Brevet FR2563608A1 — publié le 19851031

- 1 - 2563609 La présente invention est relative à une conduite calorifugée pour le transport de fluides, utilisable en particulier mais non exclusivement pour le transport d'hydrocarbures produits par des puits sous-marins. Le problème du calorifugeage des conduites sous-marines de production se pose en particulier pour l'exploitation de gisements d'huiles lourdes qui risquent de figer lors de leur transport entre le puits et la plate-forme par suite de pertes thermiques dans la conduite entourée d'eau de mer, le calorifugeage étant également nécessaire pour éviter la formation d'hydrates auxquels sont sujets certains pétroles bruts pendant leur refroidissement. Il a déjà été proposé de réaliser des conduites calorifugées comportant un tube ou noyau central, essentiellement rigide, dont la paroi extérieure est entourée concentriquement d'une gaine tubulaire, elle-même rigide, et dans lesquelles une matière d'isolation, telle qu'une mousse de polyuréthane, est injectée dans l'espace annulaire formé autour de la surface extérieure du noyau. Cette injection de mousse peut être effectuée soit à terre soit sur barge. Il s'est avéré dans la pratique que de telles injections de mousse étaient difficiles à réaliser sur barge avant la pose de la conduite et, lorsqu'elles sont réalisées à terre, des problèmes importants se posent en ce qui concerne la manutention de la conduite rigide réalisée. Un autre inconvénient important des conduites réalisées jusqu'à présent est leur faible résistance à l'écrasement, ne dépassant généralement pas 5 bars, ce qui leur confère une tenue insuffisante aux contraintes extérieures, et en particulier la pression hydrostatique qui dans les conditions modernes d'exploitation peut être supérieure à 20 bars. La présente invention se propose de réaliser une conduite calorifugée comportant autour d'un tube ou noyau, de préférence flexible, une structure d'isolation thermique offrant en particulier une bonne résistance aux contraintes extérieures, en particulier vis-à-vis de l'écrasement, ayant un faible coefficient de conductibilité thermique, pouvant conserver ses propriétés physiques en présence d'eau de mer et ayant une absorption d'eau très faible, même sous pression et à des températures relativement élevées, notamment de l'ordre de 60'à 1000C. Dans la présente demande le terme "flexible" s'entend pour désigner toute structure, le cas échéant rigide, apte à être enroulée sans dommage sur des tourets d'un diamètre ne dépassant pas 10 m. L'invention est plus particulièrement applicable avec des tubes ou noyaux flexibles comportant une gaine interne d'étanchéité, des armures de renforcement et un revêtement extérieur de protection, ces tubes pouvant également comporter une carcasse métallique de résistance à l'écrasement. De - 2 -2563603 tels tubes sont fabriqués et commercialisés en grandes longueurs et en différents diamètres par la Société Coflexip. La conduite selon l'invention se caractérise essentiellement par le fait qu'elle comporte autour du tube ou noyau interne une pluralité de cloisons annulaires réparties sur la longueur dudit noyau et solidaires de celui-ci, un matériau d'isolation remplissant les chambres annulaires ménagées entre les faces frontales des cloisons successives et le revêtement extérieur du noyau interne, et une gaine externe extrudée en continu concentriquement audit noyau et solidaire des surfaces périphériques desdites cloisons annulaires, et dudit matériau d'isolation. Dans un mode particulier de réalisation, les cloisons sont séparées les unes des autres et de préférence réalisées individuellement, notamment par moulage, directement sur le noyau, d'une matière appropriée, notamment du polyuréthane modifié, et sont espacées le long du noyau à des intervalles compris entre 20 et 200 m, en fonction des conditions de service. Ces cloisons présentent une étendue radiale à partir de leur diamètre intérieur comprise entre 20 et 100 mm, et une épaisseur comprise entre 100 et 250 mm. Dans un second mode de réalisation, les cloisons annulaires sont reliées entre elles par une âme tubulaire, à partir de laquelle elles s'étendent, ladite âme tubulaire entourant coaxialement le noyau interne. Dans les deux modes de réalisation, les surfaces périphériques externes des cloisons peuvent comporter des moyens, tels que des nervures et/ou des saillies favorisant la mise en place et la tenue d'un produit d'adhérisation à la gaine extérieure extrudée autour du noyau muni desdites cloisons. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, chacune des cloisons comporte au moins un évidement radial interne faisant communiquer le revêtement extérieur du noyau interne de la conduite,' et l'extérieur de la conduite en débouchant dans un orifice correspondant ménagé dans la gaine externe de la conduite. A cet effet, une rainure périphérique formant un affaiblissement d'épaisseur du revêtement est ménagée dans celui-ci réalisant une zone de rupture préférentielle en cas de surpression de gaz. Cette forme de réalisation convient dans le cas d'un noyau sujet à des diffusions de gaz, les évidements assurant des chemins préférentiels de passage du gaz diffusé évitant le passage de celui-ci dans le matériau d'isolation thermique entre les cloisons. Le matériau d'isolation peut être mis en place par tout moyen approprié. En particulier, il est possible dans un mode de réalisation de l'invention d'injecter une mousse, notamment de polyuréthane, entre des - 3 -2563603 cloisons annulaires précédemment mises en place sur le noyau, ou à l'intérieur d'un corps creux sous forme d'une partie de coquille ayant comme diamètre intérieur celui du diamètre extérieur du noyau, augmenté de quelques mm correspondant à l'épaisseur d'une bande nécessaire pour le rattrapage du jeu résultant entre le noyau et la coquille. Cette bande peut être réalisée par exemple en caoutchouc, PVC alvéolaire ou autre. Cependant, dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, le matériau d'isolation est mis en place par spiralage, autour du noyau, d'un profilé en forme de bande ou de tube que l'on enroule selon un pas déterminé et en un nombre de couches approprié correspondant au-diamètre des cloisons annulaires. Il est possible selon l'invention de combiner le cas échéant les modes d'application du matériau d'isolation, celui-ci pouvant pour partie être appliqué par injection, pour partie par spiralage, ou être effectué en coquille et pour partie par spiralage. Dans un premier exemple d'exécution du spiralage, on peut utiliser une bande par exemple en PVC, PVCC, PC, expansé obtenu soit par extrusion, soit par raboutage de bandes découpées dans des plaques moulées; ou un profilé extrudé par exemple en PP, PPO, PVCC, que l'on applique sur le noyau interne par déformation. On confère à de tels profilés sous forme de bande par exemple une largeur de l'ordre de 0,5 à 10 cm et une épaisseur de l'ordre de 5 à 30 mm, la valeur de la déformation plastique variant selon l'épaisseur du profilé et le diamètre du noyau entre 2 à 10 %. De tels profilés possèdent une grande résistance à la traction permettant leur spiralage par machine tournante, à partir de bobines o les profilés sont stockés en très grande longueur. Le raboutage s'effectue par collage. Dans un second mode d'exécution de l'invention, on peut spiraler à grands pas des tubes par exemple en PPO, PVCC, PE de diamètre pouvant varier entre 5 et 30 mm et d'épaisseur 0,5 à 4 mm. Ces tubes peuvent être remplis d'un matériau isolant par exemple des billes en polystyrène pour limiter le phénomène de convection. Dans les deux modes d'exécution, le spiralage s'effectue avec un certain jeu qui confère à la structure de conduite une grande flexibilité compatible, le cas échéant, avec celle du tube ou noyau interne. Il est également possible de placer entre les cloisons annulaires des disques ou des coquilles obtenus par moulage de produits polymériques expansés. On peut réaliser ainsi selon l'invention notamment des conduites flexibles calorifugées en grande longueur. -4- 2563608 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description suivante d'exemples particuliers de réalisation donnés à titre nullement limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue très fragmentaire et schématique d'un tronçon de conduite selon un premier mode de réalisation, - la figure 2 est une vue fragmentaire schématique d'un tronçon de conduite selon un second mode de réalisation, - la figure 3 est une vue également fragmentaire et schématique d'une conduite selon un autre mode de réalisation, - les figures 4 et 5 sont des vues agrandies illustrant des variantes de cloisons annulaires mises en place dans des conduites selon l'invention, et - les figures 6 à 9 illustrent différentes phases de réalisation d'une conduite selon l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1. La conduite illustrée sur cette figure comporte un tube ou noyau interne 1 muni d'un revêtement extérieur de protection 2 réalisé en un matériau souple tel qu'un polyamide ou du polyethylene. Autour du noyau 1 sont mises en place sur le revêtement extérieur 2 du noyau une pluralité de cloisons annulaires en forme de disques 3. Ces cloisons 3 en forme de disques sont dans un mode particulier de réalisation en polyuréthane d'une dureté comprise entre 70 et 90 shore A et sont placées sur le noyau avec des espacements déterminés, par exemple de l'ordre de 2 mètres dans le présent exemple. La conduite selon l'invention comporte une gaine extérieure extrudée en continu 4 et solidarisée des surfaces périphériques des cloisons 3. Comme on le voit sur la figure 4, la surface périphérique des cloisons en forme de disques 3 présente une série de gorges 5 favorisant le collage avec la gaine 4 au moyen d'un adhésif tel qu'une colle thermofusible appliquée sur la périphérie de la cloison 3 avant application de la gaine ou injectée au travers de la gaine 4 comme cela sera décrit plus en détail plus loin. Dans les espaces annulaires ménagés entre la face extérieure du revêtement 2, la gaine extérieure 4 et les différentes cloisons 3, est mis en place selon l'invention un matériau d'isolation 6. Dans le mode de réalisation de la figure 1, le matériau d'isolation 6 peut être une mousse de polyuréthane moulée par injection sur le noyau I après mise en place des cloisons 3, la gaine 4 étant également solidaire de la périphérie du matériau d'isolation 6. - - Z563608 Dans le mode de réalisation de la figure 1, il est prévu dans les cloisons 3 des évidements radiaux 7 débouchant dans des orifices 8 de la gaine externe 4 d'un c8té et l'autre côté dans une rainure périphérique 9 ménagée dans le revêtement extérieur 2 du noyau. Ces évidements 7 ont pour fonction essentielle d'assurer des chemins préférentiels pour le passage de gaz contenu dans la conduite évitant à celui-ci, en cas de surpression, de diffuser à travers le matériau d'isolation 6. On doit bien comprendre que ces évidements 7 ne constituent qu'une caractéristique optionnelle et que selon l'invention il est envisagé de prévoir des cloisons annulaires munies ou non de tels évidements. Dans le mode de réalisation de la figure 2, la conduite comprend autour du noyau 1 une ame tubulaire 10 à partir de laquelle s'étendent des cloisons annulaires 11i sur la face périphérique desquelles est fiée la gaine extérieure 4. Cette face pCriphbr-_que des cloisons 11 est là encore avantageusement munie de rainures 5 pour favoriser l'adherisa-Ciono Un matériau d'isol!tioe 6 est 12 encore utilisé pour rem-plir les espaces annulaires entre l'ime tubulaire 105 les cloisons 1l et la gaine 4o Lien que cela ne soit pas illustre sur le dessin il est;gale-fent possible de evoir, dans ce mode de r-alisa ion des -videîments dans les cloisons pour ds urer une protection vis- is ess s de gaz Le mode de réalisation sneon la fier 3 se distnue du mnode de ealisation selon la fgr i eSseltiellement par le fait que le matéria 0'isolation désigné par 12 s. si en place par spiralage de bandes ou de profil!s tels que décrits pW rr-ent enroulls sur!e noyau par déformation plastique ou un profilé n!volaire en popropyne non expansé enroulé par déformation élastique. De tels profiles, acaellement coCnnus5 resentent une résistance un écrasement de 10 % de de 40 à 100 bars, une faible conductibilité thermique, une densité généralement comprise entre 0,25 et 0,6 grammes par CEs permettant de conserver E la conduite un poids apparent lui permettant d'etre stable au fond de l'eau, un bon eomportement au fluage et une absorption d'eau très faible ou nulles La réalisation d'une conduite selon la figure 3 sera décrite plus en détail ci-dessous en référence aux figures 6 à 9. Dans la conduite selon la figure 3, les cloisons annulaires 3 peuvent être réparties à des intervalles relativement importants, par exemple de l'ordre de 20 mètres. Là encore on peut utiliser des cloisons munies ou non d'évidements pour le passage de gaz. De même il est possible d'envisager un mode de -6- 2563608 réalisation utilisant un matériau d'isolation spiralé comme dans -la figure 3 avec des cloisons telles que celles illustrées à la figure 2 et s'étendant à partir d'une âme tubulaire centrale. Il est par ailleurs possible d'envisager une combinaison des deux types de matériau d'isolation, les espaces entre les cloisons pouvant être remplis pour partie d'un matériau d'isolation moulé et pour partie d'un matériau d'isolation spirale ou encore d'un matériau d'isolation spiralé selon des pas différents. Les figures 4 et 5 illustrent deux variantes de montage de cloison selon l'invention. La cloison 3 illustrée à la figure 4 présente la forme d'un disque à parois parallèles et l'évidement 7 débouche au voisinage de la périphérie de la cloison dans une cavité 7a alignée avec l'orifice 8 ménagé dans la gaine externe 4. Cette disposition peut servir à l'injection d'un produit d'adhérisation pour permettre ou favoriser l'accrochage de la gaine externe 4 sur la cloison 3. Dans le mode de réalisation de la figure 5 la cloison 3' présente une forme de colonne dont les portées d'accrochage sur le revêtement 2 du noyau interne et/ou sur la gaine 4 peuvent également être munies de rainures comme dans le mode de réalisation de la figure 4. Une cavité 7b est également prévue à l'extrémité du conduit 7 pour l'injection d'une matière de collage. On va maintenant décrire en se référant aux figures 6 à 9 un procédé préféré de réalisation d'une conduite selon l'invention. Comme illustré à la figure 6 on met tout d'abord en place par spiralage autour du revêtement extérieur 2 d'un noyau 1 le matériau d'isolation 12, sur toute la longueur du noyau. Dans un exemple particulier de réalisation pour un noyau d'un diamètre de 240 mm on réalise une isolation d'une épaisseur de 40 mm. La phase suivante consiste à découper, comme illustré à la figure 7, à des intervalles appropriés des anneaux 13 dans l'isolation 12 réalisée. Dans l'exemple de réalisation on découpe ainsi des anneaux d'une épaisseur de 150 mm répartis tous les 100 mètres. On réalise ensuite une étanchéité des parois découpées de l'isolation 12 au niveau des anneaux 13 à l'aide d'un mastic approprié. Le cas échéant lorsque la cloison à mettre en place doit présenter un évidement pour le dégazement on réalise au fond de chaque anneau 13 une rainure dans le revêtement 2 du noyau. A l'aide d'un solvant approprié on nettoie la surface externe du revêtement 2 du noyau et on applique sur cette surface un primaire approprié. On procède ensuite au moulage des cloisons annulaires 3. Après le moulage de chaque cloison réalisé par positionnement d'un moule approprié, on nettoie la surface extérieure de l'ensemble constitué par le noyau muni de l'isolation - 7 - 2563608 et les cloisons à l'aide d'un solvant approprié, essentiellement pour enlever agent de démoulage. On applique ensuite une colle thermofusible sur la périphérie de l'ensemble et l'on extrude une gaine externe, de préférence en polyamide ou polyéthylène, à une température élevée, de l'ordre de 180 C faisant fondre la colle thermofusible assurant l'adhérence de la gaine avec les cloisons. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter de nombreuses variantes et modifications îO sans pour autant sortir ni de son cadre ni de son esprit. -8 - 2563608 REVENDICATIONS 1. Conduite calorifugée pour le transport de f]uides comportant autour d'un tube ou noyau central une structure d'isolation thermique, caractérisée par le fait qu'ell]]e comporte autour dudit tube ou noyau interne (1) une pluralité de cloisons annulaires (3,3',11) réparties sur la longueur dudit noyau et solidaires de celui-ci, un matériau d'isolation (6;12) remplissant les chambres annulaires ménagées entre les faces frontales des cloisons successives et le revêtement extérieur (2) du noyau interne, et une gaine externe extrudée en continu (4) concentriquement audit noyau et solidaire des surfaces périphériques desdites cloisons annulaires et dudit matériau d'isolation. 2. Conduite selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit noyau (1) est flexible. 3. Conduite selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les cloisons (3,3') sont séparées les unes des autres. 4. Conduite selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les cloisons sont réalisées individuellement, notamment par moulage, directement sur le noyau. 5. Conduite selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les cloisons annulaires (11) sont reliées entre elles par une âme tubulaire (10) à partir de laquelle elles s'étendent, ladite âme tubulaire entourant coaxialement le noyau interne. 6. Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les surfaces périphériques externesdes cloisons (3,3',11) comportent des moyens tels que des nervures et/ou des saillies favorisant la mise en place et la tenue d'un produit d'adhérisation à la gaine extérieure (4) et/ou au revêtement (2) du noyau interne. 7. Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les cloisons comportent au moins un évidement radial interne (7) faisant communiquer le revêtement extérieur (2) du noyau interne de la conduite et l'extérieur de la conduite en débouchant dans un orifice correspondant (8) ménagé dans la gaine externe. 8. Conduite selon la revendication 7, caractérisée par le fait qu'elle présente dans le revêtement extérieur (2) du noyau interne une rainure périphérique (9) en regard de l'évidement (7). 9. Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le matériau d'isolation (6) est mis en place par injection. -9 - 2563608 10. Conduite selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que le matériau d'isolation (12) est mis en place par spiralage autour du noyau d'un profilé en forme de bande ou de tube. Il. Conduite selon la revendication 10, caractérisée par le fait que le matériau d'isolation (12) est constitué par un profilé extrudé en chlorure de polyvinyle expansé appliqué sur le noyau interne par déformation plastique. 12. Conduite selon la revendication 10, caractérisée par le fait que le matériau d'isolation (12) est constitué par un profilé alvéolaire non expansé en polypropylène appliqué sur le noyau par déformation élastique.