Brevet FR2494807A1 — publié le 19820528

Dispositif pour améliorer la résistance et la rigidité d'une conduite sous-marine. La présente invention se rapporte à des conduites sous- marines et plus particulièrement aux conduites posées à de grandes profondeurs. Les conduites sous-marines-sont soumises à des contrain- tes et à des charges de différente nature intervenant aussi bien pendant les opérations de pose des tubes que pendant leur utilisation. Ces contraintes sont engendrées par la pression extérieure, la pression intérieure, l'influence de l'environ- nement et la configuration irrégulière du lit de la mer. Par ailleurs, des évènements imprévus peuvent arriver tels que, par exemple, des défauts dans le matériau, des glis- sements de terrains sous-marins, des secousses et des érafle- ments par les ancres. En particulier, en cas d'explosion du tube, la rupture peut même, dans certaines conditions, se propager sur des longueurs de plusieurs kilomètres. Une propagation similaire du dommage peut se produire sous l'effet d'une pression externe dans le cas d'un écrasement accidentel d'un tronçon de tube. Il est donc important d'introduire à des intervalles réguliers dans la conduite ou pipeline des dispositifs qui, en augmentant la résistance, sont capables d'arrêter la propa- gation du dommage de façon à le limiter à une courte section. Dans l'état actuel de la technique, il est prévu de munir le pipeline à des intervalles plus ou moins longs de colliers ou de bagues extérieures qui sont mis en place sur le pipeline lors de l'assemblage et fixés au moyen de points d'u- sinage. Une autre solution qui a été proposée consiste à intro- duire des manchons à l'intérieur du pipeline après que ce dernier a été assemblé. Pour finir, une autre solution consiste à insérer, pendant l'assemblage du pipeline, de courtes sections de tubes ayant le même diamètre extérieur que le reste du pipeline, mais plus épaisses. Ces solutions comportent d'importants défauts. La méthode prévoyant des colliers extérieurs appliqués sur le pipeline déjà assemblé implique des opérations supplémentaires à effectuer en dehors de la rampe de pose> attendu que les colliers ainsi posés ne permettent pas un glissement convenable le long de la rampe de pose et à travers le dispositif de mise sous tension du pipeline. L'introduction de manchons internes dans le pipeline déjà assemblé présente l'inconvénient d'augmenter les pertes de charges, de rendre plus difficiles les opérations de nettoyage du pipeline et d'être une méthode inopérante lorsque la contrainte inattendue est une surpression interne due à des éclatements, des ondes de choc ou des coups de bélier. L'insertion de sections ayant le même diamètre exté- rieur que le reste de la conduite, mais d'une épaisseur accrue, ne cause aucune difficulté en ce qui concerne les opérations d'assemblage et de pose, mais présente les mêmes défauts que ceux précités pour ce qui est de l'augmentation des pertes de charges et les difficultés de nettoyage. Il est par ailleurs difficile d'assurer l'alignement interne en correspondance avec les cordons de soudure et, de plus, il se produit des défauts provoqués par le fait qu'il s'agit de souder des sections de différentes épaisseurs. Lors de l'exploitation, il s'établit une répartition irrégulière des contraintes dans la zone soudée en raison du brusque changement d'épaisseur. En ce qui concerne le nettoyage interne, il est usuel d'effectuer cette opération au moyen de dispositifs spéciaux communément appelés "hérissons". Ces derniers, dans la version la plus répandue, sont essentiellement composés de tampons munis de brosses ou d'outils analogues pour enlever les incrus- tations et les dépôts, ces dispositifs étant introduits dans les tubes et poussés par un fluide. Des modifications du diamètre intérieur, aussi limitées qu'elles puissent être, mais répétées plusieurs fois le long de la conduite, peuvent endommager les outils de ces "hérissons" et empêcher leur progression. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la descrip- tion d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé qui représente un dispositif selon l'invention, constitué par un tronçon de tube introduit le long de la conduite pendant les opérations d'as- semblage et de pose des tubes. La longueur totale L de ce dispositif est de 0,5 à 10 fois le diamètre extérieur. Cette longueur L est divisée en deux sections égales "a" situées aux extrémités et une section centrale "1". La section "1' présente une épaisseur accrue "s1" tanc que les sections "a" présentent la même épaisseur "s" que les autres sections de la conduite. L'épaisseur accrue "s es de 1,1 à 3 fois l'épaisseur "s" des autres sections de la conduite. L'adoption de la section "l" constitue un artifice dicté par le fait, rappelé ci-dessus, que les modifications d'épais- seur engendrent une augmentation locale considérable des-con- traintes dans la masse d'acier. On arrive ainsi à faire en sorte que la zone o les contraintes sont irrégulièrement ré- parties soit maintenue éloignée du joint soudé. La longueur "a" des sections d'extrémité doit être d'au moins plus de 1,5 fois l'épaisseur "is" et de préférence de 2 à 5 fois cette épaisseur.La zone présentant un changement d'épaisseur est arrondie suivant un rayon de courbure de préférence supérieur à 5 mm. Un tel artifice limite l'accumulation locale des contraintes. En outre, la transition graduelle de "s" à 'si" facili les opérations de pose du tuyau. Lorsque l'on détermine les avantages du dispositif sel, l'invention, il convient de tenir compte en plus que les spéci fications normales pour les pipelines stipulent que le diamètre extérieur est le diamètre caractéristique, de sorte que pour ui certain diamètre nominal, il y a différents diamètres intérieur en fonction de l'épaisseur. Il y a lieu de considérer en outre que les tolérances de construction à leur tour ont une réper- cussion sur le diamètre intérieur. Dans la présente invention, le diamètre de référence sera le diamètre intérieur et l'augmentation d'épaisseur ne porte que sur le diamètre extérieur seulement. Le montage du pipeline ne s'en trouve nullement affecte dans la mesure o il ne nécessite aucune opération ou outil supplémentaire. On obtient un alignement interne très satisfaisant en correspondance avec le cordon de soudure. Ce fait, qui supprime, les irrégularités de niveau interne dues aux tolérances d'usinage concernant l'épaisseurpermet une exécution meilleure - et plus sûre des opérations de soudure. Le nettoyage n'offre aucune difficulté et l'écoulement du fluide n'est nullement entravé par des tourbillons et des pertes de charge. Une amélioration de la résistance du pipeline aux contraintes tangentielles est obtenue du fait que l'augmentation d'épaisseur "osi"t réduit la contrainte tangentielle spécifique exprimée par la formule O> =^PD 2s1 formule dans laquelle indique la contrainte,j P la différence- entre les pressions interne et externe, D le diamètre et s l'épaisseur. Une telle augmentation d'épaisseur permet manifestement d'arrêter la propagation d'une éventuelle fissure longitudinale. Pareillement, on obtient une amélioration locale de la résistance de la conduite à l'ovalisation, ce qui arrête la propagation d'un écrasement éventuel. La résistance à l'ovalisation d'une section de conduite ayant une certaine longueur,est proportionnelle au paramètre K = s 12 Il est visible que l'augmentation d'épaisseur améliore considérablement la résistance à l'ovalisation et arrête la propagation d'un tel phénomène. En plus, qu'il permet de résoudre d'une façon simple et économique le problème technique de l'augmentation locale de la résistance du pipeline à la fois à l'écrasement et à la rupture en empêchant la propagation des ruptures aux sections de tube voisines, le dispositif selon l'invention est carac- térisé par les avantages suivants: - son installation est facile étant donné que le dispo- sitif est soudé comme une simple longueur de tube et qu'il ne se pose aucun problème de jonction, les opérations de pose de tube et de lancement n'étant pas modifiées; - il ne perturbe pas l'écoulement du liquide; - il ne gêne pas le nettoyage; - il limite l'expansion locale des contraintes et la localise à une zone éloignée du cordon de soudure. La longueur des sections de conduite entre les dispo- sitifs selon l'invention varie bien entendu en fonction de la profondeur du lit de la mer et d'autres paramètres de l'instal- lation. A titre d'indication cependant, les dispositifs sont espacés les uns des autres d'environ 30 à 1 000 mètres. Comme ces dispositifs apportent également une amélioration considérabl en ce qui concerne la rigidité du pipeline et sa résistance aux flexions longitudinales, il sera bon de les installer à des intervalles plus rapprochés lorsque le lit de la mer a un tracé plus irrégulier ou se trouve dans un milieu plus difficile. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour améliorer la résistance et la rigi- dité des conduites sous-marines, caractérisé par le fait qu'il comprend une section de tube ayant une épaisseur accrue (S1) mais le même diamètre intérieur et comportant à ses extrémités deux sections (a) d'une épaisseur (S) égale à celle du reste de la conduite, la longueur hors tout de cette section étant égale à une valeur représentant de 0,5 à 10 fois le diamètre extérieur nominal de la conduite et la longueur des sections d'extrémité (a) étant égale à au moins 1,5 fois, de préférence 2 à 5 fois l'épaisseur accrue (Sl) de la paroi. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'épaisseur accrue (S1) est comprise entre 1,1 et 3 fois l'épaisseur de la conduite. 3. Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé par le fait que la zone dans laquelle se trouve une modification de l'épaisseur présente un léger arrondi ayant un rayon de courbure de préférence supérieur à 5 mm.