Brevet FR2495261A1 — publié le 19820604

L'invention concerne un appareil convenant au transport de fluides, et elle concerne plus particulière- ment des joints tournants à fluide, permettant le passage de pistons racleurs et pouvant être utilisés, par exemple, pour la dérivation de conduites de fluides autour des joints universels de colonnes montantes de production. Au cours des dernières années, la recherche du pétrole et du gaz en mer s'est largement développée et elle atteint à présent des eaux profondes telles que celles de la imer du Ford. Pour faciliter la production de pétrole et de gaz à partir de cham.ps marins éloignés, des systèmes complexes d'amarrage de citernes, servant de site centra- lisé de production pour la totalité du champ, ont été développés. Normalement, une colonne montante de production, comportant une ou plusieurs conduites de fluides rigides s'étendant d'un point situé audessous de la surface de l'eau, le long de la colonne, jusqu'au site d'amarrage, permet le transfert de fluides entre ledit point et une citerne amarrée au site. Certaines conduites de fluides peuvent être utilisées pour transporter du pétrole et du gaz du point sous-marin jusque dans la citerne, tandis que d'autres conduites de fluides peuvent être utilisées pour renvoyer et injecter des liquides ou des gaz dans le champ à des fins de stimulation du puits ou de stockage. Sous l'action du vent et des vagues, la colonne tend à se déplacer dans diverses directions autour de son axe. Pour pouvoir se déplacer librement sans se briser, la colonne comporte normalement un ou plusieurs joints uni- versels espacés sur sa longueur. Les conduites de fluides rigides associées à la colonne sont normalement équipées de plusieurs joints tournants à fluide permettant auxdites conduites de contourner les joints universels. Normalement, dans la plupart des états de la mer, le mouvement de la colonne est minime et les joints tournants, ne pivotent pas sur plus d'environ +150. De nombreux pétroles bruts contiennent des matières solides telles que de la paraffine ou de l'asphalte, qui adhèrent aux parois des conduites de fluides et des joints tournants. A l'usage, ces matières solides se déposent sur les parois des cornduites et des joints. Ces dép5ts réduisent le diamètre interne utile des conduites et des joints et freinent l'écoulement du fluide dans ces conduites et joints, au point de provoquer une obturation totale. Ii est courant, dans l'industrie pétroliire, de faire -rc.uler - force un dispositif de raclag, coDnnu sous le no -,e poistons racleurs ou simplemrent racleurs, dans des pipeOie pour éiier les matières s-3lides déposées sur les paroi n*hrieures. Din racleur est nérel!ement de forme sphie. c''yLndrique ou ellipsoidale et il est choisi 3e a ire qR a,imension circonférentielle soit -gale ou 1 Elar:.eure 1 a dimension crconférentielle dtu -ipeline-. Ii est n :ralemnt nécessaire 'e faire circuler t forca p iodiqteient un rac]eur dans los pibpelines pour nettoyer cS derzierú. z Les brevets des Etat-UTnis deAîrériq3ue N' 4 174 127 et N 4 183 559 d; cri.ent des joints turnants à fluidse 5e i 'art antérieur, perme-. tant le passage de racleurs. Le brevet N0 4 '174 127 rccité dcrit un joint tournant qui comprend un manchon fixe et un corpe rotatif monté circonférentiellemn.ent sur ce mancbonT Le joint présente également un cremin ciîrconf-ren-tiel pour le racleur et un déflecteur de racleur. Ce racleur, à sa sortie d'une première conduite de fluids passant dans le manchon, pénètre dans le chemin du joint. Le diéfl1ecteur dviare le racleur et le fait passer à travers le corps et.ortbir du joint par une seconde conduite de fluide. 1!alheureusement, le joint tcurnant ne permet le passage du racleur que dans un sens. Enr cutre, le diamètre du j-ont doit etre notable- ment aug$1enté pour l'établissement du chemin destiné au racleur. Ce plus grand diameètre entraine un accroissement important de la dimension et du poi2LÉs généraux du joint et il soulève d'importants problèmes de -m. anipulation de ce joint. Le bre.et N! 4 183 559 précité décrit un ts;uoe analogue de joints tournants, présentant des chemins circonférentiels qui forment une spirale. Malheureusement, les chemins aui se chevauchent provoquent un écoulement turbulent des fluides à l'intérieur du joint. I1 est donc nécessaire de disposer, dans ce domaine, d'un joint tournant à fluide perfectionné, relativement léger et permettant le passage de racleurs. L'invention concerne un joint à fluide pouvant tourner sur un angle limité et permettant le passage de racleurs. Ce joint tournant permet donc le passage de racleurs et le transport de fluides sur un angle limité de rotation. Il peut être utilisé pour la dérivation de conduites de fluides rigides autour des joints universels d'une colonne montante lorsque des joints tournants subis- sent un mouvement limité de pivotement dans des états nor- maux de la mer. Le joint tournant comprend de préférence un ou plusieurs modules constitués chacun d'un manchon cylindrique fixe et d'un corps rotatif monté circonféren- tiellement autour du manchon sur lequel il est emboîté de manière étanche. Les modules peuvent -être montés ou empilés et ils sont de préférence reliés fixement entre eux. Chaque manchon est de préférence creux et il renferme un conduit comportant un premier tronçon de base qui s'étend coaxialement de la base du manchon dans le corps de ce dernier, et un second tronçon latéral qui s'incurve en douceur afin de traverser le côté du manchon. En variante, le manchon peut être plein, un alésage étant réalisé dans ce manchon, de sa base jusqu'à son côté. L'extrémité de base du conduit est conçue pour s'accoupler à une première conduite de fluide. Par exemple, le conduit peut être équipé d'un raccord à bride. Le corps rotatif est emboîté de manière étanche sur le côté du manchon et il peut tourner librement sur 360 autour de ce manchon. Le corps est traversé par un canal présentant des extré- mités intérieure et extérieure. L'extrémité extérieure du canal est conçue pour s'accoupler avec une seconde conduite de fluide. Le corps rotatif est monté sur le manchon afin de permettre un alignement coaxial de l'extrémité intérieure du canal du corps avec l'extrémité latérale du conduit du manchon lorsque le corps est tourné autour du manchon en position appropriée. Ainsi, lorsque le canal du corps est aligné avec le conduit du manchon, il existe un circuit d'écoulement continu du fluide traversant le joint tournant, d'une première conduite de fluide arrivant à la base du joint jusqu'à une seconde conduite de fluide reliée au cÈté du joint, ce circuit passant par le conduit et le canal. Dans une forme de réalisation de l'invention, l'extrémité intérieure du canal s'évase vers l'extérieur suffisamment pour permettre à un racleur, ayant une dimension circon- férentielle sensiblement égale à celle du conduit, de passer de ce conduit dans le canal lorsque l'axe longitudinal de ce dernier est espacé de l'axe longitudinal de l'extrémité latérale du conduit. Dans une autre forme de réalisation, i 'extrémité latérale du cond-it peut atre évasee vers l'extérieur pour permettre le passage d'un racleur du canal dans le conduit lorsque l'axe longitudinal du canal est décalé de l'axe longitudinal de l'extrémité latérale du conduit. Dans une forme préférée de réalisation de l'in- vention, l'extrémité intérieure du canal et l'extrémité latérale du conduit sont évasées vers l'extérieur pour permettre le passage d'un racleur dans le joint tournant, dans un sens ou dans l'autre, lorsque l'axe longitudinal du canal est décalé de l'axe longitudinal de l'extrémité latérale du conduit. L'inattention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un joint tournant à deux modules selon l'invention; la figure 2 est une coupe de la base du joint tournant, suivant la ligne 2-2 de la figure 1; les figures 3A à 3C sont des coupes d'un module du joint, suivant la ligne 3-3 de la figure 1; la figure 4 est une élévation, avec coupe partielle, d'un module du joint tournant selon l'invention; et la figure 5 est une vue de dessous, avec coupe partielle, d'un module du joint tournant selon l'invention. Comme représenté sur les figures 1 à 4, le joint tournant 10 comporte deux modules 12a et 12b superposés et fixés l'un à l'autre. Chaque module comprend un manchon cylindrique fixe 14a, 14b et un corps rotatif 16a, 16b monté circonférentiellement et de manière étanche sur le manchon. La figure 4 représente en élévation, avec coupe partielle, le module 12b. Le manchon creux 14b renferme des conduits 18a et 18b. Le conduit 18a s'élève à travers le manchon 14b jusque dans le manchon 14a du module 12a. Le conduit 18b s'étend de la base du manchon 14b jusqu'au c8té de ce dernier. Le tronçon latéral 19b du conduit 18b présente un axe longitudinal 23b. L'extrémité de base du conduit 18b comporte des moyens tels qu'un raccord à bride (non repré- senté), lui permettant d'être reliée à une première con- duite de fluide (non représentée). Comme représenté sur les figures 3A, 3B, 3C et 4, le corps rotatif 16b est traversé par un canal 20b possédant un axe longitudinal 21b. L'extrémité extérieure de ce canal peut être équirée d'un raccord à bride 22b lui permettant d'être reliée à une seconde conduite de fluide 32b (voir figure 5). Le corps rotatif 16b peut tourner complètement autour du manchon fixe 14b. Comme représenté sur les figures 3A et 4, le corps rotatif 16b est disposé le long du manchon 14b afin de permettre la mise en aligne- ment de l'axe longitudinal 21b du canal 20b et de l'axe longitudinal 23b de l'extrémité latérale du conduit 18b lorsque le corps est tourné autour du manchon en position appropriée. Lorsque le canal 20b est sensiblement aligné avec le tronçon latéral du conduit 18b, le module permet une communication de fluides, à travers lui, de la première conduite de fluide reliée au conduit 18b à la seconde conduite de fluide reliée au canal 20b. D'une manière géné- rale, le canal et le conduit ont le même diamètre que les conduites de fluides. Lorsque le corps 16b est tourné autour du manchon 14b de manière qu'aucune partie du canal 20b ne soit en alignement avec le conduit 18b, il est possible d'obtenir un écoulement de fluides limité à travers le module du joint par un canal annulaire 28b formé entre le corps et le manchon. Comme représenté sur la figure 4, les moyens 30b d'étanchéité entre le corps 16b et le manchon 14b comprennent des paliers et des garnitures d'étanchéité et ils peuvent être constitués par tout type de moyens d'étanchéité connu de l'homme de l'art. Les moyens d'étan- chéité sont de préférence d'un type analogue à celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 126 336. Comme représenté sur les fi.ures 3A, 3B, 3C et 4, dans une forme préférée de réalisaticn de l'invention, 1 'extrémité intérieure 24b du canal 20b et 1 extritn=s latérale 19b du conduit 18b sont évasées vers l'extérieur. Le canal et le conduit sont évasés vers l1extirieur suf- fisamment pour permettre à un racleur, avant une dimension circonférentielle sensiblement égale à celle du tronçon non évasé du conduit et du canal, de passer entre le conduit et le canal lorsque, comme montré sur les figures 3B et 3C, le corps 16b est tourné par rapport au manchon 14b afin que l'axe longitudinal 21b du canal 20b soit espacé ou décalé de l'axe longitudinal 23b de l'extrémité latérale du con- duit 18b. Les extrémités évasées permettent également un écoulement du fluide pratiquement ininterrompu à travers le module, sur un plus grand degré de rotation du corps. Si l'on souhaite faire passer un racleur à tra- vers le module dans un seul sens, seul le canal ou le conduit doit être évasé. Par exemple, si l'on souhaite faire passer un racleur à travers le module, du conduit vers le canal, il suffit d'évaser le côté intérieur du canal pour permettre le passage du racleur lorsque le conduit et le canal ne sont pas alignés coaxialement. L'amplitude de l'évasement nécessaire dépend de la plage souhaitée de décalage sur laquelle le joint tour- nant peut être raclé. En riègle générale, dans le cas du canal du corps et d'un conduit de manchon avant un tronçon de base situé centralement, le canal et le conduit peuvent être évasés d'environ 1un degré ( le passage des racleurs. Ainsi, par exemple, si l'on sou- haite pouvoir faire passer des racleurs dans les deux sens sur un arc de rotation de 30 du corps autour du manchon (+15 par rapport à l'alignement coaxial du canal et du conduit), l'extrémité latérale du conduit et l'extrémité intérieure du canal du corps peuvent être chacune évasées de 15 sur chaque côté. Il est évident à l'homme de l'art que, lorsque le tronçon de base du conduit est décentré à l'intérieur du manchon, des angles d'évasement différents doivent être donnés au conduit. Le joint tournant montré sur les figures 1 à 5 peut être utilisé pour la dérivation de conduites de fluides rigides autour des joints universels d'une colonne montante. Le joint tournant comporte deux modules permettant l'écou- lement du fluide dans les deux sens. Par conséquent, le module 12a du joint peut assumer la fonction d'injection de gaz, tandis que le module 12b peut assumer la fonction de production de pétrole. Le joint tournant peut être équipé de modules supplémentaires permettant la manoeuvre d'autres conduites de fluides dont les diamètres et les fonctions varient. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au joint tournant décrit et repré- senté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Joint tournant à fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un manchon cylindrique fixe (14a ou 14b) et un corps rotatif (16a ou 16b), le manchon renfermant un conduit (18a ou 18b) qui s'étend de la base jusqu'au côté dudit manchon, l'extrémité de base du conduit étant conçue pour s'accoupler à une première conduite de fluide, le corps rotatif étant monté circonférentiellement et de manière étanche autour du manchon et étant traversé par un canal (20b) qui présente des extrémités intérieure et extérieure, l'extrémité extérieure étant conçue pour s'accou- pler à une seconde conduite de fluide, le corps étant conçu pour tourner autour du manchon afin de permettre un alignement coaxial du conduit et du canal, l'extrémité intérieure {24b) du canal étant évasée vers l'extérieur suffisamment pour permettre à un élément mobile, qui présente une dimension circonférentielle à peu près égale à celle du conduit, de passer de ce conduit dans le canal lorsque l'axe longitudinal (21b) de ce dernier est espacé de l'axe longitudinal (23b) de l'extrémité (19b) du côté du conduit. 2. Joint tournant à fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un manchon cylindrique fixe (14a ou 14b) et un corps rotatif (16a ou 16b), le manchon renfermant un conduit (S18a ou 18b) qui s'étend de la base jusqu'au c8të dudit manchon, l'extrémité de base du conduit étant conçue pour s'accoupler à une première conduite de fluide, le corps rotatif étant monté circonférentiellement et de manière étanche autour du manchon et étant traversé par un canal (20b) qui présente des extrémités intérieure et extérieure, l'extrémité extérieure étant conçue pour s'accoupler à une seconde conduite de fluide, le corps étant conçu pour tourner autour dudit manchon afin de permettre un alignement coaxial du conduit et du canal, ladite extrémité (19b) du côté du conduit étant évasée vers l'extérieur suffisamment pour permettre à un élément mobile, ayant une dimension circonférentielle sensiblement - égale à celle du canal, de passer de ce dernier dans le conduit lorsque l'axe longitudinal (21b) du canal est espacé de l'axe longitudinal (23b) de l'extrémité de côté du conduit. 3. Joint tournant à fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un manchon cylindrique fixe (14a ou 14b) et un corps rotatif (16a ou 16b), le manchon renfermant un conduit (18a et 18b) qui s'étend de la base jusqu'au côté dudit manchon, l'extrémité de base du conduit étant conçue pour s'accoupler à une première conduite de fluide, ledit corps rotatif étant monté circonférentiellement et de manière étanche autour du manchon et étant traversé par un canal (20b) dont le diamètre est sensiblement égal à celui du conduit et qui présente des extrémités intérieure et extérieure, ladite extrémité extérieure étant conçue pour s'accoupler à une seconde conduite de fluide, le corps étant conçu pour tourner autour du manchon afin de permet- tre un alignement coaxial du conduit et du canal, l'extré- mité intérieure (24b) du canal et l'extrémité (19b) de côté du conduit étant évasées vers l'extérieur, suffisam- ment pour permettre à un élément mobile, ayant une dimen- sion circonférentielle sensiblement égale à celle du con- duit, de circuler entre ce dernier et le canal lorsque l'axe longitudinal {21b> du canal est espacé de l'axe lon- gitudinal (23b) de l'extrémité de côté du conduit.