Brevet FR2828261A1 — publié le 20030207

commande et d'obLuration de la vanne. 1 2828261 La présente invention concerne le domaine des conduites haute pression pour équiper un puits pétrolier ou une installation de forage et/ou production pétrolière, notamment en offshore. Pour produire un pétrole à partir d'un gisement situé en mer, on utilise une colonne montante, généralement appelée " riser ", permettant de relier la tête de puits, située au niveau du fond marin, à la surface de la mer. La colonne montante constitue le prolongement du tubage qui achemine le pétrole du fond du puits jusqu'à la tête de puits. La conduite " riser " est munie d'au moins deux conduites auxiliaires appelées " kill line " et " choke line " qui ont pour fonction principale d'établir une liaison hydraulique entre la surface de la mer et la tête de puits située sur le fond marin. Plus particulièrement, ces conduites auxiliaires permettent d'alimenter en fluide le puits en circulant sous l'obturateur de sécurité fermé, et/ou d'évacuer un fluide du puits, sans passer par l'intérieur de la colonne montante. Le fluide convoyé, provenant d'une " venue " d'un réservoir sous-terrain peut circuler sous une pression de 700 bars. En général, les conduites auxiliaires et la colonne montante sont chacune réalisées par un assemblage d'éléments de tube. Pour minimiser le nombre de connexions sur une colonne montante, on choisit une longueur d'élément de tube la plus grande possible. Cependant, les opérations de manipulation des tubes, notamment lors du montage et démontage de la colonne montante, impose de limiter la longueur des tubes à un intervalle compris environ entre 20 et 30 mètres. Pour pouvoir réaliser aisément et simultanément le montage de la colonne montante et le montage des conduites auxiliaires, les tubes composant les conduites auxiliaires ont une longueur sensiblement égale à celle des tubes composant la colonne montante, c'est à dire une longueur comprise environs entre 20 et 30 mètres. La présente invention propose de réaliser les conduites auxiliaires à partir d'un assemblage d'élément de conduite en tube fretté afin de diminuer le poids que doit supporter la colonne montante. Cependant, l'opération de frettage d'un élément de conduite long d'au moins 20 mètres nécessite des machines encombrantes, sophistiquées, donc onéreuses. C'est pourquoi, la présente invention propose de réaliser un élément de conduite auxiliaire à partir d'un assemblage de plusieurs tronçons de tubes *ettés, chaque élément de conduite ayant une longueur environ supérieure ou égale à 20 mètres. En particulier, l'invention propose un mode de réalisation des moyens de raccordement entre les tronçons de tubes frettés en vue d'obtenir un élément de conduite long d'environ 20 mètres. Ainsi la présente invention concerne un élément de conduite haute pression comportant au moins deux tronçons de tube fretté assemblés par des moyens de raccordement respectant le cahier des charges de résistance mécanique et en pression d'un tronçon de tube fretté. Les moyens de raccordement peuvent comporter une pièce intermédiaire vissée entre les deux tronçons, des moyens d'étanchéité, des moyens de verrouillage des tronçons sur ladite pièce intermédiaire. La pièce intermédiaire de raccord peut être un tube dont le diamètre extérieur est inférieur, ou au plus égal, au diamètre extérieur des tronçons de l O tube *etté. Les moyens de verrouillage comportent au moins une pièce en U de façon à bloquer tout jeu longitudinal entre les tronçons et la pièce intermédiaire. Chaque bord de la pièce en U peut être inséré dans une rainure usinée autour de chaque extrémité d'un tronçon de tube fretté, et le U peut être fixé sur la pièce intermédiaire de raccord par le fond du U. L'élément de conduite selon la présente invention peut être constitué de quatre tronçons d'environ 4 mètres de long et de deux tronçons d'environ 2,5 mètres de long. L'élément de conduite selon la présente invention peut être utilisé pour fabriquer une ligne auxiliaire d'un riser de forage, la ligne auxiliaire pouvant être une " kill line ", une " choke line ", une ligne de gavage (" booster line ") ou une ligne de retour de boue (" mud return line "). 4 2828261 L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d'un exemple de réalisation illustré par les figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 représente schématiquement en coupe partielle une connexion entre deux tubes frettés, la figure 2 représente en coupe une extrémité d'un tube fretté, la figure 3 représente une pièce intermédiaire de raccordement, la figure 4 représente en perspective un moyen de fixation en forme lO de U. la figure 6 représente un élément de conduite composé de tubes frettés assemblés selon l'invention. La figure 1 représente les moyens de raccordement d'un élément de l 5 conduite selon l'invention. L'élément de conduite selon l'invention est constitué d'au moins deux tubes frettés 1 et 2 raccordés au moyen d'une pièce intermédiaire de raccordement 3 et des moyen de verrouillage en forme de U ou de cavalier 4. La figure 2 représente l'extrémité identique des tubes frettés 1 et 2 qui coopère avec la pièce intermédiaire de raccordement 3. La surface extérieure de l'extrémité du tube comporte une rainure 21, ou gorge, usinée perpendiculairement à l'axe du tube. En partant de l'extrémité du tube, la surface intérieure du tube comporte une première surface lisse 22 suivie d'un 2828261 filetage 23 qui se termine dans l'alésage 24. Le diamètre intérieur D2 du tube au niveau du filetage est inférieur au diamètre D1 au niveau de la surface lisse 22. Le diamètre intérieur D3 du tube au niveau de la surface 24 est généralement inférieur, ou égal, au diamètre D2 au niveau du filetage 23. Des éléments de renfort peuvent être enroulés autour de la surface extérieure des tubes 1 et 2, excepté autour de la rainure 21, pour réaliser la couche de frettage 25. La surface extérieure du frettage 25 peut être un cylindre de diamètre D7. Le principe de raccordement consiste à utiliser une pièce intermédiaire lO vissée aux deux extrémités des tubes frettés avec une fonction étanchéité et des moyens de verrouillage des trois pièces ensembles. Les parois des trois pièces doivent être telles qu'elles respectent le cahier des charges mécaniques, notamment la résistance à la pression interne. La figure 3 représente la pièce intermédiaire de raccord 3. La pièce de lS raccord 3 est un tube de diamètre intérieur D4 et de diamètre extérieur Ds, et comporte une collerette centrale ou épaulement 33 de diamètre D6. La pièce de raccord 3 s'étend, par exemple, sur une longueur axiale environ égale à 330 mm. Le diamètre extérieur D5 est sensiblement égal ou légèrement inférieur au diamètre intérieur D de l'extrémité du tube 1 ou 2 au niveau de la première surface lisse 22. Les filetages 31 et 32 sont usinés sur la surface extérieure aux deux extrémités de la pièce de raccord 3. Le diamètre extérieur de la pièce 3 au niveau des filetages 31 et 32, et les caractéristiques de filetages 31 et 32 sont choisis de manière à ce que les filetages 31 et 32 puissent respectivement coopérés avec les filetages femelles 23 des tubes 1 et 2. Au milieu de la pièce de raccord 3, la surface extérieure du tube comporte un épaulement 33. C'est à dire qu'une partie au milieu de la pièce de raccord 3 possède un diamètre extérieur D6 plus grand que le diamètre D de l'élément de raccord 3. Le diamètre D6 de l'épaulement 33 est sensiblement constant. L'épaulement peut, par exemple s'étendre sur une longueur axiale environ égale à 40 mm. A chaque extrémité axiale de l'épaulement 33, une paroi 38 relie la surface extérieure de l'épaulement 33 de diamètre D6 au tube de diamètre D5. Les deux parois 38 peuvent étre sensiblement perpendiculaires à lO l'axe de l'élément de raccord 3. Sur la surface extérieure de l'épaulement 33, des rainures 34 sont usinées parallèlement à l'ase de la pièce de raccord 3. La pièce de raccord 3 peut, par exemple, comporter quatre rainures 34 réparties régulièrement sur la circonférence extérieure de l'épaulement 33. Au fond de chaque rainure 34, deux trous borgnes 35 sont percés dans la direction radiale de la pièce de raccord 3. Les trous 35 sont taraudés. Sur la surface extérieure de la pièce de raccord 3, deux gorges 36 sont usinées entre l'épaulement 33 et le filetage 31 et deux gorges 37 sont usinées entre l'épaulement 33 et le filetage 32. La fgure 4 représente un moyens de verrouillage en forme de cavalier 4. Le cavalier a la forme d'un U. c'est à dire qu'un cavalier 4 est formé d'une base 40 (qui constitue le fond du U), et de deux pieds, ou bord, 41 et 42 (qui constituent les deux branches libres du U). La base 40 a la forme d'une plaque de largeur l et de longueur L et d'épaisseur e. Les pieds 41 et 42 constituent, 7 2828261 dans une direction perpendiculaire, le prolongement de la base 40 dans le sens de sa longueur. Ainsi, les pieds 41 et 42 peuvent avoir une épaisseur et une largeur sensiblement égales à l'épaisseur e et à la largeur l de la base 40. L'épaisseur e de la base 40 est percée par deux trous 43. De prétérence, la largeur l du cavalier 4 est choisie sensiblement égale à la largeur des rainures 34 de l'élément de raccords 3. L'épaisseur e des pieds 41 et 42 est choisie de prélérence sensiblement égale à la largeur des rainures 21 des tubes 1 et 2. En rétérence à la figure 1, pour assembler les tubes frettés 1 et 2 au moyen de la pièce intermédiaire de raccord 3 et des cavaliers 4, on procède de l O la manière suivante: - on dispose un moyen d'étanchéité 10 dans chaque gorge 36 de la pièce de raccord 3. Les moyens d'étanchéité 10 peuvent 8tre, par exemple, des joints toriques réalisés à partir d'un élastomère. D'autre types de joint composite peuvent aussi être utilisés. - on visse la pièce intermédiaire de raccord 3 dans l'extrémité du tube 1. Le filetage male 31 de l'élément de raccord 3 est vissé sur le filetage femelle 23 du tube 1. La pièce de raccord 3 peut 8tre vissée dans l'extrémité du tube 1 jusqu'à ce que l'extrémité du tube 1 soit en butée contre une paroi 38 de l'épaulement 33 de l'élément de raccord 3. L'élément de raccord 3 étant vissé dans l'extrémité du tube 1, la surface 22 du tube 1 est en regard des gorges 36 comprenant les moyens d'étanchéité 10 de manière à assurer l'étanchéité de la liaison du tube 1 à la pièce intermédiaire de raccord 3. 8 2828261 on dispose un moyen d'étanchéité 10 dans chaque gorge 37 de la pièce intermédiaire de raccord 3, on visse l'extrémité du tube 2 sur la pièce de raccord 3. Le filetage male 32 de la pièce de raccord 3 est vissé sur le filetage femelle 23 du tube 2. Le tube 2 peut étre vissé sur l'élément de raccord 3 jusqu'à ce que l'extrémité du tube 2 soit en butée contre une paroi 38 de l'épaulement 33 de la pièce de raccord 3. L'extrémité du tube 2 étant vissée sur la pièce de raccord 3, la surface 22 du tube 2 est en regard des gorges 37 comprenant les moyens d'étanchéité 10 de manière à assurer l'étanchéité de la liaison de la pièce intermédiaire de l O raccord 3 au tube 2. on dispose les cavaliers 4 dans les rainures 34. Les pieds 41 et 42 se logent respectivement dans les rainures 21 des tubes 1 et 2. Ainsi, les cavaliers 4 empêchent les déplacements axiaux de chacun des tubes 1 et 2 par rapport à la pièce intermédiaire 3, et par conséquent évite que l'ensemble se dévisse. - on insert les vis 11 dans chacun des trous 43 des cavaliers 4 et des taraudages 36 de la pièce de raccord 3 aRn de maintenir les cavaliers 4 dans les rainures 34 et les pieds 41 et 42 dans les rainures 21 (sur la figure 1, une seule vis 11 est représentée). La connexion peut étre réalisée sans appliquer de couple de serrage lors du vissage des tubes 1 et 2 sur l'élément de raccord 3. La mise en butée des tubes 1 et 2 sur l'élément de raccord 3 et la mise en place des cavaliers 4 peuvent être suffisantes pour assurer la connexion. De préférence, la géométrie des tubes 1, 2, de la pièce intermédiaire de raccord 3, des cavaliers 4, le diamètre D6 de la surface extérieure de l'épaulement 33, et l'épaisseur e des cavaliers 4, sont choisis de manière à ce que la connexion selon la présente invention s'inscrit dans un cylindre de diamètre D7 (le diamètre D7 étant le diamètre extérieur du frettage 25). Ainsi, les tubes frettés assemblés selon la présente invention peuvent étre mis en _uvre sans tenir compte du raccord. En particulier, cette caractéristique est avantageuse pour stoker les éléments de conduite en tubes frettés assemblés car les surfaces d'appui se situent sur les longueurs frettées et non pas 0 ponctuellement sur les raccords. Sur la figure 5, les zones de raccordement 67 et 68 situées aux extrémités d'un élément de conduite peuvent avoir un diamètre intérieur inférieur au diamètre intérieur des tubes 51 à 66. De préférence, le diamètre intérieur D4 de la pièce de raccord 3 est choisi de manière à être supérieur au plus petit des diamètres intérieurs des zones de raccordement. Les moyens de raccordement sont dessinés de façon à ce que la résistance mécanique de l'élément de conduite soit au moins égale à la réaistance d'un tronçon de tube *etté. Egalement, la réaistance à la pression interne, pression de service, pression de test, ou pression d'éclatement, de l'élément de conduite en tronçons de tube fretté est identique, ou au moins égale, à la résistance à la pression d'un tronçon de tube fretté. Il est clair que pour respecter ces conditions le diamètre intérieur de la pièce intermédiaire est légèrement inférieur au diamètre interne d'un tronçon de tube *etté. Mais la longueur de la pièce intermédiaire est courte par rapport à celle d'un tronçon de tube *etté, ce qui n'augmente pratiquement pas les pertes de charge en circulation. La figure 5 représente un élément de conduite en tubes *ettés 50 réalisé selon l'invention. L'élément est composé de six tronçons 61 à 56. Les tronçons 51 à 56 sont des tubes frettés. Quatre des six tubes *ettés 51 à 56 ont une longueur environ égale à 4 mètres. Deux des six tubes *ettés 51 à 56 ont une longueur environ égale à 2,5 mètres. L'élément de conduite selon l'invention s'étend sur une longueur environ égale à 21 mètres. Les tronçons O de tubes *ettés 51 à 56 sont connectés au moyen de pièces intermédiaires de raccord 3 tel que décrit précédemment. Le tronçon 51 situé à une extrémité de l'élément de conduite 50 présente une zone de raccordement 57 susceptible de coopérer avec la zone de raccordement 58 d'un tronçon 56 situé à l'autre extrémité d'un autre élément de conduite 50. REVENDICATIONS 1)Elément de conduite haute pression, caractérisé en ce que ledit élément comporte au moins deux tronçons de tube fretté assemblés par des moyens de raccordement respectant le cahier des charges de résistance mécanique et en pression d'un tronçon de tube fretté. 2) Elément de conduite haute pression selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de raccordement comportent une pièce intermédiaire vissée entre les deux tronçons, des moyens d'étanchéité, des moyens de verrouillage des tronçons sur ladite pièce intermédiaire. 3) Elément de conduite haute pression selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel ladite pièce intermédiaire de raccord est un tube dont le diamètre extérieur est inférieur, ou au plus égal, au diamètre extérieur des tronçons de tube fretté. 4) Elément de conduite haute pression selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel lesdits moyens de verrouillage comportent au moins une pièce en U de façon à bloquer tout jeu longitudinal entre les tronçons et la pièce intermédiaire. 1 2 2828261 6) Elément de conduite haute pression selon la revendication 4, dans lequel chaque bord de la pièce en U est inséré dans une rainure usinée autour de chaque extrémité d'un tronçon de tube *etté, et ledit U est fixé sur la pièce intermédiaire de raccord par le fond du U. 6) Elément de conduite, selon l'une des revendications précédentes, constitué de quatre tronçons d'environ 4 mètres de long et de deux tronçons d'environ 2,5 mètres de long. 7) Utilisation d'un élément de conduite selon l'une des revendications précédentes pour la fabrication d'une ligne auxiliaire d'un riser de forage. 8) Utilisation selon la revendication 7 dans laquelle ladite ligne auxiliaire est l'une des lignes suivantes: "kill line", "choke line", ligne de gavage