Brevet FR2853388A1 — publié le 20041008

Conduite tubulaire flexible à double enveloppe calorifugée pour le transport d'hydrocarbures La présente invention concerne une conduite tubulaire flexible pour 5 le transport d'hydrocarbures, du type à double enveloppe ("pipe in pipe" en anglais), c'est-à-dire comprenant un tube interne ("flowline" en anglais) qui est inséré dans le tube externe ("carrier pipe" en anglais). Dans les utilisations sous-marines à grande profondeur, il est important de limiter les déperditions de chaleur des effluents chauds qui 1o circulent dans les conduites. C'est pourquoi l'espace annulaire compris entre le tube interne et le tube externe est principalement utilisé pour loger une protection thermique constituée généralement d'un calorifugeage passif (par exemple une isolation thermique en mousse) éventuellement assisté d'un système de 15 chauffage actif comme des conduites secondaires dans lesquelles circule un fluide chaud ou des systèmes de chauffage par câbles électriques. Un tel chauffage actif augmente la complexité de l'installation et son prix et il serait préférable de pouvoir s'en dispenser. Dans certains cas, il est capital que la température des effluents 20 transportés ne descende pas en dessous d'une certaine limite, à partir de laquelle on constate des phénomènes liés à un refroidissement excessif. Le plus gênant de ces phénomènes est la formation massive d'hydrates ou de paraffines qui précipitent et peuvent finir par obstruer la conduite. Ces phénomènes et d'autres encore, liés au refroidissement 25 intempestif, sont particulièrement bien décrits dans les documents FR 2820752, WO 00/40886 et WO 01/88057 auxquels on renvoie expressément. Pour contrecarrer l'apparition de ces phénomènes, ces documents enseignent de disposer dans le voisinage de la conduite de transport deffluent un matériau à changement de phase (PCM) qui se 30 comporte comme un accumulateur de chaleur. Ce matériau absorbe à l'état liquide une énergie provenant de la chaleur dégagée par l'effluent, énergie qu'il est capable de restituer au cours de sa solidification (cristallisation). La présence de ce matériau autour de l'effluent permet donc, en cas d'arrêt de production, par exemple en raison d'une panne ou de la maintenance de 35 l'installation, de freiner le refroidissement de l'effluent provoqué par l'arrêt 2 2853388 pour maintenir sa température au-dessus du seuil de formation des hydrates et des paraffines pendant un temps suffisant (pouvant aller jusqu'à plusieurs jours) pour qu'une réparation ou la maintenance nécessaire puisse avoir lieu. De cette façon, la conduite ne se trouvera pas obstruée par ces formations 5 d'hydrates lors du redémarrage de l'invention. Des conduites comportant un tel matériau semblent bien adaptées aux conduites pour grandes profondeurs. La solution n'est toutefois pas exempte d'inconvénients. Les deux documents précités enseignent notamment que certains matériaux PCM 10 convenant particulièrement bien à ces applications manifestent lors de leur changement de phase une variation volumique importante pouvant atteindre 20 % dans le cas de paraffines. Afin de tenir compte de cette variation, les deux documents précités enseignent de disposer le matériau PCM dans une enveloppe capable d'accommoder cette variation, c'est-à-dire une enveloppe 15 relativement déformable soit par la nature élastique du matériau constituant l'enveloppe soit par sa géométrie concave capable de se "gonfler" sous la pression. Une enveloppe élastique rend les manipulations de la conduite difficiles (pour la pose de la conduite par exemple) tandis qu'une enveloppe spécifique concave, au moins en partie, change notablement les conditions 20 usuelles de fabrication et en accroît le prix de revient ainsi que le prix de pose en nécessitant d'adapter le matériel classique de préhension et de pose à cette nouvelle géométrie. En tout cas, un tel enseignement est manifestement contraire aux principes des conduites à double enveloppe dont les deux enveloppes sont sensiblement rigides (même si la conduite 25 est, globalement, enroulable par exemple) et insusceptibles de compression ou d'expansion. Le document US 6000438 fait bien connaître une conduite à double enveloppe dans laquelle l'espace annulaire entre les tubes est rempli par une couche annulaire de matériau PCM entourée d'une couche de matière 30 isolante. Mais aucune attention n'est prêtée au problème de la variation volumique des matériaux PCM, ce qui rend cette solution impraticable pour toute une gamme de matériaux ou alors risque d'entraîner des contraintes inadmissibles sur les tubes interne et externe. Il en est de même de la conduite divulguée dans le brevet US 6116290 o le matériau PCM est 3 2853388 disposé dans des passages longitudinaux individuels répartis à la périphérie de la conduite. Le but de l'invention est de proposer une conduite à double enveloppe comportant dans son espace annulaire un matériau à changement 5 de phase qui puisse présenter des grandes variations volumiques sans les inconvénients mentionnés. L'invention atteint son but grâce à une conduite tubulaire flexible à double enveloppe pour le transport d'hydrocarbures, comprenant un tube interne et un tube externe ménageant entre eux un espace annulaire rempli 1o au moins partiellement d'un matériau à changement de phase, caractérisée en ce qu'un volume rempli de matière hautement compressible est disposé à l'intérieur de l'annulaire, de manière à compenser les variations de volume du matériau à changement de phase. Le volume rempli de matière hautement compressible est constitué 1 5 de préférence d'au moins une vessie ou d'un boudin souple rempli de gaz, avantageusement de gaz inertes (argon, azote, etc.). La pression du gaz de remplissage est avantageusement adaptée à la profondeur d'utilisation finale pour distribuer les pressions et réduire autant que possible les dimensions du tube porteur externe. Le volume compressible peut être formé de plusieurs 20 manchons répartis longitudinalement. Le volume compressible global est avantageusement de 5 à 30% du volume de l'espace annulaire entre les tubes. Le boudin souple est avantageusement un tube souple enroulé en spirale dans l'espace annulaire. Les boudins ou manchons sont 25 avantageusement disposés contre le tube externe de la conduite. En alternative, on peut concevoir des manchons annulaires ou constitués de deux demi-coques, collés au tube externe. Les matériaux PCM utilisables pourront être composés essentiellement d'au moins un composé chimique choisi parmi les alcanes, 30 notamment comprenant une chaîne hydrocarbonée d'au moins 10 atomes de carbone et de préférence encore les paraffines comprenant une chaîne hydrocarbonée d'au moins 14 atomes de carbone; ou encore les sels hydratés ou pas, les glycols, les bitumes, les goudrons, les cires, et autres corps gras solides à température ambiante, tels que le suif, la margarine ou 4 2853388 les alcools gras et acides gras. Le composé chimique principal peut être additionné d'agents épaississants ou d'agents texturants. D'autres avantages et caractéristiques seront mis en évidence à la lecture de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé 5 qui est une vue en perspective d'un exemple de conduite à double enveloppe équipée d'un boudin d'absorption de variations volumiques conforme à l'invention. La conduite 1 est une conduite à double enveloppe coaxiale conduite dite couramment PIP ("pipe-in-pipe") à tubes en acier. Elle comprend un io tube interne 2 pour la circulation de l'effluent et un tube porteur externe 3. L'espace annulaire intermédiaire 4 est rempli sensiblement d'un matériau à changement de phase dont le point critique de transformation de phase est de préférence voisin de la température minimale (par exemple 20 'C) audessus de laquelle on souhaite maintenir l'effluent pour éviter la formation 15 de précipités. Les documents précités enseignent de nombreux matériaux PCM répondant à ces exigences. Selon l'invention, l'espace annulaire 4 contient aussi un volume d'absorption volumique, ici sous forme d'une chambre ou boudin 5 enroulé en spirale le long de la conduite. Il est clair qu'on peut avoir plusieurs boudins 5 analogues, qu'ils ne sont pas 20 nécessairement enroulés en spirale mais peuvent être disposés longitudinalement; les volumes peuvent aussi n'être pas continus et placés de part en part, le long de la conduite. Les volumes 5 sont de préférence constitués d'une enveloppe élastique et remplis de gaz, de préférence des gaz inertes. Lors des variations de volume du matériau PCM situé dans 25 l'annulaire 4, le ou les volumes 5 varient et compensent lesdites variations, le volume annulaire 4 restant, lui, constant. Selon un mode de réalisation non représenté, les volumes d'absorption sont formés par une pluralité de manchons annulaires de longueur finie. Ces manchons sont disposés de préférence contre la paroi du 30 tube externe. Il va de soi que ces manchons pourraient prendre également la forme de demi-coques par exemple. La pression régnant à l'intérieur de chacun des manchons dépend avantageusement de leur position dans la conduite ainsi que des conditions de service prévues pour ladite conduite. REVENDICATIONS 1. Conduite tubulaire flexible (1) à double enveloppe pour le transport 5 d'hydrocarbures, comprenant un tube interne (2) et un tube externe (3) ménageant entre eux un espace annulaire (4) rempli au moins partiellement d'un matériau à changement de phase, caractérisée en ce qu'un volume (5) rempli de matière hautement compressible est disposé à l'intérieur de l'annulaire et permet de compenser les variations de 10 volume du matériau à changement de phase lors des changements de phase. 2. Conduite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le volume (5) est constitué par au moins un boudin souple rempli de gaz. 15 3. Conduite selon la revendication 2, caractérisée en ce que le gaz est un gaz inerte. 4. Conduite selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée 20 en ce que le boudin souple est un tube souple disposé dans l'espace annulaire (4). 5. Conduite selon la revendication 4, caractérisée en ce que le tube souple est enroulé en spirale dans l'espace annulaire (4). 25 6. Conduite selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le boudin souple est formé de plusieurs manchons répartis longitudinalement. 7. Conduite selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que le boudin souple est disposé contre le tube externe (3). 8. Conduite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le volume (5) est constitué par des manchons annulaires ou en demi-coques disposés 35 contre le tube externe. 6 2853388 9. Conduite selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le volume (5) occupe de 5% à 30% du volume de l'annulaire (4). 10. Conduite selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le matériau à changement de phase est composé essentiellement d'au moins un composé chimique choisi parmi les alcanes.