Brevet FR2545148A1 — 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 la colonne montante sont tubulaires, d'un diamètre de l'ordre de 50 cm et d'une longueur de l'ordre de 15 mètres Elles sont assem- blées à la surface et mises en place du navire jusqu'à la tête de puits Lors de leur assemblage, une section est d'abord guidée et raccordée dans une section précédente et le raccord est ensuite boulonné Par conséquent, il est souhaitable que le guidage et le raccordement soient aisés. Le tube prolongateur est habituellement soumis à une forte traction à son extrémité supérieure afin d'évi- ter le flambage, et il est également soumis à des flexions périodiques dues aux courants et/ou à la dérive du navire. Le tube prolongateur doit rester étanche pendant toute sa durée de vie pour empêcher l'introduction d'eau de mer et/ou la fuite de boue pendant le forage, et la fuite possible du pétrole pendant la production, malgré les charges pério- diques qui: lui sont appliquées. La manipulation de grandes sections de tube prolongateur peut provoquer une détérioration des accouple- ments Il est donc souhaitable de permettre, de par la conception, une tolérance concernant ces détériorations et/ou leur réparation aisée L'ensemble d'accouplements selon l'invention comprend deux accouplements situés aux extrémités adjacentes de sections d'un tube prolongateur marin, un tube rapporté de raccordement étant ajusté dans les accouplements Chaque accouplement comporte une bride qui est réalisée d'une seule pièce avec un tronçon tubulaire du connecteur qui est lui-même soudé sur la section de tube prolongateur. Les tronçons tubulaires de chaque accouplement comportent une partie de diamètre intérieur supérieur à celui des sections du tube prolongateur auxquelles elles sont reliées, et le tube de raccordement s'ajuste dans cette partie de plus grand diamètre, ce tube de raccorde- ment ayant avantageusement un diamètre intérieur à peu près égal à celui des sections de tube prolongateur adjacentes. Les brides présentent plusieurs trous pouvant être alignés et elles sont fixées l'une à l'autre par des boulons pas- sant dans ces trous, de façon à être en contact l'une avec l'autre. L'étanchéité est assurée radialement entre le tube de raccordement et l'accouplement par un joint torique logé dans une gorge du tube de raccordement Une bague de retenue, pouvant être contractée, est logée dans une gorge ménagée dans le tube de raccordement et dans une gorge ménagée dans l'accouplement afin de fixer le tube de raccordement dans l'un des accouplements. Le guidage de raccordement est facilité par le fait que le tube rapporté de raccordement comporte, à proximité de son extrémité extérieure, un tronçon de faible diamètre et, vers son centre, un tronçon de plus grand diamètre En outre, le recouvrement de guidage entre le tube rapporté de raccordement et l'accouplement est supérieur au chevauchement de guidage entre les lignes raccordées de duse, de sorte que le guidage initial s'ef- fectue sur le tube rapporté et que le tube prolongateur peut ensuite être tourné pour guider aisément les lignes de duse. Les deux accouplements sont de préférence iden- tiques de manière que les tubes rapportés de raccordement puissent être placés-dans l'un ou l'autre des accouplements, ce qui offre la possibilité de mettre en place la colonne montante en utilisant des tubes de raccordement orientés vers le haut ou vers le bas, comme souhaité En outre, en cas de détérioration du tube rapporté, ce dernier peut être démonté et remplacé Tout travail de réparation doit être effectué uniquement sur le tube rapporté de raccordement, dont la manipulation est relativement aisée, plutôt que sur l'ensemble de la section de colonne ou de tube prolon- gateur. Un connecteur à brides, même boulonné rigidement, présente certains mouvements lors de flexions telles que celles auxquelles le tube prolongateur est soumis Même si le tube rapporté de raccordement était emboîté à force, avec un ajustement serré, il se desserrerait, contraire- ment à un embout mâle usiné à l'extrémité d'une section de tube prolongateur Par conséquent, la déformation de flexion du connecteur est absorbée aux deux extrémités du tube ou embout de raccordement, absorbant ainsi la moitié du mouvement différentiel à chaque extrémité Ceci minimise le mouvement différentiel devant être absorbé par les joints et améliore donc l'étanchéité à long terme du connecteur. Il est connu que, même avec l'usinage le plus précis d'accouplements de grande dimension, une certaine ovalité apparaît une fois l'usinage achevé Dans le cas d'un embout mâle formé d'une seule pièce avec l'une des brides, l'ovalité des sections jointives ne peut être totalement absorbée par déformation de l'embout L'embout ou tube rapporté de raccordement, relativement libre, qui n'est pas renforcé par une bride, peut se déformer afin d'absorber l'ovalité des sections adjacentes, améliorant ainsi les capacités d'étanchéité. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels v la figure 1 est une coupe axiale d'un ensemble à connecteur achevé; la figure 2 est une coupe axiale partielle de l'embout ou tube rapporté de raccordement; la figure 3 est une coupe axiale partielle d'un détail de l'embout rapporté et des moyens complémentaires de retenue; et la figure 4 est une coupe axiale éclatée de l'accouplement immédiatement avant le guidage. Des sections 10 et 12 de colonne montante ou tube mrolonaateur marin comportent des accouplements 14 et 16 qui leur sont soudés en des emplacements 18 et 20 Chaque connecteur comprend un tronçon tubulaire 22 ou 24 et une bride 26 ou 28 réalisés d'une seule pièce l'un avec l'autre. Chaque tronçon tubulaire comporte une partie de diamètre intérieur 30 supérieur au diamètre intérieur 32 de la section de colonne Le diamètre intérieur 34 d'un tube ou embout rapporté 36 est sensiblement égal au dia- mètre intérieur de la section de tube prolongateur. L'embout rapporté est tubulaire et le côté extérieur de chacune de ses extrémités correspond sensi- blement à la forme intérieure du tronçon tubulaire corres- pondant L'embout est également logé totalement à l'inté- rieur du tronçon tubulaire. La surface périphérique intérieure-de chaque tronçon tubulaire présente une gorge 38 ou 40 de retenue de manchon Une gorge 42 de retenue d'embout est ménagée dans la surface périphérique extérieure de l'embout ou tube rapporté 36 Un anneau fendu 44 de retenue est logé partiellement dans la gorge de retenue de manchon et reste partiellement à l'intérieur de la gorge de retenue d'embout afin que l'embout rapporté 36 soit retenu dans le connec- teur 16. Les brides des deux accouplements présentent plusieurs trous 46 qui peuvent être alignés de façon à recevoir plusieurs boulons 48 fixant les brides l'une à l'autre, en contact l'une avec l'autre. L'embout ou tube rapporté 36 présente un premier diamètre extérieur 50 relativement grand vers sa partie centrale et un second diamètre 52, plus faible, vers son extrémité extérieure Ainsi qu'on peut mieux le voir sur la figure 4, ceci facilite le guidage initial du connec- teur. Les deux connecteurs sont identiques Bien que la gorge 38 de retenue de manchon ne soit pas utilisée, comme représenté, l'anneau de retenue pourrait être placé dans la partie supérieure de la gorge de l'embout rapporté afin que ce dernier soit retenu dans le connecteur supé- rieur 14 plutôt que dans le connecteur inférieur 16. L'anneau 44 de retenue est de préférence rappelé vers l'intérieur afin d'occuper normalement la position illustrée sur la figure 2 Dans tous les cas, l'anneau doit être comprimé vers cette position pour le montage de l'embout rapporté 36 dans l'accouplement 16 Un anneau 54 de verrouillage est maintenu à ce moment dans la position haute illustrée sur la figure 2. Lorsque l'embout ou tube rapporté a été mis en place dans l'accouplement, si l'anneau 44 de retenue se détend élastiquement vers l'extérieur pour pénétrer dans la gorge 40, l'anneau 54 de verrouillage est simplement déplacé vers le bas pour soutenir l'anneau de retenue. Si ce dernier ne s'expanse pas Plastiquement, la face 56 de l'anneau de verrouillage déplace à force l'anneau de retenue vers l'extérieur en même temps que l'anneau 54 de verrouillage est déplacé-vers le bas Après que l'anneau 54 de verrouillage a été abaissé, un anneau 58 de blocage, qui peut se présenter sous la forme d'une bague torique, est mis en place audessus de l'anneau de verrouillage afin d'empêcher tout mouvement indésirable de montée de cet anneau de verrouillage. Une entaille 60 de l'anneau de verrouillage lui permet d'être saisi pour être déplacé vers le haut lors du démontage du raccord En outre, dans le cas o l'anneau de retenue ne se dégage pas, une face 62 à 450 repousse l'anneau vers l'intérieur lors du mouvement de montée de l'embout rapporté. Un élément d'étanchéité radial, se présentant sous la forme d'un joint torique 66 logé dans une gorge 68, est prévu sur la partie de faible diamètre de l'embout rapporté, à une extrémité Un joint torique similaire 70 logé dans une gorge 72 est placé sur l'extrémité opposée de l'embout rapporté Des joints toriques 74 logés dans des gorges 76 constituent un second dispositif d'étanchéité sur des tronçons de plus grand diamètre de l'embout rapporté, à chacune de ses extrémités Non seulement ces joints doublent l'étanchéité à chaque extrémité de l'embout, mais ils con- tribuent au centrage de ce dernier à l'intérieur du tronçon tubulaire, améliorant ainsi la capacité d'étanchéité de chaque joint torique. L'embout peut se déplacer librement par rapport aux accouplements, sur de petites distances, car il n'est soudé à aucun d'eux Par conséquent, l'apparition d'une déformation dans les accouplements sous,'effet d'une flexion peut être absorbée aux deux extrémités de l'embout rapporté, contrairement aux connecteurs dans lesquels l'embout est réalisé d'une seule pièce avec l'un des accouplements Par conséquent, le mouvement différentiel entre les surfaces d'étanchéité est divisé de moitié, ce qui améliore l'aptitude du connecteur à maintenir l'étan- chéité lors des flexions périodiques qu'il subit. Des lignes 80 et 82 de duse sont fixées libre- ment aux brides correspondantes 26 et 28, la ligne 80 com- portant un raccord femelle 84 de guidage et la ligne 82 un raccord male 86 de guidage, Le chevauchement de guidage est la profondeur de pénétration du raccord guidé Il s'ensuit que l'él 4- ment de guidage présentant le chevauchement maximal de guidage est le premier à s'enclencher lors d'une opération de guidage et de raccorderaient Ainsi qu'on peut mieux le voir sur la figure 4, l'enclenchement initial de guidage se produit entre le diamètre extérieur 52 de l'embout rapporté 36 et le diamètre extérieur 30 du connecteur 14, cette partie du connecteur présentant le chevauchement de guidage maximal Cette différence de diamètre simplifie le guidage initial du branchement. Après le guidage initial, la partie 50 de plus grand diamètre extérieur de l'embout rapporté 36 porte contre la surface intérieure 30, amenant le branchement en alignement précis Ce chevauchement de guidage est supérieur à celui des lignes de duse. Après que les lignes de duse ont été convenable- ment tournées pour s'enclencher, le raccordement est réalisé en totalité afin d'enclencher mutuellement les raccords 86 et 84 des lignes de duse. Les brides sont ensuite fixées étroitement l'une à l'autre au moyen de plusieurs boulons 48. 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 destiné à un tube prolongateur marin soumis à des charges de traction et de flexion élevées, caractérisé en ce qu'il comporte un premier accouplement ( 1-4) comprenant 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 ( 16) comportant un tronçon tubulaire ( 24) soudé à une sec- tion ( 12) de tube prolongateur et réalisé d'une seule pièce avec une bride ( 28), les tronçons tubulaires des deux accou- plements présentant une partie dont le diamètre intérieur ( 30) est supérieur au diamètre intérieur ( 32) de la section de tube prolongateur, la surface périphérique intérieure du tronçon tubulaire d'au moins l'un des accouplements présentant une gorge ( 38 ou 40) de retenue de manchon, des-organes étant destinés à fixer les brides en contact l'une avec l'autre, l'ensemble comprenant également un embout tubulaire rapporté ( 36) dont la forme extérieure de chaque extrémité correspond sensiblement à la forme intérieure d'un tronçon tubulaire correspondant, cet embout pouvant être logé en totalité dans les tronçons tubulaires, au moins un dispositif d'étanchéité ( 66 ou 70) destiné à assurer l'étanchéité radiale entre l'embout rapporté et un tronçon tubulaire correspondant, à chaque extrémité dudit embout, une gorge ( 42) de retenue d'embout ménagée dans la surface périphérique extérieure de l'embout rapporté, et un anneau ( 44) de retenue logé dans cette gorge et mobile vers l'extérieur pour pénétrer partiellement dans la gorge de retenue de manchon lorsque l'embout rapporté est placé à l'intérieur d'un accouplement, afin que cet embout rapporté soit retenu de façon libre à l'intérieur de l'un des accouplements. 2 Ensemble d'accouplements selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les organes de fixation comprennent plusieurs trous ( 46) ménagés dans les brides des deux accouplements de façon à pouvoir être alignés les uns sur les autres, et plusieurs boulons ( 48) destinés à boulonner les brides en contact l'une avec l'autre. 3 Ensemble d'accouplements selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'embout rapporté présente, à chaque extrémité, un premier diamètre extérieur ( 50) augmentant vers sa partie centrale, et un second diamètre ( 52) diminuant vers l'extrémité extérieure, de façon à faciliter le guidage des sections de tube prolongateur. 4 Ensemble d'accouplements selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'embout présente un diamètre intérieur sensiblement égal à celui de la section de tube prolongateur à laquelle les accouplements sont soudés. Ensemble d'accouplements selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que chacun des accouplements présente une gorge ( 38 ou 40) de retenue de manchon, les accouplements étant identiques. 6 Ensemble d'accouplements selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'anneau de retenue com- prend un anneau fendu ( 44) rappelé vers l'intérieur, un anneau ( 54) de verrouillage, rappelé vers l'intérieur, pouvant coulisser dans la gorge de retenue d'embout et étant conçu pour se glisser en arrière de l'anneau de retenue lorsque ce dernier est bloqué dans la gorge de retenue de manchon, un organe ( 58) de blocage étant des- tiné à retenir l'anneau de verrouillage en arrière de l'anneau de retenue. 7 Ensemble d'accouplements selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le dispositif d'étanchéité comprend une gorge ( 68, 72 et 76) ménagée dans l'embout et une bague torique ( 66, 70 ou 74) logée dans la gorge. 8 Ensemble d'accouplements selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce qu'il comporte également des dispositifs d'étanchéité ( 66, 70, 74) sur les parties de diamètre croissant et décroissant à chaque extrémité de l'embout. 9 Ensemble d'accouplements selon la revendi- cation 5, caractérisé en ce qu'il comporte une ligne ( 80 ou 82) de duse fixée à chaque section de tube prolongateur et comprenant un raccord femelle ( 84) de guidage fixé à l'une des brides et un raccord mâle ( 86) de guidage fixé 1 O à l'autre bride, le chevauchement de guidage des raccords de duse étant inférieur au chevauchement de guidage de la partie de grande dimension de l'embout rapporté et de l'accouplement, afin que le guidage initial se produise entre l'embout rapporté et l'accouplement; Ensemble d'accouplements selon la revendi- cation 9, caractérisé en ce que le chevauchement de guidage de la partie de grande dimension de l'embout rapporté et de l'accouplement est supérieur au chevauchement de guidage du raccord de duse. 11 Ensemble d'accouplements selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce que l'embout présente un dia- mètre intérieur sensiblement égal à celui de la section de tube prolongateur à laquelle les accouplements sont soudés, et en ce que chacun des accouplements présente une gorge ( 38 ou 40) de retenue de manchon, les accouple- ments étant identiques. 12 Ensemble d'accouplements selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce qu'une ligne ( 80 ou 82 > de duse est fixée à chaque section de tube prolongateur et com- prend un raccord femelle ( 84) de guidage fixé à l'une des brides et un raccord mâle ( 86) de guidage fixé à l'autre bride, le chevauchement de guidage des raccords de duse étant inférieur au chevauchement de guidage de la partie de grande dimension de l'embout rapporté et de l'accouple- ment, afin qu'un guidage initial se produise entre l'embout rapporté et l'accouplement. 13 Ensemble d'accouplements selon-la revendi- cation 11, caractérisé en ce qu'une ligne de duse ( 80 ou 82) est fixée à chaque section de tube prolongateur et comprend un raccord femelle ( 84) de guidage fixé à l'une des brides et un raccord mâle ( 86) de guidage fixé à l'autre bride, le chevauchement de guidage des raccords de duse étant inférieur au chevauchement de guidage de la partie de grande dimension de l'embout rapporté et de l'accouple- ment, de manière qu'un guidage initial se produise entre l'embout rapporté et l'accouplement. 1 1 51 14 Ensemble d'accouplements selon la revendi- cation 5, caractérisé en ce que le dispositif d'étanchéité comprend une gorge ( 68, 72 ou 76) ménagée dans l'embout et une bague torique ( 66, 70 ou 74) logée dans la gorge, des dispositifs d'étanchéité étant prévus sur les parties de diamètre croissant et décroissant situées à chaque extré- mité de l'embout. Ensemble d'accouplements selon la revendi- cation 5, caractérisé en ce qu'une ligne de duse ( 80 ou 82) est fixée à chaque section de tube prolongateur et comprend un raccord femelle ( 84) de guidage fixé à l'une des brides et un raccord mâle ( 86) de guidage fixé à l'autre bride, le chevauchement de guidage des raccords de duse étant inférieur au chevauchement de guidage de la partie de grande dimension de l'embout rapporté et de l'accouple- ment, afin qu'un guidage initial se produise entre l'embout rapporté et l'accouplement. 16 Ensemble d'accouplements selon la revendi- cation 14, caractérisé en ce qu'une ligne de duse ( 80 ou 82) est fixée à chaque section de tube prolongateur et comprend un raccord femelle ( 84) de guidage fixé à l'une des brides et un raccord mâle ( 86) de guidage fixé à l'autre bride, le chevauchement de guidage des raccords de duse étant inférieur au chevauchement de guidage de la partie de grande dimension de l'embout rapporté et de l'accouple- ment, de manière qu'un guidage initial se produise entre l'embout rapporté et l'accouplement. 17 Ensemble d'accouplements pour un tube pro- longateur marin soumis à des charges de traction et de flexion élevées, caractérisé en ce qu'il comporte un premier accouplement ( 14) comprenant un tronçon tubulaire ( 12) soudé à une section ( 10) de tube prolongateur et réalisé d'une seule pièce avec une bride ( 26), un second accouple- ment ( 16) comprenant un tronçon tubulaire ( 24) soudé à un tronçon ( 12) de tube prolongateur et réalisé d'une seule pièce avec une bride ( 28), les tronçons tubulaires des accouplements présentant une partie de diamètre intérieur plus grand que le diamètre intérieur de la section de tube prolongateur, la surface périphérique intérieure du tronçon tubulaire de chaque accouplement présentant une gorge ou 40) de retenue de manchon, les brides des deux accouple- ments présentant plusieurs trous ( 46) pouvant être alignés les uns sur les autres et destinés au passage de boulons ( 48) destinés à boulonner les brides en contact l'une avec l'autre, l'ensemble comprenant également un embout tubulaire rapporté ( 36) dont la forme extérieure de chaque extrémité correspond sensiblement à la forme intérieure d'un tronçon tubulaire correspondant, le diamètre intérieur de cet embout étant sensiblement égal à celui de la section de tube pro- longateur et l'embout pouvant âtre logé en totalité dans les tronçons tubulaires, au moins un dispositif ( 66, 70) d'étanchéité assurant l'étanchéité radiale entre l'embout rapporté et un tronçon tubulaire correspondant, à chaque extrémité de l'embout, la surface périphérique extérieure de l'embout rapporté présentant une gorge ( 42) de retenue d'embout, et un anneau ( 44) de retenue étant logé dans cette gorge et pouvant se déplacer partiellement vers l'extérieur pour pénétrer dans ladite gorge de retenue de manchon lorsque l'embout rapporté est logé dans un accouple- ment, afin que ledit embout rapporté soit retenu librement à l'intérieur de l'un des accouplements. 18 Ensemble d'accouplements selon la revendi- cation 17, caractérisé en ce que l'anneau de retenue est un anneau fendu rappelé vers l'intérieur, un anneau ( 54) de verrouillage, rappelé vers l'intérieur, pouvant coulisser dans la gorge de retenue de manchon étant conçu pour se glisser derrière l'anneau de retenue lorsque ce dernier est bloqué dans la gorge de retenue de manchon O et un organe ( 58) de blocage étant destiné à retenir l'anneau de verrouillage en arrière de l'anneau de retenue, les dispositifs d'étanchéité étant disposés à la fois sur les parties de diamètre croissant et décroissant de chaque extrémité de l'embout et ces dispositifs présentant une gorge ( 68, 72 ou 76) ménagée dans l'embout et une bague torique 19 Ensemble d'accouplements selon la revendi- cation 18, caractérisé en ce qu'une ligne de duse ( 80 ou 82) est fixée à chaque section de tube prolongateur et comprend un raccord femelle ( 84) de guidage fixé sur l'une des brides et un raccord mâle ( 86) de guidage fixé à l'autre bride, le chevauchement de guidage des raccords de duse étant inférieur au chevauchement de guidage de la partie de grande dimension de l'embout rapporté et de l'accouple- ment, afin qu'un guidage initial se produise entre l'embout rapporté et l'accouplement.