Brevet FR2734192A1 — publié le 19961122

MACHINE DE COUPE DE TUBES IMMERGES PAR UN OUTIL ABRASIF FILIFORME La présente invention est relative à une machine de coupe de tubes immergés par un outil abrasif filiforme tel qu'un câble diamanté formant une boucle sans fin. La présente invention s'applique notamment à la découpe de tuyauteries immergées sous-marines (pipe-lines), ainsi que de tuyauteries faisant partie de structures porteuses de plates-formes pétrolières constituées par des tubes qui, généralement, comportent une partie métallique et une partie en béton ; il est nécessaire, notamment pour des opérations de démembrement ou démantèlement de platesformes pétrolières après la fin de leur exploitation, de découper notamment la base des piles sur lesquelles reposent ces plates-formes, lesquelles piles sont généralement encastrées ou ancrées sur le fond sous-marin. La présente invention s'applique notamment à la découpe de puits de production (ou pipeline conducteur), têtes de puits constitués par des tubes concentriques comportant généralement des espaces annulaires cimentés. On connaît déjà par le brevet US-A-4,487,363 (KUBO) un procédé et un dispositif de coupe de structures en béton immergées, à l'aide d'un câble diamanté formant une boucle fermée qui est entraîné et guidé par des poulies I le dispositif décrit dans ce document décrit une partie motrice d'entraînement du câble située à terre et un système permettant de maintenir la tension du câble lors de la progression de la partie du câble (ou brin) au travers de la pièce au fur et à mesure de la découpe de celle-ci. La présente invention a pour objet de procurer une machine simple, compacte et facile à mettre en oeuvre pour la découpe d'éléments tubulaires immergés. La présente invention a notamment pour objet de procurer une telle machine qui puisse être mise en place facilement en position de coupe de l'élément tubulaire situé sous le niveau de l'eau, puis être facilement déplacée, par exemple vers un autre élément tubulaire à découper. La solution au problème posé consiste à procurer une machine de coupe de tubes immergés par un outil abrasif filiforme sans fin tel qu'un câble diamanté formant une boucle, guidé par des poulies, qui comporte des moyens pour déplacer une portion rectiligne du câble formant un brin défilant d'attaque ou de coupe, selon un profil curviligne en arc de cercle ; ces moyens sont de préférence réalisés en procurant une machine qui comporte une structure articulée selon un axe d'articulation qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal dudit tube, laquelle structure articulée porte des poulies de guidage dudit câble. Selon un mode préférentiel de réalisation, ladite machine pour couper un tube immergé à l'aide d'un outil abrasif allongé formant une boucle sans fin, comporte - une structure principale fixe susceptible d'être immobilisée par rapport audit tube par des bras ou doigts articulés enserrant une portion dudit tube, lesquels bras ou doigts sont articulés selon un axe d'articulation parallèle à l'axe longitudinal dudit tube à découper, - une structure secondaire articulée par rapport à ladite structure principale fixe selon un axe d'articulation qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal dudit tube, laquelle structure secondaire articulée porte des poulies de guidage et d'entraînement dudit outil abrasif allongé formant une boucle sans fin, qui s'étend sensiblement selon deux plans faisant entre eux un angle voisin de 90' (de préférence à 90 près). Selon des modes particuliers de réalisation - le câble en forme de boucle fermée comporte une première partie qui s'étend dans un premier plan et comporte une deuxième partie qui s'étend dans un deuxième plan, lesquels premier plan et deuxième plan définissent (font entre eux) un angle de valeur de préférence fixe constante comprise entre 60 et 120 degrés - ladite machine comporte quatre poulies de guidage dudit câble dans un premier plan, comporte en outre deux poulies de renvoi et une poulie motrice et de guidage dudit câble dans un deuxième plan ;I'axe d'intersection dudit deuxième plan avec ledit premier plan est parallèle à l'axe de pivotement d'une structure (ou partie) pivotante (ou articulée) de ladite machine qui reçoit lesdites poulies - ladite machine comporte une première structure, dite structure fixe ou structure principale, qui est susceptible d'être immobilisée par rapport au tube à découper par des doigts ou bras articulés , dont le nombre est de préférence au moins égal à trois, par exemple égal à quatre, lesquels doigts ou bras sont articulés selon un axe d'articulation parallèle à l'axe longitudinal du tube à découper, de sorte que lesquels doigts ou bras articulés peuvent venir s'appuyer sur la surface externe du tube à découper, afin d'immobiliser la structure principale par rapport à ce tube - ladite machine comporte une structure fixe ou principale munie de moyens (tels qu'un crochet) d'attache ou de suspension de ladite machine par l'intermédiaire de ladite structure principale à des élingues de manutention permettant le déplacement sous la surface de l'eau de ladite machine par un engin de levage disposé par exemple en surface, ou par l'intermédiaire d'un engin sous-marin type filoguide (ou R.O.V. - en anglais : "Remote Operated Vehicule") venant s'amarrer ou se fixer sur ladite structure principale d'un pieds sensiblement neutre afin de la déplacer jusqu'à son emplacement de fixation ;; - ladite machine comporte des moyens de contrôle et/ou de réglage de la tension de l'outil filiforme abrasif, par le déplacement d'au moins l'une desdites poulies de guidage (ou motrice ou de renvoi) dudit outil filiforme - ladite machine comporte une poulie motrice entraînée par un moteur hydraulique ou pneumatique intégré à ladite machine, lequel moteur est alimenté en fluide sous pression par une canalisation flexible (ou ombilical) qui relie ledit moteur (et, le cas échéant, des vérins d'actionnement desdits doigts ou bras articulés et de l'articulation desdites structures l'une par rapport à l'autre, ainsi que le vérin de réglage de tension dudit outil filiforme abrasif) à une pompe ou source d'énergie hydraulique. L'invention procure un engin ou module qui peut être facilement mis en place et fixé temporairement à l'élément tubulaire à découper, par exemple sous le contrôle de plongeurs situés à proximité de la machine et contrôlant la mise en place de la machine sur l'élément tubulaire à découper, ainsi que son enlèvement une fois la coupe de l'élément effectuée la mise en oeuvre de la machine selon l'invention peut également être effectuée à l'aide d'un véhicule sous-marin habité ou non, permettant également un contrôle local, visuel ou par l'intermédiaire de caméras vidéo intégrés ou non à l'engin ou module notamment. La machine selon l'invention est très simple, très compacte et très facile à mettre en oeuvre pour la coupe d'une pile ou d'un tube vertical et permet notamment de nécessiter une fouille ou excavation de volume très réduit, lorsque la coupe d'une pile supportant une plate-forme pétrolière est désirée, selon une section de coupe pouvant se situer sous le profil du fond marin grâce à la découpe en arc-de-cercle, autorisant une telle fouille de dimensions très réduites ou raisonnables. La machine selon l'invention peut facilement être susceptible de se fixer et de découper des tubes de différentes dimensions (diamètres), que le tube soit en position horizontale, verticale ou inclinée. Les nombreux avantages procurés par l'invention seront mieux compris au travers de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés qui illustrent sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de réalisation de machines de découpe de tubes immergés selon l'invention. La Figure 1 illustre en vue latérale un mode de réalisation d'une machine de découpe selon l'invention. Sur la Figure 1, I'élément articulé portant le câble diamanté s'étendant en forme de boucle fermée, est représenté en traits pleins dans une position correspondant à la fin de l'opération de découpe de l'élément tubulaire, et est également représenté en traits pointillés dans une position correspondant, soit à une position préalable au début de la coupe, soit à une position de désengagement de l'outil par rapport à l'élément tubulaire lors de l'enlèvement de l'outil et/ou de la machine. La Figure 2, qui est une vue selon 11 de la Figure 1, illustre par un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'élément tubulaire à découper, la machine illustrée à la Figure 1. La Figure 3 illustre par une vue latérale dans un autre plan la machine des Figures 1 et 2 et est une vue selon III de la Figure 1. La Figure 4 illustre partiellement la machine des Figures 1 à 3, et est une vue selon IV de la Figure 3, et illustre plus particulièrement les moyens de déplacement des poulies de renvoi permettant la modification de la tension de l'outil filiforme abrasif, de préférence constitué par un câble diamanté. Les Figures 5 à 7 illustrent schématiquement en vue latérale, les étapes de mise en oeuvre d'une machine selon l'invention pour couper la base d'une pile enfouie au fond de la mer. La Figure 8 illustre schématiquement en vue en perspective la configuration d'un câble diamanté et des poulies de guidage et d'entraînement de ce câble dans une machine selon l'invention. En référence aux Figures 1 et 8 plus particulièrement, l'outil abrasif filiforme, de préférence constitué par un câble diamanté repéré de façon générale par le chiffre 7, s'étend et/ou est conformé en une boucle fermée qui s'étend sensiblement dans deux plans 31 et 30 faisant entre eux un angle 62, par exemple voisin de 90' ; cette configuration de la boucle s'étendant selon deux plans permet d'augmenter la compacité de l'appareil de façon notable I comme illustré schématiquement à la Figure 8, le câble 7 comporte un brin ou une section 23 dite d'attaque ou de coupe, s'étendant rectilignement et guidée par deux poulies, à savoir une poulie avant gauche 9 et une poulie avant droite 10. Le câble 7 comporte également un brin ou une section latérale gauche 25, guidé par ladite poulie 9 et une poulie 12 arrière gauche ; de la même façon, une section 24 latérale droite du câble est guidée par ladite poulie 10 et une poulie arrière droite 11 ; les poulies 9, 10, 11, 12 s'étendent sensiblement dans ledit plan 30, de manière à guider ledit câble 7, c'est-à-dire les brins 23, 24, 25 dans ledit plan 30 ; le dispositif comporte également deux poulies 17 et 18 de renvoi s'étendant sensiblement dans un deuxième plan 31, de même que ladite poulie motrice 21 ; lesdites poulies 17, 18 et 21 ont leurs axes de rotation respectifs 32, 33, 22 parallèles entre eux et perpendiculaires audit plan 31, alors que lesdites poulies 9 à 12 ont leurs axes de rotation respectifs (repérés 13 à 16, Figures 1 et 2) parallèles entre eux et perpendiculaires audit plan 30. On voit que lesdites poulies 17 et 18 de renvoi sont situées à l'extérieur de la boucle formée par ledit câble, contrairement auxdites poulies de guidage 9 à 12 et à ladite poulie motrice 21 d'autre part. La distance 65 mesuré bord à bord entre lesdites poulies de guidage avant 9 et 10, est suffisant pour permettre le passage du tube au fur et à mesure de la coupe de celui-ci, et est donc supérieur au diamètre extérieur du tube à découper. Comme illustré aux Figures 5 à 7 particulièrement, L'engin mobile sous-marin de découpe de tubes immergés, est essentiellement constitué par une structure principale 2 et une structure secondaire ou articulée 3, qui est articulée par rapport à la structure principale 2 selon un axe d'articulation 4 perpendiculaire à l'axe longitudinal 6 du tube 5 à découper. Comme illustré sur ces Figures, la découpe selon un arc-de-cercle 8, ou plus précisément selon une portion de cylindre s'étendant selon ledit axe d'articulation 4, notamment dans le cas où l'élément tubulaire est constitué par la base d'une pile formant support d'une plate-forme pétrolière par exemple, c'est-à-dire un élément tubulaire encastré dans le fond sous-marin 69, permet d'exécuter préalablement à la découpe et à la fixation de l'engin sur la base de l'élément tubulaire, une fouille 66 ou excavation de faible dimension et donc de faible volume, sous le niveau courant 70 du fond sous-marin 69. La découpe en arc-de-cercle 8 ou effectuée selon ladite portion de cylindre d'axe 4, est rendue possible grâce à l'articulation de la structure articulée 3, selon ledit axe 4, laquelle structure articulée 3 porte ledit câble 7 guidé par lesdites poulies fixées à ladite structure articulée 3. Comme illustré sur ces Figures 5 à 7, L'ensemble des actionneurs, de préférence hydrauliques, qui sont intégrés audit engin, est alimenté par une canalisation flexible ou ombilical 67, reliant lesdits actionneurs à une source d'énergie hydraulique ou une pompe située dans une installation (non représentée) généralement située au-dessus de la surface de l'eau. L'ombilical 67 sert à assurer les fonctions suivantes 1)Alimentation en énergie hydraulique du moteur hydraulique, 2) Permettre le contrôle et la modification à distance des moyens de régulation de la tension du câble, 3) Alimenter en énergie électrique les projecteurs et caméras montés sur la partie 3 de la machine de coupe, 4) Restitution en surface des images vidéos des diverses caméras, 5) Restitution en surface des indications de capteurs divers (pression, positionnement...). Comme illustré Figure 6, ladite structure principale 44, 2 de l'engin de coupe peut être manipulée par un engin de levage (non représenté) déporté, par exemple un engin de levage situé au-dessus de la surface de l'eau, par l'intermédiaire d'élingues 68 représentées Figure 5. La séquence schématique de mise en place de l'appareil sur l'élément tubulaire représenté aux Figures 5 à 7, montre Figure 5, I'approche de la machine 1 de la base de l'élément tubulaire 5, après que la fouille 66 ait été réalisée . la Figure 6 montre la phase d'accrochage de la machine sur l'élément tubulaire 5 par l'intermédiaire de doigts ou bras articulés 36, 37 faisant partie de la structure principale 44, 2. La Figure 7 illustre la machine de découpe de tubes dans une position fixée au tube 5 par lesdits doigts ou bras articulés à la fin de l'opération de coupe de l'élément tubulaire I le dégagement de l'appareil par rapport à l'élément tubulaire 5 s'effectue sensiblement selon des opérations inverses à celles de sa mise en place. Les opérations illustrées aux Figures 5 à 7 peuvent être effectuées sous le contrôle de plongeurs ou d'un engin sous-marin habité ou non, qui sont situés en contact ou à proximité de la machine de coupe. Par référence aux Figures 1 et 2 particulièrement, la structure principale ou fixe 2 de la machine peut être par exemple constituée par un assemblage rigide de pièces métalliques soudées entre elles ; cette structure principale 2, 44 comporte notamment une tôle découpée en forme de "V", de manière à permettre un contact en des points repérés 57, Figure 2, de la structure contre la paroi extérieure du tube 5 à découper lors du serrage des doigts ou bras articulés permettant la fixation temporaire et/ou l'immobilisation de la machine autour du tube ; le tube 5 peut être par exemple constitué par plusieurs couches cylindriques coaxiales Sa, 5b, 5c métalliques et/ou en béton par exemple, s'étendant selon l'axe longitudinal 6 du tube. La structure métallique principale 44, 2 de la machine comporte des paliers permettant la rotation ou le pivotement selon des axes 42 et 43 parallèles à l'axe longitudinal 6 du tube, d'ensembles en forme de fourchettes 38 et 39 respectivement gauche et droite, chaque ensemble en forme de fourchette étant par exemple constitué par un ensemble rigide de deux doigts ou bras 36 et 37 parallèles entre eux, dont les extrémités libres avant 40 et 41 respectivement peuvent venir prendre appui sur la face extérieure du tube 5, de manière à permettre le serrage de la structure principale 2, 44 de la machine autour du tube et son immobilisation pendant la coupe de celui-ci. Les doigts ou bras 36, 37 constituant chacun des ensembles en forme de fourchettes 38 et 39, sont actionnés par un vérin 56 pour pivoter autour desdits axes respectifs 42, 43, par exemple de façon symétrique par rapport à un plan 64 de symétrie générale de l'appareil. On voit notamment Figure 1 que ladite structure principale 2, 44 de l'appareil comporte également des paliers de pivotement selon un axe 4 perpendiculaire à l'axe 6 longitudinal du tube 5, de la partie 3 de l'appareil située en bas sur la Figure 1, qui est articulée par rapport à la partie principale 2. La structure articulée 3 peut être par exemple construite à partir de tronçons de tubes (repérés 49, 50, 52, 53, 58, 59, Figures 1 à 3) métalliques assemblés entre eux par soudage ou par un système de bride 51 représenté Figure 1, permettant le démontage (séparation) facilité des deux principales structures (parties) de la machine. Le déplacement selon une rotation d'axe 4 de la partie articulée 3 par rapport à la partie principale 2 de la machine, est obtenu par l'intermédiaire d'un vérin dont le corps 45 est monté pivotant selon un axe 47 par rapport à la structure principale 2 et dont l'extrémité libre de la tige 46 est monté pivotante par rapport à un bras 50 de la partie articulée 3 de la structure, lequel vérin 45, 46 est de préférence actionné hydrauliquement pour faire pivoter la structure 3 articulée de la position représentée en traits pleins sur la Figure 1 à la position représentée en traits pointillés sur la même Figure, lors du désengagement de l'outil après la coupe du tube 5, ct pour effectuer le mouvement inverse lors de la coupe du tube 5. Par référence aux Figures 3 et 4, lesdites poulies de renvoi peuvent se déplacer pour permettre le réglage de la tension du câble entre une position représentée en traits pleins sur ces Figures, et une position représentée en traits pointillés sur ces Figures. Plus précisément, la poulie de renvoi repérée 18 sur la Figure 8 notamment, peut passer d'une position repérée 18a sur la Figure 3 correspondant à la position 33a (Figure 4) de son axe de rotation, à une position repérée 18b sur la Figure 3 et correspondant à la position repérée 33b (Figure 4) de son axe de rotation, sous l'effet du déplacement selon l'axe 60 de la tige z5 d'un vérin 35, dont l'extrémité porte par l'intermédiaire d'un palier l'arbre de ladite poulie 18 ; ledit vérin 35, dont le corps 54 est fixé au tronçon 53 tubulaire faisant partie de la structure articulée 3, est de préférence hydraulique et comporte des moyens de régulation permettant d'ajuster la tension du câble, par exemple pour la maintenir constante ou au fur et à mesure de la coupe de l'élément tubulaire par ledit câble, provoquant notamment un échauffement de celui-ci et sa déformation, ainsi que des tensions induites pouvant entrainer sa rupture. D'une manière similaire, un dispositif par exemple manuel de réglage de la tension initiale du câble, peut être obtenu par un moyen 34 représenté schématiquement aux Figures 3 et 4, permettant de faire passer la poulie repérée 17 à la Figure 8, d'une position repérée 17a en pointillés correspondant à la position repérée 32a (Figure 4) de son axe de rotation, jusqu'à une position repérée 17b sur la Figure 3 correspondant à une position repérée 32b sur la Figure 4 de son axe de rotation. Correlativement, les brins ou parties 28, 29 du câble 7 illustrés Figure 8, passent d'une position repérée 28a, 29a à une position repérée 28b, 29b sous l'action des moyens 34, 35 de réglage manuel et hydraulique de la tension du câble. On voit également sur les Figures 2 à 4 que la structure articulée 3 est de préférence symétrique par rapport audit plan 64 et constituée par des bras, eux-mêmes constitués par des tronçons de tubes liés entre eux par soudage ou par bridage, lesquels bras comportent des paliers permettant la rotation desdites poulies de guidage et de renvoi 9 à 12, 17, 18, ainsi que la poulie motrice 21. REVENDICATIONS 1. Machine (1) de coupe de tubes (5) immergés par un outil (7) abrasif filiforme sans fin formant une boucle et guidé par des poulies, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour déplacer une portion rectiligne (23) dudit outil (7) formant un brin défilant de coupe, selon un profil curviligne (8) en arc de cercle. 2. Machine (1) pour couper un tube (5) immergé à l'aide d'un câble (7) diamanté formant une boucle sans fin, caractérisée en ce qu'elle comporte une structure (3) articulée selon un axe (4) d'articulation qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal (6) dudit tube (5), laquelle structure (3) articulée porte des poulies de guidage dudit câble. 3. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 dans laquelle ledit outil ou câble (7) en forme de boucle fermée comporte une première partie (23, 24, 25, 26, 27) qui s'étend dans un premier plan (30) et comporte une deuxième partie (28, 29) qui s'étend dans un deuxième plan (31), lesquels premier plan et deuxième plan définissent un angle (62) de valeur comprise entre 60 et 120 degrés. 4. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 comportant quatre poulies (9, 10, 11, 12) de guidage dudit câble dans un premier plan (30), comportant en outre deux poulies (17, 18) de renvoi et une poulie (21) motrice et de guidage dudit câble (7) dans un deuxième plan (31), et dans laquelle l'axe (61) d'intersection dudit deuxième plan avec ledit premier plan est parallèle à l'axe (4) de pivotement d'une structure pivotante (3) qui reçoit lesdites poulies, motrice, de guidage et de renvoi. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant une structure principale (2), susceptible d'être immobilisée par rapport au tube à découper par des doigts articulés (36, 37) selon un axe d'articulation (42, 43) parallèle à l'axe longitudinal (6) du tube à découper. 6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportant une structure fixe ou principale (2, 44) munie de moyens de suspension de ladite machine à des élingues (68) de manutention sous la surface de l'eau de ladite machine par un engin de levage ou autres moyens de manutention in-situ. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant des moyens (34, 35) de contrôle et/ou de réglage de la tension de l'outil ou câble, par le déplacement d'au moins l'une desdites poulies. 8. Machine (1) pour couper un tube (5) immergé à l'aide d'un outil (7) abrasif allongé formant une boucle sans fin, qui comporte - une structure principale fixe (1) susceptible d'être immobilisée par rapport audit tube par des bras ou doigts articulés (36, 37) enserrant une portion dudit tube, lesquels doigts ou bras (36, 37) sont articulés selon un axe d'articulation (42, 43) parallèle à l'axe longitudinal (6) dudit tube à découper, - une structure secondaire (3) articulée par rapport à ladite structure principale fixe (1) selon un axe (4) d'articulation qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal (6) dudit tube (5), laquelle structure secondaire (3) articulée porte des poulies (9, 10, 11, 12, 17, 18, 21) de guidage et d'entraînement dudit outil abrasif qui s'étend sensiblement selon deux plans (30, 31) faisant entre eux un angle (62) compris entre 60 et 120'. 9. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comportant une poulie motrice (21) entraînée par un moteur hydraulique intégré à ladite machine, lequel moteur est alimenté en fluide sous pression par une canalisation flexible (67). 10. Machine selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, dans laquelle ledit angle (62) a une valeur voisine de 90'.