Brevet FR2785967A1 — publié le 20000519

La présente invention concerne une conduite flexible calorifugée, par exemple pour le transport d'effluents produits par des puits pétroliers, ou le transport terrestre ou maritime de liquide nécessitant un calorifugeage. Le problème du calorifugeage des conduites sous-marines de production pétrolière se pose en particulier pour des gisements dont les effluents, qui soumis au refroidissement rapide dû à la température du s5 fond de mer et à l'épaisseur de la tranche d'eau, sont sujets à des phénomènes physico-chimiques qui perturbent l'écoulement dans la conduite. Il peut notamment y avoir formation d'hydrate, des dépôts de paraffines, d'asphaltènes, ou une gélification des huiles. Par conduites flexibles, on désigne ici les conduites composées de couches de polymères et d'armures métalliques de renfort, et également les tubes métalliques enroulés, puis déroulés. En effet, le problème 2 2785967 d'isolation thermique se pose de la même façon pour ces deux types de conduites: il faut que l'épaisseur de matériau isolant ne rigidifie pas la conduite de façon à ce que sa mise en oeuvre se fasse de la même manière qu'une même conduite sans isolant. Autrement dit, il faut que la "souplesse" ou la "rigidité" de la conduite soit sensiblement identique avec ou sans isolant. On connaît le document EP-400689 qui décrit une conduite flexible calorifugée par enroulement en hélice de bandes constituées d'une matière plastique expansée. Ces bandes relativement fines sont enroulées par déformation élastique autour du noyau de la conduite flexible. Le choix du matériau isolant doit donc permettre cette mise en oeuvre de bobinage, par ailleurs assez lourde car il faut plusieurs couches, tout en ayant une caractéristique suffisante pour l'isolation thermique et de résistance mécanique dans des conditions de pression hydrostatique difficile. Cependant, dans le cas de pression extérieure importante cette solution ne convient plus car les bandes enroulées ne supportent pas de fortes contraintes de compression. Des matériaux plastiques rigides conviennent bien pour l'isolation et la résistance mécanique, mais posent alors un problème de rigidification de la conduite en grande épaisseur. 3 2785967 Ainsi, la présente invention concerne une méthode pour isoler thermiquement une conduite flexible, selon la définition donnée ici, comprenant les étapes successives suivantes: * on dépose sur la surface extérieure de la conduite en déplacement longitudinal, une épaisseur de matériau isolant extrudable et rigide, on refroidit le matériau isolant sur une partie sensiblement rectiligne en aval de la zone de dépôt, * on forme au moins une fente circonférentielle dans ladite épaisseur du matériau, par rapport à l'axe de la conduite de façon à restituer la flexibilité de la conduite une fois revêtue du matériau isolant rigide. Dans une première variante, la fente peut être formée par usinage. Dans une deuxième variante, la fente peut être formée au moment du dépôt du matériau sur la conduite. Selon l'invention, la fente peut être en hélice d'une largeur et d'un pas déterminés en fonction du rayon de courbure admissible de la conduite flexible. Dans une variante, la fente peut consister en une succession de fentes circulaires d'une largeur et d'un pas déterminés en fonction du rayon de courbure admissible de la conduite flexible. Par pas, il faut comprendre ici comme étant la distance, sur une même génératrice de la conduite, entre deux fentes. Une tête de filière d'extrusion peut être concentrique à la conduite. 4 2785967 Dans une variante, une tête de filière d'extrusion peut être disposée latéralement à la conduite et être en mouvement de rotation relativement à la conduite, de façon à déposer ledit matériau sous forme d'une bande en hélice. L'extrusion peut se faire en plusieurs couches successives de façon à atteindre de fortes épaisseurs de matériau isolant. On peut déposer sur l'extérieur de chaque couche de matériau extrudée une couche de matière préventive du collage, par exemple un enrobage de bandes anti-adhésives, ou un dépôt de graisse, ou équivalent. Dans le cas o l'opération se fait en plusieurs couches, chaque couche peut comporter des fentes usinées. L'invention concerne également une conduite flexible isolée thermiquement qui comporte au moins une couche de matériau rigide et isolant extrudée sur l'extérieur de ladite conduite. La couche comporte des moyens de restauration de la flexibilité de la conduite isolée ayant la forme d'au moins une fente circonférentielle à la conduite. Dans la conduite, la largeur et le pas des fentes peuvent être calculés en fonction du rayon de courbure admissible de la conduite. Dans la conduite, la fente peut être rempli d'un matériau pouvant s'écouler, tel un gel ou de la graisse. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à lecture de la description suivante des exemples de réalisation, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci- annexées parmi lesquelles: * Les figures la et lb montrent le principe de l'invention. * Les figures 2a à 2e montrent différentes variantes de méthode de fabrication de la canalisation selon l'invention. Les figures la et lb montrent en coupe longitudinale une conduite flexible 1 de rayon d'enroulement admissible rm et d'axe longitudinal référencé 2. Le diamètre de la conduite est A. Le pourcentage d'allongement de la fibre extérieure peut être calculé de la façon suivante A = c/2rm (%), en supposant que la fibre neutre en flexion se situe sur l'axe longitudinal 2 de la conduite. En fonction du pas p entre deux fentes 4 successives découpées dans la couche 3 de matériau isolant, on peut estimer la largeur des fentes et le pas p en prenant en compte une valeur de pourcentage d'allongement généralement admise pour des flexibles haute pression, généralement entre 5 et 8%. Par exemple, pour 7% d'allongement et une fente de 3 mm, le pas p entre fentes devrait être environ de (3/7)x100 = 43 mm. Cela signifie que dans ce cas, les fentes circonférentielles 4 doivent être espacées d'environ 50 mm, ou si l'évidement est obtenue par une fente en hélice, le pas de l'hélice doit être environ de 50 mm. La figure lb montre schématiquement le rôle des fentes pour rendre la flexibilité de la conduite malgré la rigidité du matériau isolant. Les figures 2a à 2e illustrent schématiquement des moyens de fabrication selon l'invention. Dans la présente invention, les termes de fentes circonférentielles désignent des fentes circulaires (en anneau) continues ou discontinues (c'est à dire que la fente n'est faite que selon une portion de la circonférence), des fentes selon une hélice continue ou également discontinue. La référence 1 désigne la conduite flexible devant être isolée par la ou les couches 3 de matière isolante extrudée par une filière 5 alimentée en matière fluidifiée par l'extrudeuse 6. La couche de matière isolante est durcie par un refroidissement rapide dans des moyens de refroidissement 7. Un système de tronçonnage 8 tourne autour de la conduite pour effectuer l'usinage des fentes. Le système se compose d'une ou de plusieurs lames de scie entraînées par un moteur. L'ensemble de tronçonnage tourne autour de la conduite pour effectuer des fentes sur une partie ou sur toute la périphérie de la conduite. L'ensemble peut être asservi à l'avancement de la conduite pour effectuer une ou plusieurs fentes en hélice continues ou partielles, ou être fixe relativement à la conduite pendant la durée d'usinage dans le cas de la formation d'une fente circulaire continue ou discontinue. Dans cette dernière variante, des moyens de commande de la séquence de déplacement sont nécessaires pour repositionner la scie afin d'effectuer une nouvelle fente à une distance égale au pas désiré, compte tenu du déplacement longitudinal de i0 l'ensemble de la conduite flexible. La profondeur de la fente est réglée de façon à être au plus inférieure ou égale à l'épaisseur de la couche d'isolant extrudée. Pratiquement, le réglage laisse subsister une petite épaisseur d'isolant 11 (figure la) qui n'est pas gênante pour la flexibilité de l'ensemble de la conduite isolée mais facilite le réglage de la profondeur d'usinage. La figure 2b montre une variante avec deux extrudeuses et une seule filière. Compte tenu de la forte épaisseur généralement désirée pour l'isolant, une deuxième extrudeuse peut être nécessaire pour alimenter la filière. La figure 2c illustre une autre variante o l'opération d'extrusion du matériau isolant se fait en plusieurs étapes, de façon à effectuer plusieurs couches successives afin d'obtenir une épaisseur finale relativement importante. La première couche 3a peut être découpée par un premier système d'usinage 8a. Les couches successives peuvent comporter également leur propre système d'usinage (8b pour la couche s 3b). Dans cette variante, on placera de préférence une couche de ruban sur la couche 3a de façon que l'extrusion obtenue par la filière 5b ne vienne remplir les fentes usinées dans la couche 3a. L'utilisation de deux extrudeuses séparées permet de déposer des couches de matériau différents. La figure 2d montre la variante de fabrication qui présente les mêmes avantages que ceux de la variante 2c, mais le dispositif de fabrication ne comporte qu'un seul système d'usinage des fentes. La figure 2e illustre une utilisation très particulière de la fabrication dans laquelle il n'y a pas de filière coaxiale comme précédemment, mais des ouvertures radiales d'extrusion 9a, 9b qui ont pour fonction de déposer le matériau isolant en bandes enroulées en hélice sur la conduite flexible. Bien entendu, dans ce cas, soit la conduite 1 est entraînée en rotation autour de son axe longitudinal, soit l'ensemble d'extrusion tourne autour de la conduite. Cette dernière solution parait difficilement réalisable, sauf si le dispositif comportant les ouvertures d'extrusion tourne autour de la conduite, l'extrudeuse proprement dite restant fixe et alimentant la filière tournante par un joint rotatif. Dans le cas d'une filière tournante déposant latéralement une bande, il est possible que les fentes hélicoïdales soient directement formées grâce à un conformateur spécifique. Il est clair que conviennent tous les matériaux pouvant être extrudés et refroidis rapidement pour être usiné selon la présente méthode. On privilégie ici les matériaux rigides ayant une bonne résistance mécanique pour résister à l'écrasement ou aux efforts de !0 pression externe que peut supporter la conduite flexible, par exemple la pression hydrostatique dans le fond de la mer. Les matériaux ont de préférence des modules supérieurs à plusieurs centaines de Méga Pascals. La conduite flexible comporte le plus souvent une gaine d'étanchéité externe 10 (figure la) extrudée. Le matériau rigide aura de préférence une basse conductivité thermique. Il peut s'agir de matériaux pleins ou allégés. On peut utiliser des polymères thermoplastiques non allégés, par exemple du polyéthylène, polypropylène, polyamide, PVC,...Le choix du matériau tient compte de la température à supporter. Les matériaux plastiques peuvent être renforcés par des charges ou des fibres courtes, compatibles avec l'extrusion, ce qui limite le fluage. On peut utiliser des matériaux allégés, mais rigides pour résister à la pression, par exemple les matériaux syntactiques dont l'allégement est apporté par des microsphères creuses. Les fentes pourront être remplis d'une matière déformable ou pouvant se déplacer par écoulement, par exemple de la graisse, un gel,...L'intérêt de cette matière de remplissage est de placer dans les fentes un fluide à peu près incompressible mais qui peut se déplacer de la zone comprimée vers la zone élargie (figure lb) et ainsi, par sa présence s'opposer au fluage de la matière isolante et/ou de la gaine extérieure qui io peut avoir tendance à combler les fentes. ll REVENDICATIONS 1. Méthode pour isoler thermiquement une conduite flexible comprenant les étapes successives suivantes: * on dépose sur la surface extérieure de ladite conduite en déplacement longitudinal, une épaisseur de matériau isolant extrudable et rigide, on refroidit ledit matériau sur une partie sensiblement rectiligne en aval de la zone de dépôt, on forme au moins une fente circonférentielle dans ladite épaisseur du matériau, par rapport à l'axe de la conduite de façon à restituer la flexibilité de ladite conduite une fois revêtue dudit matériau rigide. 2. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle ladite fente circonférentielle est formée par usinage. 3. Méthode selon la revendication i ou 2, dans laquelle ladite fente est en hélice d'une largeur et d'un pas déterminés en fonction du rayon ce courbure admissible de ladite conduite. 4. Méthode selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ladite fente circonférentielle consiste en une succession de fentes circulaires d'une largeur et espacées d'un pas déterminés en fonction du rayon de courbure admissible de ladite conduite. 5. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle une tête de filière d'extrusion est concentrique à ladite conduite. 6. Méthode selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle une tête de filière d'extrusion est disposée latéralement à ladite conduite et est en mouvement de rotation relativement à la conduite, de façon à déposer ledit matériau sous forme d'une bande en hélice. 7. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'extrusion se fait en plusieurs couches successives de façon à atteindre de fortes épaisseurs de matériau isolant. 8. Méthode selon la revendication 7, dans laquelle on dépose sur l'extérieur de chaque couche de matériau extrudée une couche de matière préventive au collage. 9. Méthode selon l'une des revendications 7 ou 8, dans laquelle chaque couche comporte lesdites fentes usinées. 1O.Conduite flexible isolée thermiquement, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une couche de matériau rigide et isolant extrudée sur l'extérieur de ladite conduite, et en ce que ladite couche comporte des moyens de restauration de la flexibilité de la conduite isolée ayant la forme de fente circonférentielle à ladite conduite. 11.Conduite selon la revendication 10, dans laquelle la largeur et le pas desdites fentes sont calculées en fonction du rayon de courbure admissible de ladite conduite. 12.Conduite selon l'une des revendications 10 ou 11, dans laquelle ladite fente est rempli d'un matériau pouvant s'écouler.