Brevet FR2507114A1 — publié le 19821210

t 1 4 La présente invention se rapporte à la réparation de canalisations immergées transportant des fluides, tels que le gaz et le pétrole ou ses dérivés, notamment la réparation des oléoducs et des gazoducs, au moyen d'un couplage mécanique. On connaît des connecteurs mécaniques réalisant à la fois l'ancrage sur le tube à réparer et l'étanchéité de la jonction Un de ces connecteurs réalise l'ancrage par des mors à rampe oblique venant prendre appui sur le tube et sur l'alésage du connecteur Les garnitures serrées lors du verrouillage des mors assurent l'étanchéité du connecteur. De tels connecteurs présentent des défauts d'étanchéité, lorsqu'ils sont exposés aux variations importantes de pression et de température dues notamment au fluage des garnitures. En effet, pour obtenir une étanchéité durable, il est nécessaire de dispo- ser d'un joint métallique Or, l'étanchéité de la jonction métal-métal ne peut être assurée efficacement entre le tube et le connecteur, soit dans l'espace réduit annulaire par suite des tolérances du tube, soit sur la tranche de la section du tube, l'épaisseur du tube étant trop limitée et non parfaitement circulaire. Un des buts de l'invention est de réaliser une jonction permettant d'as- surer un ancrage efficace et une bonne étanchéité en munissant l'extrémité d'un tube d'un collet qui permet l'augmentation de la portée du joint métallique. Lorsqu'on a formé un collet à une extrémité du tube, notamment en cas de remplacement d'un tronçon défectueux, on peut raccorder ladite extrémité à un tube intercalaire avec interposition du joint au moyen de dispositifs d'assemblage connus, tels que bride et contre-bride ou autres. L'opération de formage de collet sur une extrémité du tube est une opération relativement simple, si l'on peut la réaliser dans un atelier au moyen d'une presse d'emboutissage Par contre, lorsqu'il s'agit d'opérer au fond de la mer à des profondeurs importantes, par exemple supérieures à 200 m, une telle opération exige une machine de formage adaptée au travail en milieu marin et permettant d'assurer son automaticité grâce à une commande à distance depuis une structure flottante ou un sous-marin. L'invention a pour objet une machine de formage de collet, automatique et pilotée à distance pour travailler en immersion, ainsi qu'un procédé pour la mise en oeuvre d'une telle machine. Elle est caractérisée en ce qu'elle comporte un module de formage com- prenant un arbre central traversant le corps d'un vérin principal un piston du vérin coulissant sur l'arbre et portant à son extrémité un poinçon de formage, dont l'angle est adapté à la pente recherchée pour le collet, l'arbre central portant dans sa partie destinée à pénétrer à l'intérieur du tube à réparer des moyens de blocage interne destinés à s'appliquer avec force sur la face intérieure de la paroi du tube et capables de reporter l'effort de formagesurle tube lui-même, comprenant en outre des moyens de blocage externes s'appliquant sur la face externe de la paroi du tube pour empêcher sa déformation. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lumière de la description, qui suit, illustrant les diverses dispositions de l'objet de l'invention. Aux dessins annexes: la figure 1 représente un couplage mécanique sur collet en coupe schématique; la figure 2 une vue d'ensemble en coupe axiale de la machine de formage de collet selon l'invention; la figure 3 une vue en coupe axiale d'une moitié de la partie de l'ar- bre central qui pénètre à l'intérieur du tube à réparer; la figure 4 une vue de la face d'une bague expansible destinée à venir au contact du tube à réparer; et la figure 5 une vue en perspective d'une bague expansible du dispositif de blocage interne du tube. Une extrémité d'un tube 1, qui a été tronçonné pour en éliminer la partie défectueuse, a été évasée en collet 2, contre lequel s'applique une bride 3 Un tube intercalaire 4 qui doit être assemblé avec le tube 1 est muni d'une contre- bride 5, la bride 3 et la contre-bride 5 étant verrouillées par serrage au moyen d'un dispositif d'assemblage 6 Le profil de l'extrémité du tube intercalaire est adapté de façon à ce que la portée du joint 7 placé entre cette extrémité et la face intérieure du collet soit suffisante pour assurer une bonne étanchéité de la jonction. La machine servant à former un collet 11 sur le tube à réparer 1 est représentée à la figure 2 Cette machine comporte un module de formage compre- nant un arbre central 10 traversant le corps 12 d'un vérin principal Le piston 18 du vérin coulisse librement sur l'arbre 10 et porte à son extrémité un poinçon 13 dont l'angle est adapté à la pente recherchée du collet 11 L'arbre 10 porte dans sa partie qui pénètre à l'intérieur du tube à réparer un dispositif de blocage Interne 14 capable de reporter l'effort de formage sur le tube lui-même et comprenant deux bagues concentriques 21 et 22 (figure 3). La bague rigide 21 est rendue solidaire de l'arbre grâce à l'écrou 23. Sa face extérieure présente le profil en forme de quatre rampes coniques 24 de même direction et de même angle de pentes Une bague expansible 22 entoure la bague 21 et présente sur sa face intérieure un profil complémentaire en forme de quatre rampes coniques de mêmes pentes Aux deux côtés opposés, la bague 22 pré- sente des prolongements 25, grâce auxquels elle pourra être sollicitée en poussée axiale Des deux côtés du dispositif de blocage interne 14 sont fixés au moyen des écrous 30 et 31 sur l'arbre 10 deux corps de vérins 26 et 27, dont les pistons 28 et 29 exerceront chacun une poussée axiale en sens opposée sur la bague 22. Les moyens de blocage externe 17 du tube comprennent une bague expan- sible 32 dont la face extérieure présente le profil en forme de quatre rampes coniques 33 de la même direction et du même angle de pente Un seul côté de la bague porte un prolongement destiné à recevoir un poussée axiale Autour de la bague expansible 32 est placée une bague rigide 34, sur laquelle prend appui au moyen de boulons 37 un corps de vérin 35 contenant un piston 36 servant à action- ner la bague expansible dans un seul sens La bague rigide 34 présente sur sa face intérieure le profil complémentaire en forme de quatre rampes coniques Une bague intercalaire 38 coulissant sur le tube 1 assure le calage de la bague expan- sible 32 en sa position extrême contre une bride matrice 16. L'arbre 10 porte en amont des moyens de blocage interne un joint pour hydroformage 15, dont le rôle sera expliqué plus loin. Une extrémité latérale de la bague 34, notamment l'extrémité opposée à celle à laquelle est fixé le#corps de vérin 35, est destinée à venir en contact de la bride matrice 16, qui est enfilée sur l'extrémité du tube destiné à être munie de collet. Les bagues expansibles 22 et 32, dont l'une des faces présente le pro- fil de plusieurs rampes coniques, possèdent une structure spéciale destinée à ac- croître leur élasticité radiale Elles sont formées par découpage des saignées 40 dans une virole de métal, lesquelles saignées séparent des lames 41 qui sont reliées entre elles alternativement aux extrémités opposées par des boucles 42. Les boucles 42 peuvent servir en même temps de prolongements 25 sur lesquels prennent appui les pistons de vérins. La face de chaque bague expansible destinée à venir au contact de la paroi du tube peut être munie de stries assurant un meilleur accrochage au tube. L'angle de pente des rampes coniques de la bague 22 est d'environ de 200, tandis que celui des pentes de rampes coniques de la bague 32 peut être limité à 100, puisque cette bague ne sera pas désactivée après-formage du collet. Le fonctionnement de la machine se présente comme suit On enfile par l'extrémité du tube à réparer le dispositif de blocage externe 17 comprenant les bagues 32 et 34, la bague intercalaire 38 et la bride matrice 16, le corps de vérin 35 étant fixé à la bague 34 au moyen des vis 37 On introduit à l'intérieur du tube 1 la partie antérieure de l'arbre central portant les deux vérins 26 et 27 et les bagues 21 et 22 On actionne les vérins 26 et 35, de sorte que les bagues expansibles 22 et 32 glissent sur des rampes coniques et viennent serrer des deux côtés le tube t. Lorsque l'opération se déroule à l'état immergé dans l'eau, il est recom- mandé d'utiliser un joint pour hydroformage, tel que représenté en 15, placé sur l'arbre 10 en amont des moyens de blocage Son rôle est de boucher l'entrée du tube, car les bagues expansibles munies de saignées n'assurent aucune étanchéité à l'eau Une fois mis en place, le joint concourt, lors de l'action du poinçon 13, à la compression du volume d'eau au voisinage de la partie intérieure du tube desti- née à former le collet et à la transmission intégrale sur les parois du tube de la pression interne résultante de l'avancée du poinçon La réalisation d'un évasement en forme de collet sera ainsi grandement facilitée. On actionne le joint pour hydroformage 15 pour sa mise en place et on actionne le vérin principal 12 Le piston 18 coulisse librement sur l'arbre 10 et son poinçon 13 produit l'évasement du tube jusqu'à l'obtention du contact avec la bride matrice 16 Cette avancée du piston maintient la pression du volume d'eau entre le joint et le poinçon. Lorsque l'opération est terminée, on action le vérin 27 pour desserrer le contact entre la bague 22 et la paroi intérieure du tube et on retire longidudi- nalement l'arbre de l'intérieur du tube. Le dispositif de blocage externe 17 reste en place et n'est pas récupéré, tandis que la bride matrice 16 restera pour servir au couplage mécanique. Lors du formage de collets pour la réparation des canalisations immergées, le procédé de la mise en oeuvre de la machine selon l'invention comporte le place- ment au fond de la mer des tables de travail, au moyen desquelles on saisit et on positionne les extrémités des tubes à raccorder à un tube intercalaire, et la des- cente au moyen, par exemple d'un palonnier et la fixation sur la table de travail de la machine de formage On centre la machine de formage dans l'axe du tube à réparer, on place à l'extérieur du tube la bride matrice et les moyens de blocage extérieur, puis on introduit à l'intérieur du tube une partie de l'arbre central por- tant le dispositif de blocage intérieur On actionne à l'aide de vérins des bagues expansibles de blocage interne et externe on met en place le joint pour hydrofor- mage et on actionne le vérin principal Lorsque le collet a été formé, on désac- tive la bague du dispositif de blocage interne, on retire la machine de formage et on remonte la machine et la table de travail. Toutes ces opérations peuvent être effectuées par commande à distance, grâce aux relais de contrôle permettant de transmettre à une structure flottante des images de l'opération. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et de non- breuses variantes peuvent être apportées sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, le nombre de rampes coniques que présentent les bagues expansibles et leur inclinaison pourront être choisis en fonction de facteurs liés à la force à exercer et au coefficient de frottement des rampes. Les vérins servant à actionner les bagues expansibles peuvent être du type divers, par exemple des vérins circulaires, comme représentés selon le mode de réalisation décrit. REVENDICATIONS 1 Machine pour formage de collets servant à la réparation des canalisa- tions immergées transportant des fluides au moyen d'un couplage mécanique, carac- térisée en ce qu'elle comporte un module de formage comprenant un arbre cen- tral ( 10) traversant le corps ( 12) d'un vérin principal, un piston ( 18) du vérin coulis- sant sur l'arbre et portant à son extrémité un poinçon de formage ( 13) dont l'an- gle est adapté à la pente recherchée pour le collet, I'arbre portant dans sa partie destinée à pénétrer à l'intérieur du tube à réparer des moyens de blocage interne ( 14) destinés à s'appliquer avec force sur la face intérieure de la paroi du tube ( 1) et capables de reporter l'effort de formage sur le tube lui-même, comprenant en outre des moyens de blocage externe ( 17) s'appliquant sur la face externe de la paroi du tube pour empêcher sa déformation. 2 Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de blocage interne comprennent une bague rigide ( 21) solidaire de l'arbre et dont le profil de la face extérieure présente une ou plusieurs rampes coniques ( 24), dont les pentes ont la même direction et le même angle, et une bague expansible ( 22) entourant la bague rigide ( 21) et dont la face interne présente un profil com- plémentaire en forme d'une ou plusieurs rampes coniques, laquelle bague expansible ( 22) est susceptible, sous l'effet d'un déplacement axial, de se déplacer selon la pente des rampes coniques pour entrer en contact avec serrage avec la paroi inter- ne du tube, puis de relâcher le contact, ainsi que des moyens pour actionner la bague expansible. 3 Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de blocage extérieur comprennent une bague expansible ( 32), dont la face exté- rieure présente un profil en forme d'une ou plusieurs rampes coniques ( 33), et dont les pentes ont la même direction et le même angle, et une bague rigide ( 34) entourant la bague expansible ( 32), dont la face intérieure présente le profil complémentaire en forme d'une ou plusieurs rampes coniques, laquelle bague expan- sible est susceptible, sous l'effet d'un déplacement axial, d'exercer un effort de serrage sur la face extérieure du tube pour empêcher sa déformation. 4 Machine selon les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que chaque bague expansible, dont le profil de la section axiale porte des rampes coniques, est constituée par des lames longitudinales ( 41) séparées par des saignées ( 40) et reliées alternativement aux extrémités opposées par des boucles ( 42), confé- rant à la bague son élasticité radiale. Machine selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la face de la bague expansible ( 22, 32) destinée à entrer en contact avec la paroi du tube à réparer porte des stries pour un meilleur accrochage du tube. 6 Machine selon les revendication 1 à 5, caractérisée en ce que les moyens pour actionner la bague expansible ( 22) des moyens de blocage interne comprennent deux vérins ( 26, 27) solidaires de l'arbre central, placés aux deux extrémités latérales opposées de la bague expansible, les pistons ( 28, 29) de vérins s'appliquant contre lesdites extrémités, de sorte que la poussée exercée par l'un des vérins provoque l'activation de la bague avec serrage contre la paroi interne du tube et celle exercée par l'autre vérin la désactivation de la bague. 7 Machine selon les revendication 1 à 5, caractérisée en ce que les moyens pour actionner la bague expansible ( 32) des moyens de blocage externe du tube comprennent un vérin ( 35), solidaire de la bague rigide ( 34) desdits moyens de blocage. 8 Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arbre cen- tral porte en amont desmoyens de blocage interne ( 14) un joint pour hydroformage ( 15) servant à fermer de façon étanche l'entrée du tube pour permettre la trans- mission par eau de l'énergie fournie par le poinçon à la partie du tube en cours de formage de collet. 9 Procédé de formage de collet pour la réparation des canalisations im- mergées à l'aide de la machine selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on saisit et positionne au moyen d'une table de travail placéeau fond de la mer les extrémités de la canalisation à raccorder à un tube intercalaire et en ce que la machine de formage associée à -une poutre est descendue à l'aidedkun palonnier au niveau de la canalisation et est fixée sur la table de travail, on centre la machine de formage dans l'axe du tube à réparer, on place à l'extérieur du tube une bride matrice et les moyens de blocage extérieur, on introduit à l'intérieur du tube la partie de l'arbre central portant le dispositif de blocage interne capable de reporter l'effortde formage sur le tube lui-même, on actionne à l'aide de vérins les bagues expansibles de blocage interne et externe, on met en place un joint pour hydrofor- mage, on actionne le vérin principal de formage, puis, lorsque le collet a été formé, on désactive la bague de blocage interne et on retire longitudinalement la machine de formage et on remonte la machine et la table de travail.