Brevet FR2785968A1 — publié le 20000519

La présente invention concerne une conduite flexible calorifugée, par exemple pour le transport d'effluents produits par des puits o 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 t5 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 2785968 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 que sa mise en oeuvre se fasse de la même manière qu'une même conduite dépourvue d'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 ou élastomères conviennent bien pour l'isolation et la résistance mécanique, mais posent alors un problème de flexibilité en grande épaisseur. Les matériaux de type élastomère ne présentent pas de déformation plastique, mais cependant rigidifient trop 3 2785968 fortement la conduite lorsque leur épaisseur est importante, c'est à dire de l'ordre de plusieurs centimètres. 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 en élastomère ayant un comportement élastique, on forme au moins une fente circonférentielle dans ladite épaisseur du matériau, par rapport à l'axe de la conduite de façon à restituer ou à conserver la flexibilité de la conduite une fois revêtue du matériau isolant, on recouvre l'épaisseur de matériau isolant par une gaine étanche. 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, par exemple par enroulement de bandes avec un jeu correspondant à la largeur de fente. Selon l'invention, la fente peut être en hélice d'une largeur et d'un pas déterminés en fonction du rayon ce 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. 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. Le dépôt de matériau isolant peut se faire en plusieurs couches successives de façon à atteindre de fortes épaisseurs de matériau isolant. 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 isolante de matériau élastomère ayant un comportement élastique déposée sur l'extérieur de la 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 et est recouverte par une gaine d'étanchéité. Dans la conduite, la largeur et le pas des fentes peuvent être calculés en fonction du rayon de courbure admissible de la conduite. Le matériau isolant de la conduite est un matériau suffisamment élastique pour combler la fente lorsque la conduite est soumise à la s pression hydrostatique. 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- Io 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. * La figure 3 montre une autre variante pour réaliser 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 isolée est D. Le pourcentage d'allongement de la fibre extérieure peut être calculé de la façon suivante : 6 2785968 A = D/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 formées ou découpées dans la couche 3 de matériau isolant, on peut estimer la largeur des fentes e 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 e = 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 dans le cas o la pression extérieure qui s'applique sur la gaine d'étanchéité 10 ne provoque pas de déformation par écrasement du matériau isolant. L'invention utilise ici un matériau isolant élastomère qui possède un module d'élasticité beaucoup plus faible qu'un matériau plastique, par exemple inférieur à 100 MPa, et souvent de l'ordre de quelques Méga Pascals. Le matériau choisi a un comportement fortement élastique pour les grandes déformations (élasticité caoutchoutique). 7 2785968 Lors des manipulations de la canalisation sous faible pression hydrostatique (en surface ou à faible profondeur d'eau) le matériau isolant se déforme peu ou pas, et les fentes permettent de conserver une bonne flexibilité de la conduite. Lorsque la pression augmente, le matériau sous compression externe transmise par la gaine d'étanchéité 10, se déforme et les fentes sont progressivement comblées. La flexibilité de la conduite est alors diminuée puisqu'il n'y a plus d'effet de fente, mais le module d'élasticité de l'élastomère étant faible, la rigidité globale reste plus faible que dans le cas d'une isolation avec un matériau de module plus élevé. Sous grande profondeur d'eau (pression élevée) les fentes étant comblées, la couche de matériau élastomère devient quasiment incompressible (le module de compressibilité hydrostatique étant de l'ordre de 1000 à 2000 MPa). Ainsi, il n'y a plus de modification de l'épaisseur de cette couche isolante. De plus, s'il y a rupture de la gaine externe, l'eau ne peut modifier l'isolation. Le comblement des fentes a également l'avantage d'éliminer le problème éventuel de fluage de la gaine externe à l'intérieur des fentes sous l'effet de la pression hydrostatique extérieure. En effet, ce problème peut persister avec des matériaux isolants rigides séparés par des fentes qui ne se comblent pas. A l'aide de la figure la, on peut faire une estimation de l'ordre de grandeur de la déformation du matériau isolant en compression. Le diamètre extérieur de l'isolant diminue de D à D-AD et la largeur entre fentes augmente de L à L+AL. On considère que le diamètre d de la conduite ne varie pas. Le volume V est V=n/4(D2-d2)L Le matériau est considéré comme incompressible, donc AV=0. On obtient alors AD/D = -(AL/L)x(D2-d2)/2D2 Applications numériques: avec: d=30 cm, D=40 cm et AL/L=0,05, on obtient AD/D=0,01 avec: d=30 cm, D=44cm et AL/L=0,05, on obtient AD/D=0,0134 La gaine externe devrait donc supporter une diminution de diamètre d'environ 1%, soit une compression de quelques pour-cent, ce qui est admissible pour les conduites selon la présente invention. Sur les figure la et lb, on a représenté en points tillés la forme théorique (dimensions exagérées pour la visibilité) que prend l'isolant élastique en compression dans la position sensiblement rectiligne de la conduite et dans une position courbée. Le comportement élastique de ces élastomères est réversible, c'est à dire que lors du relevage du fond de la mer d'une canalisation ainsi isolée, 9 2785968 on retrouve les fentes grâce à la décompression du matériau (cette réversibilité est plus ou moins partielle en fonction du type d'élastomère, il faut donc choisir un élastomère présentant une déformation rémanente faible en compression). Après la décompression, la flexibilité de la conduite est restituée. Les matériaux élastomères peuvent être du type réticulé (vulcanisés) ou thermoplastique. En général, les élastomères réticulés chimiquement présentent un meilleur retour élastique que ceux dits thermoplastiques. Ces derniers sont par contre plus faciles à mettre en oeuvre. La conductivité thermique de ces matériaux est bien sur plus élevée que celle des matériaux allégés (mousses,...). Elle se situe le plus souvent entre 0,15 et 0,40 W/mK. Mais les mousses ne supportent pas les pressions supérieures de plusieurs Méga Pascals. On peut cependant améliorer les caractéristiques d'isolation thermique en utilisant un élastomère chargé en billes creuses, ces billes devant résister à la pression hydrostatique désirée. On connaît par exemple les microbilles de verres creuses utilisées dans les matériaux syntactiques. 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 o 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, ou être fixe relativement à la conduite pendant la durée d'usinage dans le cas d'une fente circulaire continue et d'une fente partiellement circulaire. 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 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 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 peut permettre de déposer des couches de matériaux différents. 12 2785968 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 io 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 laissant un espace correspondant à la largeur de fente désirée. Il est clair que dans cette réalisation conviennent tous les matériaux pouvant être extrudés et refroidis rapidement pour être usiné selon la présente méthode. On privilégie ici les matériaux élastomères 13 2785968 thermoplastiques. La conduite flexible comporte une gaine d'étanchéité externe 10 (figure la) extrudée. La figure 3 montre en coupe le principe d'enroulement d'une bande de matériau élastomère, tel celui défini plus haut, autour de la conduite 1 devant être isolée. Le matériau ayant un module d'élasticité tel qu'il est effectivement possible de l'enrouler sous forme d'une bande, dans la mesure o son épaisseur le permet. Dans ce cas de figure, il est clair que les fentes sont obtenues par la dépose en hélice avec un jeu correspondant à la largeur de fente désirée. Dans le cas o on désire une grande o épaisseur d'isolant, on peut, comme représenté enrouler plusieurs bandes l'une sur l'autre, avec ou sans collage entre elles. 14 2785968 REVENDICATIONS 1. Méthode pour isoler thermiquement une conduite flexible comprenant les étapes successives suivantes: on dépose sur la surface extérieure de la conduite (1) en déplacement longitudinal, une épaisseur (3) de matériau isolant en élastomère ayant un comportement élastique, on forme au moins une fente (4) circonférentielle dans l'épaisseur du matériau, par rapport à l'axe (2) de la conduite, on recouvre l'épaisseur de matériau isolant par une gaine étanche (10). 2. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle ladite fente circonférentielle est formée par usinage. 3. Méthode selon l'une des revendications 1 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. 2785968 4. Méthode selon la revendication 3, dans laquelle ladite fente circonférentielle est formée par enroulement de bandes espacées d'une largeur correspondante à ladite fente. 5. Méthode selon l'une des revendications 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 ce courbure admissible de ladite conduite. 6. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle une tête de filière d'extrusion est concentrique à ladite conduite. 7. Méthode selon l'une des revendications i à 5, 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. 16 2785968 8. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le dépôt se fait en plusieurs couches successives de façon à atteindre de fortes épaisseurs de matériau isolant. s 9. Méthode selon la revendication 8, dans laquelle chaque couche comporte lesdites fentes usinées. 10.Conduite flexible isolée thermiquement, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une couche isolante de matériau Io élastomère ayant un comportement élastique sur l'extérieur de ladite conduite, 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 et en ce que ladite couche est recouverte d'une gaine d'étanchéité externe. 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 le matériau isolant est un matériau élastique qui comble ladite 17 2785968 fente lorsque la conduite est soumise à la pression hydrostatique.