Brevet FR2788830A1 — publié le 20000728

Dispositif d'installation et de protection d'au moins une conduite sousmarine à grande profondeur La présente invention a pour objet un dispositif d'installation et de protection d'au moins une conduite sousmarine à grande profondeur. Le secteur technique de l'invention est le domaine de la réalisation de dispositifs de protection de conduites sous marines véhiculant des fluides des signaux de contrôles ou de la puissance électrique, installés sur le fond de la mer dans des zones sujettes aux courants. Cette invention s'applique plus particulièrement aux développements de champs pétroliers en mer profonde, c'est à dire des installations pétrolières installées en pleine mer, dans lesquelles les équipements de surface sont en général situés sur des structures flottantes, les têtes de puits étant au fond de la mer. Les conduites concernées par la présente invention sont soit des liaisons entre têtes de puits, soit la partie reposant sur le fond des liaisons fond surface. L'installation des conduites en mer profonde se fait habituellement à partir d'engins spécialisés à bord desquels des longueurs de tube unitaires, en général 12m, 24m ou 36m, sont assemblées les unes aux autres, avant d'être déplacé vers l'arrière du support flottant pour être mises à l'eau et atteindre le fond de la mer en formant, soit une courbe en S dans le cas o les longueurs unitaires sont présentées et assemblées horizontalement sur la barge, soit une courbe en J dans le cas o les mêmes longueurs unitaires sont présentées et assemblées à bord de la barge dans une position proche de la verticale. Cette installation peut aussi être réalisée à partir d'éléments préfabriqués à terre en longueurs unitaires de 500 à 1000 m que l'on 2 2788830 tire ensuite, depuis le large, à l'aide d'un remorqueur. Dans le cas de conduites de plusieurs kilomètres, on tire en général la première longueur que l'on raboute à la suivante, le remorqueur maintenant l'ensemble en traction pendant la phase de raboutage, laquelle peut durer plusieurs heures. Lorsque l'intégralité de la conduite a été mise à l'eau, l'ensemble est remorqué, frottant en général sur le fond, vers le site, o il est alors mis en place. Cette dernière méthode est particulièrement intéressante lorsque les conduites sont multiples et constituent un faisceau unique (appelé "bundle"). Pour être installé sur site, cette ou ces conduites ou "bundle" est en général remorqué près du fond pour éviter les perturbations dans la tranche d'eau sujette à la houle et aux courants de surface, et en conséquence doit être allégé de manière à minimiser les frottements sur le fond de la mer. De plus, pour éviter les endommagements qui pourraient se produire lors du remorquage, lequel peut dans certains cas se faire sur des distances de plusieurs centaines de kilomètres, une protection externe des conduites permet d'assurer son intégrité au cas o celles ci entreraient en contact avec des obstacles qui n'auront pas pu être repérés lors des campagnes de reconnaissance du trajet suivi par le "bundle". Lors du remorquage, la ou les conduites ou "bundle" en frottant sur le sol, endommage la couche superficielle de celui ci, qui, dans les fortes profondeurs est principalement constituée de silts et autres particules très fines véhiculés par les courants marins. Les couches accumulées au cours des siècles présentent une cohésion qui peut être très faible et qui peut être facilement détruite par le simple frottement des conduites sur le fond. Ce mode de destruction est d'autant plus critique que, le faisceau de conduites pouvant atteindre une longueur de plusieurs kilomètres, un point donné du tracé de remorquage verra défiler la quasi intégralité de la longueur du ou des conduites, ce qui aura pour effet, par usure, de VrT- 3 2788830 creuser un sillon de boue dans lequel celles ci risquent de descendre en raison de la forme externe de leur assemblage qui est en général circulaire. Ainsi, dans une partie de la longueur du faisceau de conduite proche du remorqueur de tête, l'assemblage desdites conduites est en contact avec le sol sur sa face inférieure seulement; dans une portion plus éloignée du remorqueur, un début de sillon aura été créé et apparaîtront des frottements latéraux; puis dans une portion encore plus éloignée, le faisceau disparaîtra dans la souille et l'intégralité de son pourtour sera en contact avec le sol ou la boue environnante, ce qui aura pour effet d'augmenter les frottements et donc la force de traction nécessaire au niveau du remorqueur. En cas d'arrêt du remorquage, cette dernière portion du faisceau de conduites se trouvera ensouillée dans une boue qui commencera alors immédiatement une phase de consolidation qui aura pour conséquence d'augmenter de manière significative les frottements. Cette consolidation, bien que très lente, nécessitera, pour pouvoir redémarrer le remorquage, d'exercer sur la ou les conduites un effort de traction de décollement bien supérieur à l'effort de traction nécessaire juste avant l'arrêt. En effet, dans un calcul de frottement en mécanique, on différentie en général un coefficient statique de frottement et un coefficient dynamique de frottement; le coefficient statique est dans de nombreux cas supérieur de 30% à 100% au coefficient dynamique. Dans le cas de boues, ce rapport peut être encore plus défavorable, et même atteindre des valeurs considérables, si la boue a un comportement de type thyxotropique. Ainsi en cas d'immobilisation du ou des conduites, il risque de se créer un blocage qui nécessitera des efforts de traction considérables de la part des remorqueurs pour pouvoir remettre en mouvement l'ensemble. Ces efforts peuvent atteindre plusieurs -l T--' 4 2788830 centaines de tonnes et risquent alors d'endommager soit les conduites ou "bundle" soit les moyens de remorquage. L'objectif de la présente invention est de réaliser un moyen de protection du faisceau de conduites multiples, ou encore d'une conduite simple, et qui présente d'une part une amélioration de la protection des conduites lors de la phase de remorquage afin d'éviter l'enfouissement de celles ci dans le sol et d'autre part une meilleure stabilité, après installation, du faisceau de ces conduites associé à ladite protection, sous l'effet des courants sous-marins. Cet objectif est atteint par un dispositif d'installation et de protection d'au moins une conduite sous marine qui comporte selon l'invention au moins un patin de frottement constituant une partie au moins d'un grand côté d'un profil de forme allongée au dessus duquel est disposé la ou lesdites conduites et apte à supporter celles ci; si ce dispositif d'installation et de protection concerne au moins deux conduites, celles ci étant disposées dans un même plan, la forme allongée dudit profil du patin de frottement est de même direction que ce plan. Ce patin de frottement comporte au moins une partie quasi plane formant semelle et est constitué par une plaque plane ayant au moins ses bords, latéraux parallèles à l'axe des conduites recourbés vers le côté o se situe les conduites qu'elle supporte. Ce patin de frottement joue le rôle d'interface entre le sol et lesdites conduites et est installé le long de la ou des conduites de manière continu ou non. Ce patin de frottement réduisant la pression exercée localement sur le sol, lors du passage de l'ensemble du dispositif selon l'invention, en un point donné du parcours de remorquage, la couche superficielle de fond marin sera préservée et les frottements latéraux réduits au minimum. En effet, les forces de frottement engendrées par la gravitation dépendent essentiellement des 2788830 coefficients de frottement et ne sont que peu sensibles à la superficie des surfaces de contact. Ainsi, en augmentant la surface de contact sous la forme d'une surface sensiblement plane, cela permet de réduire les pressions, donc les risques de poinçonnement et cela évite la formation d'une souille par usure pénétrante du sol, lors du passage des conduites du "bundle". Ce patin de frottement pourra être installé sur la longueur complète du faisceau de conduites ou sur une partie seulement, de manière continue ou discontinue. La forme et les caractéristiques du patin peuvent varier le long des conduites. On installera avantageusement sous le patin, dans la zone en contact avec le sol, une plaque d'usure dont les caractéristiques mécaniques diminueront le frottement sur le sol et en conséquence l'usure du sol. Cette plaque pourra être en acier ou en tout autre matériau tel que les thermoplastiques ou les thermodurcissables. Lors du remorquage, pour minimiser les efforts de traction, on cherche à alléger au maximum le faisceau de conduites de manière à ce qu'elles présentent un poids apparent dans l'eau proche de l'équilibre, sans cependant devenir flottant car elles auraient alors tendance à remonter en surface ou encore à se déplacer latéralement sous l'effet de courants transversaux, sans qu'il soit possible de les maintenir en ligne sous l'effet de la traction exercée par le remorqueur de tête et la retenue du remorqueur de queue. Par contre, après installation sur site, et pour garantir une bonne stabilité dans le temps, on cherche à alourdir les conduites pour qu'elles présentent un maximum de stabilité vis à vis des courants marins. Pour cela, lors du remorquage, les conduites sont en général vides et l'on est aussi amenés à rajouter des éléments de flottabilité intégrés au faisceau de conduites. Après installation, les conduites sont remplies et éventuellement les éléments de 6 2788830 flottabilité sont enlevés ou détruits en les faisant par exemple imploser. Le dispositif selon l'invention présente une dissymétrie qui, sous l'effet des forces de courant, risque de le vriller et éventuellement de le retourner, présentant alors les côtés du faisceau de conduites, ou la face supérieure, au contact du sol. Une telle configuration va alors à l'encontre de l'objectif recherché et le risque de formation d'une tranchée d'ensouillage sera en conséquence considérablement augmenté. Ainsi, dans une version préférée de l'invention, on installe avantageusement des éléments de flottabilité ou flotteurs disposés de l'autre côté dudit patin de frottement par rapport auxdites conduites soit à la verticale, au dessus de celles-ci et de préférence dans l'axe, en constituant une liaison rigide, ou encore triangulée, avec ledit patin de frottement ou le faisceau de conduites lui même: le ou lesdits flotteurs applique(nt) ainsi un moment de rappel à l'ensemble du dispositif suivant l'invention. En effet, le centre de gravité de l'ensemble conduites-patin- flotteur sera situé au niveau desdites conduites alors que la flottabilité exercée par le flotteur sera appliquée au dessus: du fait de la raideur du système de liaison, il en résultera un moment de rappel qui aura tendance à stabiliser le patin dans une position sensiblement parallèle au fond marin et ainsi éviter les risques le vrillage précédemment mentionnés. La liaison rigide peut ainsi être une simple barre encastrée au niveau du patin ou du faisceau de conduites et jouant le rôle de poutre, elle peut aussi être constituée de câbles ou de cordages installés en patte d'oie entre les bords latéraux du patin ou du faisceau de conduites, et le flotteur, constituant alors un triangle de dimensions fixes. On améliore aussi avantageusement la stabilité du "bundle" en fixant aux extrémités de poutres déposées dans des plans 7 2788830 perpendiculaires à l'axe du faisceau de conduites et solidarisées à ce dernier, au moins un patin latéral de frottement supplémentaire. Les patins latéraux pourront être continus ou discontinus, disposés de manière symétrique ou dissymétrique par rapport à l'axe du faisceau de conduites, ou encore disposé d'un côté seulement. Ainsi on installera avantageusement un tel stabilisateur à deux patins dans la partie avant du faisceau de conduites à proximité de la tête de traction de manière à éviter, qu'en cas de contact de ladite tête de traction avec ledit sol, l'ensemble ne plonge dans le sol ou ne commence à se mettre en vrille. Dans ce cas, le bord d'attaque avant des patins latéraux sera relevé pour former une spatule évitant ainsi toute pénétration dans le sol. Dans une version préférée de l'invention, le patin comporte des déflecteurs latéraux disposés de part et d'autre de ladite ou desdites conduites, dans le prolongement dudit patin de frottement : ces déflecteurs latéraux ont pour rôle de profiler le faisceau de conduites en vue d'améliorer sa stabilité une fois installé, en présence de courants transversaux sensiblement parallèles au fond et d'incidence variable. Lesdits déflecteurs latéraux peuvent être, soit réalisés en même temps que les patins, par simple pliage ou courbage des bords latéraux du patin, soit encore rapportés sur les bords et fixés par des moyens classiques tels que la soudure, le boulonnage, le rivetage, le collage ou tout autre procédé classique d'assemblage. Des déflecteurs ou écrans complémentaires peuvent être aussi avantageusement installés dans l'axe ou en d'autres points du patin ou du faisceau de conduites pour améliorer le comportement de l'ensemble sous l'effet des courants. Le résultat est de nouveaux dispositifs d'installation et de protection d'au moins une conduite sous marine, répondant aux 8 2788830 objectifs de la présente invention sans avoir les inconvénients des dispositifs connus à ce jour. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite de manière illustrative et non limitative, en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en coupe de la progression de l'enfoncement en un même endroit d'une conduite seule, ou d'un faisceau de conduites assemblées suivant une forme circulaire et comportant alors une enveloppe extérieure de protection épousant cette forme et telle que réalisée à ce jour, lors de son remorquage vers le site d'installation. La figure 2 est une vue en coupe d'un patin de frottement selon l'invention sur lequel sont disposées deux conduites et deux ombilicaux. La figure 3 détaille l'installation de déflecteurs latéraux et centraux, intégrés ou rapportés au patin de frottement. la figure 4 est une vue en coupe d'un dispositif de stabilisation selon l'invention à couple de rappel. La figure 5 est une variante de la figure 4 utilisant une patte d'oie en câble. La figure 6 est une vue en coupe d'un dispositif de stabilisation latérale rajouté au patin de frottement principal. La figure I montre la progression de l'enfoncement d'une conduite 1, ou d'un faisceau de conduites, ou "bundle" disposé comme indiqué ci dessus suivant une forme circulaire, dans un sol 12 peu résistant, lors de la progression dudit faisceau au cours du remorquage suivant un axe perpendiculaire au plan de la figure. Les positions la, lb, lc, ld représentent le même emplacement sur le fond marin 12, mais à des phases successives du remorquage; par exemple, la position la représente le faisceau de conduites lors du 9 2788830 premier contact, la position lb représente l'état du sol après passage de 300 m de faisceau, la position lc représente l'état du sol après passage de 1 000 m de faisceau, la position id représente l'état du sol après passage de 2 000 m de faisceau, celui ci ayant creusé un sillon 10 dans lequel il s'enfonce. La figure 2 représente le dispositif d'installation et de protection d'au moins une conduite sous marine 1 selon l'invention et qui comporte au moins un patin de frottement 3 constituant une partie au moins d'un grand côté d'un profil 4, transversal à l'axe des conduites 1 de forme allongée et au dessus duquel est disposé la ou lesdites conduites 1: ledit patin de frottement 3 peut être réalisé par une plaque quasi plane formant semelle 3, dont les bords latéraux parallèles à l'axe desdites conduites 1 sont courbes et légèrement relevées par rapport au sol 12 afin de faciliter en particulier le glissement dudit patin 3 sur le sol; ce patin est apte à supporte par l'intermédiaire de supports 8 fixés à celui ci, par exemple comme représenté sur la figure 2, deux conduites de fluides i ainsi qu'un cble de puissance 2 et un ombilical électro- hydraulique 5. La figure 3 représente un patin de frottement 3 similaire à celui de la figure 2 et équipé: - sur la partie gauche de la figure d'un déflecteur 6, intégré obtenu par formage de la tôle ou plaque formant ledit patin 3, sur sa partie droite d'un déflecteur rapporté 62 constitué par exemple d'une tôle formée, fixée par l'intermédiaire de rivets 9 ou autre moyen de solidarisation, - dans sa partie centrale d'un écran 14 solidaire dudit patin 3 par l'intermédiaire de supports 141, - d'une plaque d'usure 11 réalisée par exemple en matériau thermoplastique de densité 1, donc ne modifiant pas la flottabilité 2788830 de l'ensemble lors du remorquage, ni même durant la vie du "bundle" sur site, et disposée sous ledit patin de frottement 3. La figure 4 représente le patin de frottement 3 sur lequel sont fixés deux conduites 1 par l'intermédiaire de supports 8 ainsi qu'un élément de flottabilité ou flotteur 7 fixé à un poteau 16 par l'intermédiaire d'un câble 15, ledit poteau étant fixé au patin 3 et renforcé par des goussets 161. La figure 5 représente le même patin 3 selon l'invention supportant les conduites 1 par l'intermédiaire des supports 8 et équipé d'un élément de flottabilité 7 solidaire d'un câble à deux brins en patte d'oie 18 par l'intermédiaire d'un câble 15, ladite patte d'oie étant fixée au patin par l'intermédiaire d'au moins deux oreilles de levage 17. La figure 6 représente le patin 3 selon l'invention supportant deux conduites 1 et une poutre 19 installée perpendiculairement à l'axe du faisceau de conduites 1 lui même perpendiculaire au plan de la figure 6; ladite poutre 19 est solidaire dudit patin 3 par l'intermédiaire de bras de liaison 21 et est équipé au moins à une de ses extrémités, si ce n'est à chacune des deux comme représenté sur la figure 6, d'un patin 20 rendu solidaire par l'intermédiaire de bras de liaison 212. De tels poutres 19 et patins 20 peuvent être répartis en continu ou en discontinu sur la longueur du "bundle" Les patins 3, 20, les supports 8, 21 et les déflecteurs 6 peuvent être fabriqués dans divers matériaux tels que l'acier, les thermoplastiques, les thermodurcissables, ou encore en matériaux composites ou tout autre matériau résistant et compatible avec les conditions d'environnement existant en mer profonde, et le bord d'attaque avant des patins, au moins latéraux 20, est courbé et relevé pour former une spatule évitant toute pénétration dans le sol lors du remorquage. I l 2788830 La ou les conduites 1, sont rendus solidaires du patin 3 par des supports 8 et tout moyen classique connu de l'homme de l'art, tels que par soudure ou encore par l'intermédiaire de colliers, et que nous n'avons en conséquence pas décrit ici. La présente invention s'applique à tout type de conduites, de câbles ou d'ombilicaux, qu'ils soient rigides ou flexibles, isolées ou non isolés. En particulier, le dispositif d'installation et de protection selon l'invention peut comporter un revêtement isolant entourant la ou lesdites conduites 1 et une enveloppe de protection dont le périmètre externe de la section transversale est une courbe fermée dont le rapport du carré de la longueur sur la surface qu'elle délimite est au moins égal à 13 et de préférence même 16, une partie de ladite enveloppe de protection constituant ledit patin de frottement 3. De préférence, la section transversale dudit revêtement isolant épouse la forme allongée dudit profil 4 du patin de frottement 3. Le patin de frottement 3 constitue alors une enveloppe fermée de protection contenant l'ensemble des conduites et des composants d'isolation et/ou des produits anticorrosion tels que de l'huile: sa section transversale peut être de forme ovale, polygonale tel qu'un carré ou rectangle. 12 2788830 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'installation et de protection d'au moins une conduite sous marine (1) caractérisé en ce qu'il comporte au moins un patin de frottement (3) constituant une partie au moins d'un grand côté d'un profil (4) de forme allongée au dessus duquel est disposée ladite conduite (1) et apte à supporter celle ci. 2. Dispositif selon l'invention 1 caractérisé en ce que ledit patin de frottement (3) comporte au moins une partie quasi plane formant semelle (31). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte des déflecteurs latéraux 6 disposés de part et d'autre de ladite conduite (1) dans le prolongement dudit patin de frottement (3). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un flotteur (7) disposé de l'autre côté dudit patin de frottement (3) par rapport à ladite conduite (1) et appliquant un moment de rappel à l'ensemble du dispositif. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux conduites (1) disposées dans un même plan, et la forme allongée du profil (4) dudit patin de frottement (3) est de même direction que ce plan. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte un revêtement isolant entourant ladite conduite (1) et une enveloppe de protection dont le périmètre extérieur de la section transversale est une courbe fermée dont le rapport du carré de la longueur sur la surface qu'elle délimite est au moins égal à 13, une partie de ladite enveloppe de protection constituant ledit patin de frottement (3). 13 2788830 7. Dispositif suivant la revendication 6 caractérisé en ce que la section transversale dudit revêtement isolant épouse la forme allongée du profil (4) dudit patin de frottement (3). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte une plaque d'usure (11) disposée sous ledit patin de frottement (3).