Tension des colonnes flottantes

Une colonne flottante est un tuyau en acier de grand diamètre s’étendant du navire au fond marin, parfois sur plus de 3.000 mètres de long. La colonne flottante doit être maintenue en tension positive à tout moment pour éviter le flambement, qui pourrait entraîner une perte de contrôle du puits — l’un des dangers les plus graves du forage en eaux profondes.

La tension requise dépend du poids de la colonne, de la flottabilité, du chargement des courants et de la profondeur d’eau. Les tensions de tête typiques vont de 100 à plus de 1.000 tonnes. Cette tension doit être maintenue dans des limites strictes malgré le mouvement de heave continu du navire, qui peut faire bouger le navire de plusieurs mètres vers le haut et vers le bas toutes les quelques secondes.

Si la tension baisse trop, la colonne flottante flambe. Si elle monte trop, la colonne, les connecteurs ou le sabot de forage peuvent être surmenés. Le système de tension doit maintenir la tension de la colonne dans cette bande de fonctionnement étroite sur la plage complète des conditions mer.

Les systèmes de tension des colonnes sont typiquement des systèmes hydro-pneumatiques composés de plusieurs vérins hydrauliques connectés à de grands accumulateurs chargés d’azote. Les vérins appliquent une force ascendante sur la colonne flottante par l’intermédiaire d’une disposition de câble et de poulie ou par l’intermédiaire de vérins à effet direct.

Lorsque le navire monte, les vérins s’étendent et le gaz se dilate 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 le changement de pression — et donc le changement de tension — sur la course complète est faible.

Les systèmes de tension des colonnes modernes intègrent une redondance : plusieurs vérins fonctionnent en parallèle de sorte que la défaillance d’une seule unité ne compromet pas l’intégrité de la colonne. Le système doit également gérer la dérive lente du navire (surge/sway) sans épuiser sa course.

La tension des colonnes présente plusieurs défis d’ingénierie uniques:

• Tension élevée, course longue — La combinaison d’une tension élevée (centaines de tonnes) et d’une course longue (jusqu’à 15 mètres sur les navires en eaux profondes) exige des volumes de gaz très importants et des composants hydrauliques robustes.
• Fonctionnement continu — Contrairement à un compensateur de heave utilisé pour un seul levage, les systèmes de tension des colonnes fonctionnent continuellement pendant des semaines ou des mois pendant une campagne de forage. La fiabilité et la maintenabilité sont primordiales.
• Exigences variables — À mesure que la profondeur d’eau change entre les puits ou que des tronçons de colonne sont ajoutés ou supprimés, la tension requise et la course changent. Le système doit être reconfigurable.
• Résonance — Le système couplé colonne-tensionneur a des fréquences naturelles qui doivent rester bien éloignées des périodes de vague dominantes.

Norwegian Dynamics est un système de tension de colonne de secours économique conçu pour fournir une capacité de tension d’urgence lorsque les systèmes primaires nécessitent une maintenance ou en cas de défaillance du tensionneur primaire. SIRIUS offre une solution compacte et rapidement déployable qui maintient l’intégrité de la colonne pendant les opérations de secours.

Pour les applications nécessitant des performances adaptatives, l’ajustement automatique du ressort à gaz du système ANTARES peut être appliqué à la tension, maintenant une précision de tension optimale à mesure que les conditions et les exigences changent. La fonction de verrouillage de la tige de piston d’ANTARES fournit également une fonction de maintien sécurisé lorsque la tension n’est pas nécessaire.

Le choix de la bonne solution de tension de colonne dépend du navire, de la profondeur d’eau, de la configuration de la colonne et des exigences opérationnelles. Norwegian Dynamics fournit un support d’ingénierie pour la spécification du tensionneur et peut vous conseiller sur la solution la plus appropriée — voir notre guide de sélection du compensateur de heave pour un aperçu.