Brevet FR2831639A1 — publié le 20030502

La présente invention concerne un tuyau tubulaire flexible et un procédé pour fabriquer ce tuyau. Des tuyaux tubulaires flexibles destinés à transporter des fluides habituellement associés à l'industrie pétrolière et gazière sont utilisés depuis de nombreuses années. Des tuyaux flexibles stratifiés de ce type comportent habituellement une gaine extérieure formée d'élastomères thermodurcissables, de polyéthylène ou de Nylon. Cependant, bien que ces matières offrent une excellente flexibilité, elles présentent des inconvénients. Par exemple, les élastomères thermodurcissables ont un coût de production plus élevé et sont plus difficiles à produire en grandes longueurs. De même, les gaines en polyéthylène deviennent rigides à basse température ; elles ont une résistance limitée à la fatigue et une conductivité thermique relativement élevée. D'autre part, le Nylon se rigidifie et a tendance à se fragiliser aux températures arctiques ; de plus, il est susceptible de se dégrader en présence d'humidité à des températures élevées et doit donc être parfaitement séché avant d'être extrudé. Compte tenu de ce qui précède, on a tendance à utiliser pour les gaines extérieures de tuyaux flexibles une matière polymère qui présente une résistance à la fatigue en situation dynamique. Par exemple, on utilise couramment certaines qualités de polyamide 11, par exemple des produits commercialisés par Atofina sous le nom commercial RILSAN. Bien qu'elle donne d'excellents résultats, cette matière est coûteuse et ne peut pas être utilisée dans certains cas en raison de sa résistance limitée aux températures élevées et de sa sensibilité à la présence d'eau. On a par conséquent besoin d'un tuyau tubulaire flexible pourvu d'une gaine extérieure étanche, qui permette de remédier aux inconvénients ci-dessus. La présente invention a précisément pour but de répondre à ce besoin. Pour atteindre ce but et selon un premier aspect de l'invention, il est proposé un tuyau caractérisé en ce qu'il comprend une gaine tubulaire intérieure, au moins une couche résistante à la traction qui s'étend autour de la gaine, et une gaine extérieure formée d'une matière polymère constituée d'un polymère d'oléfine mélangé avec au moins un élastomère thermodurcissable. De préférence, la matière polymère est choisie dans le groupe constitué par un polymère thermoplastique cristallin, un polymère thermoplastique constitué d'une polyoléfine et un polymère thermoplastique mélangé à une polyoléfine. La matière polymère peut être un polymère thermoplastique réticulé ayant une cristallinité sensiblement égale à sa cristallinité à l'état non réticulé. Le polymère thermoplastique réticulé peut également avoir une cristallinité inférieure à sa cristallinité à l'état non réticulé. Conformément à une caractéristique particulière de l'invention, le tuyau peut également comprendre un tube intérieur flexible qui s'étend dans la gaine intérieure et qui peut consister en des bandes planes ou profilées enroulées de manière hélicoïdale. Le tuyau de l'invention peut également comprendre une couche supplémentaire enroulée autour de la gaine intérieure et conçue pour assurer une résistance à une pression interne, à une déformation hydrostatique et à un écrasement. Cette couche supplémentaire peut être formée par enroulement hélicoïdal d'une bande continue, de préférence formée d'acier au carbone, les enroulements adjacents étant imbriqués les uns dans les autres. Conformément à une autre caractéristique particulière de l'invention, la couche résistante à la traction comprend une couche intérieure résistante à la traction enroulée autour de la couche supplémentaire, et une couche extérieure résistante à la traction enroulée autour de la couche intérieure résistante à la traction. De préférence, la gaine intérieure est formée d'une matière polymère. Le tuyau de l'invention peut également comprendre une couche formée d'un ruban interposée entre la surface extérieure de la gaine intérieure et la surface intérieure de la couche résistante à la traction. Le tuyau peut également comprendre une couche formée d'un ruban interposée entre la surface extérieure de la couche résistante à la traction et la surface intérieure de la gaine extérieure. Conformément à une caractéristique supplémentaire de l'invention, la couche résistante à la traction comprend une couche intérieure résistante à la traction qui s'étend autour de la gaine intérieure, et une couche extérieure résistante à la traction qui s'étend autour de la couche intérieure résistante à la traction, le tuyau comprenant, en outre, une couche formée d'un ruban qui s'étend entre les couches résistantes à la traction. Selon un second aspect de la présente invention, il est également proposé un procédé pour fabriquer un tuyau, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à entourer une gaine intérieure avec au moins une couche résistante à la traction ; à former une gaine extérieure en matière polymère constituée d'un polymère d'oléfine mélangé avec au moins un élastomère thermodurcissable ; et à disposer la gaine extérieure autour de la couche résistante à la traction. La matière polymère utilisée pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention peut avoir les caractéristiques décrites précédemment. De préférence, le procédé de la présente invention comprend également les étapes qui consistent à fabriquer un tube intérieur flexible constitué de bandes planes ou profilées enroulées de manière hélicoïdale, et à disposer le tube intérieur flexible dans la gaine intérieure. Le procédé de l'invention peut également comprendre les étapes qui consistent à former une couche supplémentaire par enroulement hélicoïdal d'une bande continue, de préférence formée d'acier au carbone, les enroulements adjacents étant imbriqués les uns dans les autres, et à enrouler la couche supplémentaire autour de la gaine intérieure. Le procédé de l'invention peut aussi comprendre les étapes qui consistent à former une couche supplémentaire pour assurer une résistance à une pression interne, à une déformation hydrostatique et à un écrasement, et à enrouler la couche supplémentaire autour de la gaine intérieure. La couche résistante à la traction utilisée pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention peut présenter les caractéristiques mentionnées précédemment. De préférence, le procédé de l'invention comprend également l'étape qui consiste à former la gaine intérieure d'une matière polymère. Le procédé de l'invention peut également comprendre l'étape qui consiste à enrouler une couche formée d'un ruban entre la surface extérieure de la gaine intérieure et la surface intérieure de la couche résistante à la traction. Le procédé de l'invention peut aussi comprendre l'étape qui consiste à enrouler une couche formée d'un ruban entre la surface extérieure de la couche résistante à la traction et la surface intérieure de la gaine extérieure. Ce qui précède, ainsi que d'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortira plus clairement de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence à la figure unique annexée qui représente un mode de réalisation d'un tuyau flexible selon l'invention. Comme on peut le voir sur la figure, un tuyau tubulaire flexible selon l'invention est désigné, dans son ensemble, par le numéro de référence 10. Ce tuyau est formé par un tube intérieur flexible 12 constitué de bandes planes ou profilées enroulées de manière hélicoïdale pour assurer une résistance à l'affaissement. Une gaine polymère fondamentalement étanche 14 est disposée autour du tube 12 pour contenir le fluide présent dans le tuyau. Une couche 16 est enroulée ou disposée d'une autre manière autour de la couche 14 et assure une résistance à une pression interne, à une déformation hydrostatique et à un écrasement. La couche 16 peut être formée par enroulement hélicoïdal d'une bande continue, de préférence formée d'acier au carbone, les enroulements adjacents étant imbriqués les uns dans les autres, pour former une couche flexible qui présente une grande robustesse circonférentielle et axiale. Un exemple de la couche 16 est commercialisé par le cessionnaire de la présente invention, à savoir Wellstream, Inc., sous la marque commerciale"FLEXLOK". Une couche intérieure 18a résistante à la traction est enroulée autour de la couche 16, et une couche extérieure 18b résistante à la traction est enroulée autour de la couche 18a. Chacune des couches 18a et 18b est constituée d'au moins un élément de renforcement en traction qui est enroulé pour résister à la contrainte circonférentielle, à la composante axiale de la pression interne et à la sollicitation axiale due au poids du tuyau en suspension et à des effets extérieurs. Bien que cela ne soit pas visible sur le dessin, on comprendra qu'une couche formée d'un ruban (non représentée) peut être interposée entre la surface extérieure de la couche 16 et la surface intérieure de la couche 18a, ainsi qu'entre les couches 18a et 18b. Une gaine polymère extérieure 20 est formée sur la couche extérieure 18b résistante à la traction et est réalisée à partir d'une matière polymère constituée d'un polymère d'oléfine mélangé avec au moins un élastomère thermodurcissable. Le polymère thermoplastique peut être cristallin et il peut s'agir d'un polymère thermoplastique constitué d'une polyoléfine ou d'un polymère thermoplastique mélangé à une polyoléfine, réticulé et ayant une cristallinité proche de sa cristallinité à l'état non réticulé, la réticulation étant active en phase amorphe. A titre de variante, le polymère thermoplastique est réticulé et a une cristallinité inférieure à sa cristallinité à l'état non réticulé. La matière polymère susmentionnée de la gaine 20 assure une flexibilité à basse température, de meilleures caractéristiques d'isolation thermique, un poids inférieur et une résistance à la dégradation. De même, elle possède une très bonne résistance aux éléments chimiques et à la fatigue lorsqu'elle est en contact avec des fluides de forage et de l'eau de mer. En outre, le processus de fabrication est simplifié du fait de la plus grande facilité de mise en oeuvre de la matière. D'autre part, l'élastomère thermoplastique de la gaine 20 présente de bonnes caractéristiques de fatigue, une grande résistance à la fissuration sous contraintes environnementales et une bonne résistance à la température. On comprendra également qu'une couche formée d'un ruban (non représentée) peut être prévue entre la surface extérieure de la couche 18b et la surface intérieure de la gaine 20. Par conséquent, le tuyau 10 possède des propriétés uniques et souhaitables que l'on ne trouvait pas précédemment dans les tuyaux flexibles de ce type. Comme on l'aura compris, les références spatiales, telles que"extérieur","sur","entre","intérieur"et "autour"sont utilisées à titre d'illustration uniquement et ne limitent en aucun cas l'orientation ou la position spécifique des couches décrites ci-dessus. Bien que la description précédente ait porté sur un mode de réalisation particulier de la présente invention, celle-ci n'est bien entendu pas limitée à l'exemple spécifique décrit et illustré ici, et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. A titre d'exemple, on aura compris qu'il est possible de supprimer du mode de réalisation décrit ci-dessus le tube 12 et/ou la couche 16. De même, les matières utilisées pour les couches 18a et 18b peuvent être changées et n'ont pas nécessairement à être métalliques. De plus, le tuyau 10 peut comprendre une ou plusieurs gaines polymères intermédiaires et/ou des couches de matières plastiques enroulées de manière hélicoïdale. En outre, la matière polymère mélangée de la gaine 20 peut être utilisée dans les autres couches, telles que la gaine 14, ou dans des couches supplémentaires, telles qu'une couche d'étanchéité s'étendant sur la couche 16. REVENDICATIONS 1. Tuyau caractérisé en ce qu'il comprend : une gaine intérieure tubulaire (14), au moins une couche (18a) résistante à la traction qui s'étend autour de la gaine, et une gaine extérieure (20) formée d'une matière polymère constituée d'un polymère d'oléfine mélangé avec au moins un élastomère thermodurcissable. 2. Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière polymère est un polymère thermoplastique réticulé présentant une cristallinité sensiblement égale à sa cristallinité à l'état non réticulé. 3. Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière polymère est choisie dans le groupe constitué par un polymère thermoplastique cristallin, un polymère thermoplastique constitué d'une polyoléfine et un polymère thermoplastique mélangé à une polyoléfine. 4. Tuyau selon la revendication 3, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique est réticulé et présente une cristallinité sensiblement égale à sa cristallinité à l'état non réticulé. 5. Tuyau selon la revendication 3, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique est réticulé et présente une cristallinité inférieure à sa cristallinité à l'état non réticulé. 6. Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également un tube intérieur flexible (12) qui s'étend dans la gaine intérieure. 7. Tuyau selon la revendication 6, caractérisé en ce que le tube intérieur flexible est constitué de bandes planes ou profilées enroulées de manière hélicoïdale. 8. Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également une couche supplémentaire (16) enroulée autour de la gaine intérieure et conçue pour assurer une résistance à une pression interne, à une déformation hydrostatique et à un écrasement. 9. Tuyau selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche supplémentaire est formée par enroulement hélicoïdal d'une bande continue, de préférence formée d'acier au carbone, les enroulements adjacents étant imbriqués les uns dans les autres. 10. Tuyau selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche résistante à la traction comprend une couche intérieure résistante à la traction enroulée autour de la couche supplémentaire, et une couche extérieure résistante à la traction enroulée autour de la couche intérieure résistante à la traction. 11. Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine intérieure est formée d'une matière polymère. 12. Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également une couche formée d'un ruban interposée entre la surface extérieure de la gaine intérieure et la surface intérieure de la couche résistante à la traction. 13. Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également une couche formée d'un ruban interposée entre la surface extérieure de la couche résistante à la traction et la surface intérieure de la gaine extérieure. 14. Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche résistante à la traction comprend une couche intérieure résistante à la traction qui s'étend autour de la gaine intérieure, et une couche extérieure résistante à la traction qui s'étend autour de la couche intérieure résistante à la traction, et en ce qu'il comprend également une couche formée d'un ruban qui s'étend entre les couches résistantes à la traction. 15. Procédé pour fabriquer un tuyau, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à : entourer une gaine intérieure avec au moins une couche résistante à la traction ; former une gaine extérieure en matière polymère constituée d'un polymère d'oléfine mélangé avec au moins un élastomère thermodurcissable ; et disposer la gaine extérieure autour de la couche résistante à la traction. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la matière polymère est un polymère thermoplastique réticulé présentant une cristallinité sensiblement égale à sa cristallinité à l'état non réticulé. 17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la matière polymère est choisie dans le groupe constitué par un polymère thermoplastique cristallin, un polymère thermoplastique constitué d'une polyoléfine et un polymère thermoplastique mélangé à une polyoléfine. 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique est réticulé et présente une cristallinité sensiblement égale à sa cristallinité à l'état non réticulé. 19. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique est réticulé et présente une cristallinité inférieure à sa cristallinité à l'état non réticulé. 20. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend également les étapes qui consistent à fabriquer un tube intérieur flexible constitué de bandes planes ou profilées enroulées de manière hélicoïdale, et à disposer le tube intérieur flexible dans la gaine intérieure. 21. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend également les étapes qui consistent à former une couche supplémentaire par enroulement hélicoïdal d'une bande continue, de préférence formée d'acier au carbone, les enroulements adjacents étant imbriqués les uns dans les autres ; et à enrouler la couche supplémentaire autour de la gaine intérieure. 22. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend également les étapes qui consistent à former une couche supplémentaire pour assurer une résistance à une pression interne, à une déformation hydrostatique et à un écrasement ; et à enrouler la couche supplémentaire autour de la gaine intérieure. 23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que la couche résistante à la traction est enroulée autour de la couche supplémentaire, et en ce qu'il comprend également l'étape qui consiste à enrouler une autre couche résistante à la traction autour de la couche intérieure résistante à la traction. 24. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend également l'étape qui consiste à former la gaine intérieure d'une matière polymère. 25. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend également l'étape qui consiste à enrouler une couche formée d'un ruban entre la surface extérieure de la gaine intérieure et la surface intérieure de la couche résistante à la traction. 26. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend également l'étape qui consiste à enrouler une couche formée d'un ruban entre la surface extérieure de la couche résistante à la traction et la surface intérieure de la gaine extérieure. 27. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la couche résistante à la traction est formée par une partie intérieure qui s'étend autour de la gaine intérieure, et une partie extérieure qui s'étend autour de la partie intérieure, et en ce qu'il comprend également l'étape qui consiste à enrouler une couche formée d'un ruban qui s'étend entre les couches résistantes à la traction.