Brevet FR2852695A3 — publié le 20040924

FR 2852695 A3 20040924 FR 0303488 A 20030321 Procédé et dispositif de surveillance de la tenue d'une conduite flexible au niveau d'un embout terminal La présente invention concerne un procédé de surveillance d'une conduite flexible pour véhiculer sur de grandes distances un fluide sous pression et le cas échéant sous haute température, tel qu'un gaz, du pétrole, de l'eau ou d'autres fluides. L'invention vise plus précisément à surveiller et à prévenir les problèmes liés à une rupture des fils d'armure de la conduite 10 flexible au voisinage ou à l'intérieur de l'embout terminal, o ils sont ancrés, notamment dans un embout terminal pour une conduite montante ("riser") flexible destinée à une exploitation pétrolière en mer. La présente invention concerne également un dispositif associé au procédé de surveillance. Les conduites flexibles utilisées en mer présentent des configurations 15 variées en fonction de leur utilisation précise mais répondent en général aux critères constructifs définis notamment dans les recommandations API 17 B et API 17 J établies par l'American Petroleum Institute sous l'intitulé "Recommended Practice for Flexible Pipe" and "Specification for Unbonded Flexible Pipe". Elles comprennent de l'intérieur vers l'extérieur: 20 - une gaine d'étanchéité interne ou gaine de pression, réalisée en matière plastique généralement polymère, résistant à l'action chimique du fluide à transporter; - éventuellement une voûte de pression résistant principalement à la pression développée par le fluide dans la gaine d'étanchéité et constituée par 25 l'enroulement en hélice à pas court (c'est-à-dire avec un angle d'enroulement voisin de 900) autour de la gaine interne, d'un ou plusieurs fils métalliques de forme agrafés (auto-agrafables ou non) ; les fils de forme ont une section en Z ou en T ou leurs dérivés (teta ou zeta), en U, ou en I; ladite voûte de pression peut également comporter une frette; - au moins une nappe (et généralement au moins deux nappes croisées) d'armures de traction enroulées à pas long; l'angle d'armage mesuré sur l'axe longitudinal de la conduite est inférieur à 600; et - une gaine de protection et d'étanchéité externe en polymère. Une telle conduite peut être à passage interne lisse quand le passage 35 est directement formé par la gaine d'étanchéité (elle est alors dite "smooth bore") ou à passage non-lisse ("rough bore") quand on prévoit en outre à l'intérieur de la gaine d'étanchéité interne une carcasse constituée par exemple d'un feuillard agrafé qui sert à empêcher l'écrasement de la conduite sous la pression externe. Les embouts des conduites, destinés à leurs connexions entre elles ou avec des équipements terminaux, sont également définis dans les recommandations API 17J, et doivent être réalisés dans des conditions assurant à la fois une bonne solidarisation et une bonne étanchéité. Celles-ci sont généralement obtenues par un sertissage de la gaine, c'est- à-dire par 10 une pénétration radiale partielle d'un élément rigide dans la gaine. On connaît plusieurs types d'embouts pour les conduites flexibles utilisant le principe du sertissage de la gaine interne, notamment par les documents FR 2 214 852 ou WO 99/19655 ou encore par le document W097/25564 au nom de la Demanderesse et le document PCT/FROI/03305 15 également au nom de la Demanderesse. Ce dernier document décrit notamment un embout de fixation pour une conduite tubulaire flexible comprenant une première partie annulaire (généralement appelée voûte de l'embout) sur laquelle peut prendre appui une première bride de sertissage munie d'un cône de sertissage de la gaine intérieure et une seconde partie 20 annulaire (généralement appelée capot) entourant et prolongeant vers l'arrière la première partie annulaire et sur laquelle peut prendre appui une seconde bride de sertissage munie d'un cône de sertissage de la gaine externe coopérant avec une canule arrière d'appui de sertissage, la seconde partie annulaire définissant avec la première partie annulaire un espace 25 annulaire dans lequel sont disposées les armures de traction de manière à ce qu'elles soient décollées radialement de la gaine interne afin de passer autour de la première bride de sertissage et de la première partie annulaire pour y être fixées; l'embout comporte un collier de blocage des armures entre la première bride de sertissage et la seconde bride de sertissage; 30 l'espace annulaire précité est destiné à être rempli d'une matière de remplissage telle qu'une résine qui vient bloquer les divers éléments compris dans cet espace. Il est connu de surveiller dans le temps la bonne tenue d'une conduite et d'un embout de conduite par divers procédés et dispositifs dans le but de 35 détecter certaines anomalies. On connaît ainsi des procédés d'inspection de l'intérieur d'une conduite, à l'aide de "souris" d'inspection parcourant la conduite et donnant par exemple des images vidéo ou bien repérant un éventuel recul de la carcasse au niveau d'un embout par un système de courants de Foucault et 5 de capteurs associés (cf. le document FR 2790087 au nom de la Demanderesse). De tels procédés, outre qu'ils renseignent sur la carcasse mais non directement sur la gaine (dans le cas des conduites "rough. bore"), ont l'inconvénient d'exiger l'arrêt provisoire de l'exploitation pour envoyer la souris dans la conduite. On connaît aussi des procédés pour la détection de fuites sur les canalisations (FR 2 626 974, US 4 775 855) ou des procédés de détection de la rupture imminente de conduite par des éléments capteurs disposés sur la conduite (GB 2 057 696). On a aussi développé des procédés plus spécifiquement liés à la 15 surveillance des embouts parce qu'on s'est aperçu qu'ils sont le siège de certaines altérations dans le temps. Il est utile de pouvoir détecter à temps ces altérations pour pouvoir intervenir de façon programmée sur la conduite et l'embout et procéder aux réparations ou changements nécessaires. En particulier, il est connu et il importe de surveiller la position de la 20 gaine de pression par une inspection régulière. Pour pouvoir effectivement accéder à une information de déplacement concernant la gaine, il a été proposé dans le document WO 98/12545 de pourvoir l'élément à contrôler de marqueurs dont le déplacement peut être détecté par rayons X, à l'aide d'un détecteur de rayons 25 X ou d'une pellicule photographique sensible aux rayons X. Dans tous les cas, cela nécessite un équipement lourd et également l'arrêt de la production pour pouvoir disposer le détecteur en place autour de la conduite. La Demanderesse a aussi proposé dans la demande française n0 02 02 155 un procédé de détection et un embout associé qui puissent fournir 30 une indication sur le déplacement de la gaine de pression ou d'autres couches de la conduite sans nécessiter l'arrêt de la production. L'embout est adapté à la détection du fait qu'on équipe directement l'embout d'un capteur de détection du déplacement d'une couche donnée de la conduite, notamment de la gaine de pression. Tous ces procédés de surveillance concourent à une meilleure prévention des incidents d'exploitation de conduite. Toutefois, certaines causes d'altération de la conduite flexible au niveau de l'embout ne peuvent être détectées par les procédés existants. C'est notamment le cas des 5 ruptures de certains des fils formant les nappes d'armure de traction. Ces ruptures de fils, progressives dans le temps, peuvent amener à une destruction de l'embout et donc de la conduite lorsque le nombre de fils endommagés augmente. Ainsi, la présente invention vise à améliorer la surveillance des embouts terminaux de conduite flexible afin de prévenir les 1o arrêts brutaux de production. Elle consiste essentiellement à surveiller et à prévenir des incidents potentiels liés à la rupture des fils des nappes d'armure de traction à l'intérieur de l'embout. L'invention atteint son but grâce à un procédé de surveillance de la tenue d'une conduite flexible de transport de fluide sous pression au niveau 15 d'un embout terminal, ladite conduite comportant notamment une gaine intérieure de pression, des nappes de fils d'armures de traction et une gaine extérieure solidarisées à l'embout, caractérisé en ce qu'il consiste à surveiller la tenue des armures de fraction dans l'embout en détectant un phénomène lié à la rupture d'un fil d'armure de traction à l'intérieur de l'embout, le 20 phénomène étant l'émission acoustique ou bruit généré par la rupture du fil d'armure. Avantageusement, on détecte l'ensemble des émissions acoustiques ou bruits existants à l'intérieur ou au voisinage de l'embout et on trie ou filtre les émissions caractéristiques d'une rupture de fil à l'aide d'une unité 25 de traitement et d'analyse du signal. Dans tous les cas, à l'apparition d'une anomalie dans la surveillance effectuée, on peut conclure à l'altération de la tenue des nappes d'armures de traction due à la rupture de plusieurs fils qui les constituent et ainsi prévenir le risque de casse prochain de la conduite au niveau de l'embout de manière 30 à prendre les mesures de protection et de sauvegarde qui s'imposent. L'invention concerne aussi le dispositif associé au procédé de l'invention. Ce dispositif de surveillance de la tenue d'une conduite flexible de transport de fluide sous pression au niveau d'un embout terminal, ladite conduite comportant notamment une gaine intérieure de pression, des 35 nappes de fils d'armures de traction et une gaine extérieure solidarisées à 2852695 l'embout, est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection d'un phénomène lié à la rupture d'un fil d'armure d'une nappe d'armures de traction, les moyens de détection étant constitués par des capteurs d'émission acoustique. Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte au moins trois capteurs d'émission acoustique situés sur ou à l'intérieur de l'embout dans un même plan transversal de l'embout ou bien dans deux plans transversaux distincts de l'embout. Il est également avantageux que le dispositif comprenne au moins un 1o capteur d'émission acoustique disposé dans la conduite en longueur courante contre une nappe d'armure de traction et/ou un capteur d'émission acoustique disposé sur le col de la voûte de l'embout à proximité de son extrémité. Les moyens de surveillance comprennent avantageusement une unité 15 de traitement et d'analyse informatique chargée de récupérer et d'analyser le signal envoyé par les moyens de détection. La même unité informatique peut servir pour surveiller plusieurs conduites montantes équipées desdits moyens de surveillance et pour déclencher une alarme lorsque des moyens de détection ont détecté une anomalie dans l'une des conduites surveillées. D'autres avantages et caractéristiques seront mis en évidence à la lecture de la description qui suit, en référence à la figure annexée qui représente schématiquement un embout terminal de conduite, avec arrachement partiel, équipé de moyens de détection conformément à l'invention. La figure montre très schématiquement un embout 1, symétrique autour de son axe longitudinal X coïncidant avec l'axe central de la conduite 2. L'embout, partiellement recouvert par un manchon raidisseur 12 (couramment appelé "stiffener"), comporte une bride de connexion 3 permettant la fixation à une plate-forme 4. La conduite 2 comporte de 30 manière connue une carcasse et sa gaine de pression, des armures de traction 7 et une gaine extérieure. Ces différents éléments constitutifs sont fixés et sertis à l'intérieur de l'embout 1 par divers moyens connus en soi, notamment par le document WO 02/39003 ou le document US 6 039 083. Par exemple, les armures peuvent être maintenues par des colliers 7' et 35 noyées dans une résine. Ces éléments qui sont connus en eux-mêmes ne nécessitent pas de description plus détaillée. Du reste, l'invention ne dépend pas de la configuration précise de l'embout et de la conduite, mais elle peut être mise en oeuvre sur d'autres types d'embout et de conduite que celui illustré ici. La description de l'embout n'est donnée qu'à titre indicatif d'un 5 mode de réalisation possible sur lequel peut être mise en oeuvre l'invention, de même que la conduite flexible peut présenter une structure interne différente tant au niveau du nombre de couches la constituant que dans leur nature. Selon le procédé de surveillance de la tenue d'une conduite flexible 1o de l'invention, celui-ci consiste à détecter un phénomène lié à la rupture d'un fil d'une armure de traction. Le phénomène détecté est l'émission acoustique ou bruit généré par la rupture du fil d'armure. Pour cela le procédé de surveillance consiste à utiliser des capteurs de détection d'émission acoustique 10 disposés sur la face externe de l'embout 1 ou 15 disposés à l'intérieur dudit embout, ces capteurs étant destinés à transmettre des signaux correspondant aux "bruits>" qu'ils captent à une unité de traitement et d'analyse du signal 24. Cette unité de traitement et d'analyse du signal est avantageusement une unité de type informatique qui permet de filtrer et de trier les émissions acoustiques correspondant à une rupture ou 20 casse d'un fil d'armure d'autres bruits dits " parasites ". En effet, d'autres bruits d'origine hydraulique ou mécaniques peuvent être générés en amont ou en aval de l'embout comme par exemple à l'intérieur de la conduite ou dans les équipements (" piping ") situés sur la plateforme o est connectée par exemple la conduite montante 2 sur laquelle est disposé le dispositif de 25 surveillance. Selon un mode de réalisation du dispositif de surveillance de l'invention, celui-ci comporte au moins trois capteurs d'émission acoustique 10 disposés dans un même plan transversal TI de l'embout 1. Ces capteurs sont avantageusement disposés contre le capot de l'embout mais ils 30 pourraient être disposés à l'intérieur de l'embout sans pour autant sortir du champ de protection de l'invention. De plus, afin de faciliter la localisation longitudinale de la casse du fil d'armure, il est préférable de disposer au moins un capteur 13 d'émission acoustique de manière décalée longitudinalement par rapport aux autres capteurs 10 c'est-à-dire dans un 35 plan transversal distinct de l'embout. Les trois capteurs 10 sont 7 2852695 avantageusement disposés dans le même plan transversal avec un écart angulaire de 1200, ils permettent ainsi de localiser précisément l'origine de l'émission acoustique et donc le lieu de rupture du fil d'armure. Afin de faciliter le tri ou le filtrage des bruits dits " parasites ", il est 5 intéressant de disposer en complément un autre capteur d'émission acoustique 11 en amont des capteurs 10 comme par exemple sur le col de voûte de l'embout, à proximité de son extrémité. Ce capteur permet avantageusement de filtrer les signaux correspondant aux bruits provenant de la plateforme tandis qu'un autre capteur non représenté peut être disposé 1o en longueur courante de la conduite, à environ un demi pas ou un pas d'armage en dessous de l'embout afin de filtrer les bruits provenant de la conduite (mouvements et frottements entre couches). Une unité de traitement du signal et d'analyse 24 de type informatique est avantageusement reliée aux capteurs d'émission 15 acoustique. Elle permet de filtrer les signaux afin d'identifier précisément ceux correspondant aux ruptures de fil d'armure, ce filtrage s'effectuant notamment en fonction de la durée, l'atténuation ou l'énergie du signal capté par les capteurs. Cette unité de traitement du signal permet d'informer en temps réel des ruptures potentielles des fils d'armure; elle est susceptible 20 de générer une alarme en fonction des signaux captés et transmis par les capteurs. La fixation des capteurs sur le capot de l'embout peut être réalisé par tous moyens; toutefois il est nécessaire d'assurer une fixation fiable dans le temps. Ce procédé de surveillance de la tenue d'une conduite flexible au 25 niveau de son embout terminal et notamment d'une conduite de type "conduite montante" (conduite reliant un équipement sous-marin à une installation de surface), ainsi que les dispositifs de détection associés, trouvent avantageusement leur application dans les systèmes d'exploitation pétrolière offshore existants dans lesquels une pluralité de conduites 30 montantes est utilisée. En effet, chaque conduite montante peut être équipée de moyens de détection du type précédemment décrit. L'ensemble desdits moyens de détection est alors relié à un dispositif d'analyse commun qui permet l'analyse des signaux reçus pour générer si besoin une alarme en cas de déchéance constatée d'une ou plusieurs nappes d'armure de traction à 35 l'intérieur d'un embout terminal d'une des conduites montantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de surveillance de la tenue d'une conduite flexible (2) de transport de fluide sous pression au niveau d'un embout terminal (1), ladite conduite (2) comportant notamment une gaine intérieure de pression, des nappes de fils d'armures de traction (7) et une gaine extérieure solidarisées à l'embout (1), caractérisé en ce qu'il consiste à 10 surveiller la tenue des armures de traction (7) dans l'embout (1) en détectant un phénomène lié à la rupture d'un fil d'armure de traction à l'intérieur de l'embout, le phénomène étant l'émission acoustique ou bruit généré par la rupture du fil d'armure. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter l'ensemble des émissions acoustiques ou bruits existants à l'intérieur ou au voisinage de l'embout (1) et à trier ou filtrer les émissions caractéristiques d'une rupture de fil à l'aide d'une unité de traitement et d'analyse du signal. 3. Dispositif de surveillance de la tenue d'une conduite flexible (2) de transport de fluide sous pression au niveau d'un embout terminal (1), ladite conduite comportant notamment une gaine intérieure de pression, des nappes de fils d'armures de traction (7) et une gaine extérieure 25 solidarisées à l'embout, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (10, 13, 11) de détection d'un phénomène lié à la rupture d'un fil d'armure d'une nappe d'armures de traction, les moyens de détection étant constitués par des capteurs d'émission acoustique. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois capteurs d'émission acoustique (10) situés sur ou à l'intérieur de l'embout (1) dans un même plan transversal de l'embout (TI) . 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé 35 en ce qu'il comporte au moins trois capteurs d'émission acoustique (10, 13) disposés sur l'embout ou à l'intérieur de l'embout et situés dans au moins deux plans transversaux distincts de l'embout (1). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé 5 en ce qu'il comprend au moins un capteur d'émission acoustique disposé dans la conduite en longueur courante contre une nappe d'armure des traction. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé 10 en ce qu'il comprend au moins un capteur d'émission acoustique (11) disposé sur le col de la voûte de l'embout à proximité de son extrémité. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de traitement du signal (24) reliée aux 15 capteurs d'émission acoustique (1 0, 13, 11).