Brevet FR2545147A1 — publié le 19841102

? L'invention concerne les tubes prolongateurs marins ou colonnes montantes marines pour le forage et la production en mer, à grande profondeur, et elle a trait en particulier à un ensemble d'accouplements pour un tel tube prolongateur. -Des tubes prolongateurs marins sont mis en place entre des navires flottant à la surface, ou des plates- formes, et des têtes de puits sous-marines pour des opéra- tions de forage et de production Les sections de colonnes sont tubulaires et ont un diamètre de l'ordre de 50 cm et une longueur de l'ordre de 15 mètres Elles sont assemblées à la surface et mises en place du navire ou de la plate- forme jusqu'à une tâte de puits sous-marine. Le tube prolongateur est habituellement soumis à une traction élevée à son extrémité supérieure afin d'éviter le flambage, et il est également soumis à des flexions dues aux courants de l'eau et/ou à la dérive du navire Ces forces de flexion sont périodiques et risquent donc de provoquer une défaillance par fatigue des consti- tuants de la colonne La flexion non seulement soumet à une traction les boulons placés sur le côté travaillant en tension d'un ensemble de raccords à bride, mais elle provoque également une déformation des brides, et une rota- tion provoque une flexion des boulons La flexion des boulons est importante, car ces boulons sont non seule- ment soumis normalement à des charges élevées mais, étant filetés, ils présentent, de par leur nature, des sites de concentration de contraintes lorsqu'un tel effort pério- dique important est appliqué. L'invention a pour objet de réduire la con- trainte périodique de flexion des boulons d'un ensemble d'accouplements à brides d'un tube prolongateur marin. Les deux accouplements de l'ensemble compren- nent chacun un tronçon tubulaire qui est soudé à la sec- tion correspondante de tube prolongateur, et des brides destinées à s'appliquer l'une contre l'autre Chaque bride présente une face intérieure surélevée et une face exté- rieure délimitant entre elles une partie évidée qui s'étend de préférence sur plus de 50 % de la largeur de la bride. Des trous pour boulons et des boulons sont disposés à travers la partie évidée de manière que, lorsque l'ensemble est constitué, les faces intérieure et extérieure soient amenées en contact sous une précharge élevée. L' évidement tend à concentrer la charge du boulonnage au bord intérieur de l'ensemble d'accouplements lorsque des efforts de traction et de flexion tendent à séparer les accouplements, à la différence de brides à faces plates La face extérieure permet un serrage du joint sans flexion de la bride et elle permet également d'appliquer une force et un bras de moment qui s'opposent davantage à une séparation initiale des surfaces intérieu- res des accouplements et qui limitent la séparation une fois que celle-ci s'est produite Cette action de l'accou- plement s'opposant à la séparation initiale du bord inté- rieur de l'accouplement et limitant ensuite la séparation limite également la rotation des surfaces des têtes des boulons opposées et, par conséquent, la rotation ou la flexion des boulons. L'invention s'applique en particulier à un accouplement comprenant un embout mâle intérieur qui réa- lise une étanchéité radiale avec les accouplements de l'ensemble En l'absence de cet embout rapporté, la sépa- ration initiale des surfaces en butée peut provoquer une fuite et l'aptitude des accouplements à limiter la rota- tion devient moins importante. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une coupe axiale de l'ensemble de connecteurs à l'état assemblé; et la figure 2 est une coupe axiale d'un connecteur, montrant l'évidement. Un tube prolongateur marin ou une colonne mon- tante marine, compris entre un navire flottant à la surface et une tête de puits sous-marine, est formé de plusieurs sections 10 et 12 de tube Chacune de ces sections présente normalement une longueur d'environ 15 mètres et un diamètre extérieur d'environ 50 cm Un premier accouplement 14 est soudé en un point 16 à une section 10 de tube prolongateur, tandis qu'un accouplement 18 est soudé en un point 20 à une section 12 du tube prolongateur Chaque accouplement comporte un tronçon tubulaire 22 ou 24 et une bride 26 ou 28 réalisée d'une seule pièce avec le tronçon tubulaire. Chaque bride présente une face surélevée 30 s'étendant sur toute sa circonférence intérieure, et une face surélevée 32 s'étendant sensiblement sur toute sa circonférence extérieure Un évidement 34 est ménagé entre les deux faces surélevées, sur toute la circonférence De préférence, la dimension radiale de l'évidement 34 est supérieure à 50 % de la dimension radiale totale de la face de la bride comprenant les faces 30 et 32 ainsi que l'évidement 34 Ceci assure une répartition importante des charges de la manière décrite ci-dessous. Chaque accouplement comporte un congé 36 de dimension importante qui suélève de la surface supérieure de la bride, en un point situé à l'extérieur de l'axe central-de deux trous, sur une distance, mesurée le long du tube prolongateur, sensiblement double de la distance radiale ou profondeur de la bride Cette dernière présente, sur sa périphérie, six trous 38 à boulons comprenant chacun un méplat 40 usiné dans le congé Plusieurs boulons 42 passent dans les trous prévus à cet effet, les têtes 44 des boulons et des écrous 46 agissant contre les surfaces plates respectives usinées sur les brides. Lorsque l'assemblage des accouplements est réalisé, le boulon est tendu de façon que chacune des faces établisse un contact sur une charge élevée -La charge appliquée à chacune des faces est supérieure à celle qui s'exercerait dans le cas d'une bride à face plate De plus, à ce moment, le boulon est préchargé et contraint en con- séquence au niveau de précharge Lorsqu'une traction est appliquée directement au tube prolongateur, le boulon limite le mouvement en un point excentré par rapport à la charge. Par conséquent, les faces intérieures 30 tendent à se séparer, mais une charge élevée est tolérée avant la séparation en raison de la forte précharge appliquée à ces faces. Etant donné que le boulon est plus élastique que la bride comprimée, une très faible déformation supplémentaire se produit dans le boulon jusqu'au point de séparation Par conséquent, l'application de charges périodiques jusqu'au niveau de précharge peut se produire avec seulement une variation nominale de la contrainte du boulon. Lorsqu'une flexion du tube prolongateur a lieu, le côté sous traction de l'ensemble d'accouplements réagit sensiblement de la même manière que sous une traction directe Les tubes prolongateurs marins subissent des charges de flexion périodiques élevées, faisant varier cycliquement cette charge de traction. En l'absence de la face extérieure, la bride supérieure tendrait à pivoter vers le bas sous l'effet de la charge de traction et à se séparer, et cette flexion augmenterait sensiblement après la séparation-des faces. La face extérieure 32 étant en contact, elle oppose à un bras de moment résistant à la flexion de la bride, de sorte que les surfaces 40 de boulonnage tendent à rester parallèles entre elles, diminuant ainsi la flexion des boulons 42 Les boulons étant déjà fortement chargés en traction et portant des filets, le fait d'éviter une charge supplémentaire de flexion est important pour empêcher une rupture par fatigue des boulons. On peut voir que la plage de déformations du boulon est réduite Etant donné que cette plage de défor- mations affecte les détériorations par la fatigue, la durée de vie de l'ensemble d'accouplements de tube prolon- gateur est accrue. Un manchon intérieur 50 comporte des dispositifs 52 assurant l'étanchéité radiale entre ce manchon et chacun des accouplements Avec un joint de cetype à embout mâle et embout-femelle, la séparation à l'interface 30 des brides est tolérable sans fuite du raccord Bien qu'un embout ou tube rapporté flottant 50 soit représenté, un embout soudé à l'un des éléments pourrait également être utilisé avec la bride décrite L'invention est particulièrement utile à des raccords du type à embout mâle et embout femelle, car la face extérieure 32 limite de façon particulièrement efficace la flexion après la séparation de la face 30, ce qui ne pourrait pas être toléré dans des raccords exi- geant constamment l'étanchéité aux faces en contact. On peut donc voir que, quand bien même le joint est conçu pour maintenir les faces 30 en contact l'une avec l'autre sous les charges normales prévues, l'invention offre une structure pouvant résister aisément à des charges élevées imprévues En outre, même avant la séparation des faces intérieures, la flexion du boulon est réduite. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'ensemble d'accouplements décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Ensemble d'accouplements pour tube prolonga- teur marin, conçu pour supporter des efforts de traction élevés et des efforts périodiques de flexion, caractérisé en ce qu'il comporte un premier accouplement ( 14) compre- nant un tronçon tubulaire ( 22) soudé à une section ( 10) de tube prolongateur et réalisé d'une seule pièce avec une - bride ( 26), un second accouplement ( 18) comprenant un tron- çon tubulaire ( 24) soudé à une section ( 12) de tube pro- longateur et réalisé d'une seule pièce avec une bride ( 28), chacune des brides présentant, sur sa surface, une face surélevée ( 30) s'étendant sur toute sa circonférence inté- rieure, une face surélevée ( 32) s'étendant sensiblement sur toute sa circonférence extérieure, et un évidement ( 34) compris entre les faces surélevées et s'étendant sur toute la circonférence, les deux brides présentant plusieurs trous ( 38) pour boulons traversant la zone de l'évidetient et pouvant être alignés entre eux, et plusieurs boulons ( 42) passant dans ces trous et fixant les brides l'une à l'autre de façon que leurs faces intérieures et extérieures soient en contact sous une charge élevée. 2 Ensemble d'accouplements selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la dimension radiale de l'évidement est supérieure à 50 % du total des dimensions radiales de l'évidement et des faces intérieure et exté- rieure. 3 Ensemble d'accouplements selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte un congé extérieur ( 36) reliant le bord intérieur de la bride à la surface extérieure du tronçon tubulaire et s'étendant à partir d'un point situé à l'extérieur de l'axe central des trous pour boulons, la dimension du congé le long du tronçon tubulaire étant notablement supérieure à celle mesurée en travers de la brideet des surfaces plates ( 40) étant usinées dans le congé, à l'emplacement des trous pour bou- lons. 4 Ensemble d'accouplements selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte également un embout ( 50) s'étendant longitudinalement entre les accouplements, et des dispositifs ( 52) assurant l'étanchéité radiale entre l'embout et au moins l'un des accouplements.