Brevet FR2475184A1 — publié le 19810807

Méthode et dispositif de réparation de canalisations sous-marines La réparation de canalisations sous-marines endommagées requiert actuellement l'lnUrvention de plongeurs qui par soudage , effectuent une réparation selon des procédés transposés des echniques conventionelles. Le soudage stéffectue soit directement à la baguette , à l'arc , dans l'eau , pour de faibles profondeurs et pour des aciers pour lesquels on dispose de baguettes adéquates de soudure , ou bien en atmosphère sous la pression correspondante à la pression d'immersion , à l'aide de cloches à plongeurs adaptées au travail éffectué ( Soudage Hyperbar ) Dans ce dernier cas les techniques et les possibilités du soudage à 1' arc sont très voisines du soudage classique. Toutefois ce travail est limité à quelques dizaine de mètre de profondeur . Dès que l'on dépasse 50 mètres , le travail du plongeur oblige à des opérations de longue durée du fait des problèmes de décompression des plongeurs et les risques d'accident ne sauraient être sous estimés .Déjà à ces profondeurs , l'intervention et les possibilités du travail du plongeur sont limitées:. Pour des profondeurs qui atteignent et dépassent 300 mètres il n'est plus envisageable de travailler en surpression Une autre technique actuellement utilisée pour les têtes de puits de forage consiste à utiliser des jonctions purement mécaniques où un joint d'étanchéité métallique est serré entre deux pièces parfaitement usinées .Pour les fortes profondeurs et pour les canalisations de fort diamètre , cette technologie est discutable en ce sens qu'elle fait appel à deux corps mécaniques , en regard , usinés avec une très grande precision de façon à être sur du serrage des joints métalliques Lorsque cette méthode fait appel à des joints plastiques - moins sensibles aux tolérances - elle reste également discutable du fait du vieillissement de ces joints au cours du temps.Les raccords ainsi constitués impliquent de toute façon que l'extrémité à réparer soit particulièrement propre et usinée avec une grande precision ; ce qui est très difficile à réaliser à distance et sur des canalisations qui sont fabriquées avec des tolérances " non - mécaniques Dans un avenir proche , soit pour réduire les risques du travail des plongeurs , soit pour réparer des pipelines déposés à forte profondeur ; il deviendra nécessaire d'envisager des systèmes automatiques , et pour des connections réalisées par soudage , il sera nécessaire de travailler sous pression atmosphérique de façon à faire l'économie d'une technologie mal connue où l'on travaillerait sous atmosphère hyperbar. En effet llexperience industrielle est acquise , de machines de soudage automatiques pour les canalisations qu'il s'agisse de machines orbitales tournant autour d'une canalisation fixe ou bien de machines internes à la canalisation . De même on sait réaliser des joints étanches résistants à la haute pression pour autant que la portée de ces joints soit propre et régulière et qu'on ne leur demande pas une durée de vie importante Les problèmes majeurs d'un système de réparation où un élément neuf est rapporté par soudage -, sont d'une part la préparation des portées des joints d'étanchéité qui permetteront de délimiter un espace de travail sous pression atmosphérique , et d'autre part la préparation du joint de soudage sur la canalisation à réparer, ainsi que l-lalignement de llélement de réparation sur la dite canalisation Ces opérations doivent être réalisées à quelques dixièmes de millimètres près Invention a pour objet une méthode de réparation qui fait appel au soudage comme technique d'assemblage .Elle a également pour objet d'éliminer sinon de faciliter un certain nombre d'opérations délicates à éffectuer et dont la fiabilité aux fortes profondeurs reste difficile à démontrer , telles que la préparation des portées des joints flétan chéité , l'alignement des pièces à souder , le respect des tolérances d'accostage , l'usinage du joint de soudage sur la partie déteriorée Elle a enfin pour objet d'entre justiciable d'une automatisation complète sans intervention humaine directe. Il est avantageux que la canalisation soit - dès sa conception - conçue pour faciliter les opérations éventuelles de réparation , en particulier en ce qui concerne les problèmes associés à la mise en oeuvre du procédé Selon l'invention une canalisation se prétant particulièrement bien à des réparations ulterieures comprendra périodiquement des parties surépaissies , jouant le rôle d'arrêteurzde propagation de flambage ( buckle arrestor ) .Ces parties surépaissies , usinées , pourvues éventuellement d'un fin revêtement d'un film protecteur contre la corrosion , possèderont des gorges de reception des outils destinés à couper proprement le segment de canalisation défectueux , à contrôler et nettoyer les portées des joints d'étanchéité qui s'appliqueront sur cette pièce surépaissie ; ces gorges serviront également à positionner et à maintenir la chambre de travail sous pression atmosphérique. La partie défectueuse sera éliminée entre deux arreteurs de flambage quelque sôit la longueur de la zone endommagée. Après mise en place sur le fond marin des dispositifs permettant de soulever les pipelines , dispositif situé derrière les arretoirs de flambage concernés , une machine d'usinage est alors positionnée sur les gorges préusinées et effectue le coupage. Un bouchon d'obturation est alors introduit dans chaque extrémité du pipeline. Un élément de raccordement possédan#t une chambre de travail à chaque extrémité est alors descendue puis alignée avec la canalisation sous marine.L'une des extrémité surépaissie et usinée de la canalisation sectionnée est alors intrduite à l'intérieur de la chambre de travail Des vérins de positionnement descendent dans les gorges préusinées et les joints d'étanchéité sont alors activés. La chambre de travail possède deux vannes à passage direct ,l'une reliée à l'élément de remplacement, et une autre qui , dans une première phase sera soudée à l'extrémité de l'arrêtoir de flambage. Lors de l'introduction de l'extrémité de la canalisation , cette vanne vient se centrer et s'appuyer contre le joint de soudage.La vanne qui est reliée à l'élément de remplacament reste fermée en permanence de façon à éviter de noyer la chambre de travail. Préalablement à la soudure , l'eau est refoulée à ltexterieur de la chambre de travail.Deux soudures sont alors effectuées , l'une par l'intérieur de la vanne et l'autre , orbitale , par ltextérieur. Après soudage la chambre est de nouveau remplie d'eau puis le bouchon d'obturation est évacué à l'interieur de la chambre de travail. Cette vanne est alors refermée et l'eau est de nouveau refoulée à ltextérieur de la chambre. Une section de longueur limitée est alors placée entre les deux vannes et elle est soudée par ltextérieur. Afin de prendre en compte , le cas échéant , la relative imprécision sur la distance qui sera recouverte par l'élément de raccordement l'une des extrémités au moins de l'élément de raccordement pourra coulisser à l'intérieur de la chambre de travail .En un tel cas la chambre de travail possèdera deux joints étanches annulaires ,l'un pour la canalisation et l'autre pour l'élement de raccordement. L'invention sera mieux comprises à partir des figures suivantes qui illustrent cette méthode de réparation ainsi que les dispositifs mis en oeuvre. Sur la figue 1 , schémas a ,b ,c ,d ,e est illustrée le principe de la méthode. A proximité immédiate de l'extrémité du pipeline sectionné 01 , on descend ltélément de raccordement 02 lequel porte en ses extrémités deux chambres 03 et 04 .L'une de ces chambres est fixe sur l'élément, l'autre, 04 , coulissante. Ces chambres comprennent deux vannes à passage direct OS et 06 . Les vannes 06 sont déjà soudées à l'élément 02 La vanne OS est solidaire de la chambre correspondante . Les chambres possèdent une trompette 08 de guidage de la canalisation dans la chambre ;elles possèdent un joint 09 gonflable qui assure l'étanchéité sur le pipeline lorsque celui-ci est introduit dans la chambre .La chambre 04 possède un second joint d'étanchéité 10 qui permet le coulissement 02 dans 04 facilitant ainsi la mise en place du raccordement Lorsque la chambre 04 vient enserrer le pipeline 01 , ses joints d'étanchéité sont activés ; on place à ce moment là un obturateur 11 dans 01. La chambre étant alors totalement isolée ,l'eau est refoulée à ltextérieur alors que les vannes 06 sont fermées et les vannes OS sont ouvertes. Après mise à sec on procède au soudage de OS sur 01 par une soudure orbitale 12 et une soudure interne 13 . Puis on procède à une remise en eau et l'obturateur 11 est évacué dans la chambre La vanne OS est fermée et on procède à nouveau à une mise à sec. Un manchon de raccordement avec une manchette coulissante est alors placé t IS entre les deux vannes OS et 06 et soudée par llextérieur en 14 et 15 coté manchette coulissante et en 16 sur l'autre extrémité Sur la figure 2 on voit l'extrémité des chambres 03,04 avec la trompette de guidage de OS et son centrage 21 . Le joint d'étanchéité 22 plaqué selon 23 après mise en pression d'un sac gonflable 24 par l'ignition d'une charma de propergoll 25 . Un second jeux de centreurs 26 assurent avec 21 un parfait centrage de la chambre sur l'extrémité du pipeline .A llexteirieur de l'obturateur annulaire 24 sont disposés des vérins 27 qui viendront se positionner dans des gorges préusinées dés arretoirs de flambage du pipeline .Ces vérins sont activés également par une charge de propergoll 28 Sur la figure 3 est représentée l'autre extrémité de la chambre 03 L'élément de raccordement 02 est solidaire de 03 et il possède une vanne 06 à passage direct 31 schématisée en position fermée Sur la figure 4 est représentée l'autre extrémité de la chambre 04 L'élément 02 est conçu , coulissant à l'interieur de 04 par une partie renforcée et usinée 42 ; il porte également en son extrémité une vanne 06 schématisée en position fermée 41 . Ce coulissement est centré par les patins 43 et 44 .Entre ces patins est disposé un joint d'étanchéité 23 avec son dispositif de gonflage 25 Sur la figure 5 la chambre a 3té emmanchée sur la partie surépaissie et préusinée 51 du pipeline 01 . La vanne OS est en position d'ouverture Elle est engagée par un appareil qui porte à son extrémité un obtura teur 52 qui est gonflé par un générateur de propergoll 53 . Cet obturateur est porté par une épée de centrage 54 qui , par ses roulements 59 , aligne la vanne OS sur 51 .L'accostage et le serrage de la vanne contre 51 est réalisé grâce au ressort 55 qui excerce une pression sur le chariot 56 portant la vanne .Ce chariot est guidé par les rails 57 , la vanne est montée flottante sur ce chariot par les blocs élastiques 58 . A l'interieur de l'épée 54 est montéune torche de soudage non représen tée ,sise dans un logement étanche non représenté qui se démasque seulement après mise à sec de la chambre .La soudure interne de la vanne sur l'extrémité 51 s'effectue par rotation sur elle-meme de l'épée 54 . Sur cette figure les vérins 27 de positionnement sont engagés dans la gorge 6 de 51 . La vanne 05 possède une couronne 60 servant au déplacement d'une torche de soudage non représentée ,contenue dans le boîtier étanche 61 .Après mise à sec ce boîtier s1 ouvre et la torche effectue la soudure orbitale de la vanne sur la canalisation Sur les figures 6a , 6b , 6c est schématisée la chambre de travail avec ses vannes , ses outillages ainsi qu'un chargeur destiné à effectuer les differentes opérations de manutention . Ce chargeur comportant des colonnes 74 et un berceau 79 destiné à recevoir 1' outillage décrit dans la figure 5 estreprésenté en 75 alors qu'il est en train d'effectuer le soudage . En dessous du berceau est disposé un tronçon 70 de raccordement entre les deux vannes avec sa manchette coulissante 71. Lorsque le soudage de la vanne OS est terminé l'appareillage 75 est évacué en 76 sur le berceau puis remonté ensuite par déplacement du berceau jusque 80. Ce berceau est solidaire du cou'#arc1a 78 qui en permet la récupération ultérieure une fois la réparation de la canalisation effectuée . Le tronçon 70 est remonté en 72 et la manchette 73 est glissée de façon à s'emmencher sur la vanne 06 . Les soudures 82 ,83 ,84 sont alors effectuées avec des machines de soudage orbital qui peuvent être prédisposées sur le tronçon 7Q de la même façon qu'une machine de soudage 61 etait prédisposée sur la vanne OS ( figure 5 ) On nta pas indiqué ici les appareillages électriques non plus que les sources de soudage , les groupes de pompage et refoulement qui peuvent être situés dans un module annexe , récupérable , relié à la chambre de travail Revendications des brevets 1. Méthode de réparation de canalisations sous - marines selon laquelle , sur le fond de la mer , l'élément de canalisation comprenant la partie endommagée est séparé de la canalisation et il est remplacé par un élément de raccordement dont la connection ou le parachèvement de la connection sur les deux extrémités séparées de la canalisation est éffectué par soudage sous pression atmosphérique caractérisée en ce que l'élément de raccordement possède en chacune de ses extrémités une chambre de travail étanche , résistante à la pression s à l'intérieur de laquelle sont situées deux vannes à passage direct 2.Revendication selon 1 , caractérisée en ce que la canalisation de départ est conçue dés l'origine pour faciliter l'application de cette méthode , que cette canalisation comprend à intervalles réguliers des parties surépaissies usinées mécaniquement et préparées pour recevoir divers outils et joints d'étanchéité ; parties au niveau desquelles seront rapportés les éléments de raccordement. 3. Revendication selon 1 , caractérisée en ce que un bouchon d'obturation est placé à l'intérieur de la canalisation sectionnée où l'extrémité de la canalisation sectionnée est introduite dans la chambre de travail de l'élement de raccordement , où la chambre de travail est évacuée de son eau et où une vanne à passage direct est alors soudée sur l'extrémité de la canalisation caractérisée également en ce que la chambre est alors remise en eau la vanne étant ensuite ouverte et le bouchon d'obturation évacué par passage au travers de la vanne ; où la vanne est refermée et la chambre de travail évacuée à nouveau ; où une tubulure de raccordement contenue dans la chambre est alors soudée entre les deux vannes. 4. Dispositif d'application de la méthode précedente où la chambre de travail comporte un joint d'étanchéité annulaire , gonflable ainsi que des vérins de positionement précis et d'amarrage sur l'extrémité surépaissie de la canalisation. 5. Dispositif selon 4 , où la vanne de raccordement vient directement s'aligner contre l'extrémité usinée de la canalisation lors du blocage des vérins de positionnement précedent sur cette extrémité ; où ltalignement du joint de la vanne , contre et en regard du joint à souder , est assuré par l'intermédiaire d'une épée interne de centrage portée par la vanne 6. Dispositif selon 4 où après accostage précis de la vanne contre l'extrémité de la canalisation , une machine de soudage automatique effectue une soudure d'étanchéité et de résistance à l'interieur de la vanne , et où est éffectué egalement une soudure orbitale exterieure de résistance et d'étanchéité 7.Dispositif selon 4 où au moins une des des chambres de travail comporte deux joints d'étanchéité leun venant en application sur l'extrémité correspondante de la canalisation à réparer , l'autre permettant le coulissement de la canalisation de raccordement à l'intérieur de la chambre 8.Aménagement d'une canalisatioa sous - marine facilitant ltapplication de la méthode selon les revendications 1 et 2 et l'usage du dispositif selon la revendication 4 , où périodiquement tous les cent mètres environ la canalisation po ède des tronçons surépaissis d'une longueur d'environ 2 mètres , tronçons usinés d'un diamètre interieur égale à celui de la canalisation , comportant d'une part des flancs d'extrémitéqui formeront une partie du joint de soudure et au moins 2 rainures circulaires situées chacune auprès des extrémités de ce tronçon. 9. Dispositif entièrement automatisé pour mise en application de la méthode selon la revendication 3 comprenant , en tout ou en partie, une machine assurant les fonctions suivantes : étanchéité à l'intérieur de la canalisation , centrage de la vanne sur de la canalisation , et soudage interne de la canalisation sur la vanne un chargeur destiné à évacuer cette machine , à mettre en place un tronçon de raccordement , puis à récupérer l'appareillage précédent à la surface des machines de soudage orbital préalablement fixées en position sur la vanne de raccordement et sur les manchettes de connection entre les deux vannes; où les torches de soudage sont isolées de l'eau et démasquées une fois mise à sec de la chambre de travail.