Brevet FR2739167A1 — publié le 19970328

La présente invention se rapporte à un limiteur de courbure pour un tube s'étendant en milieu marin, et, plus particulièrement, pour un tube prolongateur, tube qui s'étend entre un puits pétrolier sous-marin et un support à la surface de la mer. Afin de permettre le forage et la mise en production subséquente d'un puits pétrolier sous-marin, on installe un tube prolongateur, plus communément appelé "riser", entre l'extrémité supérieure du puits, située au fond de la mer, et un support à la surface de la mer, typiquement une barge ou une plate-forme.Ce tube prolongateur, qui est en acier et présente un diamètre compris entre 22 cm et 40 cm, définit un volume isolé de la mer à l'intérieur duquel peuvent avoir lieu les opérations de forage et de mise en production du puits. Les opérations de forage et mise en production en mer ont lieu à des profondeurs d'eau de plus en plus importantes, par exemple de 400 m à 2000 m, ce qui nécessite un tube prolongateur d'une longueur équivalente. Ce tube prolongateur doit être maintenu sous tension axiale afin d'éviter qu'il ne se plie et tombe au fond de la mer sous l'effet de son propre poids. Cependant, les effets du courant et de la houle provoquent un mouvement relatif entre le support flottant et l'extrémité inférieure du tube prolongateur au fond de la mer. Aussi, le tube prolongateur ne s'étend pas de manière verticale entre le fond et la surface mais adopte une forme fléchie, inclinée légèrement par rapport à la verticale, car il est soumis aux effets de son poids, sa tension et les forces du courant. Le diamètre du tube est très faible par rapport à sa longueur importante. De plus, l'inertie en flexion du tube ne joue aucun rôle, en pratique, pour déterminer sa courbure. On doit plutôt considérer que le tube se comporte comme un fil tendu qui est soumis à des forces latérales par unité de sa longueur. La demande de brevet français N 95 00465 décrit un ensemble tensionneur de tube prolongateur comprenant un tube élastique disposé autour du tube prolongateur et s'étendant entre un point intermédiaire sur le tube et le support à la surface et comprenant, de plus, des moyens de flottaison disposés à l'intérieur du tube élastique. L'utilisation de ce type de tensionneur présente l'inconvénient que l'ensemble des forces agissant sur le tube prolongateur provoque une courbure ou un fléchissement important en un point immédiatement adjacent à l'extrémité inférieure du tube élastique. L'utilisation en mer d'une barge de production ou de forage nécessite un montage coulissant pour l'extrémité supérieure du tube prolongateur afin de permettre un mouvement relatif du tube par rapport à la barge, lorsque cette dernière se déplace avec la houle. Il serait avantageux de prévoir un tube prolongateur ayant sensiblement une forme de S dont l'extrémité supérieure serait fixée à la barge. L'élasticité du tube en forme de S permettrait à ce dernier d'absorber le pilonnement vertical de la barge. Malheureusement, jusqu'alors, l'utilisation d'une telle installation n'était pas possible en présence d'un courant, même modéré, car le courant agissant sur le tube tendait à le déformer au-delà des limites acceptables. La présente invention a donc, pour objet, un limiteur de courbure destiné à être monté sur un tube s'étendant en milieu marin, par exemple, un tube prolongateur, qui soit fiable et de construction simple. Le limiteur de courbure selon l'invention se caractérise en ce qu'il comprend au moins deux éléments sensiblement tubulaires disposés autour du tube prolongateur, ces éléments étant reliés entre eux par une interconnexion servant à limiter l'écartement angulaire entre les éléments. Les avantages, ainsi que le fonctionnement de la présente invention, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, faite de manière non limitative en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un tube prolongateur selon l'art antérieur - la figure 2 est une vue analogue d'un tube prolongateur muni d'un limiteur de courbure selon l'invention ; - la figure 2A est une vue détaillée d'un élément de la figure 2 ; et - la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un deuxième type de tube prolongateur muni d'un limitateur de courbure selon l'invention. Sur la figure 1 est représenté partiellement un support flottant qui, dans l'exemple illustré, est une barge 10. Un tube prolongateur 12, s'étendant d'un puits pétrolier 14 au fond de la mer à la surface 16, est reçu dans la barge par l'intermédiaire d'un cardan ou d'un joint sphérique 18 qui permet un mouvement vertical relatif entre la barge et le tube 12. A son extrémité supérieure, le tube prolongateur 12 est muni d'un ensemble tête de puits 20. Un ensemble tensionneur pour le tube prolongateur 12 comprend un tube 22 disposé autour du tube prolongateur sur sa partie supérieure. L'extrémité inférieure du tube 22 est fixée sur le tube prolongateur 12, son extrémité supérieure étant montée sur la barge 10. Comme il a été décrit ci-dessus, les forces agissant sur le tube prolongateur 12 provoquent une courbure ou un fléchissement de celui-ci dans la région du tube immédiatement en-dessous du tube 22, région représentée généralement en 24. Sur la figure 2, les éléments correspondant à ceux de la figure 1 comportent les mêmes chiffres de référence. Selon l'invention, le tube prolongateur 12 est muni d'un limiteur de courbure représenté généralement en 26. Le limiteur de courbure 26 est formé de plusieurs éléments sensiblement tubulaires 28, trois dans l'exemple illustré, disposés bout à bout autour du tube prolongateur 12. Chaque élément 28 est relié à l'élément adjacent par une interconnexion 30 servant à limiter l'écartement angulaire entre les deux éléments. A cet effet, chaque extrémité d'élément 28 comporte une bride 32 radiale sur sa paroi externe. Un collier annulaire 34, disposé autour d'une paire de brides adjacentes, forme l'interconnexion en limitant l'écartement entre les brides 32. La longueur axiale 1 (voir la figure 2A) du collier 34 limite, de manière prédéterminée, l'écartement angulaire entre deux éléments. De préférence, l'angle O défini entre les faces en regard de deux éléments 28 est compris entre 1 et 4 et, de préférence, est de 2 pour des éléments ayant une longueur de 5 m. Une interconnexion 30 du même type est également disposée entre le tube élastique 22 et le premier élément 28. De préférence, chaque élément 28 est muni de centreurs 36. On peut également prévoir l'installation d'un limiteur de courbure à l'extrémité inférieure du tube de prolongateur dans la région 38 adjacente la sortie du puits 14 (voir la figure 1). Sur la figure 3 est représenté un autre mode de réalisation de l'invention. Les éléments communs aux modes de réalisation décrits ci-dessus portent les mêmes chiffres de référence. Dans ce mode de réalisation, l'extrémité supérieure du tube prolongateur 12, munie de l'ensemble tête de puits 20, est montée, de manière rigide, sur la barge 10. Dans cet exemple, le tube prolongateur 12 a une forme sensiblement de S, ce qui offre une liberté de pilonnement à la barge 10. Cependant, comme il a été décrit précédemment, l'effet du courant marin, qui se déplace dans le sens de la flèche 40, aurait tendance à déformer le tube prolongateur 12 vers la position 12 représentée en pointillés sur la figure, position dans laquelle le tube est déformé au-delà des limites acceptables. Selon l'invention, afin de pallier cet inconvénient, un limiteur de courbure 26 est disposé autour du tube prolongateur, sur une grande partie de sa longueur. De préférence, le limiteur s'étend sur au moins 50 8 de la longueur du tube 12, de manière symétrique par rapport au milieu du tube. Le limiteur de courbure selon l'invention peut s'utiliser avec tout type e tube s'étendant en milieu marin et susceptible de subir une courbure trop importante. Par exemple, l'invention peut trouver une application sur des rampes de pose de pipelines, plus communément appelées "stinger" qui sont des supports ballastables disposés, sous l'eau, à l'arrière d'une barge de pose de pipelines. REVENDICATIONS 1 - Limiteur de courbure pour un tube s'étendant dans un milieu marin (12) comprenant au moins deux éléments (28) sensiblement tubulaires et disposés autour du tube (12), ces éléments étant reliés entre eux par une interconnexion (30) servant à limiter l'écartement angulaire entre les éléments. 2 - Limiteur de courbure selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque extrémité d'élément comporte une bride (32) radiale sur sa paroi externe, l'interconnexion (30) comprenant un collier annulaire (34) disposé autour d'une paire de brides (32) adjacentes. 3 - Limiteur de courbure selon la revendication 1 caractérisé en ce que la longueur axiale du collier limite l'écartement angulaire entre deux éléments à un angle O compris entre 1 et 4". 4 - Limiteur de courbure selon l'une des revendications 1 à 3, pour un tube prolongateur (12) muni d'un ensemble tensionneur comprenant un tube (22) disposé autour du tube prolongateur caractérisé en ce que l'un des éléments (28) est relié à l'extrémité du tube par une interconnexion (30).