Brevet FR2630809A1 — publié le 19891103

- 1 - 2630809 La présente invention est relative à une conduite tubulaire flexible utilisable en particulier, mais non exclusivement, pour le transport d'hydrocarbures dans le cadre de l'exploitation de puits sous-marins. On connait déjà différents types de conduites tubulaires flexibles. Un premier type de conduite dénommé "smooth-bore" comprend un tube interne en matériau souple en matériau plastique tel qu'un polyamide, du polyéthylène ou du groupe des PVDF ou en matériau élastomérique destiné à assurer l'étanchéité vis-à-vis du produit transporté, un ensemble d'armatures de renforcement, enroulées en hélices ou tressées qui assurent la résistance aux sollicitations mécaniques, notamment de pression, traction et torsion, le nombre, la nature et l'agencement des armatures étant définis en fonction des dimensions et de l'usage prévus pour la conduite, et enfin un revêtement extérieur de protection généralement en matériau souple des mêmes groupes que le matériau du tube interne. Des conduites de ce type présentant des caractéristiques mécaniques particulièrement favorables sont fabriquées et commercialisées en grandes longueurs par la société déposante. Celle-ci fabrique et commercialise également des conduites du type "roughbore" qui, outre les composants mentionnés ci-dessus comportent une carcasse métallique interne destinée à empêcher l'écrasement du flexible et à protéger le tube interne vis-à-vis des agressions des produits transportés et du risque d'implosion en cas de décompression rapide lors du transport de produits contenant du gaz. Dans le cas o les conduites sont amenées à transporter du gaz, seul ou associé à des liquides, notamment des hydrocarbures liquides ou des mélanges diphasiques, il a été proposé pour assurer l'évacuation du gaz qui diffuse nécessairement au travers du tube interne, de rendre le revêtement extérieur relativement perméable, soit par des trous, soit en choisissant un matériau à perméabilité au gaz plus élevée que celle du matériau du tube interne. Il est également connu de réaliser des zones d'affaiblissement dans le revêtement extérieur, notamment des rainures ou des trous non débouchants pour former des emplacements d'éclatement en cas de surpression, offrant ainsi un passage préférentiel pour l'échappement du gaz (bursting discs). La société déposante a proposé dans son brevet français 83 16883 (FR-A-2 553 859) de munir la conduite tubulaire flexible d'une structure extérieure de renforcement permettant d'éviter tout risque d'éclatement de la conduite flexible. Selon le document antérieur, il est prévu autour du revêtement de protection, - un second ensemble d'armatures -40 aptes à résister à la pression interne et une gaine externe de protection. - 2 - 2630809 Il est également prévu dans le document antérieur de réaliser un débit de fuite à l'aide d'un évidement réalisé dans un embout dont est munie la conduite et qui communique avec l'espace annulaire extérieur à l'ensemble d'armatures intérieur. Cette solution complique notablement la réalisation de la conduite et en augmente considérablement le coût. En outre, cette solution est limitée à des conduites se trouvant en totalité ou en partie à l'air libre, telles que des conduites de transport à terre ou en surface ou des conduites de remontée (risers) comportant une partie à l'air libre dans laquelle est réalisé l'évidement permettant le débit de fuite. La présente invention se propose de réaliser une conduite tubulaire flexible, notamment de grande longueur offrant une sécurité vis-à-vis des déformations de la gaine extérieure sous l'effet des gaz diffusants au travers du tube interne et des risques d'éclatement, sans nécessiter de structure extérieure de renforcement, les conduites selon l'invention pouvant en outre être totalement immergées et servir par exemple de conduites de transport sous l'eau (flow lines ou lignes d'injection de gaz, par exemple). Les conduites tubulaires flexibles selon l'invention sont du type comportant un tube interne en matériau souple assurant l'étanchéité, un revêtement extérieur de protection en matériau souple, au moins une zone annulaire comportant des armatures de renforcement entre le tube interne et le revêtement de protection externe et, habituellement une carcasse métallique interne, et sont caractérisées par le fait qu'elles comportent au moins un moyen de passage mettant en communication ladite zone annulaire avec l'environnement extérieur, ledit moyen étant pourvu d'une soupape à ouverture et fermeture rapides agencée pour s'ouvrir et se refermer à des pressions différentielles déterminées dans ladite zone annulaire. On entend par pression différentielle la différence entre la pression absolue régnant dans la zone annulaire et la pression de l'environnement extérieur (pression hydrostatique). Selon l'invention, la zone annulaire comporte une ou plusieurs nappes d'armatures de renforcement telles que des fils métalliques, en matériaux composites fibres/résine ou en matière plastique, enroulées hélicoldalement ou tressées, la zone annulaire étant le cas échéant partiellement remplie de graisse ou d'un autre fluide apte en particulier à assurer la lubrification des fils constituant la ou les nappes d'armatures. Par contre l'invention n'est pas applicable au cas d'un matériau plastique ou élastomérique remplissant la totalité de la zone annulaire et dans lequel les fils d'armatures seraient noyés. - 3 -2630809 En effet, la présente invention repose sur la constatation faite après de nombreuses études que, lorsqu'un flexible est utilisé pour le transport de gaz ou d'un fluide contenant du gaz, sous pression, le gaz qui passe par perméation progressive et très lente à travers le tube interne, peut, même lorsque la pression différentielle est très faible, de l'ordre de quelques bars, ou même d'une fraction de bar, circuler dans la longueur de la zone annulaire lorsque celle-ci ne contient pas autour des armatures de matériau relativement imperméable au gaz. De préférence selon l'invention la communication avec l'environnement s'effectue à partir de la zone annulaire se trouvant immédiatement en dessous du revêtement extérieur même pour des conduites qui comportent plusieurs zones annulaires comportant chacune des fils d'armatures entre des gaines de protection. La mise en communication selon l'invention de la zone annulaire avec l'environnement extérieur peut s'effectuer sur une section de conduite en réalisant simplement un orifice dans la gaine extérieure sur lequel la soupape est mise en place de manière étanche, notamment avec interposition d'un joint d'étanchéité ou en variante par d'autres moyens tels que collage, serrage mécanique ou soudure. De préférence, cette mise en communication s'effectue au niveau d'un collier monté autour du revêtement extérieur et comportant un orifice aligné avec l'orifice du revêtement extérieur et dans lequel est mise en place de manière étanche la soupape, ou en variante, au niveau d'un embout dont est munie la conduite, et à l'intérieur duquel débouche la zone annulaire à l'extrémité du revêtement extérieur, l'embout comportant un orifice dans sa paroi extérieure dans lequel est mise en place la soupape. Dans le cas o l'orifice dans l'embout n'est pas à l'aplomb de la zone d'extrémité du revêtement, il peut être prévu selon l'invention une tubulure mettant en communication l'orifice extérieur de l'embout et la zone annulaire en partie courante, notamment au voisinage de l'extrémité du revêtement. La soupape est agencée pour s'ouvrir à une pression différentielle déterminée dans la zone annulaire, inférieure, par exemple de moitié, à la valeur de la pression différentielle dans la zone annulaire qui entraînerait le décollement de la gaine de protection extérieure. Avec les épaisseurs de gaine et les matériaux utilisés à l'heure actuelle, la pression d'ouverture est généralement comprise entre environ 1 et environ bars. La soupape est par ailleurs agencée pour se refermer de façon étanche pour une pression différentielle déterminée dans la zone annulaire. Dans la pratique, afin d'éviter toute pénétration d'eau dans la conduite susceptible d'endommager les fils des nappes d'armatures on choisit une soupape apte à se refermer à une pression différentielle proche de sa - 4 -2630809 pression différentielle d'ouverture, la différence entres les pressions d'ouverture et de fermeture pouvant, en particulier, être de l'ordre de 5 à % de la pression différentielle d'ouverture. Selon l'invention, on peut utiliser différents types de soupapes, notamment des clapets ou des soupapes de décharge, munis d'un ressort de. tarage déterminant la pression d'ouverture. Dans les cas o la soupape doit être montée sur une section de conduite en partie ou totalement immergée, par exemple dans le cas d'une conduite de remontée d'hydrocarbures produits à partir de puits sous-marins ou une conduite de transport d'hydrocarbures sur le fond, elle subit la pression hydrostatique et on doit veiller à choisir une soupape apte à résister à la pression hydrostatique qui peut être de 100 bars ou plus, notamment lorsque la pression dans la zone annulaire n'a pas encore augmentée par perméation du gaz et en outre fonctionner en étant soumise à sa sortie à cette pression hydrostatique. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation donnés à titre d'exemples, illustrés sur le dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue schématique en partie en coupe d'un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue fragmentaire schématique d'un second mode de réalisation, et - la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 2. Dans la figure 1 on voit une conduite selon l'invention désignée globalement par 1, montée dans un embout 2 prolongé par une bride d'extrémité 3. La conduite tubulaire 1 présente une structure non détaillée sur le dessin, comportant une gaine extérieure de protection 4 et une structure interne 5 comportant une gaine interne et une carcasse métallique interne, par exemple en feuillard agrafé et, entre la gaine interne et la gaine de revêtement extérieure 4, une zone annulaire dans laquelle sont logées des armatures de renforcement notamment sous la forme de nappes de fils enroulés en hélices et de la graisse remplissant partiellement l'espace annulaire pour assurer une protection des fils. La conduite peut également comprendre d'autres nappes d'armatures et des gaines intermédiaires. Il est prévu un volume annulaire 6 à l'extrémité de la gaine de revêtement extérieure 4, à l'intérieur de l'embout 2, et dans lequel débouchent les extrémités (non représentées) des fils d'armatures, ledit volume 6 communiquant selon l'invention par un orifice 7a avec un logement 7 débouchant dans la paroi extérieure de l'embout 2 et dans lequel est montée - 52630809 une soupape 8. Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 1, il est prévu une tubulure 9 reliant la soupape 8 à l'extrémité 10 de la partie courante de la zone annulaire située entre la gaine de revêtement extérieure 4 et la couche la plus extérieure de la structure interne 5 de la conduite flexible. Dans ce mode de réalisation, et pour des conduites comportant plusieurs zones annulaires contenant des nappes d'armatures de renforcement, il est envisageable en variante de relier, au niveau de l'embout par une tubulure, la soupape à l'une quelconque ou plusieurs des zones annulaires de la conduite. En outre, dans le cas de sections de conduite raccordées par des embouts, il est possible de mettre en communication par un conduit approprié les deux embouts de telle sorte que la soupape prévue dans l'un des embouts permet d'assurer une détente des zones annulaires communiquant ainsi au niveau des embouts, des sections successives de conduites. Une soupape utilisable selon l'invention peut être par exemple une soupape du type comportant un clapet mobile par rapport à un siège de soupape sous l'effet d'une membrane et un ressort de tarage agissant sur le clapet. En position montée de la soupape la membrane est soumise sur une de ses faces à la pression hydrostatique et sur l'autre à la pression régnant dans la zone annulaire, l'effet de cette pression étant équilibré par le ressort jusqu'à la valeur de seuil prédéterminée par les caractéristiques du ressort, le dépassement de cette valeur par la pression différentielle dans la zone annulaire provoquant le déplacement du clapet par rapport à son siège et donc l'ouverture de la soupape. Une telle soupape peut être utilisée notamment à une pression hydrostatique de 100 bars et s'ouvrir à une pression différentielle de 4 bars correspondant à une valeur de pression dans la zone annulaire de la conduite de 104 bars et se refermer à une valeur de pression de 103 bars tout en assurant une parfaite étanchéité enposition de fermeture. Dans le mode de réalisation des figures 2 à 3, l'invention est mise en oeuvre au niveau d'un collier désigné globalement par Il mis en place autour de la conduite 1. Comme on le voit le mieux sur la figure 3, le collier dans le mode de réalisation illustré, est constitué de deux demicolliers assemblés par des boulons 12. La soupape 8 est mise en place dans un évidement 13 du collier et communique à son c6té amont avec un orifice 14 ménagé dans le revêtement extérieur 4 du tube. La soupape 8 est, dans l'exemple illustré, mise en place moyennant l'interposition d'un joint d'étanchéité 15 par son culot d'extrémité dans l'orifice 14 du revêtement -6- - 6- 2630809 extérieur de protection 4 de la conduite. Le c8té amont de la soupape est ainsi en communication avec la zone annulaire de la conduite dans laquelle le drainage du gaz doit être réalisé. Lorsque la soupape 8 s'ouvre à la pression d'ouverture prédéterminée, la zone annulaire de la conduite est mise en communication avec l'extérieur par l'orifice 14, l'intérieur de la soupape 8 et l'orifice d'extrémité de celle-ci dans l'évidement 13 débouchant à la périphérie du collier 11. La soupape utilisée dans ce mode de réalisation peut être du même type que celle du mode de réalisation de la figure 1. Dans un mode de réalisation, non représenté, la soupape peut être mise en place directement sur un orifice réalisé dans le revêtement extérieur du tube, celui-ci devant alors présenter une épaisseur suffisante pour loger la soupape. Dans ce cas également, un joint d'étanchéité est prévu entre la soupape et l'orifice réalisé dans le revêtement. Selon l'invention on peut mettre une seule soupape sur une grande longueur de conduite ou en variante plusieurs soupapes en des emplacements espacés. Dans le cas d'une conduite disposée avec une certaine dénivellation il convient d'installer au moins une soupape au voisinage du point le plus haut de la conduite. Bien que dans les exemples illustrés on ait montré une seule soupape sur un collier ou un embout, il est clair que l'on peut disposer sur un même collier ou sur un même embout, plusieurs soupapes espacées circonférentiellement, agencées pour être en communication chacune par son c8té amont avec la ou les zones annulaires dans lesquelles le drainage du gaz doit etre réalisé. L'invention présente par rapport aux solutions actuellement existantes du problème des surpressions de gaz dans des conduites tubulaires flexibles, l'avantage que la ou les soupapes peuvent fonctionner selon des cycles successifs d'ouverture et de fermeture sans nécessiter aucune intervention sur la conduite ni risquer d'engendrer des déformations ou des éclatements de la gaine de revêtement extérieure. De plus, des essais effectués par la société déposante ont montré qu'il n'y a pratiquement pas de pénétration d'eau au cours de phases d'ouverture de la soupape même avec des pressions hydrostatiques élevées, de telle sorte que les nappes d'armatures sont efficacement protégées contre la corrosion. 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 sans pour autant sortir ni de son cadre ni de son esprit. -7 - REVENDICATIONS 1. Conduite tubulaire flexible comportant un tube interne en matériau souple assurant l'étanchéité, un revêtement extérieur de protection en matériau souple, au moins une zone annulaire comportant des armatures de renforcement entre le tube interne et le revêtement de protection externe, et, habituellement une carcasse métallique interne, caractérisée par le fait qu'elle comporte un moyen de passage (6,7,7a;9;13,14) mettant en communication ladite zone annulaire avec l'environnement extérieur, ledit moyen étant pourvu d'une soupape.(8) à ouverture et fermeture rapides agencée pour s'ouvrir et se refermer à des pressions différentielles déterminées dans ladite zone annulaire. 2. Conduite selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit moyen comprend un orifice (14) dans la gaine extérieure (4) de la conduite dans lequel la soupape (8) est montée de manière étanche, en particulier avec interposition d'un joint d'étanchéité (15). 3. Conduite selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins un collier (11) monté autour du revêtement extérieur (4) de la conduite, et comportant un orifice (13) aligné avec un orifice (14) du revêtement extérieur et dans lequel la soupape 8 est mise en place de manière étanche, en particulier avec interposition d'un joint d'étanchéité. 4. Conduite selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins un embout (2) comportant un volume.annulaire (6) dans lequel débouche la zone annulaire à l'extrémité du revêtement extérieur (4) de la conduite, l'embout comportant un logement (7) dans sa paroi extérieure communiquant avec le bolume annulaire (6) et dans lequel est mise en place la soupape (8). 5. Conduite selon la revendication.4, caractérisée par le fait qu'elle comprend une tubulure (9) mettant en communication le logement extérieur (7) de l'embout (2) et la zone annulaire, en particulier au niveau de l'extrémité (10) de la partie courant de celle-ci. 6. Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la soupape (8) est agencée pour s'ouvrir à une pression différentielle dans la zone annulaire comprise entre environ I et environ 5 bars. 7. Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la soupape (8) est agencée pour se refermer pour une pression différentielle dans la zone annulaire proche de la pression différentielle d'ouverture de ladite soupape. -8-:2630809 8. Conduite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la différence entre les pressions d'ouverture et de fermeture de la soupape (8) est de l'ordre de 5 à 30% de la pression différentielle d'ouverture de ladite soupape.