Tensionnement de riser

Un riser de forage est un tube en acier de grand diamètre reliant le navire au fond marin, parfois long de plus de 3,000 mètres. Le riser doit rester sous tension positive en permanence afin d’éviter le flambage, qui pourrait entraîner une perte de contrôle du puits — l’un des risques les plus graves du forage offshore.

La tension requise dépend du poids du riser, de sa flottabilité, des efforts dus au courant et de la profondeur d’eau. Les tensions en tête typiques vont de 100 à plus de 1,000 tonnes. Cette tension doit être maintenue dans des limites strictes malgré le mouvement de pilonnement, qui peut faire monter et descendre le navire de plusieurs mètres toutes les quelques secondes.

Si la tension devient trop faible, le riser flambe. Si elle devient trop élevée, le riser, les connecteurs ou la tête de puits peuvent subir des contraintes excessives. Le système de tensionnement doit maintenir la tension du riser dans cette étroite plage de fonctionnement pour toute la gamme des états de mer.

Les tensionneurs de riser sont généralement des systèmes hydropneumatiques composés de plusieurs vérins hydrauliques reliés à de grands accumulateurs chargés à l’azote. Les vérins appliquent une force ascendante au riser par un système de câble et de mouflage ou par des vérins à action directe.

Lorsque le navire monte sous l’effet du pilonnement, les vérins s’allongent et le gaz se détend légèrement, maintenant une force ascendante presque constante. Lorsque le navire descend, les vérins se rétractent et le gaz est comprimé. Le grand volume de gaz garantit que la variation de pression — et donc de tension — sur toute la course reste faible.

Les systèmes modernes de tensionneurs de riser intègrent une redondance : plusieurs vérins fonctionnent en parallèle afin que la défaillance d’une unité ne compromette pas l’intégrité du riser. Le système doit également absorber la dérive lente du navire (surge/sway) sans arriver en fin de course.

Le tensionnement de riser présente plusieurs défis d’ingénierie qui lui sont propres :

• Tension élevée, course longue — L’association d’une tension élevée (centaines de tonnes) et d’une course longue (jusqu’à 15 mètres sur les navires en eaux profondes) exige de très grands volumes de gaz et des composants hydrauliques robustes.
• Fonctionnement continu — Contrairement à un compensateur de pilonnement utilisé pour un levage unique, les tensionneurs de riser fonctionnent en continu pendant des semaines ou des mois lors d’une campagne de forage. La fiabilité et la maintenabilité sont primordiales.
• Exigences variables — Lorsque la profondeur d’eau varie d’un puits à l’autre, ou que des éléments de riser sont ajoutés ou retirés, la tension et la course requises évoluent. Le système doit pouvoir être reconfiguré.
• Résonance — Le système couplé riser-tensionneur présente des fréquences propres qui doivent rester éloignées des périodes des vagues.

Pour le tensionnement de secours — lorsqu’un système principal nécessite une maintenance ou tombe en panne en cours de campagne — un tensionneur de riser de secours compact maintient l’intégrité du riser pendant le rétablissement du système principal. SIRIUS, notre tensionneur de riser de secours actuellement en développement, est conçu précisément pour cette fonction à déploiement rapide.

Pour les applications nécessitant des performances adaptatives, le système ANTARES d’ajustement automatique du ressort à gaz peut être appliqué au tensionnement, afin de maintenir une précision de tension optimale lorsque les conditions et les exigences évoluent. La fonction de verrouillage de la tige de piston d’ANTARES assure également un maintien sûr lorsque le tensionnement n’est pas requis.

Le choix de la solution de tensionnement de riser appropriée dépend du navire, de la profondeur d’eau, de la configuration du riser et des exigences opérationnelles. Norwegian Dynamics fournit une assistance technique pour la spécification des tensionneurs et peut conseiller la solution la plus adaptée — consultez notre guide de sélection des compensateurs pour une vue d’ensemble.