Brevet FR2871511A1 — publié le 20051216

Dispositif de contrôle pour raidisseurs de conduites flexibles La présente invention se rapporte à un dispositif de contrôle des 5 conduites flexibles marines, lesquelles sont adaptées au transport des hydrocarbures. On connaît des raidisseurs formant manchons, adaptés à entourer lesdites conduites flexibles afin de les rigidifier et de limiter leur courbure lorsqu'elles sont soumises aux effets de la houle et des courants marins. lo Selon une application particulière de ces raidisseurs aux conduites. montantes, lesquelles relient une installation de fond à une installation de surface, ils présentent une extrémité supérieure solidarisée à l'installation de surface au moyen d'une bride et ils se prolongent le long de la conduite, sur une longueur variable de l'ordre du mètre. La conduite flexible est emmanchée dans le raidisseur de façon coaxiale. De la sorte, malgré les effets de la houle et des courants marins au voisinage de la surface, la conduite flexible conserve un rayon de courbure supérieur à son MBR (pour Minimum Bending Radius, en langue anglaise) et n'est ainsi, pas détériorée. Ces raidisseurs sont également susceptibles d'être emmanchés sur des portions de conduite qui s'étendent près du fond pour limiter encore une fois leur courbure. Toutefois, bien que ces raidisseurs permettent de limiter l'amplitude des mouvements des conduites, ces dernières se détériorent tout de même dans ces zones de sollicitation. Ainsi, il a été imaginé d'enregistrer systématiquement les déformations de ces raidisseurs au moyen de dispositifs de contrôle insérés dans leur épaisseur afin de contrôler, non seulement le vieillissement des portions de conduites sollicitées mais aussi les raidisseurs eux-mêmes. En effet, en additionnant toutes les contraintes subies par la conduite au fil du temps, tant en terme de fréquence qu'en terme d'amplitude, il est possible d'en déduire un état de son vieillissement. 2 2871511 Des dispositifs de contrôle connus comprennent une tige rigide déformable présentant un axe central de révolution et la tige rigide déformable est équipée de trois capteurs de déformation répartis dans son pourtour (ces dispositifs connus sont commercialisés sous le nom de s Smart Rod). Lorsque la tige est fléchie, ces capteurs sont aptes à fournir des signaux permettant de déterminer l'orientation du plan de flexion de la tige et l'amplitude de la flexion. Cette tige rigide déformable équipée des capteurs est alors noyée dans l'épaisseur du raidisseur dans une partie apte à fléchir, et io parallèlement à l'axe du raidisseur et à la conduite. De la sorte, lorsque la conduite flexible est en service, les mouvements du raidisseur provoquent le fléchissement de la tige rigide déformable et ainsi, les capteurs fournissent des signaux représentatifs de l'incurvation du raidisseur. En enregistrant ces signaux fournis par les capteurs durant la vie du raidisseur on peut calculer la somme des contraintes qu'il a subi et ainsi son degré d'endommagement. Toutefois, un inconvénient de ce type de dispositif de contrôle, réside dans le déplacement relatif de la tige rigide équipée des capteurs et du raidisseur. En effet, pour réaliser le montage de ces dispositifs, un alésage de symétrie circulaire est ménagé dans l'épaisseur du raidisseur et la tige rigide déformable est insérée en friction dans cet alésage. La tige est alors partiellement bloquée en rotation, de sorte que durant la vie du raidisseur, elle peut se décaler sensiblement en rotation dans l'alésage, ce qui fausse l'interprétation des signaux fournis par les capteurs. Pour y remédier, et surtout pour atténuer l'erreur d'appréciation de la courbure réelle du raidisseur, il a été imaginé d'implanter au moins deux dispositifs de contrôle dans l'épaisseur du raidisseur, par exemple à 90 l'un de l'autre par rapport à son axe. Cependant, cela augmente d'autant plus le coût du dispositif de contrôle. Un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention, est alors de fournir un dispositif de contrôle qui permette, 3 2871511 d'obtenir une mesure fiable des contraintes subies par le raidisseur durant sa vie et ce, à un coût plus avantageux. Dans ce but, selon un premier objet, la présente invention propose un dispositif de contrôle des raidisseurs de conduites flexibles marines adaptées au transport des hydrocarbures, lesdits raidisseurs dans lesquels sont emmanchées lesdites conduites flexibles sont adaptés à se courber en limitant l'amplitude de courbure desdites conduites flexibles, ledit dispositif comprenant une tige rigide déformable présentant un axe central, ladite tige rigide déformable étant adaptée à être noyée dans io l'épaisseur dudit raidisseur sensiblement parallèlement à ladite conduite, . au moins deux capteurs de déformation étant maintenus appliqués contre le pourtour de ladite tige rigide déformable, lesdits capteurs de déformation étant adaptés à fournir un signal représentatif de la courbure lorsque ledit raidisseur se courbe et provoque la déformation de ladite tige rigide déformable; ladite tige rigide déformable étant maintenue bloquée en rotation autour dudit axe central dans ledit raidisseur. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans le blocage en rotation de la tige rigide déformable à l'intérieur de l'alésage. De la sorte, durant la vie du raidisseur, la tige rigide déformable reste maintenue en position fixe par rapport aux raidisseurs et ainsi, les signaux fournis par les capteurs permettent toujours de calculer la courbure du raidisseur. En outre, il n'est nul besoin de prévoir plusieurs tiges rigides déformables équipées de capteurs, mais simplement une seule, ce qui permet de diminuer le coût du dispositif de contrôle. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement avantageux, ladite tige rigide déformable présente une section droite déterminée non circulaire, tandis que ledit raidisseur présente un alésage d'une section droite non circulaire correspondant à ladite section droite déterminée pour épouser la forme de ladite tige rigide déformable. De la sorte, compte tenu de la dissymétrie de la tige rigide déformable et de l'alésage correspondant, la tige rigide déformable est bloquée en rotation dans l'alésage. 4 2871511 Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ledit alésage est pratiqué longitudinalement dans un corps cylindrique, ledit corps cylindrique étant adapté à être noyé dans l'épaisseur dudit raidisseur. De la sorte, alors qu'il est malaisé de noyer directement la tige rigide déformable équipée de ces capteurs dans l'épaisseur du raidisseur sans endommager la tige et ses capteurs, grâce au corps cylindrique alésé préalablement et noyé dans le raidisseur, la tige rigide peut-être ensuite insérée sans risque dans ledit alésage. Bien évidemment, le matériau du corps cylindrique devra être suffisamment résistant pour résister à la io compression durant le moulage du raidisseur. De façon particulièrement avantageuse, lesdits capteurs comprennent des fibres optiques dans lesquels sont imprimés des réseaux de Bragg. Ainsi, les fibres optiques permettent d'obtenir dans un seul élément, à la fois le capteur et les moyens de conduction des signaux. Les réseaux de Bragg sont imprimés par des moyens lasers par exemple à une extrémité de la fibre optique pour former le capteur et, fibre et capteur sont maintenus en position fixe dans une rainure longitudinale pratiquée à la surface de la tige rigide déformable qui est par exemple un jonc en matériau composite, renforcé par des fibres de verre. Un tel matériau, est à la fois rigide et flexible et tout à fait adaptée à supporter les capteurs. En outre, il est adapté à suivre les déformations longitudinales du raidisseur. L'extrémité de la fibre optique forme alors le capteur de déformation, tandis que la fibre optique en elle-même est adaptée à véhiculer optiquement les signaux représentatifs des contraintes. Selon une variante de réalisation particulièrement avantageuse, lesdits capteurs comprennent trois fibres optiques réparties dans le pourtour de ladite tige rigide déformable. Ainsi, les trois fibres optiques présentent, dans les extrémités notamment, des réseaux de Bragg permettant de déterminer entièrement l'orientation du plan de flexion de la tige rigide déformable et l'amplitude de la flexion et, par-là même la déformation du raidisseur. Deux des trois fibres optiques permettent de 2871511 5 déterminer complètement le plan de flexion de la tige rigide et l'amplitude de cette flexion, la troisième fibre optique permettant de corriger le signal fourni par les deux autres lorsque le jonc est déformé axialement. Cette déformation axiale du jonc dans le raidisseur est essentiellement due aux frottements et/ou à la température. Selon un autre objet, l'invention concerne un raidisseur de conduites flexibles marines adaptées au transport des hydrocarbures, comprenant un seul dispositif tel que décrit ci-dessus. De la sorte, un tel raidisseur est susceptible d'être contrôlé parfaitement durant la totalité de son temps de to service puisque les signaux fournis par les capteurs reflète la réalité de la déformation, et au surplus il est susceptible d'être produit à un coût avantageux puisqu'un seul dispositif de contrôle est nécessaire. Selon encore un autre objet, la présente invention propose un procédé de production d'un raidisseur de conduites flexible marines, adaptées au transport des hydrocarbures, selon le procédé on moule d'une seule pièce ledit raidisseur en noyant dans l'épaisseur dudit raidisseur un corps cylindrique préalablement alésé. De la sorte, en choisissant un corps cylindrique dont le matériau est suffisamment rigide au regard des contraintes qui s'exercent sur lui au cours du moulage, on ménage un alésage dans l'épaisseur du raidisseur de manière simplifiée. En effet, selon l'art antérieur cet alésage était ménagé dans l'épaisseur du raidisseur en le moulant avec un tirant puis en extrayant ce tirant pour laisser apparaître l'alésage. Par ailleurs, le matériau du corps cylindrique est choisi de façon à ce 25 qu'il soit bloqué en rotation dans l'épaisseur du raidisseur. Pour ce faire, et ce de façon particulièrement avantageuse ledit raidisseur est moulé dans une matière plastique présentant un premier module d'élasticité, ledit corps cylindrique alésé étant réalisé dans une matière plastique de même nature et présentant un second module d'élasticité supérieur au premier module d'élasticité. Ainsi, non seulement le corps cylindrique est bloqué en friction par rapport au raidisseur, mais en plus l'alésage n'est pas déformé au cours du moulage. 6 2871511 Ensuite, selon le procédé conforme à l'invention ladite tige rigide déformable équipée desdits capteurs est avantageusement insérée dans ledit alésage après que ledit corps cylindrique a été noyé dans l'épaisseur dudit raidisseur. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la Figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un 10 raidisseur de conduites flexibles selon l'invention; - la Figure 2 est une vue schématique de détail de la Figure 1; - la Figure 3 est une vue schématique en section droite du dispositif conforme à l'invention selon une première variante de réalisation; - la Figure 4 est une vue schématique en section droite du dispositif conforme à l'invention selon une deuxième variante de réalisation; - la Figure 5 est une vue schématique en section droite du dispositif conforme à l'invention selon une troisième variante de réalisation; et, - la Figure 6 est une vue schématique en section droite du dispositif conforme à l'invention selon un mode particulier de mise en oeuvre. La Figure 1 montre une conduite flexible 10, communément appelée riser qui s'étend sensiblement verticalement depuis la surface 12 vers le fond marin 14. Cette conduite flexible 10 présente une extrémité de surface 16 qui est solidaire d'une installation de surface non représentée. Par ailleurs cette extrémité de surface 16 est emmanchée dans un raidisseur 18 dont l'extrémité supérieure 20 est maintenue en position fixe sur une plate-forme et dont l'extrémité inférieure 22 se prolonge autour de la conduite 10 vers le fond marin 14 sur une distance, par exemple entre 5 et 10 mètres. Au repos et non incurvé, ce raidisseur 18 présente un axe de symétrie A. Le raidisseur 18 est réalisé dans un matériau plus rigide que la conduite flexible 10, par exemple du polyuréthane, de manière à limiter l'amplitude de flexion de la conduite 10 au voisinage de la surface 12. 7 2871511 La Figure 2 illustre plus en détail le raidisseur 18 qui présente une section annulaire qui s'amenuise de l'extrémité supérieure 20 vers l'extrémité inférieure 22. Sur toute la longueur du raidisseur 18 des capteurs de déformation 24 sont installés pour contrôler à la fois l'amplitude de flexion du raidisseur 18 et l'orientation du plan de flexion. On se référera maintenant à la Figure 3 pour décrire le dispositif de contrôle conforme à l'invention selon une première variante d'exécution. La Figure 3 illustre en section droite un jonc en fibre de verre 26 de section triangulaire et d'axe central C, noyé dans l'épaisseur du raidisseur io 18 jusqu'au voisinage de son extrémité inférieure 22 illustrée sur la Figure 2. Ce jonc 26 présente des faces, dont les dimensions en section droite sont de l'ordre du millimètre, par exemple compris entre 5 et 8 mm. Dans chacune de ses faces une rainure longitudinale 28 médiane est ménagée sur toute la longueur dudit jonc 26. Dans ces rainures 28, un guide d'onde formée d'une fibre optique 30 est maintenu au moyen d'une résine, par exemple époxy. Ces fibres optiques 30 s'étendent longitudinalement sur toute la longueur dudit jonc 26 qui luimême s'étend sur toute la longueur du raidisseur 18 illustrés sur la Figure 2. De la sorte, les fibres optiques 30 s'étendent de l'extrémité inférieure 22 jusqu'à l'extrémité supérieure 20 et au-delà pour être connectées à des moyens de traitement du signal. En outre, les fibres optiques 30 présentent entre l'extrémité supérieure 20 et l'extrémité inférieure 22 une pluralité de zone dans lesquelles sont formées une structure en réseaux de Bragg et qui forment les capteurs de déformation 24. Tel que représenté sur la Figure 3 le jonc 26 de section triangulaire est inséré dans un alésage triangulaire 32 également qui est ménagé dans l'épaisseur du raidisseur 18 longitudinalement selon l'axe A. L'alésage triangulaire 32 épouse les formes du jonc 26 de manière à ce que ce dernier soit bloqué en rotation autour de son axe C. De la sorte quelle que soient les déformations du raidisseur 18 le jonc 26 maintient en position fixe les fibres optiques 30 par rapport au raidisseur 18 et en particulier les capteurs de déformation 24 constitués par les réseaux de 8 2871511 Bragg. Ainsi les signaux fournis par les capteurs de déformation 24 qui sont préalablement étalonnés, sont toujours représentatifs d'une même déformation du raidisseur 18. Sur la Figure 4 le dispositif de contrôle selon l'invention est représenté dans une autre variante de réalisation selon laquelle le jonc n'est plus de section droite triangulaire mais ici de section hexagonale. On retrouve sur cette Figure 4 en section droite, le raidisseur 18 et un jonc 34 de section hexagonale qui s'étend longitudinalement dans l'épaisseur du raidisseur 18 à travers un alésage 36 de section droite également io hexagonale. Les parois de l'alésage 36 épousent également la forme du. jonc 34 de sorte que ce dernier est bloqué en rotation autour de son axe central C. Une rainure 38 est ménagée longitudinalement et alternativement sur trois faces du jonc 34 de manière à loger trois fibres optiques 40. Grâce à deux des fibres optiques 40, le plan de flexion du raidisseur et l'amplitude de flexion sont susceptibles d'être déterminés, tandis que la troisième fibre optique permet de corriger les valeurs fournies par les deux autres fibres optiques lorsque les joncs subissent une déformation axiale. Cette déformation axiale est notamment due aux frottements et/ou à la température. Selon une troisième variante de réalisation, on a représenté sur la Figure 51 un jonc en fibre de verre 42 dont la section est sensiblement en U et correspond à un alésage 44 pratiqué dans l'épaisseur du raidisseur 18 qui présente la même configuration en U. Selon cette configuration le jonc 42 est également bloqué en rotation dans l'épaisseur du raidisseur 18. Par ailleurs le jonc présente également trois rainures 46 réparties dans son pourtour et dans lesquelles sont installées respectivement trois fibres optiques 48. On se référera maintenant à la Figure 6 qui illustre l'invention selon un mode particulier, avantageux. On retrouve sur cette Figure 6 une section de l'épaisseur du raidisseur 18 perpendiculaire à son axe de symétrie A et un alésage 50 de section triangulaire. Cet alésage 50 est non plus réalisé directement dans 2871511 9 l'épaisseur du raidisseur 18 mais dans un corps cylindrique 52 qui est lui-même inséré dans l'épaisseur du raidisseur 18. Pour ce faire, le corps cylindrique 52 est réalisé dans un matériau en matière plastique rigide, de préférence de section circulaire pour que le champ de contrainte radiale s'exerçant sur lui 'soit uniforme, et l'alésage central 50 est ménagé symétriquement à l'intérieur. Bien évidemment, cet alésage 50 triangulaire présente des dimensions compatibles avec la tige rigide déformable adaptée à la traverser. En outre, le corps cylindrique 52 est étendu sur au moins une partie de la longueur du raidisseur 18 de io façon à pouvoir insérer la tige rigide depuis l'extrémité supérieure 20 jusqu'à l'extrémité inférieure 22. Ainsi, le raidisseur 18 est surmoulé d'une seule pièce autour du corps cylindrique 52 avec une matière plastique du type polyuréthane, moins rigide que celle du corps cylindrique 52. De la sorte, lors du surmoulage le corps cylindrique 52 est suffisamment rigide pour résister aux contraintes et ne pas se déformer. De cette façon, l'alésage 50 n'est pas déformé et la tige rigide déformable est susceptible d'y être enfilée sans frottement excessif. De la sorte, le corps cylindrique 52 restera à demeure dans l'épaisseur du raidisseur 18 et il sera bloqué en rotation dans le raidisseur 18 grâces au rétreint de la matière plastique surmoulée. En outre, en choisissant un corps cylindrique 52 en matériau de type polyuréthane et en surmoulant le raidisseur 18 avec le même type de matériau, les forces d'adhésion entre les deux surfaces de contact sont suffisamment importantes pour bloquer en rotation le corps cylindrique 52 dans l'épaisseur du raidisseur 18. Par ailleurs, grâce à la forme cylindrique de révolution du corps cylindrique 52, au cours de l'injection du matériau en fusion, sa répartition se fait de façon homogène autour dudit corps cylindrique 52. De la sorte, lorsque le matériau est devenu rigide le raidisseur ne présente aucune anisotropie ni amorce de fracture malgré la présence du corps cylindrique 52. 2871511 Ainsi, après que le corps du raidisseur 18 a été entièrement moulé avec le corps cylindrique 52 dans son épaisseur, la tige rigide déformable constituée d'un jonc en fibre de verre de section triangulaire et qui est équipée de fibres optiques tout comme le jonc 26 apparaissant sur la Figure 3, est susceptible d'être enfilé dans l'alésage 50. Bien évidemment, les fibres optiques sont ensuite reliées à un dispositif d'émission et de réception qui lui-même est connecté à un dispositif d'analyse piloté par un ordinateur de façon à enregistrer les flexions du raidisseur. i0 11 2871511 REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle des raidisseurs (18) de conduites flexibles (10) marines adaptées au transport des hydrocarbures, lesdits raidisseurs (18) dans lesquels sont emmanchées lesdites conduites flexibles (10) sont adaptés à se courber en limitant la courbure desdites conduites flexibles, ledit dispositif comprenant une tige rigide déformable (26, 34, 42) présentant une axe central (C), ladite tige rigide déformable étant io adaptée à être noyée dans l'épaisseur dudit raidisseur (18) sensiblement parallèlement à ladite conduite (10), au moins deux capteurs de déformation étant maintenus appliqués contre le pourtour de ladite tige rigide déformable (26, 34, 42), lesdits capteurs de déformation étant adaptés à fournir un signal représentatif de la courbure lorsque ledit raidisseur se courbe et provoque la déformation de ladite tige rigide déformable; caractérisé en ce ladite tige rigide déformable (26, 34, 42) est maintenue bloquée en rotation autour dudit axe central (C) dans ledit raidisseur (18). 2. Dispositif de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite tige rigide déformable (26, 34, 42) présente une section droite déterminée non circulaire tandis que ledit raidisseur présente un alésage (32, 36, 44) d'une section droite non circulaire correspondant à ladite section droite déterminée pour épouser la forme de ladite tige rigide déformable. 3. Dispositif de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit alésage (26, 34, 42) est pratiqué longitudinalement dans un corps cylindrique, ledit corps cylindrique étant adapté à être noyé dans l'épaisseur dudit raidisseur. 4. Dispositif de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits capteurs comprennent 12 2871511 des fibres optiques (30, 40, 48) dans lesquels sont imprimés des réseaux de Bragg. 5. Dispositif de contrôle selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits capteurs comprennent trois fibres optiques (30, 40, 48) s réparties dans le pourtour de ladite tige rigide déformable. 6. Dispositif de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite tige rigide déformable (26, 34, 42) est formée d'un jonc en fibre de verre. 7. Raidisseur de conduites flexible marines adaptées au transport i0 des hydrocarbures, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Procédé de production d'un raidisseur de conduites flexible marines adaptées au transport des hydrocarbures, caractérisé en ce qu'on moule d'une seule pièce ledit raidisseur (18) en noyant dans l'épaisseur dudit raidisseur ledit corps cylindrique (52) alésé, selon la revendication 3. 9. Procédé de production selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit raidisseur (18) est moulé dans une matière plastique présentant un premier module d'élasticité, ledit corps cylindrique alésé étant réalisé dans une matière plastique présentant un second module d'élasticité supérieur au premier module. 10. Procédé de production selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que ladite tige rigide déformable, équipée desdits capteurs est insérée dans ledit alésage (50) après que ledit corps cylindrique (52) a été noyé dans l'épaisseur dudit raidisseur (18).