Brevet FR2727738A1 — publié le 19960607

La présente invention est relative à une conduite tubulaire flexible utilisable en particulier pour le transport de fluides sous pression, notanment des hydrocarbures produits par exploitation de puits sous-marins. La société déposante fabrique et commercialise en grande longueur divers types de telles conduites qui présentent des caractéristiques mécaniques élevées, notamment de resistance la traction, à l 'écrasement et à la pression interne du fluide transporté ainsi qu'aux effets de torsion. Ainsi, la société déposante fabrique et commercialise des conduites destinées & résister & des pressions élevées, supérieures 100 bars et pouvant atteindre 500 & 1000 bars, et comportant une gaine interne d'étanchéité, une armure dite de traction et constituée par au moins deux nappes croisées de fils présentant une section de forme simple, généralement rectangulaire ou circulaire et, entre la gaine interne d'étanchéité et l'armure de traction, une armure de résistance & la pression, dite voûte de pression, et comportant une ou plusieurs nappes de fils métalliques enroulés par spiralage sous un angle proche de 90 par rapport & l'axe de la conduite tubulaire flexible, l'armure de traction étant recouverte par une gaine externe de protection. Dans la pratique, l'angle de spiralage de la voûte de pression est supérieur & 80 par rapport l'axe de la conduite tubulaire flexible afin de conférer & la voûte une résistance maximale & la composante circonférentielle (hoop stress des efforts engendrés par la pression intérieure dans la conduite. Différentes configurations de telles voûtes de pression ont déja été décrites en particulier dans le document WC-91/00467. On trouve notamment dans ce document antérieur une configuration de voûte de pression constituée par l'enroulement en hélice d'au moins une paire de fils profilés métalliques agrafables, l'un des fils profilés présentant une section dite en T, l'autre fil profilé présentant une section dite en U, les fils étant agencés et dimensionnés pour, lors de leur enroulement, assurer un agrafage latéral des spires, c'est- & ire une limitation de l'écartement latéral des spires dans le sens de l'axe de la conduite tubulaire flexible. Un fil profilé de section en T peut se définir comme présentant une partie de base munie à ses extrémités latérales de nervures en relief de la partie de base, le profilé présentant en outre une nervure centrale en relief de la partie de base et dont le sommet se trouve à une plus grande distance par rapport à la partie de base que les sommets des nervures latérales. Le fil profilé en forme de U comporte pour sa part une partie de base munie à ses extrémités latérales de nervures en relief par rapport A la partie de base. Dans les configurations connues du document antérieur mentionné ci-dessus dans lequel la voûte de pression est réalisée par spiralage et agrafage de fils profilés présentant, l'un une section en T, et l'autre une section en U, le fil en U présente une section et une épaisseur importante. En outre, il est prévu de disposer les fils profilés en u avec leurs nervures tournées vers l'extérieur de la conduite tubulaire flexible et les fils profilés en T avec leurs nervures tournées vers l'intérieur de la conduite tubulaire flexible. Du fait de cette configuration, on constate que, dans la pratique, il existe toujours, a 1'état assemblé de la conduite, un contact entre les fils profilés en T et en U constituant la voûte de pression et ce, pendant toute la durée d'utilisation, les efforts d'appui mutuel des parties en relief des fils profilés étant importants. On constate qu'à l'usage, les frottements engendrés par ces contacts, liés aux efforts d'appui importants, entraînent une réduction de durée de vie par suite de phénomenes de fissuration des fils profilés et de réduction de leur section. La présente invention se propose de réaliser une conduite tubulaire flexible comportant une voûte de pression comportant un fil profilé en T et un fil profilé en u qui ne présente notamment pas les inconvénients des structures connues du même type. Selon la présente invention, il est prévu que les nervures du fil profilé en T soient orientées vers l'extérieur de la conduite tubulaire flexible, que les nervures du fil profilé en U soient orientées en direction de l'axe de la conduite tubulaire flexible et que l'aire de la section droite du fil profilé en T soit sensiblement supérieure à l'aire de la section droite du fil profilé en U. Le rapport desdites aires est avantageusement supérieur ou égal à 2 et de préférence supérieur ou égal 3. Des résultats particulièrement intéressants ont été obtenus avec un rapport compris entre 4 et 5 avec une épaisseur totale du fil profilé en T comprise entre 12 et 18 mm environ correspondant à des applications typiques. Pour des épaisseurs de fil plus importantes, il est intéressant de maintenir l'épaisseur de la partie de base du fil profilé en u à une valeur relativement faible, par exemple de l'ordre de 1,5 à 3 mm, de sorte que le rapport desdites aires peut dépasser la valeur de 5 mentionnée ci-dessus. Cette caractéristique est avantageuse dans la mesure où de par la disposition respective prévue selon l'invention des fils profilés en T et en u, c'est le fil profilé en T qui est amené à supporter la part la plus importante de la composante circonférentielle des efforts engendrés par la pression intérieure dans la conduite. De préférence, les fils profilés en T et en u sont dimensionnés de manière que, à l'état enroulé, il existe une distance libre entre le sommet des nervures du fil profilé en U et les surfaces en regard du fil profilé en T, c'est-à-dire, les surfaces constituant les fonds des gorges existant sur l'élément profilé en forme de T entre les nervures latérales et la nervure centrale. Les nervures latérales des fils profilés en T peuvent selon l'invention, à l'état enroulé, étre ou non en contact avec les surfaces en regard des fils profilés en u, c'est-à-dire avec les surfaces constituant les fonds de gorges formées dans les fils profilés en u entre les nervures latérales. I1 est cependant préféré qu'un tel contact d'appui existe avant l'exploitation de la conduite tubulaire flexible en condition de service dynamique, notamment lorsque la conduite tubulaire flexible est utilisée comme conduite de remontée (riser) suspendue entre la surface et le fond sous-marin et soumise & des effets dynamiques par suite de variations de courbure provoquées essentiellement par les effets de la houle. Avec une telle configuration, on constate dans la pratique deux phases successives de fonctionnement. Au cours d'une première phase dans laquelle il existe un contact avec effort d'appui entre le fil profilé en T et le fil profilé en u, et une partie des efforts circonférentiels est reprise par le fil profile en U avec une pression de contact entre les deux fils profilés. Ce contact entraîne des frottements et un début d'usure qui se produit aussi longtemps que, malgré un début de réduction d'épaisseur de l'une ou de l'autre des portées en appui, un certain effort d'appui existe entre les fils profilés en T et en U. Les travaux de la société déposante ont montré, que, compte-tenu de la variation des contraintes et des déformations associées aux effets dynamiques, essentiellement l'action de la houle, l'usure atteint une amplitude maximale et finale faible, de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre. Compte-tenu des dimensions des fils profilés et en particulier du fil profilé en T qui présente une section importante, la réduction d'aire de section résultante est extrèmement faible et en fait négligeable dans la pratique. Au cours d'une deuxième phase de fonctionnement, le fil profilé en T et le fil profilé en u restent approximativement en contact, mais l'effort d'appui devient extrêmement faible, voire pratiquement négligeable. I1 n'y a donc plus aucune usure des fils profilés et l'on constate une augmentation importante de durée de vie par rapport aux structures antérieurement connues, y compris celles associant un fil profilé en T et un fil profilé en u. Selon l'invention, la section des fils étant stabilisée a une valeur très voisine de sa valeur initiale, et les efforts d'appui entre les fils profilés ayant disparu après une érosion régulière d'une mince pellicule de surface, on a pu constater que la voûte de pression ne présente aucun début de fissuration. La voute de pression selon l'invention peut, le cas échéant être complétée par une voûte de pression complémentaire posée sur elle et constituée de fils non agrafés. La présente invention est applicable à la réalisation de conduites tubulaires flexibles du type "smooth bore", c'est-à-dire dans laquelle la gaine interne d'étanchéité est l'élément le plus interne de la conduite au contact duquel circule le fluide à transporter, et de conduites de type rougi bore" comportant à l'intérieur de la gaine d'étanchéité une carcasse métallique flexible telle qu'une structure de type feuillard métallique agrafé. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui suit d'un exemple de mise en oeuvre nullement limitatif en se référant au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation de conduite tubulaire flexible selon l'invention, - la figure 2 illustre une forme de réalisation de la voûte de pression de la conduite de la figure 1, - la figure 3 est une vue de détail agrandi d'une variante de réalisation de voûte de pression et les figures 4 et 5 sont des vues de détail illustrant des configurations possibles des composants de la voûte de pression de la conduite tubulaire flexible selon l'invention. La conduite tubulaire flexible illustrée à la figure 1 est de type "smooth bore" et comprend de l'intérieur vers l'extérieur une gaine d'étanchéité en matière plastique 1, notamment en polyamide, en polymère fluoré, ou en polyéthylène réticulé, une voute de pression 2 dont la structure va être décrite plus en détail ci-après formée par spiralage de deux fils profilés, l'un en T, 3, l'autre en u, 4, une armure de traction constituée de deux nappes croisées de fils métalliques 5, 6, et une gaine extérieure d'étanchéité en matière plastique 7. une gaine intermédiaire, non représentée, peut le cas échéant être prévue entre la voûte de pression 2 et la première 5 des nappes de l'armure de traction. Dans une variante non représentée, la voûte 2 peut comporter deux fils profilés en T et deux fils profilés en u, le pas des hélices formées par les fils profilés étant alors deux fois plus important. L'invention n'est pas limitée à une telle conduite de type "smooth bore" et peut être mise en oeuvre avec une conduite de type "rough bore" avec mise en place à l'intérieur de la gaine 1 d'une nappe de feuillard agrafé enroulé hélicoïdalement. On se réfère maintenant à la figure 2 qui illustre un mode de réalisation de la voûte de pression 2 formée par spiralage à spires non jointives de fils profilés 3 et 4 de section en T et respectivement en u. Le fil profilé en T 3 présente une partie de base 8 de section sensiblement rectangulaire complétée à ses extrémités latérales par deux nervures 9 et dans sa partie centrale par une nervure centrale de section sensiblement trapézoïdale 10. Entre chacune des nervures latérales 9 et la nervure centrale 10 est formée une gorge dont la paroi de fond est constituée par la surface 11 de la partie de base 8. Le fil profilé 3 est enroulé dans la disposition illustrée, avec les nervures 9 et 10 faisant saillie en direction de l'extérieur de la conduite tubulaire flexible, c'est-à-dire radialement à l'opposé de l'axe longitudinal de la conduite, non représenté sur la figure 2, mais illustré schématiquement en X sur la figure 3. Le fil profilé 4 présente une partie de base 12 aux extrémités latérales desquelles sont réalisées des nervures 13. Ces nervures 13 sont dirigées vers l'axe longitudinal de la conduite. Comme on le voit sur la figure 2, les flancs latéraux des nervures centrales 10 du fil profilé en T,3 et les flancs extérieurs des nervures 13 du fil profilé en u,4, sont inclinés d'un mème angle a par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de la conduite tubulaire flexible, cet angle & pouvant dans la pratique être compris entre O et 30' - Les flancs latéraux d extrémité de la partie de base 8 du fil profilé en T 3 peuvent être avantageusement, comme illustrés aux figures 2,3 et 5, perpendiculaires à l'axe de la conduite tubulaire flexible ou comme dans la variante illustrée à la figure 4, former avec celui-ci un anglet qui dans la pratique est inférieur à 10'. Ces flancs latéraux peuvent, en section droite du fil être droits comme illustré ou le cas échéant, légèrement incurvés. comme illustré notamment sur la figure 2, il est possible par un dimensionnement particulier d'assurer lors de la réalisation de la voute de pression un contact entre les nervures latérales 9 du profilé en T, 3, avec le fil profilé en u, 4, plus précisément avec la surface 14 de la partie de base de ce fil profilé en u qui constitue le fond élargi et de préférence plat de la gorge ménagée entre les nervures latérales 13 de celui-ci. Comme expliqué précédemment, les efforts d'appui à l'endroit des surfaces en contact sont appelés à disparaitre plus ou moins rapidement en cours d'utilisation. Dans certains cas, lorsque les efforts d'appui au début de la mise en exploitation de la conduite sont particulièrement faibles, il n'est pas exclu qu'il y ait seulement réduction progressive des efforts d'appui, et par conséquent du taux d'usure, sans que se manifeste le passage à une deuxième phase avec efforts d'appui extrêmement faible nettement différenciée par rapport à la première phase où les efforts d'appui sont relativement plus importants. Dans la variante illustrée à la figure 3, il est prévu initialement un espacement a entre chacune des nervures latérales 9 du fil profilé en T,3, et la surface en regard 14 du fil profilé en u 4. En d'autres termes, il existe une différence a entre le rayon Ru de la surface cylindrique 14, mesuré à partir de l'axe X de la conduite tubulaire flexible et le rayon R t de la surface cylindrique d'extrémité des nervures latérales 9 du fil profilé en T, 3. Il est en outre prévu un espace entre les nervures 13 du profilé en u,4, et les surfaces 11 de fond de gorge du profilé en T, 3, cet espace pouvant être de l'ordre de un ou quelques dixièmes de millimetre. On a désigné sur la figure 2 par A la hauteur du profilé en T,3, déterminée par la distance entre la face inférieure de la partie de base 8 et la surface supérieure d'extrémité de la nervure centrale 10 B la largeur du profilé en forme de T,3. C, la largeur au sommet des nervures latérales 9 du profilé en T,3 dans l'hypothèse où cette portée est cylindrique étant entendu que dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, elle peut être incurvée, caractérisée par un cercle osculateur de rayon R. D, la largeur de la partie de base du profilé en u,4. E, la largeur de la surface de fond de gorge 14 du profilé en u,4. F, la hauteur des nervures latérales 9 du profile en T,3 mesurée à partir de la face inférieure de sa partie de base 8. G, la hauteur des nervures latérales 13 du profilé en U,4, mesurée à partir de la surface de fond de gorge 14. H, la largeur au sommet de la nervure centrale du profilé en T,3. I, la largeur de la paroi de fond de gorge 14 du profilé en u,4 J, la largeur des nervures latérales 9 du fil profilé en T,3 L, la largeur de la partie centrale sensiblement plane de la surface de base du fil profilé en T,4, orientée vers l'axe x et, M, la hauteur des nervures latérales 9 du fil profilé en T,3. L'épaisseur de la voûte 2 est déterminée de preference par l'épaisseur A du fil profilé en T,3, dans sa partie centrale, cette valeur peut typiquement correspondre également à la somme des valeurs E et F laquelle s'ajoute le cas échéant, la distance a dans la variante correspondant à la figure 3, cette valeur pouvant être égale à la valeur A comme illustré à la figure 2. Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 5, il est prévu une distance b entre la face d'extrémité de la nervure centrale 10 du fil profilé en T,3 et la surface extérieure de la partie de base du fil profilé en u, 4. La distance b peut être dans la pratique de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres. La variante illustrée à la figure 5 est notamment intéressante dans le cas où la conduite tubulaire flexible comporte autour de la voûte de pression 2 une nappe de fils non agrafés constituant une voûte de pression complémentaire. La valeur des hauteurs G et M sont de préférence chacune supérieure ou égale à 0, 5 mm et en particulier supérieure à 1 mm. La largeur C est de préférence supérieure ou égale & lmm et peut être typiquement de 2 à 3 mm. Dans la forme de réalisation de la figure 3, le rayon R est de préférence supérieur ou égal à 0,5 mm, et en particulier supérieur ou égal à 1 mm. Le rapport des valeurs 8 et A est de préférence supérieur 1,2 et en particulier compris entre 1,5 et 2,2. Dans le sens axial de la conduite tubulaire flexible, on a de préférence D + H é B et I - 2 J avec de préférence 1,2 mm # B - L # 2,5 mm. De préférence, la surface interne 14 de la gorge du fil profilé en U,4 étant plane, la hauteur du fil 4 dans sa partie centrale est supérieure ou égale à 1 mm avantageusement supérieure ou égale à 2 e, des résultats intéressants étant obtenus avec une hauteur entre 2 et 3 mm. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des modes de réalisation particuliers, il est bien évident quelle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter diverses variantes et modifications sans pour autant sortir ni de son cadre ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Conduite tubulaire flexible, en particulier pour le transport de fluides sous pression, comportant une gaine interne d'étanchéité, une armure de traction constituée par au moins deux nappes croisées de fils, une armure de résistance à la pression, dite voûte de pression et constituée par l'enroulement en hélice sous un angle proche de 90 par rapport & l'axe de la conduite tubulaire flexible d'au moins une paire de fils profilés métalliques agrafables, l'un des fils profilés présentant une section en T comportant une partie de base munie à ses extrémités latérales de nervures en relief et d'une nervure centrale en relief dont le sommet se trouve à une plus grande distance par rapport à la partie de base que les sommets des nervures latérales, l'autre fil profilé présentant une section en u comportant une partie de base munie à ses extrémités latérales de nervures en relief, et une gaine externe de protection, caractérisée par le fait que les nervures (9,10) du fil profilé en T (3) sont orientées vers l'extérieur de la conduite tubulaire flexible, que les nervures (13) du fil profilé en u (4) sont orientées en direction de l'axe de la conduite tubulaire flexible, et que l'aire de la section droite du fil profilé en T (3) est sensiblement supérieure à l'aire de la section droite du fil profilé en U (4). 2. Conduite tubulaire flexible selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le rapport desdites aires est supérieur ou egal à 2. 3. Conduite tubulaire flexible selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les fils profilés en T et en u (3,4) sont dimensionnés de manière que, à l'état enroulé, il existe une distance libre entre le sommet des nervures (13) du fil profilé en U (4) et les surfaces en regard (11) du fil profilé en T (3). 4. Conduite tubulaire flexible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les nervures latérales (9) des fils profilés en T (3) sont, à l'état enroulé, en contact avec les surfaces en regard (14) des fils profilés en u (4). 5. Conduite tubulaire flexible selon lune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les nervures laterales (9) des fils profilés en T (3), à l'état enroulé, ne sont pas en contact avec les surfaces-en regard (14) des fils profilés en U (4).