Brevet FR2496830A1 — publié le 19820625

L'invention concerne les structures métalliques et plus particulièrement celles dans lesquelles on doit réaliser une étanchéité entre deux tubes concentriques, l'espace libre entre ces tubes étant partiellement rempli de liquide, eau de mer par exempie lorsque les deux tubes sont respectivement une pile et la jambe d d'un derrick entourant partiellement celle-ci. On sait que pour implanter un derrick en mer, chaque jambe de celui-ci est clouée au fond marin par un tube métallique, appelé pile, traversant la jambe et concentrique intérieurement à celle-ci, une étanchéité étant réalisée entre les deux tubes, sensiblement au niveau du fond marin. Pour obtenir cette étanchéité, il est déjà connu de disposer un joint gonflable annulaire, entre les tubes, près du fond marin, de gonfler le joint une fois le tube intérieur mis en place, pour assurer d'une part,l'étanchéité à l'eau de mor et,d'autre part, lui faire supporter le poids du ciment,coulé en phase liquide en tre les tubes. Dans ce but, le joint doit, compte tenu notamment de la hauteur d'eau de mer au-dessus dudit joint (souvent plus de 100 m) et de la hauteur du plan de travail de la plateforme au-dessus du niveau de la mer (au moins 10 m) pouvoir être gonflé à une pression importante d'au moins 35 Kg/cm2, ce qui implique qu'il doit pouvoir résister à une pression d'épreuve de l'ordre de 60 Eg/cm2. Compte tenu des pressions auxquelles un tel joint doit résister, on conçoit aisément que sa fabrication ne peut qu'en être délicate et donc très onéreuse alors que son utiLisation est loin de donner toujours de bons résultats. En effet, outre que l'étanchéité doimée par le joint n'est jamais parfaite, le ciment se dilue diils l'eau de mer et, malgré sa densité, ne parvient pas à descendre par gravité au niveau du joint avec suffisamment de compacité.On a tenté de remédier à ce inconvénient en injectant le ciment au niveau du joint par une conduite extérieure, mais, là aussi, la présence de l'eau de mer diminue ~!efficacité de la cirnentation. La présente invention a notamment pour but de pallier les inconvénients des procédés cornus. Elle concerne à cet effet un procédé pour obturer,de façon étanche, l'espace compris entre deux tubes métalliques concentriques, et notamment entre une pile et une jambe de derrick, par un joint tubulaire non gonflable, caractérisé en ce qu'on réalise un joint à corps en forme de jupe élastiquement déforma da cablés ble, armé de deux nappes#métalliques symétriquement croisés par rapport à l'axe longitudinal, qu'on domine à une partie au moins du corps de ce joint une fore cylindrique, de diamètre inférieur au diamètre extérieur du tube intérieur, qu'on fixe l'extrémité amont du joint à la paroi intérieure du tube extérieur, et que l'on fait traverser le joint par le tube intérieur, en provoquant la déformation élastique de la partie cylindrique du joint et son resserrement sur la face extérieure dudit tube intérieur. Suivant une caractéristique de l'invention, après avoir fait traverser le joint par le tube intérieur, on comble par du ciment une partie du volume annulaire libre situé entre les tubes, au-dessus dudit joint. Dans le cas d'une cimentation sous le niveau de la mer, l'eau de mer présente entre les deux tubes est chassée, à partir du haut, par de l'air sous pression, la partie du joint resserrée sur le tube intérieur étant temporairement déformée par la pression, pour laisser passer l'eau de mer et revenant dans sa position de serrage sur le tube intérieur dès qu'on interrompt l'admission d'air sous pression Après cette opération, la pression de l'eau de mer s'exerce en plein sur le joint et renforce son placage étanche sur le tube intérieur. I1 ne peut donc plus y avoir de remontée de boue ou d'eau de mer dans l'espace entre les tubes et celui-ci reste parfaitement sec.Quelle que soit la profondeur à laquelle se trouve le joint, celui-ci conserve entièrement son efficacite. La coulée du ciment s'effectue par gravité et de préf4- rence en deux opérations pendant chacune desquelles on coule la moitié de la hauteur totale désirée, les deux opérations étant, bien entendu, séparée du temps nécessaire au séchage de la premiè- re coulée. L'invention a également pour objet un Joint tour la mise en oeuvre du procédé précédent, caractérisé en ce qu'il co@orend un corps en ma-tériau élastiquement déformable avec une armature noyée constituée par deux nappes métalliques croisées, dont les fils sont orientés suivant des angles symétriques rar rapport à l'axe longtudinal du joint, une partie du corps, voisine de l'ex- trémité aval du joint, présentant une forme cylindrique de diamètre intérieur inférieur au diamètre extérieur du tube intérieur. suivant une caractéristique de l'invention le joint comprend une tête annulaire métallique sur laquelle est fixé le corps du joint, tête pourvue sur sa face extérieure, d'un logement et de moyens d'ancrage pour recevoir et maintenir l'extrémité amont du corps, le diamètre extérieur de la tête étant voisin du diamètre intérieur du tube extérieur et son diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur du tube intérieur. Cette tête annulaire joue également le rôle de moyens de guidage pour le tube intérieur, lors de l'introduction de celui-ci dans le tube extérieur. Avantageusement, le corps du joint présente une partie tronconique située entre la partie fixée à la tdte et la partie cylindrique aval, la rigidité à la déformation étant plus grande dans cette partie tronconique que de.ns la partie cylindrique aval. Pour cela, les fils de chaque nappe sont orientés par rapport à l'axe longitudinal du joint, suivant des angles différents suivant qu'ils sont situés dans la partie cylindrique aval ou dans la partie tronconique du joint, et de l'ordre de 35 dans la partie cylindrique et de 400 dans la partie tronconique. Le procédé et le joint suivant l'invention sont décrits ci-anrès plus en détail, en référence aux dessins ci-joints dans lesquels - la figure 1 est mie vue e nartielle schématique, d'une pile (tube intérieur), d'tune manche de derrick (tube extérieur) et de leur liaison étanche sous le niveau de la mer. - la figure 2 est une vue de face en coupe de la manche (tube extérieur) de la figure 1 et de son joint,celui-ci et la pile (tube intérieur) étant montrés, dans la demie vue de gauche, dans leur position avant coopération et dans la demie vue de droite après traversée du joint par la pile. - la figure 3 est une vue partielle de détail de la liaison du joint de l'invention avec la manche (tube extérieur). le procédé de l'invention consiste à réaliser une liaison étanche entre deux tubes métalliques concentriques, tels par exemple ici la jambe 1 d'un derrick reposant sur un fond marin 2 et une pile 9 traversant ladite jambe et la clouant sur le fond marin, par l'intermédiaire d'un joint schématisé en 4,5t soumis à la pression de l'eau dont le niveau est figuré en 5. le joint 4 comprend essentiellement, ainsi que représenté sur les figures 2 et 3, un corps 6 en matière élastiquement dd- ou cablés formable, armée de deux nappes de filsrmétalliques 7-8. Les fils de ces nappes 7,8, sont orientés symétriquement par rapport à l'axe longitudinal 9 du joint, l'angle compris entre la direction de chaque nappe avec ledit axe étant compris entre 15 et 500. Comme montré sur les figures, le joint comprend également une tête annulaire 10 pourvue sur sa face extérieure d'un logement 11 et, dans celui-ci, dmoyens d'ancrage constitués ici par deux nervures annulaires 12, logement 11 et nervures 12 pour respectivement recevoir et retenir l'extrémité amont du corps 6 sur la tête 10. La liaison entre la tette 10 et le corps 6 est assurée par un câble métallique 13, enroulé spire après spire sur le corps 6 dans le logement 11. La face amont de chaque nervure 12 est située dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal 9. la tête est rendue solidaire du tube extérieur 1 par une soudure annulaire schématisée en 14. Le corps 6 du joint présente, à partir de la tQte 10 successivement une partie tronconique et une partie cylindrique aval, dont le diamètre intérieur est, au repos, inférieur au diamètre extérieur de la pile 3 (partie de gauche de la figure 2). lorsque la pile 3 est descendue dans la manche 1 à travers le joint 4, les parties tronconique et cylindrique aval du corps 6 du joint sont déformées et se resserrent sur la face ex- térieure de ladite pile. La pression exercée par le corps 6 du joint 4 sur la pile 3 peut varier par exemple de 3 à 20 bars suivant ia disposition retenue pour les nap-)es d'armature 7-8 à l'intérieur du corps 6 du joint. Pour éviter le fatigue du joint 4 lors de sa traversée, coup par coup, par la pile 3, on prévoit, lors de sa réalisation, de lui donner une rigidité à la déformation, plus grande dans sa partie tronconique que dans sa partie cylindrique. Pour cela les nappes 7-8 sont réalisées de façon qu'elles soient orientées par rapport à l'axe longitudinal suivant un angle plus grand dans la partie tronconique que dans la partie cylindrique (par exemple, à respectivement 40 et 35 ). Une fois la pile 3 en place, on admet de l'air comprimé dans l'espace annulaire 17 au-dessus du joint 4 par l'un des conduits supérieurs 15-16 (Fig.1) traversant la paroi de la manche 1, ce qui amène l'évacuation de liteau de mer contenue dans l'espace annulaire 17, le corps 6 du joint 4 se déformant sous l'effet de la pression pour permettre cette évacuation. Une fois interrompue l'arrivée d'air comprimé dans l'es- pace annulaire 17 (après évacuation complète de l'eau de mer) la poussée de l'eau de mer extérieure s'ajoute à la pression d'application du corps 6 du joint 4 sur la pile, assurant ainsi une autoétanchéité du joint, quelle que soit la profondeur à laquelle celui-ci se trouve. On assure alors la coulée du ciment dans l'espace 17 (par l'un des conduits 15-16) pour réaliser la cimentation désirée au-dessus du joint 4. REVENDICATIONS 1) - Procédé pour obturer, de façon étanche,l'espace compris entre deux tubes métalliques concentriques, et notamment entre une pile et une jambe de derrick, par un joint tvbulaire non gonflable, caractérisé en ce qu'on réalise un joint à corps en forme de jute élastiauement déformable, armé de deux nappes de cablés metal- liques symétriquement croisés par rapport à l'axe longitudinal, qu'on donne à une partie au moins du corps de ce joint une forme cylindrique, de diamètre inférieur au diamètre extérieur du tube intérieur, qu'on fixe l'extrémité amont du joint à la paroi intérieure du tube extérieur, et que l'on fait traverser le joint par le tube intérieur, en provoquant la déformation élastique de la partie cylindrique du joint et son resserrement sur la face extérieure dudit tube intérieur. 2) - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'après avoir fait traverser le joint par le tube intérieur, on comble par du ciment une partie du volume annulaire libre situé entre les tubes, au-dessus dudit joint, 3) - Joint tubulaire, pour la mise en oeuvre du procédé, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un corps en matériau élastiqiiement déformable avec une armature noyée constituée par deux nappes métalliques croisées, dout les fils sont orientés suivant des angles symétri- ques par rapport à l'axe longitudinal du joint, une partie du corps, voisine de l'extrémité aval du joint, présentant une forme cylindrique, de diamètre intérieur inférieur au diamètre extérieur du tube intérieur. 4) - Joint suivant la revendication 3, caractérisé en oe qu'il comprend une tette annulaire métallique, sur laquelle est fixé le corps du joint, tête pourvue sur sa face extérieure, d'un logement et de moyens d'ancrage pour recevoir et maintenir l'extrémité amont du corps, le diamètre extérieur de la t8te étant voisin du diamètre intérieur du tube extérieur et son diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur du tune intérieur. 5) - Joint suivant une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens d'ancrage sont constitués par deux nervures annulaires, issues du fond du logerent et dont les faces ariorft sont dans des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal du joint. 6) - Joint suivait une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le corps comprend une partie tronconique entre la partie fixée à la tête et la partie cylindrique. 7) - Joint suivant une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'angle compris entre la direction des fils de chaque nappe avec l'axe longitudinal du joint est compris entre 15 et 500. 8) - Joint suivant une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le joint présente une rigidité à la déformation plus grande dans sa partie tronconique que dans sa partie cylindrique aval. 9) - Joint suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les fils de chaque nappe sont orientés par rapport à l'axe longitudinal du joint, suivant des angles différents suivant qu' ils sont situés dans la partie cylindrique aval ou dans la partie tronconique du joint. 10) - Joint suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les angles compris entre les fils de chaque nappe et l'axe longitudinal du joint sont de l'ordre de 350 dans la partie cylindrique et de 400 dans la partie tronconique de celui-ci.