Brevet FR2327473A1 — publié le 19770506

La présente invention concerne un dispositif pour la connexion de conduites immergées. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des appareillages de raccordement de conduites.notamment des appareillages destinés aux installations sousmarines, pétrolières et autres On connaît actuellement divers moyens de raccordement de conduites immergées : par brides boulonnées, par soudures hyperbares effectuées par des plongeurs ou par des connecteurs mécaniques munis de joints d'étanchéité. En ce qui concerne ce dernier mode de raccordement, les exploitants des conduites n accordent pas une confiance totale dans la durée dans le temps de tels connecteurs a cause du vieillissement des joints notamment. On connait également des dispositifs de connexion comportant des enceintes et dans lesquelles on effectue le raccordement des conduites dans un milieu en pression atmosphérique. De telles enceintes sont généralement cylindriques et sont réalisées en une seule pièce. Les conduites sont amenées dans l'enceinte par la traction d'un câble manoeuvré par un treuil.Ces techniques sont valables généralement en début de pose, mais ne résaluent pas toujours tous les problèmes dans le cas d'une connexion effectuée en fin de pose. Les problèmes rencontrés dans le cadre des connexions des conduites immergées se situent généralement à deux niveaux. D'une part, dans le cas du raccordement des conduites de gros diamètres; du fait des difficultés d1aligne- ment des parties de conduites, compte tenu notamment de la topographie du fond sous-marin. D'autre part, dans le cas du raccordement des conduites de plus petits diamètres dans une enceinte collectrice appelée communément "manifold". Ces conduites provenant de divers points situés autour de l'enceinte sont con nectés sur une conduite collectrice, afin de véhiculer le fluide issu des forages. Les enceintes actuellement utilisées comportent un certain nombre d'orifices à travers lesquels les conduites sont engagées. La position de ces orifices étant immuable, les conduites doivent être formées de manière à se présenter dans l'axe desdits orifices. Une telle conception de ces enceintes dites "manifold" ne permet pas de résoudre aisément tous les problèmes de mise en place des réseaux de conduites immergées. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. L'objectif à atteindre est d'une part un dispositif de connexion pour conduites immergées de gros diamètre ne nécessitant pas nécessairement l1utili- sation de plongeurs permettant de réaliser au moyen d'une ou plusieurs con nexions le raccordement de ces conduites à des structures fixes immergées. Ce dispositif devant autoriser les débattements dus aux imprécisions des mesures sous-marines d'angles et de distance. L'objectif à atteindre est d'autre part un dispositif ne nécessitant pas nécessairement l'utilisation de plongeurs, permettant ce connecter une ou plusieurs conduites de faible section, et de les relier à une conduite de plus grosse section, ou à un réseau de conduites, ledit dispositif constituant ainsi une enceinte collectrice ou "man.fold1, permettant l'installation de vannes de sectionnement d'une unité de séparation d'essais et les télécommandes associées a ces appareils. Ces dispositifs devant permettre de résoudre les problèmes de connexions en début ou en fin de pose. Cet objectif est atteint grâce au dispositif pour la connexion de conduites immergées, selon l'invention, lequel est caractérisé en ce qu'il se compose d'une enceinte comportant au moins deux éléments pouvant s'assembler l'un à l'autre d'une maniere étanche, chacun desdits éléments comportant au moins un orifice dans lequel s'engage une conduite, lesquels éléments pouvant etre orientés l'un par rapport à l'autre par une rotation d'un élément sur l'autre de sorte que les conduites à connecter se présentent radialement à la périphérie de l'enceinte. Selon un mode de réalisation, ladite enceinte comporte deux éléments d'extrémité et au #moins un élément intermédiaire pouvant être assemblé auxdits éléments d'extréaité# et comporte en outre au moins un orifice dans lequel s'engage une conduite. Un desdits éléments d'extrémité forme la partie supérieure de l'enceitlte et etcomporte une ouverture pour permettre l'accès à l'intérieur. L'autre élément d'extrémité comporte des piétements pour lui permettre d'être stabilisé sur le fond sous-marin. Les éléments intermédiaires adoptent, suivant le cas, la forme d'une virole cylindrique, tronconique, ou de secteur sphérique. Lesdits éléments d'extrémité sont sphériques ou cylindriques et ladite ouverture d'accès dans l'enceinte est circulaire pour permettre la fixation temporaire d'un engin eous-marin. Les plans de joints des différents éléments composant l'enceinte ont perpendiculaires à l'axe vertical de cette dernière. Selon un autre mode de réalisation, ledit dispositif se compose d'une ence1nte#comportant deux éléments s'assemblant littn à l'autre pour adopter la forme générale d'une sphère. L'un de ces éléments comporte des piétements pour lui permettre d'être stable sur le sol, l'autre disposé sur ce dernier comporte une ouverture pour accéder à l'intérieur de l'enceinte. Chacun desdits éléments comporte en outre au moins un orifice dans lequel s'engage une conduite, le plan de joint desdits éléments étant incliné par rapport à l'axe vertical de l'enceinte. Ladite ouverture d'accès est circulaire et l'axe vertical de l'enceinte passe par le centre le ladite ouverture lorsqu'elle est dans sa position horizontale. Selon l'un ou l'autre desdits modes de réalisation, l'élément disposé au-dessus de celui sur lequel il s'appuie comporte à la périphérie de son bord inférieur, un cône de centrage, lequel coopère avec la périphérie du bord su périeur dudit élément sur lequel il s'appuie. Les bords desdits éléments comr portent a leur périphérie des renforts. Ces renforts coopèrent avec au moins un joint d'étanchéité par exemple torique disposé dans une gorge pratiquée dans un desdits renforts de chaque élément et s'appuie sur le renfort du bord de ltelement qui lui est juxtaposé. Les orifices dans lesquels s'engagent les conduites comportent à leur périphérie, au moins un joint d'étanchéité à lève, lesqu#els joints sont plaqués sur les conduites sous la pression de l'eau. Selon un autre exemple de réalisation et notamment dans le cas des raccordements de conduites de gros diamètre, par l'intermédiaire d'un tronçon de conduite comportant à chacune de ses extrémités une demi-enceinte, ledit tronçon est mis en oeuvre à partir de la surface. Ainsi et dans le cas du raccordement des conduites de gros diamètre, le dispositif selon l'invention permet grâce à l'originalité du plan de joint incliné des deux éléments composant ltenceinte, lesquels sont mis en place séparement avec chaque extrémité de conduite, d'assurer l'étanchéité de ladite enceinte en autorisant les débattements dus aux imprécisions des mesures sousmarines d'angle et de distance. En disposant deux dispositifs selon l'invention à chaque extrémité d'un tronçon de conduite, il est possible de connecter de grosses conduites à des structures fixes immergées. Dans le cas du raccordement des conduites de petits diamètres et compte tenu du fait de la constitution des enceintes ainsi composées de plusieurs éléments superposés, orientables les uns par rapport aux autres et perforés radialement de manière à permettre l'introduction dans l'enceinte de la conduite ou du réseau de conduite à connecter, il est possible de dépasser les extrémités munies de leur enceinte avec une totale liberté quant à l'angle d'arrivée ainsi qu a la surlongueur de pénétration de la conduite dans l'enceinte De telles enceintes ne nécessitent plus l'intervention de plongeurs pour réaliser le raccordement. Equipées d'une ouverture d'accès sur laquelle un engin sous-marin peut se fixer, il est ainsi possible de réaliser la connexion des différentes conduites par soudure en pression atmosphérique ou bien la mise en place de raccords mécaniques ou des vannes de sectionnement d'une unité de séparation d'essais et les télécommandes associées à ces appareils. Le dispositif selon l'invention permet ainsi de réaliser les connexions sous-marines en général, aussi bien en début qu'en fin de pose. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante uniquement donnée à titre d'exemple non limitatif ainsi qu'au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif selon l'invention pour le raccordement de conduites radiales de faible diamètre formant une enceinte collectrice composée de plusieurs éléments et accouplée à un engin sous-marin. La figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif selon l'invention pour le raccordement de conduites de fort diamètre, composé de deux demisphères assemblées l'une à l'autre, leur plan de joint étant incliné. La figure 3 est une vue en perspective schématique illustrant une barge raccordant une tubulure de fort diamètre comportant à son extrémité une demi-sphère d'un dispositif de la figure 2, à une colonne montante, ou riser, disposé dans une structure immergée et comportant également une demi-sphère à ton extrémité. La figure 4 est une vue en perspective schématique partielle illustrant le raccordement d'une conduite de fort diamètre à une colonne montante par l'intermédiaire d'un tronçon de conduite manoeuvré par des câbles guide#s et comportant à chaque extrémité une demi-sphère selon la figure 2, devant coopérer chacune avec une demi-sphère disposée à l'extrémité de ladite conduite et de ladite colonne montante. La figure 5 est une vue en perspective d'un dispositif selon l'in vention formant une enceinte collectrice ou manifold, composée de plusieurs éléments, pour le raccordement de conduites de faible diamètre s'étendant radialement à partir de la périphérie de l'enceinte. Selon un mode de réalisation et tel qu'illustre aux figures 1 et 5, un dispositif selon l'invention pour le raccordement de conduites de faibles diamètres, se compose de deux éléments d'extrémité adoptant la forme générale de demimpheres 1 et 2 et de deux éléments intermédiaires 3, 4 adoptant la forme de viroles cylindriques. Un tel dispositif constitue une enceinte collectrice communément appelée dans le domaine de la recherche pétrolière sous-marine 11manifold". Ces enceintes collectrices sont utilisées pour effectuer la connexion des conduites émergeant de plusieurs forages, réparties sur une surface s'étendant autour d'un point commun donné au droit duquel est disposée ladite enceinte. Ainsi les tubulures à raccorder se présentent radialement à la périphérie de lten- ceinte. Chacun des éléments comportant un ou plusieurs orifices pour le passage desdites conduites est orienté de telle sorte que la conduite pénètre dans l'enceinte radialement à celle-ci. On notera que, compte tenu de l'angle d'arrivée par rapport au sol des conduites, les éléments intermédiaires 3/4 peuvent adopter la forme de viroles tronconiques ou encore de secteurs sphériques. Le nombre d'elements intermédiaires n'est pas limité. Tel que l'illustre la figure 5, le dispositif en comporte 3, repercés, 3/4/5. L'élément sphérique 1 comporte à sa partie supérieure une ouverture circulaire la permettant l'accès à l'intérieur de l'enceinte. Cette ouverture la est bordée par un renfort lb. Ledit élément 1 comporte également a son bord inférieur un renfort Ic. L'élément sphérique 2 comporte à son bord supérieur un renfort 2b. Les viroles intermédiaires 3, 4 (5) comportent de même sur leurs bords des renforts 3a, 3b/4a,4b (5a,5b). Les plans de joint desdits élémentssontparallèles entre eux et sont perpendiculaires à l'axe XXI de l'enceinte collectrice. L'étanchéité est résolue au moyen de joints toriques disposés d'une manière en soi connue dans des gorges pratiquées dans certains desdits renforts, les joints étant écrasés sur le renfort juxtaposé. Par exemple, les joints toriques sont disposés dans des gorges pratiquées dans les renforts 3a, 4a, 2b et coopèrent respectivement avec la face inférieure des renforts Ic, 3b, 4b. La formation de l'enceinte est réalisée en disposant d'abord l'élément d'extrémité 2, sur lequel on dispose successivement les éléments intermédiaires 4, 3 et l'élément d'extrémité I qui constitue le chapeau de l'enceinte.Le centrage des éléments I et 3, 3 et 4, 4 et 2,est obtenu au moyen de cônes de centrages Id, 3c, 4c, disposés respectivement à la périphérie des renforts Ic, 3b, 4b. Tel qu'illustré sur la figure I, les éléments 3, 4 et 2 comportent des orifices circulaires 2d, 3e dans lesquels s'engagent les conduites à connecter. L'étanchéité à la périphérie des conduites et des orifices peut être obtenue comme le représente la figure, soit par soudage de la conduite 6 sur le renfort de l'orifice 2c, soit au moyen d'un joint à lèvre 7, disposé à l'ex- térieur de l'enceinte et coopérant avec la périphérie de la tubulure 8. Au moment de la formation de l'enceinte, ces éléments sont noyés. Ainsi, il est possible de les orienter l'un par rapport à l'autre afin de disposer les orifices dans la direction des conduites à connecter et de faire pé- nétrer ces dernières dans lesdits orifices. Lorsque l'enceinte est formée, on amène un engin sous-marin 9 et on le fixe temporairement d'une manière en soi connue à l'enceinte. Ledit engin comporte à sa partie inférieure Sa, un orifice d'un diamètre sensiblement égal à celui de l'ouverture la de l'enceinte et à la périphérie duquel est disposé un cône de centrage 9b. L'étanchéité entre l'enceinte et l'engin sous-marin est par exemple résolue de la même manière que celle des éléments composant l'enceinte, au moyen d'un joint torique. L'engin sous-marin 9 comporte les appareillages nécessaires pour procéder à la mise en dépression de l'enceinte, à l'insuflation d'air à la pression atmosphérique et à la régénération de ce dernier, notamment pendant les opérations de soudage. On comprend aisément, compte tenu des fortes pressions agissant sur l'enceinte et sur le sous-marin immergés par de grandes profondeurs, que la fixation des éléments entre eux et leur étanchéité soient parfaites. La main-d'oeuvre spécialisée, soudeurs, tuyauteurs ou autres, peut ainsi pénétrer dans l'enceinte et procéder au raccordement des conduites radiales sur la conduite collectrice et à la mise en place des vannes de sectionne ment. Ces travaux étant terminés, il est possible de fermer l'orifice la de l'enceinte avant que l'engin sous-marin 9 ne soit séparé de celle-ci et de maintenir à l'intérieur une ambiance atmosphérique, ou bien de la noyer au mo ment de la séparation dudit engin 9 et de enceinte collectrice. Selon un autre mode de réalisation illustré aux figures 2, 3 et 4, un dispositif selon l'invention pour le raccordement de conduites de fort diamètre se compose de deux éléments ou demi-enceintes généralement sphériques 10, 11, assemblées l'une à l'autre sur un plan de joint incliné 12 par rapport à l'axe XXI de L'enceinte . A titre d'exemple, cette inclinaison est de soixan- te quinze degrés. De telles enceintes peuvent trouver plusieurs utilisations pour la connexion des conduites immergées. Par exemple, tel qu'illustré à la figure 3, une demi-enceinte 11 est fixée à l'extrémité d'une colonne montante 13 communément appelée ',riser" s'étendant à l'intérieur d'une structure fixe 14. La conduite à raccorder 15 comportant à son extrémité une demi-enceinte 10 est amenée au-dessus de la demi-enceinte 11 et est descendue au moyen d'engins de manutention 16 portés par une barge 17 jusqu'à ce que la demi-enceinte 10 soit superposée sur la demi-enceinte 11. La rotation d'une demi-enceinte par rapport à l'autre permet d'obtenir l'angle désiré entre les deux conduites; le coulissement d'une extrémité de conduite dans sa demi-enceinte permet d'obtenir la longueur de conduite dé sirée dans l'enceinte. Le raccordement entre les deux extrémités de conduites peut être effectué au moyen d'une manchette d'un rayon de courbure maximum de 3D. Selon un autre exemple d'utilisation du dispositif selon l'invention et tel qu'illustré à la figure 4, il est possible de raccorder par exemple une colonne montante 13 comportant à sonextrémité inférieure une demi-enceinte Il à une conduite 15 également équipée d'une demi-enceinte 11, par l'intermédiai- re d'un tronçon de conduite 18 aux extrémités duquel sont disposées deux demienceintes 10. Le tronçon de conduite 18 peut être amené entre les deux conduites 15 et 13 en étant guidé par des câbles 19 fixés auxdites conduites 18 et 13 et reliant la barge 17, ou bien par un engin soustmarin ou une grue sousmarine, techniques parfaitement connues dans le domaine considéré. Comme pour le premier exemple déjà exposé, la rotation d'une demienceinte sur l'autre permet d'obtenir l'angle désiré entre les conduites. Les demi-enceintes 10 et li (figure 2) comportent chacune un orifice IOa/lla qui, lorsque l'ouverture circulaire lob est horizontale, sont disposés sur un meme axe YYI, sensiblement perpendiculaire à l'axe XXI, L'étanchéité au droit de ces orifices peut être obtenue comme cela a déjà été exposé, soit par soudage de l'extrémité d'une conduite, ou d'un tronçon de conduite, par exemple à la demi-enceinte 10, soit au moyen d'un joint à lèvre 20 disposé par exemple à la périphérie de l'orifice lIa et prenant appui sur la périphérie de la conduite qui traverse ledit orifice. La demi-enceinte 10 comporte à sa partie supérieure une ouverture circulaire lOb bordée par un renfort 10c et disposée de telle sorte qu'an position horizontale, l'axe XXI passe par son centre et à sa partie inférieure in clinée par rapport audit axe XXI, un renfort IOd. La demi-enceinte comporte à sa partie supérieure inclinée coopérant avec le renfort 10d, un renfort llc. La jonction des deux demi-enceintes est réalisée sur ledit plan incliné 12. L'étanchéité à cet endroit est obtenue par exemple au moyen d'un joint torique disposé dans une gorge pratiquée dans le renfort IOc, lequel joint torique est écrasé par la face inférieure du renfort lOd sous l'action du poids de la demi-enceinte 10 lorsque l'enceinte est noyée et, lorsque l'enceinte est en dépression, sous l'action combinéedupoids de la demi-enceinte et de la pression de l'eau. Afin de permettre la mise en place de la demi-enceinte 10 sur la demi-enceinte In, la demi-enceinte 10 est munie d'un cône de centrage 10e fixé à la périphérie du renfort IOd, lequel cône coopère avec le renfort lic de la demi-enceinte il. Lorsque la demi-enceinte 10 est disposée sur la demi-enceinte 11, la rotation d'une demi-enceinte par rapport à l'autre, avant la mise en dépression de l'enceinte sphérique permet d'obtenir l'angle désiré entre les deux conduites à raccorder. Compte tenu de la conception de ce dispositif dont la rotation des deux demi-enceintes est réalisée sur un plan incliné, l'ouverture circulaire lob au droit de laquelle doit venir se fixer un engin sous-marin 9, peut, selon l'importance de l'angle de raccordement des conduites, être elle-même dans une position inclinée par rapport à l'axe XXI. Afin de permettre l'amarrage en position verticale de l'engin sousmarin 9 auxdites enceintes sphériques, ledit engin 9 comporte, à sa partie inférieure, un dispositif compensateur d'inclinaison 21. Ce dispositif compensateur 21 se compose de deux viroles cylindriques 21a/21b pouvant tourner l'une sur l'autre sur un plap de joint incliné 22. Tel qu'illustré sur la figure 2, la virole 2la est fixée à la partie inférieure de l'engin sous-marin 9. La virole 21b est entraînée en rotation sur la virole 21a par tout moyen commandé de l'intérieur de l'engin 9, par exemple par une couronne dentée fixée à la virole 21b et entraînée par un pignon calé sur l'arbre de sortie d'un moto-réducteur hydraulique La virole 21b est ainsi orientée dans un sens ou dans l'autre, pour venir coiffer l'ouverture circulaire lob tout en respectant la verticalité de l'engin sous-marin 9. Le centrage du sous-marin 9 sur l7ene~inte est obtenu comme cela a déjà été décrit, au moyen d'un cône de centrage Ce dernier, repéré 21c est fixe à la virole tournante 2 lob et coopère avec le renfort 10e de la demi-enceinte 10. L'étanchéité entre l'engin sous-marin 9 et l'enceinte sphérique est réalisée de la même manière que pour les différents éléments entre eux, au moyen d'un joint torique disposé dans une gorge pratiquée dans le renfort 10e et coopérant avec la face inférieure du renfort 21d bordant la partie basse de la virole tournante 21b. Lorsque l'engin sous-marin est fixe temporairement à l'enceinte sphé risquez on met cette dernière en communication avec un réservoir en pression at mosphériqua, ce qui a pour effet de détendre l'eau et de la ramener à la pression atmosphérique; on vidange l'eau et on insuffle a l'intérieur de l'air Une équipe de spécialistes peut alors pénétrer dans l'enceinte et procéder aux travaux de connexion des conduites par soudage d'une manchette de raccordement, ou installer par exemple une vanne de sectionnement Les travaux étant terminés, l'enceinte sphérique est alors noyée au moment de la séparation de l'engin 9 et de ladite enceinte. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modif i- cations peuvent être apportées par llhomme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples. REVENDICATIONS I - Dispositif pour la connexion de conduites immergées, caractérisé en ce qu'il se compose d'une enceinte comportant au moins deux éléments pouvant s'assem bler l'un à l'autre d'une manière étancha, chacun desdits éléments compor tant au moins un orifice dans lequel s'engage une conduite, lesquels élé- ments pouvant être orientés l'un- par rapport à l'autre par une rotation d'un élément sur l'autre de sorte que les conduites à connecter se présen tent radialement à la périphérie de l'enceinte. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enceinte comporte deux éléments d'extrémité et au moins un élément intermédiaire pouvant être assemblé auxdits éléments d'extremite et comportant au moins un orifice dans lequel s'engage une conduite. 3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dont l'un des dits éléments d'extrémité repose sur le sol, caractérisé en ce que l'autre élément d'extrémité forme la partie supérieure de l'enceinte et comporte une ouverture pour permettre l'accès à l'intérieur de l'enceinte. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élément intermédiaire est une virole cylindrique. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élément intermédiaire est une virole en forme de secteur sphérique. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élément intermédiaire est une virole en forme de tronc de cône. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les plans de joints des différents éléments composant l'enceinte sont perpendiculaires à l'axe vertical de ladite enceinte. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits éléments d'extrémité sont sphériques et en ce que ladite ouverture d'accès dans l'enceinte est circulaire pour permettre la fixation temporaire d'un engin sous-marin. 9 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se compose d'une enceinte comportant deux éléments s'assemblant l'un à l'autre pour adopter la forme générale d'une sphère, l'un desdits éléments reposant sur le sol et l'autre disposé sur ce dernier comportant une ouverture pour ac céder à l'intérieur de l'enceinte, chacun desdits éléments comportant en outre au moins un orifice dans lequel s'engage une conduite, le plan de joint desdits éléments étant incliné par rapport à l'axe vertical de lten- ceinte. 10- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite ouver ture d'accès dans l'enceinte est circulaire et en ce que l'axa vertical de l'enceinte passe par le centre de ladite ouverture lorsqu'elle est dans sa position horizontale. 11- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'élément disposé au-dessus de celui sur lequel il s'appuie com porte à la périphérie de son bord inférieur, un cone de centrage, lequel coopère avec la périphérie du bord supérieur dudit élément sur lequel il s'appuie. 12- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les bords desdits éléments comportent à leur périphérie des ren forts, lesquels coopèrent avec au moins un joint d'étanchéité. 13- Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit joint d'étanchéité est disposé dans une gorge pratiquée dans un desdits renforts de chaque élément et s'appuie sur le renfort du bord de l'élément qui lui est juxtaposé. 14- Dispositif selon l'un quelconque des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que lesdits joints sont des joints toriques. 15- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les orifices dans lesquels s'engagent les conduites comportent à leur périphérie au moins un joint d'étanchéité à lèvre, lesquels joints sont plaqués sur les conduites sous la pression de l'eau.