Brevet FR2840383A1 — publié le 20031205

polymere en une structure en mousse. 1 2840383 Conduite rigide enroulable chauffee pour le transport des fluides, notamment d'hydrocarbures s La presente invention concerne une conduite rigide enroulable chauffee destinee au transport de fluides tels que des hydrocarbures, notamment en milieu sous-marin. Dans des applications liees aux conduites de transport o d'hydrocarbures utilisees offshore, il existe un besoin de conserver un niveau de temperature a la conduite durant le service ainsi que lors des arrets et des redemarrages de production. Pour cela, la plupart des conduites vent munies de moyens d'isolation thermique qui contribuent a maintenir un niveau de temperature acceptable. Toutefois, dans certains cas, la solution de ['isolation thermique ne suffit pas a maintenir le niveau de temperature requis et la conduite doit done etre chauffee de maniere active, c'est-a-dire par un apport de chaleur qui ne provient pas du fluide transporte. Cette solution de chauffage actif des conduites est utilisee dans certaines applications specifques conjointement avec ['isolation thermique zo precedemment evoquee, elle est notamment preconisee lorsque la conduite doit rencontrer en services des periodes importantes d'arret de production. Les conduites concernees par la presente invention vent de type rigide, par opposition aux conduites cites flexibles. La pose d'un tube ou conduite rigide sur un fond marin est effectuee le plus souvent a partir d'un s navire dit de pose. La pose est cite en S lorsque le tube affecte la forme d'un S entre le navire de pose et le fond marin et elle est cite en J lorsque le tube affecte la forme d'un J. Dans ce dernier cas, une rampe de guidage est prevue sur le navire de pose, laquelle rampe peut etre parfois imnergee partiellement dans l'eau. Ces operations de pose vent decrites dans le document API (American Petroleum Institute) Recommended Practice 17 A de 1987. Selon ces techniques, le tube rigide a poser peut etre stocke sur le navire de pose en troncons de tube de longueur donnee mais relativement course, les troncons de tube etant relies ensemble au fur et a mesure de la pose. Selon une autre technique, cite du rigide deroule, adaptee egalement 2 2840383 aux conduites a double enveloppe, la conduite est fabriquee en grandes longueurs a terre et enroulee sur une bobine de stockage situee sur le bateau de pose, la conduite est alors deroulee de ladite bobine pendant ['operation de pose. C'est ce dernier type de conduite rigide, mais enroulable sur des bobines de grand diametre, qui est concerne par ['invention. La technique du rigide deroule presente des avantages certains par rapport aux techniques de pose en J ou en S: les operations de pose vent plus rapides puisque la conduite est deja assemblee a terre, mOme si, en revanche, le chargement du navire de pose et la fabrication (assemblage de la conduite) vent des o operations sensiblement plus longues. Les conduites rigides enroulables concernees par ['invention vent de deux types, respectivement a simple ou double enveloppe. Une conduite a simple enveloppe est constituee d'un tube unique servant au transport. Afin de limiter les echanges thermiques avec l'exterieur, une conduite a simple enveloppe comporte generalement un revetement externe isolant autour du tube. Une conduite a double enveloppe, couramment appelee "pipein-pipe" dans la profession petroliere, constituee de deux tubes coaxiaux respectivement interieur et exterieur, separes par un espace annulaire. Le tube interieur, ou "flowline", sert a vehiculer l'hydrocarbure. Le tube exterieur, ou "carrier pipe" cree un espace annulaire qui peut etre utilise pour differentes fonctions (isolation, chauffage, surveillance, logement de conduites secondaires). Une isolation thermique peut notarnment etre utile pour eviter le refroidissement du fluide transporte et la formation dthydrates, la survenue de ces hydrates etant notamment liee aux s arrOts de production, ltespace annulaire peut aussi contenir des passages de fluides divers (eau, air, liquide de chauffage, etc.), ainsi que des cables electriques (pour le chauffage ou le transport d'un signal eleckique, etc. ). Pour que la conduite a double enveloppe conserve son integrite au cours des diverges operations ainsi qu'en service, on utilise des dispositifs auxiliaires o tels que des enketoises annulaires, des cenkaliseurs ou des limiteurs de propagation de deformation radiale par exemple. On conna^t des systemes de chauffage actif situes dans l'annulaire de conduites a double enveloppe. Ces systemes utilisent par exemple des tubes secondaires enroules permettant la circulation d'un fluide caloporteur ou utilisent directement l'annulaire pour faire circuler le fluide 3 2840383 caloporteur. D'aukes utilisent l'energie electrique de maniere directe (GB 2,084,284) ou utilisent des cables electriques chauffants. Toutefois, lorsqu'on utilise la technique du rigide deroule, la conduite devant etre prealablement enroulee sur une roue, les systemes de s chauffage actif a cables chauffants ne peuvent 8tre utilises tels quels en raison des contraintes d'allongement existent sur l'extrados de la conduite et la compression existent sur l'intrados. La solution a ce probleme consiste done a deposer les cables utilises avec une longueur plus importante (surlongueur) pour pouvoir supporter les allongements. io Pour ce faire, les cables peuvent etre disposes en vague (de maniere sinusoidale, comme illustre sur la figure annexee 1, qui montre les cables 5 disposes en vague sur le tube interieur diune conduite 1 a deux enveloppes 2, 3 et isolation thermique 4) ou etre enroules de maniere helicodale autour de la conduite interne. Ils peuvent egalement etre s enroules selon une autre technique connue en soi, celle de l'enroulement SIZ. Une solution approchante ayant pour but de permettre la flexion d'une conduite a simple enveloppe est presentee par le document WO 86/03362. Dans cette demande, le cable est dispose en vague sinusodale de zo tres faible amplitude et de faible pas (periode) pour pouvoir supporter l'allongement ou la compression lors de la flexion de la conduite. Les solutions envisagees jusqu'ici presentent des inconvenients: augmentation de la longueur du cable, augmentation de la resistance electrique (augmentation de la puissance necessaire au chauffage), 2s augmentation des couts de fabrication (machine d'enroulement S/Z ou helicoidale ou assujettissement des cables au tube interne par des a&esifs, solution en vague), probleme lie au positionnement du cable qui risque de se decoller du tube interne, reduisant d'autant l'efficacite du systeme de chauffage queue que soit la solution choisie. Un autre inconvenient est le probleme lie a ['isolation thermique et a son installation en liaison avec les cables (la largeur des gorges realisees pour permettre la disposition en vague des cables diminue la quantite d'isolant qui peut etre disposee dans l'annulaire). 4 2840383 Le but de ['invention est de proposer une conduite rigide enroulable a simple ou double enveloppe, chauffee par des cables, qui ne presente pas ces inconvenients. L'invention atteint son but grace a une conduite rigide enroulable s a simple ou double enveloppe, comportant au moins un cable electrique chauffant, caracterisee en ce que le cable est apte a subir un allongement d'au moins O,5% sans endornmagement, moyennant quoi il peut suivre les deformations de l' extrados de la conduite l orsque cell e-ci est amenee a prendre des courbures lors de ltenroulement sur bobine ou lors de la pose. o Il est done possible et avantageux de positionner le ou les cables de chauffage parallelement a l'axe longitudinal de la conduite, et notamment le long dinne ou de plusieurs generatrices du tube interieur. De la sorte, le cable est facile a installer sur les conduites, sans avoir recours a des machines compliquees comme des spiraleuses ou ts analogue. De plus, cette disposition rectiligne du cable est egalement avantageuse en raison des accessoires nombreux qui vent utilises dans la technique de la conduite a double enveloppe. Ainsi la mise en place des centraliseurs, cloisons etanches (en anglais "bulkheads", "waterstops") ainsi que leur mise en ceuvre se trouve facilitee par la simplicite d'installation des o cables chauffants ainsi que leur positionnement rectiligne longitudinal. D'autre part, du fait que le cable est en ligne droite et done plus court que dans une solution ou il est ondule, le gain en longueur entraine une diminution proportionnelle de la resistance electrique du systeme et done un gain en puissance pour une tension donnee, ou la possibilite s d'equiper une conduite plus longue pour une meme tension. Avantageusement, le cable est egalement capable de supporter la compression tout en restart au contact du tube interne. Ainsi, sur l'intrados, le cable chauffant nta pas tendance a se decoller du tube. Avantageusement, on utilise un cable chauffant plat, donnant une so meilleure efficacite de transfert therrnique. Le cable est avantageusement un cable tresse plat, comportant une tresse conductrice centrale d'elements allonges, entouree d'au moins une gaine dtisolation electrique et de preference deux. De preference, les materiaux constituent le cable se deforment ss elastiquement en restart en dessous de 15% de leur limite elastique et 2840383 preferentiellement en dessous de 5%. On entend par materiaux constituent le cable les gaines et les elements allonges formant la tresse, puisque le cable supporte l'allongement grace a la reorganisation (deflexion angulaire) desdits elements allonges qui seront tres faiblement contraints pendant l'allongement du cable. Avantageusement, la conduite de ['invention, lorsqutil s'agit d'une conduite a double enveloppe, comprend des dispositifs d'etancheite de ltespace annulaire entre les tubes coaxiaux, agences pour recevoir des sections de cable chauffant. o Avantageusement, il est prevu de place en place sur le circuit d'alimentation electrique associee a la conduite des bo^tes de connexion retablissant automatiquement localement la connexion entre phases en cas de rupture du circuit. D'autres avantages et caracteristiques apparaltront plus t5 clairement a la lecture de la description suivante de ['invention, se rieferant aux dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective de la solution de l'etat de la technique avec des cables disposes en vague; - la figure 2 est une vue schematique en perspective d'une o conduite a double enveloppe equipee de cables conformes a ['invention; la figure 3 est une vue en coupe d'une variante de la conduite de la fgure 2, - la figure 4 est une vue en coupe d'un cable chauffant applicable a la presente invention, - la figure S est une vue en perspective du meme cable chauffant constitues de la tresse et de deux gaines externes; - la figure 6 est une vue en coupe d'une conduite a simple enveloppe equipee de cables conformes a ['invention; - la figure 7 montre un dispositif d'etancheite de l'annulaire d'une so conduite a double enveloppe conforme a ['invention; - la figure 8 montre le meme dispo s itif d' etancheite une fo is place dans l'annulaire d'une conduite a double enveloppe; - Les figures 9 et 10 illustrent une bo^te de connexion cite "intelligente" associee au circuit electrique d'alimentation d'une conduite de 6 2840383 ['invention, d'une part dans un etat de fonctionnement normal et d'autre part dans un etat consecutif a une avarie electrique. Les figures 2 et 3 montrent une conduite a double enveloppe 1 qui comprend le tube interieur 2 de transport d'hydrocarbures et le tube porteur exterieur 3. Dans l'exemple de realisation represente, l'espace annulaire separant les tubes est rempli d'une matiere d'isolation thermique 4 disposee de la maniere la plus appropriee en bandes, en blocs, en mousse, etc. On n'a pas represente les dispositifs annexes a la conduite, egalement disposes dans l'annulaire, tels que les espaceurs ou les limiteurs de o propagation de deformation radiale, on nta pas non plus represente les dispositifs de connexion entre les troncons de conduite rigide. Tout ceci est bien connu en soi. Conformement a ['invention, on dispose le long d'au moins une generatrice du tube interieur 2 de la conduite, un cable electrique 10 choisi pour ses capacites d'elongation egales ou superieures a 0,5% et susceptible de chauffer par effet Joule lors du passage d'un courant approprie. La fgure 2 monke plusieurs cables 10 regulierement repartis a la peripherie du tube interieur. Selon la figure 3, les cables vent repartis en quatre groupes de trots cables 10. D'autres dispositions vent possibles. o Comme le montrent les figures 4 et 5, le cable 10 est constitue d'une tresse metallique 11, par exemple en cuivre, prenant une forme aplatie (celle d'un ruban kesse ou celle d'un tube aplati si la tresse est realisee de maniere tubulaire) constituent l'ame du cable 10, entouree de deux gaines d'isolation electrique 12, 13 ayant neanmoins de bonnes qualites de conduction thermique. L'isolant doit etre assez elastique (mats un taux d'allongement de 2 a 4% est suffisant, ce qui est une qualite facile a obtenir pour une matiere plastique) pour pouvoir accompagner l'allongement possible de la tresse sur l'extrados de la conduite lorsqu'elle est courbee. Les elements allonges chauffants formant le ruban tresse peuvent o etre realises a partir de bandes (bandelettes) de cuivre ou d'aluminium ou etre formes par des fls de cuivre recouverts d'etain et/ou de nickel par exemple. L'angle de tressage est compris entre 30 et 60 et peut etre avantageusement choisi egal a 45 . Le diametre des fils formant la kesse ou l'epaisseur de bandelettes est compris entre 0,05 mm et 1,5 mm. L'epaisseur est choisie preferentieliement a 0,15mm pour les fils de cuivre, tandis que 7 2840383 p our de s b andelettes (firs plats) d' aluminium, l' epais seur preferentie lle est de 0,4 mm. Ces dimensions permettent de reduire les espaces entre les elements allonges afin d'avoir une compacite optimum de la tresse tout en conservant une bonne tenue mecanique du cable chauffant obtenu. Selon un s mode de realisation preferential du cable, la tresse est entouree de deux gaines realisees en polychlorure de vinyle (PVC), en thermoplastique elastomere (TPE) ou en caoutchouc silicone. L'epaisseur des gaines est preferentiellement de l'ordre de 1 mm, la gaine interne pouvant avoir une epaisseur plus importante que la gaine externe. La gaine interne est o avantageusement en contact intime avec la tresse afin de renforcer le transfert par conduction de la chaleur de la tresse vers l'exterieur de la gaine externe. La taille des cables chauffants plats (leur largeur est avantageusement comprise entre 15 et 50 mm), leur nombre et leur disposition dans l'annulaire vent choisis en fonction de ['application specifique (conditions d'utilisation, temperature du fluide transporte, configuration du champ, dimension de la conduite,...). Avantageusement, les gorges disposees dans l'isolant thermique pour loger le cable ont une forme complementaire de celle du cable, ^ disposes en vague ou la largeur des gorges est plus importante. La figure 6 montre ['application de ['invention a une conduite a simple enveloppe ou tube 2 entouree d'un revetement d'isolant 4. Le ou les ^s cables vent disposes a la peripherie du tube 2, le long de generatrices. Les figures 7 et 8 representent un dispositif d'etancheite 20 ("waterstop") specialement concu pour les conduites a double enveloppe de ['invention afin de permettre le passage des cables chauffants 10. Le dispositif annulaire 20 est forme d'un corps globalement torique 21 en so plastique (polyurethanne) comportant d'un cote deux levres d'etancheite annulaires respectivement interne 22 et externe 23 et de l'autre cote un insert rigide 25, par exemple metallique. Le cote comportant cet insert 25 est destine a venir en butee dans l'annulaire sur une piece de butee 26, telle qu'une piece forgee lee au tube interne 2 (ou au tube externe) de maniere a assurer le positionnement longitudinal du dispositif d'etancheite lorsque 8 2840383 l'eau envahit l'annulaire et vient pousser le dispositif 20 sur le cote muni de levres 22, 23. Ces levres 22, 23, outre qu'elles ont deja une tendance naturelle a appuyer sur les parois de l'annulaire en raison de leur geometric naturelle qui les force a etre contraintes dans ledit annulaire, subissent de la part de l'eau qui exerce sa pression sur le dispositif 20 des forces supplementaires de p lacage contre les paro is de l' annulaire ( forces symbolisees par les fleches de la figure 8), renforcant ainsi l'etancheite. Les dispositifs d'etancheite 20 vent disposes par padre, tete beche, de maniere a arreter l'eau dans les deux sees. Ils vent regulierement repartis to longitudinalement dans l'annulaire des conduites a double enveloppe 1. Plusieurs sections 10' de cable chauffant traversent chaque dispositif 20 au niveau de plus ieurs al es ages 24 repartis angulairement sur le tour du dispositif selon une repartition predeterminee. Des levres annulaires 27 vent formee, du meme cote, a la sortie de chaque alesage 24 destine a recevoir la section 10' de cable chauffant. Les sections de cable 10' vent collees dans les alesages 24 de maniere etanche. Les sections de cable 10' comportent de part et d'autre un connecteur 15 pour les relier au reste du cable chauffant. Il est possible de prevoir des moyens d'evacuation de la chaleur pour eviter les problemes de surchauffe locale des cables chauffants a l'interieur du o dispositif 20 qui pourrait entra^ner un vieillissement ou d'autres inconvenients. De tels moyens peuvent consister en un pont thermique interne etabli entre les cables chauffants et une zone de l'alesage du dispositif 20 pour evacuer les calories excedentaires vers le tube interne 2. La conduite de ['invention comporte avantageusement, de place en place, des dispositifs de connexion dits "intelligents". Un tel dispositif est destine, en cas d'avarie sur la conduite (par exemple l'inondation de l'annulaire dans le cas d'une conduite a double enveloppe), a maintenir la connexion electrique et done le chauffage sur la partie amont de la conduit par rapport a l'avarie. Lorsque la conduite peut etre alimentee so electriquement sur les deux cotes (presence d'un ombilical d'alimentation alimentant l'extremite soul-marine), ces dispositifs peuvent permettre de maintenir le chauffage des deux cotes de la partie subissant l'avarie. Ces dispositifs peuvent etre installes entre les deux dispositifs d'etancheite d'une meme padre decrits plus haut. Les figures 9 et 10 illustrent le principe d'une bo^te de connexion "intelligente" 40 disposee sur la ligne d'alimentation 9 2840383 triphasee 41 d'un systeme en etoile. En fonctionnement normal, au niveau de la bo^te 40, les trots phases ne vent pas connectees, les interrupteurs 42 vent ouverts. En cas de rupture 43 du circuit electrique, la bo^te 40 ferme automatiquement les interrupteurs 42 ce qui connecte les phases et retablit s le circuit electrique du cote amont de l'avarie 43. Ceci permet de maintenir le chauffage et done permet de planifier la reparation de l'avarie avec plus de souplesse. 2840383 REVENDICATIONS s 1. Conduite (1) rigide de transport d'hydrocarbures a simple ou double enveloppe constituee de deux tubes coaxiaux respectivement interieur (2) et exterieur (3) separes par un espace annulaire, cette conduite (1) etant du type enroulable et comprenant au moins un cable electrique de chauffage (10), caracterise en ce que ledit cable (10) est apte a subir un o allongement d'au moins 0,5 % sans endommagement. 2. Conduite selon la revendication 1, caracterisee en ce que les materiaux constituent le cable (10) se deforment elastiquement en restart en dessous de 15% de leur limite elastique et preferentiellement en dessous s de 5%. 3. Conduite selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracterisee en ce que ledit cable (10) est dispose parallelement a l'axe longitudinal de la conduite (1). 4. Conduite selon la revendication 3, caracterisee en ce qu'elle est constituee de deux tub es co axiaux resp ectivement interieur (2) et exterieur (3) separes par un espace annulaire et en ce que ledit cable (10) est dispose le long d'une generatrice du tube interieur (2). 2s 5. Conduite selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caracterisee en ce que ledit cable (10) est un cable plat. 6. Conduite selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterisee so en ce que ledit cable (10) est un cable a tresse conductrice centrale (11). 7. Conduite selon la revendication 6, caracterisee en ce que la tresse (11) est entouree d'au moins une gaine (12) d'isolation electrique. it 2840383 8. Conduite selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterisee en ce qu'il stagit d'une conduite a double enveloppe et en ce que des dispositifs d'etancheite (20) de ltespace annulaire entre les tubes coaxiaux (2, 3) vent agences pour recevoir des sections (10') de cable chauffant. 9. Conduite selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterisee en ce qu'il est prevu de place en place sur le circuit d' alimentation electrique as sociee a la conduite des bo^tes de connexion o (40) retablissant automatiquement localement la connexion entre phases en cas de rupture du circuit.