verticale. Le flotteur 20 est situé dans une zone comprise entre le fond marin 14 et une surface 22, et plus précisément, vers la surface 22. Cette zone est néanmoins choisie à distance de la surface 22, pour être moins dépendante des mouvements de surface.

La Figure 1 illustre également un navire de pose 24 naviguant à la surface 22 au droit de la tour 10. Une conduite flexible 26 est suspendue au navire de pose 24 par l'intermédiaire d'un câble 28. La conduite flexible 26 présente un connecteur 30 auquel est raccordé le câble 28. Ainsi, la conduite flexible 26 est portée par le navire de pose 24 au voisinage de la partie supérieure 18 de la conduite rigide 12 afin d'y être reliée comme on va l'expliquer ci-après. Pour ce faire, la partie supérieure 18 de la conduite rigide 12 comporte une tourelle 32 que l'on va décrire en référence à la Figure 2.

Sur la Figure 2 on retrouve partiellement le flotteur 20 et la conduite rigide 18 reliés ensemble par l'intermédiaire de la tourelle 32. On y retrouve également la conduite flexible 26 suspendue au câble 28 par l'intermédiaire du connecteur 30. Ce dernier présente un manchon 34 situé en amont d'une extrémité libre de raccordement 36. Le manchon 34 présente deux tourillons 38 s'étendant en saillie et diamétralement opposés, tandis que le connecteur 30 présente un organe d'accrochage 39 formant épaulement et qui s'étend autour de l'extrémité libre de raccordement 36.

La tourelle 32 présente une extrémité inférieure 40 opposée à une extrémité supérieure 42. L'extrémité inférieure 40 est reliée à la conduite rigide 12, tandis que l'extrémité supérieure 42 est accrochée au flotteur 20. La tourelle 32 comporte une partie cylindrique longitudinale 44 creuse et, une partie conique 46 à l'extrémité inférieure 40 et une collerette 48 à l'extrémité supérieure 42. En outre, la tourelle 32 comporte un conduit déformable 50 étendu en col de cygne à partir de l'extrémité inférieure 40 de la tourelle 32. On observera que le conduit déformable 50 est réalisé dans un matériau métallique rigide, par exemple en acier. Selon une autre variante de réalisation, on prévoit la mise en œuvre d'un conduit déformable réalisé dans une conduite flexible traditionnelle de construction collée ou non.

On se référera également à la Figure 3 afin de décrire l'agencement du conduit déformable 50 à travers la tourelle 32. Sur la Figure 3 on retrouve partiellement la tourelle 32 et dans sa partie conique 46, une portion axiale 52 du conduit déformable 50. On retrouve également la conduite rigide 12 et à son extrémité est raccordée la tourelle 32 au niveau de la pointe de la partie conique 46. Ainsi la portion axiale 52 du conduit déformable 50 s'étend-elle dans le prolongement de la conduite rigide 12. La partie cylindrique 44 présente une lumière inférieure oblongue 54 qui s'étend selon une génératrice et à travers laquelle une première portion radiale 56 du conduit déformable 50 vient s'étendre. La portion radiale 56 prolonge la portion axiale 52, laquelle est incurvée au niveau de la lumière inférieure oblongue 54 pour venir s'étendre à l'extérieur de la tourelle 32.

Comme illustrée sur la Figure 2, la première portion radiale 56 est recourbée selon une courbure inverse vers l'extrémité supérieure 42 et dans un plan axial de la tourelle 32. Le conduit déformable 50 présente alors une portion transverse 58 traversant de part en part la partie cylindrique 44 à travers deux lumières oblongues supérieures opposées 60, 62. L'une des lumières oblongues supérieures 60 s'étend selon une génératrice commune à la lumière oblongue inférieure 54.

Le conduit déformable 50 présente une deuxième portion radiale 64 recourbée vers l'extrémité inférieure 40 et prolongeant la portion transverse 58 à l'opposé de la première portion radiale 56. La deuxième portion radiale 64 présente une extrémité libre 66 munie d'un embout 68.

Par ailleurs, à l'opposé de la lumière inférieure oblongue 54, près de l'extrémité inférieure 40 de la tourelle 32, deux bras en V 70, 72 s'étendent parallèlement entre eux. Les deux bras en V 70, 72 sont respectivement retenues par deux montants 74, 76 parallèles qui s'étendent vers l'extrémité supérieure 42 au niveau de l'autre lumière oblongue supérieure 62. Les deux bras en V 70, 72 présentent respectivement une première partie 78, 80, qui s'étend selon une direction sensiblement perpendiculaire à la tourelle 32, et une seconde partie inclinée 82, 84 qui s'étend librement à l'opposé de l'extrémité inférieure 40. Ainsi, les deux bras en V 70, 72 présentent respectivement une jointure 86, 88 au niveau de laquelle les montants 74, 76 sont reliés. De la sorte, les montants 74, 76 et les bras en V 70, 72 en deux parties, forment respectivement, au niveau des jointures 86, 88 des espaces en U formant des portées d'appui écartées l'une de l'autre.

Selon un autre mode de mise en œuvre non représenté, la tourelle est constituée d'un cadre longitudinal présentant deux montants parallèles et une traverse supérieure opposée une traverse inférieure. En outre, le cadre présente des paires de traverses intermédiaires situées entre les deux traverses inférieure et supérieure opposées. Aussi, les deux bras en V 70, 72 et les montants correspondants 74, 76 sont respectivement installées sur deux traverses intermédiaires superposées d'une même paire. Avantageusement, les premières parties 78, 80 des deux bras en V 70, 72, sont respectivement reliées aux deux montants 74, 76 pour former deux flasques opposées. Ces deux flasques sont alors respectivement solidaires des deux traverses intermédiaires superposées. Un tel agencement, permet de rapprocher les portées d'appui de l'axe de la conduite rigide montante 12. Au surplus, cela permet de diminuer le volume d'encombrement de la tourelle 32 et des organes de retenue (70, 72, 74, 76).

Au surplus, les premières parties 78, 80, des deux bras en V 70, 72 sont montés articulées au niveau des jointures 86, 88 de manière à pouvoir être escamotées notamment durant le transport et l'installation.

De plus, grâce aux paires de traverses intermédiaires, selon un autre mode de mise en œuvre, d'autres ensembles d'organes de retenue du type précité peuvent être installés, de manière à pouvoir raccorder d'autres conduites, de manière analogue.

Ainsi que l'illustre la Figure 2, le connecteur 30 est engagé entre les secondes parties inclinées 82, 84 des deux bras en V 70, 72 en dévidant le câble 28. Aussi, les deux tourillons 38 installés sur le manchon 34 du connecteur 30 viennent respectivement prendre appui contre les secondes parties inclinées 82, 84. En poursuivant la descente du connecteur 30, les secondes parties inclinées 82, 84 forment alors rampe et guide les tourillons 38 vers les jointures 86, 88 formant portées d'appui. Le connecteur 30 est alors maintenu suspendu aux deux bras en V 70, 72.

On observera par ailleurs, que les montants 74, 76 sont respectivement équipés de deux plaques parallèles entre elles 90, 92 et entre lesquelles vient s'étendre l'extrémité libre 66 et l'embout 68. Ces plaques 90, 92 présentent respectivement, une rainure de guidage 94 s'étendant sensiblement de ladite autre lumière oblongue supérieure 62 vers les bras en V 70, 72, et elles forment une butée inférieure 96 orientée également vers les bras en V 70, 72. On expliquera ci-après les fonctions des rainures de guidage 84 et des butées inférieures 96. De plus, on notera que le connecteur comporte entre les tourillons 38 et l'extrémité libre de raccordement 36 deux oreilles opposées 98, 100, tandis que les montants 74, 76 sont équipés de dispositifs de clampage 102, 104.

Ainsi, après que le connecteur 30 a été suspendu aux deux bras en V 70, 72, les tourillons 38 sont respectivement en appui dans les portées d'appui, le câble 28 est alors relâché, tandis que la conduite flexible 26 est pendante. L'autre extrémité de la conduite flexible 26, non représentée, est alors reprise par un autre câble pour être remontée vers le navire de pose. Le connecteur 30, est alors entraîné en pivotement dans le sens antihoraire, au fur et à mesure que la conduite flexible 26 est remontée. L'organe d'accrochage 39 vient alors s'appliquer en arrière des butées inférieures 96 des plaques 90, 92, tandis que l'extrémité libre de raccordement 36 vient s'étendre en regard de l'embout 68.

On retrouve ainsi sur la Figure 4, le connecteur 30 ainsi pivoté et son organe d'accrochage 39 en arrière des butées inférieures 96. En outre, les deux oreilles 98, 100 sont maintenues en prise dans les outils de clampage 102, 104 de manière à verrouiller le connecteur 30 contre les montants 74, 76 et en appui sur les bras en V 78, 72. Ainsi, son extrémité libre de raccordement 36 vient alors s'étendre en regard de l'embout 68 de l'extrémité libre 66 du conduit déformable 50. De la sorte, le connecteur 30 est solidaire de la tourelle 32. On observera que jusqu'alors, les mouvements relatifs du connecteur 30 vis-à-vis de la tourelle 32 et de ses éléments, ont été accompagnés et limités. Ainsi les risques d'endommagement par choc ou par contact ont été atténués.

On retrouve sur la Figure 5 en vue de trois quarts, le connecteur 30 ainsi installé. Au surplus, apparaît sur cette Figure, autour de l'embout 68 un bloc support de guidage 1 10 et un vérin hydraulique 1 12 reliant l'organe d'accrochage 39 et le bloc support de guidage 1 10. Le vérin hydraulique 1 12 a été installé par l'intermédiaire d'un robot sous-marin non représenté.

On se reportera sur la Figure 6 illustrant en détail le bloc support de guidage 1 10 et l'organe d'accrochage 39. On retrouve sur cette Figure les deux plaques opposées 90, 92 respectivement équipées de leur rainure de guidage 94. Le bloc support de guidage 1 10 est engagé entre les deux plaques opposées 90, 92 et il est équipée de chaque côté, de deux doigts de guidage 1 14, 1 16 engagés à travers les rainures de guidage 94. Les doigts de guidage 1 14, 1 16 apparaissent d'un seul côté tandis que les deux autres sont masqués et s'étendent en arrière la Figure.

En outre, on retrouve l'organe d'accrochage 39 en arrière des butées inférieures 96 formées par les plaques opposées 90, 92.

Par ailleurs, le vérin hydraulique 1 12 qui apparaît plus clairement sur la Figure 6, présente un corps 1 18 et une tige 120 montée à l'intérieur du corps 1 18. Le corps 1 18 présente une gorge de corps 122, tandis que le bloc support de guidage 1 10 présente une encoche de bloc 124 apte à recevoir le corps 1 18 du vérin 1 12. La tige 120 présente à son extrémité une gorge de tige 126 tandis que l'organe d'accrochage 39 présente une encoche d'accrochage 128 apte à recevoir l'extrémité de la tige 120.

De plus, l'extrémité libre de raccordement 36 s'étend sensiblement coaxialement en regard de l'embout 68, lequel embout 68 présente un diamètre intérieur sensiblement supérieur au diamètre extérieur de l'extrémité libre de raccordement 36. Au surplus, l'embout 68 présente des lèvres d'étanchéité non représentées et un mécanisme de verrouillage automatique à ressort, par exemple, ou encore commandé, pour venir y verrouiller l'extrémité libre de raccordement 36 lorsqu'ils sont entraînés l'un dans l'autre. Ainsi le raccordement est-il réalisé de manière étanche.

Dans cette situation, et à l'aide d'un robot sous-marin non représenté, le vérin hydraulique 1 12 est activé de manière à rétracter la tige 120 à l'intérieur du corps 1 18. Aussi, la rétraction de la tige du vérin 120 à l'intérieur du corps 1 18 provoque-t-elle l'entraînement du bloc support de guidage 1 10 vers l'organe d'accrochage 39 puisque ce dernier est bloqué en translation par l'intermédiaire des butées inférieures 96 et que le bloc support de guidage 1 10 est lui guidé en translation par l'intermédiaire des doigts de guidage 1 14, 1 16 à l'intérieur des rainure 94.

La Figure 7 illustre le bloc support de guidage 1 10 en bout de course contre l'organe d'accrochage 39, tandis que la tige du vérin 120 est entièrement rétractée à l'intérieur du corps 1 18. Grâce au mécanisme de verrouillage automatique précité, l'extrémité libre de raccordement 36 est verrouillée à l'intérieur de l'embout 68, et ils sont ainsi solidaires l'un de l'autre de manière étanche.

La Figure 8 illustre plus largement la tourelle 32 et le support de guidage 1 10 en appui contre l'organe d'accrochage 39. On observera que le conduit déformable 50 s'est alors déformé durant le mouvement du support de guidage 1 10 vers l'organe d'accrochage 39. En effet, le conduit déformables 50 a été étirés librement à travers les deux lumières oblongues supérieures opposées 60, 62, et dans une moindre mesure à travers la lumière inférieure oblongue 54.

De la sorte, le verrouillage de l'extrémité libre de raccordement 36 et de l'embout 68 s'est effectuée par le seul mouvement du support de guidage 1 10 et du conduit déformable 50 par rapport à la tourelle 32. Grâce à cela, le connecteur 30 n'a subi aucun choc qui aurait pu l'endommager durant la connexion.

On retrouve ainsi sur la Figure 9, la conduite rigide 12 et la conduite flexible 26 connectée ensemble au niveau du flotteur 20 par l'intermédiaire de la tourelle 32 ; l'autre extrémité de la conduite flexible 26 étant entièrement remontée sur le navire de pose 24.