Brevet FR2805187A1 — publié le 20010824

# Le domaine technique de la présente invention est celui des tuyaux pour le transport des hydrocarbures en mer, et principalement celui des tuyaux soumis à des efforts de flexion cycliques. Dans les profondeurs d'eau de l'ordre de quelques centaines de mètres, le choix du matériau des tubes constituant les tuyaux se porte généralement sur les tubes flexibles qui ont un très bon comportement face aux charges dynamiques consécutives aux mouvements de houle et aux courants régnant sur le site d'extraction du pétrole brut. Malheureusement, pour les profondeurs d'eau plus importantes, cette solution revient très chère compte tenu du coût au mètre linéaire des tubes flexibles. L'épuisement des réserves dhydrocarbures offshore dans les domaines d'exploitation classique a provoqué l'émergence des développements de recherche en grandes profondeurs (de l'ordre du kilomètre) . On sait que dans ce cas le transport est très souvent assuré par des tubes en acier qui interviennent à toutes les étapes de l'extraction, et en particulier par des tubes verticaux entre le fond et la surface de la mer : la conduite est nommée en vocable anglais riser . L'architecture classique d'un tel développement consiste en une plate-forme flottante sur laquelle arrivent les tubes verticaux dont la partie dynamique est d'une longueur de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres. Techniquement et économiquement ces tubes ne peuvent être reliés à une structure rigide et ces derniers doivent donc être dimensionnés pour supporter les charges dynamiques répétitives et d'amplitudes importantes. Dans cette configuration et en pratique, la conduite en acier est considérée comme flexible et peut donc supporter les charges dynamiques et ceci à un moindre coût. Cependant, cette technique est handicapée par la durée de vie en fatigue des soudures des tubes. En effet, la conduite est réalisée à partir de tubes intermédiaires, d'une longueur de douze mètres environ, par exemple raccordés bout à bout par des soudures circonférentielles. La durée de vie d'une soudure circonférentielle dépend principalement de sa qualité de réalisation et des charges dynamiques et cycliques auxquelles elle sera soumise. On sait que la durée de vie en fatigue de l'acier constituant les tubes une conduite est très nettement supérieure à celle des soudures. En effet, ces dernières sont le siège de micro-fissures et représentent alors un fondement potentiel de rupture. Le but de la présente invention est donc de fournir des moyens de renforcement local des tubes soudés pour augmenter leur rigidité et diminuer leurs déformations. La flexibilité d'une conduite de tubes proviendra alors de ses parties sans soudure beaucoup plus résistantes à la fatigue. L'invention a donc pour objet un dispositif de renforcement de la soudure circonférencielle de deux tubes contigus formant une conduite, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de rigidification en flexion rendu solidaire desdits tubes un moyen de liaison, ledit moyen de rigidification étant enfilé sur les deux tubes sensiblement au droit de chaque soudure pour y réduire les contraintes dues aux efforts cycliques de flexion de la conduite. Selon une caractéristique de l'invention, le moyen de rigidification est constitué d'une manchette réalisée préférentiellement dans la même matière que celle des tubes. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de liaison est constitué par un matériau de remplissage introduit dans le jeu existant entre les tubes et ledit moyen de rigidification. Avantageusement, le matériau de remplissage est un matériau durcissable du type résine ou ciment. Avantageusement encore, le matériau de remplissage est confiné en place par déformation des extrémités de la manchette. Selon une autre variante de réalisation, le moyen de liaison peut être du type mécanique et obtenu par déformation de tout ou partie de la manchette directement sur les deux tubes et cette déformation est réalisée sensiblement au voisinage des extrémités et de la partie médiane de la manchette. Un matériau intercalaire du type élastoplastique est préalablement introduit entre la manchette et tubes, soit de manière discrète soit de manière continue, pour limiter les contraintes de poinçonnement sur les tubes Le matériau intercalaire est représenté par du polypropylène ou du polyéthylène ou de l'acier mou. Un tout premier avantage de l'invention réside dans l'amélioration de la durée de vie en fatigue du tube à l'endroit de la soudure. Un autre avantage du dispositif selon l'invention réside dans un abaissement significatif des risques rupture et donc une diminution des pertes de production. Un autre avantage réside dans l'augmentation de durée de vie des conduites et donc un abaissement coûts de production. Enfin, l'invention offre une solution simple d'un coût peu élevé. autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec dessins dans lesquels : la figure 1 est un schéma d'une installation de production et de transport d'hydrocarbures en grande profondeur, la f igure 2 est une vue en coupe d' raccordement soudé selon un montage classique de deux tubes la figure 3 est une vue en coupe du dispositif de renforcement selon un premier mode de realisation de l'invention, la figure 4 est une vue en coupe dispositif de renforcement selon un second mode de realisation de l'invention, et les figures 5 illustrent une autre variante de réalisation de la liaison. Comme il ressort de ce qui précède l'invention ne porte que l'amélioration de la résistance a la fatigue des joints soudés, le problème de la résistance statique ne se posant pas. Il faut donc éviter toute intervention nécessitant une soudure de la manchette directement sur lfun des tubes (en général soudure clin), ce qui est très pénalisant du point de vue fatigue. Sur la figure 1, on a illustré l'application du dispositif de renforcement aux conduites de transport d'hydrocarbures offshore soumises à des chargements cycliques. La conduite 5 est par exemple installée entre une plate-forme 4 et un puits 1 débouchant au niveau du fond 2 de la mer. Sur la figure 2, on a représenté deux tubes internes 6 et 7 de la conduite 5 raccordés bout à bout par une soudure 8. La soudure 8 est, comme décrit auparavant, le siège de microfissures 9. L'invention vise à justement à retarder la propagation de ces microfissures en fournissant un moyen de renforcement pour diminuer les contraintes de flexion grâce à une répartition du moment de flexion entre le joint et la manchette. Sur la f igure 3, on a représenté la conduite 5 équipée d'un moyen de ridification selon un premier mode de réalisation installé au droit de la soudure 8 raccordant deux tubes contigus 6 et 7. Ce dispositif est constitué ici d'un élément sensiblement cylindrique creux 10 appelé manchette. Cette manchette 10, réalisée en un matériau aux caractéristiques mécaniques sensiblement équivalentes à celles du tube interne (généralement en acier), est d'une longueur de l'ordre de 3 à 6 fois son diamètre. Ainsi, on peut utiliser les matériaux métalliques ayant un module d'élasticité sensiblement voisin sans modifier le comportement de la manchette. Le diamètre intérieur doit être nécessaire et suffisant pour permettre le glissement de la manchette 10 au droit de la soudure 8. Avec l'expression au droit de la soudure, il faut entendre un positionnement sensiblement symétrique des deux extrémités 14 et 15 de la manchette 10 par rapport à la soudure 8. Le jeu résiduel 16 entre la manchette 10 et les tubes internes 6 et 7 est comblé, par exemple, par injection d'un matériau durcissable du type résine ou ciment ou tout type de matériau de remplissage apte assurer une liaison rigide entre la manchette 10 et les tubes internes 6 et 7, constituant ainsi un premier moyen de couplage mécanique très performant. On a déterminé que ce couplage assurait le passage d'une partie importante du moment de flexion dans la manchette. Sur la figure 4, on a représenté le moyen de liaison selon un second mode de réalisation et après mise en forme définitive. Le positionnement et les caractéristiques générales de la manchette 10 sont identiques au précédent mode de réalisation. On applique ici au niveau des extrémités 14 et 15 de la manchette 10 une déformation 16, préférentiellement à froid (sertissage), pour amener la manchette en contact avec les tubes internes 6 et 7 sur toute sa circonférence. Le matériau de remplissage 11 est alors confiné entre la manchette et les tubes. Sur les figures 5A et 5B, on a représenté deux autres modes de réalisation du moyen de liaison illustrant le couplage mécanique entre la manchette et les tubes. Dans ces variantes, la manchette 10 est déformée pour être appliquée directement sur les deux tubes 6 et 7 en trois endroits distincts : au niveau de ses extrémités libres 18 et 20 et au niveau de sa partie médiane 19 pour obtenir une liaison purement mécanique avec interposition d'un matériau intercalaire 21. Le jeu entre la manchette et les tubes est donc supprimé à ces trois endroits. Sur la figure, on voit que cette partie médiane est située juste au niveau de la soudure 8. Il peut être nécessaire que les tubes internes 6 et 7 soient préalablement revêtus d'un matériau intercalaire élastoplastique 21 permettant une distribution locale de la pression aux points stratégiques 18, 19 et 20 pour diminuer les contraintes de poinçonnement dans les tubes. Sur la figure 5A, le matériau intercalaire 2la est disposé de manière discrète en trois endroits et sur la figure 5B le matériau 21b est sensiblement étalé. On assure comme précédemment par ces moyens le passage d'une partie importante du moment de flexion vers la manchette. Ce matériau intercalaire pourra être, par exemple, du type polypropylène ou polyéthylène ou de l'acier mou. La réalisation de l'invention peut bien évidemment etre combinaison des modes précédents. L'objectif de rigidification de la soudure est donc bel et bien atteint. Bien entendu, quel que soit le mode de réalisation, l'état de surface des tubes internes 6 et 7 et de la manchette 10 en -à-vis pourra être traité afin d'améliorer la liaison. REVENDICATIONS 1. Dispositif de renforcement de la soudure circonférencielle (8) de deux tubes contigus (6, 7) formant une conduite, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de rigidification (10) en flexion rendu solidaire desdits tubes par un moyen de liaison (11), ledit moyen de rigidification étant enfilé sur les deux tubes sensiblement au droit de chaque soudure pour y réduire les contraintes dues aux efforts cycliques de flexion de la conduite. 2. Dispositif de renforcement des soudures circonférencielles (8) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de rigidification est constitué d'une manchette (10) réalisée préférentiellement dans la même matière que celle des tubes (6, 7). 3. Dispositif de renforcement des soudures circonférencielles (8) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de liaison est constitué par un matériau de remplissage (11) introduit dans le jeu existant entre les tubes (6, 7) et ledit moyen de rigidification (10). 4. Dispositif de renforcement des soudures circonférencielles (8) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau de remplissage (11) est un matériau durcissable du type résine ou ciment. 5. Dispositif de renforcement selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le matériau de remplissage (11) est confiné en place par déformation (16, 17) des extrémités de la manchette (10). 6. Dispositif de renforcement des soudures circonférencielles (8) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de liaison est du type mécanique et est obtenu par déformation (18, 19 20) de tout ou partie de la manchette (10) directement sur les deux tubes (6, 7). 7. Dispositif de renforcement d'une soudure circonférencielle selon la revendication 6, caractérisé en ce que la déformation est réalisée sensiblement au voisinage des extrémités et de la partie médiane de la manchette. a. Dispositif de renforcement des soudures circonférencielles (8) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'un matériau intercalaire (21) du type élastoplastique est introduit entre la manchette (10) et les tubes (6, 7), soit de manière discrète soit de manière continue, pour limiter les contraintes de poinçonnement sur les tubes. 9. Dispositif de renforcement selon la revendication 8, caractérisé en ce que le matériau intercalaire (21) est représenté par du polypropylène ou du polyéthylène ou de l'acier mou.