Brevet FR2904992A1 — publié le 20080222

Conduite flexible stabilisée résistante en compression axiale La présente invention se rapporte à une conduite flexible de transport d'hydrocarbures ou d'autres fluides sous haute pression, et à un procédé de réalisation d'une telle conduite. Plus particulièrement, l'invention concerne une conduite flexible présentant une grande résistance à la compression axiale. io Les conduites flexibles de transport des hydrocarbures sont déjà bien connues, et elles comportent généralement de l'intérieur vers l'extérieur de la conduite, une carcasse métallique, pour reprendre les efforts radiaux d'écrasement, recouverte d'une gaine d'étanchéité interne en polymère, une voûte de pression pour résister à la pression interne de 15 l'hydrocarbure, des nappes d'armures pour reprendre les efforts de tension axiale et une gaine externe en polymère pour protéger l'ensemble de la conduite et notamment pour empêcher l'eau de mer de pénétrer dans son épaisseur. La carcasse métallique et la voûte de pression sont constituées d'éléments longitudinaux enroulés à pas court, et elles 20 confèrent à la conduite sa résistance aux efforts radiaux tandis que les nappes d'armures sont constituées de fils métalliques enroulés selon des pas longs pour reprendre les efforts axiaux. II est à noter que dans la présente demande, la notion d'enroulement à pas court désigne tout enroulement hélicoïdal selon un angle d'hélice proche de 90 , 25 typiquement compris entre 75 et 90 . La notion d'enroulement à pas long recouvre quant à elle les angles d'hélice inférieurs à 55 , typiquement compris entre 25 et 55 pour les nappes d'armures. Ces conduites sont destinées au transport des hydrocarbures notamment dans les fonds marins et ce, à de grandes profondeurs. Plus 30 précisément elles sont dites de type unbonded et elles sont ainsi décrites dans les documents normatifs publiés par I'American Petroleum Institute (API), API 17J et API RP 17B. 2904992 2 Lorsqu'une conduite, quelle que soit sa structure, est soumise à une pression externe qui est plus élevée que la pression interne, il se produit dans la paroi de la conduite des efforts de compression orientés parallèlement à l'axe de la conduite et qui tendent à raccourcir la longueur 5 de la conduite. Ce phénomène porte le nom d'effet de fond inverse ( reverse end-cap effect en langue anglaise). L'intensité des efforts de compression axiale est proportionnelle à la différence entre la pression externe et la pression interne. Cette intensité peut atteindre un niveau très élevé dans le cas d'une conduite flexible immergée à grande profondeur, io du fait que la pression interne peut, dans certaines conditions, être très inférieure à la pression hydrostatique. Dans le cas d'une conduite flexible de structure classique, par exemple conforme aux documents normatifs de l' API , l'effet de fond inverse a tendance à induire un effort longitudinal de compression dans is les fils constituant les nappes d'armures, et à raccourcir la longueur de la conduite flexible. De plus, la conduite flexible est également soumise à des sollicitations dynamiques notamment lors de l'installation ou en service dans le cas d'une conduite montante ( riser en langue anglaise). L'ensemble de ces contraintes peut faire flamber les fils des 20 nappes d'armures et désorganiser de façon irréversible les nappes d'armures, provoquant ainsi la ruine de la conduite flexible. Le document WO 03/083343 décrit une solution permettant d'augmenter la résistance à la compression axiale des nappes d'armures d'une conduite flexible. Cette solution consiste à enrouler autour des 25 nappes d'armures des rubans renforcés par exemple de fibres aramides. De cette manière on limite et on contrôle le gonflement des nappes d'armures. Toutefois, si cette solution permet de résoudre les problèmes liés au flambement radial des fils constituant les nappes d'armures, elle permet seulement de limiter le risque de flambement latéral desdits fils qui 30 perdure. Le document WO 96/17198 décrit, notamment à la figure 18, une conduite flexible comportant une couche tubulaire de blocage axial 2904992 3 pouvant reprendre les efforts de compression axiale et limiter le raccourcissement de la conduite, ce qui permet d'éviter d'endommager les nappes d'armures. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente 5 invention est de fournir une conduite flexible qui non seulement puisse résister à une forte compression axiale sans se raccourcir, mais aussi qui aussi puisse résister durablement à des cycles répétés de flexion alternée tout en conservant sa flexibilité et son intégrité. En outre, il est souhaitable que cette conduite puisse être fléchie à de faibles rayons de io courbure. Dans le but de résoudre ce problème, la présente invention propose une conduite flexible stabilisée de transport des hydrocarbures, ladite conduite comprenant au moins deux nappes d'armure et une couche tubulaire de blocage axiale située sous lesdites nappes d'armure, ladite 15 couche tubulaire de blocage axiale comprenant des spires jointives de fil profilé de section sensiblement quadrilatère et enroulé hélicoïdalement à pas court, lesdites spires jointives étant adaptées à bloquer axialement en compression ladite conduite, le fil profilé desdites spires présentant une surface interne opposée à une surface externe et deux flancs latéraux 20 opposés, ladite surface interne définissant un plan moyen de surface interne et lesdits flancs latéraux définissant des plans moyens de flancs latéraux inclinés par rapport audit plan moyen de surface interne, lesdites spires jointives définissant des surfaces de joint inclinées par rapport à l'axe de ladite conduite, de façon à autoriser simultanément le 25 mouvement relatif transversal desdites spires jointives suivant lesdites surfaces de joint inclinées et le fléchissement de ladite conduite; selon l'invention lesdites spires jointives sont formées de fil profilé d'une même section formant sensiblement un parallélogramme, ledit fil profilé étant enroulé flanc latéral contre flanc latéral. 30 Ainsi, la couche tubulaire de blocage est constituée à partir d'un ou plusieurs fils de géométrie unique. L'unicité de la géométrie simplifie 2904992 4 l'approvisionnement des fils et la fabrication de la couche tubulaire de blocage. En outre, et de façon avantageuse lesdits flancs latéraux sont inclinés par rapport à ladite surface interne d'un angle compris entre 50 5 et 70 , ce qui permet d'améliorer la résistance à la compression de la conduite, tout en conservant une bonne flexibilité. Dans la présente demande, par convention, l'angle d'inclinaison entre deux droites concourantes est la valeur absolue de l'ouverture angulaire du plus petit des quatre secteurs angulaires définis par l'intersection des deux droites. io II est donc toujours compris entre 0 et 90 . De plus, ladite couche tubulaire de blocage axiale comprend préférentiellement, deux fils profilés de même section enroulés ensemble, flancs latéraux contre flancs latéraux. De la sorte, la vitesse de réalisation de la couche tubulaire de blocage axiale est augmentée. 15 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 partielle en perspective d'une 20 conduite flexible conforme à l'invention ; - la Figure 2 est une vue schématique partielle en hémi coupe axiale d'une portion de la conduite flexible illustrée sur la Figure 1 ; - la Figure 3 est une vue schématique partielle en coupe axiale de détail d'une portion de la conduite flexible ; et, 25 - la Figure 4 est une vue schématique partielle des éléments de conduite illustrés sur la Figure 3 dans une position active. La Figure 1 illustre une conduite flexible 10 selon l'invention du type smooth-bore et qui présente ici, de l'intérieur de la conduite 12 vers l'extérieur 14, une gaine d'étanchéité interne 16 en matière plastique, une 30 voûte de pression agrafée 18, une couche tubulaire de blocage 20, deux nappes d'armures croisées 22, 24 séparées de la couche tubulaire de blocage 20 par une gaine intermédiaire 25, et une gaine d'étanchéité 2904992 5 externe 26. La conduite flexible 10 s'étend ainsi longitudinalement selon l'axe A. La voûte de pression agrafée 18 et la couche tubulaire de blocage 20 sont réalisées grâce à des éléments longitudinaux enroulés hélicoïdalement à pas court en formant des spires, non jointives pour la 5 voûte de pression 18 et jointives pour la couche tubulaire de blocage 20, tandis que les nappes d'armures croisées 22, 24 sont formées d'enroulements hélicoïdaux à pas long de fils métalliques. Dans d'autres types de structures du type rough-bore une carcasse métallique est montée à l'intérieur de la gaine d'étanchéité io interne 16 et la gaine intermédiaire 25 est supprimée. Il en est ainsi de la portion de conduite 28 représentée en hémicoupe axiale et illustrée sur la Figure 2. Elle présente de l'intérieur 30 vers l'extérieur 32, une carcasse 34 formée d'un feuillard métallique profilé et enroulée en spires agrafées les unes aux autres et permettant de 15 reprendre les efforts radiaux d'écrasement, une gaine d'étanchéité 36 en matière plastique, une voûte de pression 38 faite d'un fil de forme en zêta enroulé hélicoïdalement à pas court et agrafé ; une couche tubulaire de blocage 40 présentant un fil profilé de section formant sensiblement un parallélogramme 42 que l'on détaillera ci-après, une première bande anti- 20 usure 46, deux fils d'armures 48 et 50 séparés par une deuxième bande anti-usure 52 et une gaine externe 54 en matière plastique séparée des fils d'armures par une bande de rétention 56. Les bandes anti-usure ont pour fonction de limiter l'usure et le frottement entre couches métalliques adjacentes. Avantageusement, une telle couche peut également être 25 interposée entre la voûte de pression 38 et la couche tubulaire de blocage 40. La bande de rétention a pour unique fonction de maintenir les nappes d'armures pendant la fabrication de la conduite, jusqu'à ce que la gaine externe soit posée. Cette bande de rétention est différente de part sa structure et sa fonction des rubans renforcés de fibres aramides décrit 30 dans WO 03/083343. Elle présente une résistance mécanique beaucoup plus faible et ne serait pas capable de limiter ou de contrôler en service le 2904992 6 gonflement des nappes d'armures dans des conditions similaires à celles décrites dans WO 03/083343. Quant à la couche tubulaire de blocage 40, illustrée seule sur la Figure 3, elle est constituée d'un fil profilé 42 de section en forme de s parallélogramme non rectangle et présentant deux flancs latéraux parallèles 44. Lorsque la conduite est en position de repos, les spires sont jointives et elles délimitent des plans de joint inclinés par rapport à l'axe de la conduite A, voisin de 60 . En outre, le fil profilé 42 présente une surface interne 70 et une surface externe opposée 72 io Dès que la conduite est fléchie, les spires glissent les unes contre les autres selon leur plan de joint, flancs contre flancs comme l'illustre la Figure 4. Cette Figure 4 montre une portion de la couche tubulaire de blocage 40 correspondant à la partie intérieure de la courbure. Ainsi, les spires du fil profilé 42 se rapprochent les unes des autres, le fils tendant à 15 pivoter sur lui-même au fur et à mesure que les spires glissent les unes par rapport aux autres de façon que les flancs latéraux parallèles 44 se rapprochent d'un plan perpendiculaire à l'axe de la conduite. À l'opposé, dans la portion d'élongation de la couche tubulaire de blocage 40, qui n'est pas représentée, les fils basculent dans le sens opposé de façon 20 que les flancs latéraux 44 s'inclinent plus encore par rapport à l'axe de la conduite A, les spires glissant également les unes contre les autres. La flexion de la conduite s'accompagne d'une rotation du plan des spires du fil profilé 42. Ainsi, le plan moyen dans lequel est inscrit chaque spire a alors tendance à tourner selon un axe perpendiculaire au plan de 25 courbure de la conduite, en s'éloignant de la position sensiblement perpendiculaire à l'axe de la conduite, position qu'il occupe lorsque la conduite s'étend longitudinalement. Cette rotation s'accompagne d'un glissement relatif axial entre d'une part les surfaces interne 70 et externe 72 du fil profilé 42 , et d'autre part les structures tubulaires interne et 30 externe au niveau de leurs surfaces de contact avec la couche tubulaire de blocage 40. 2904992 7 De manière particulièrement avantageuse, les angles du fil profilé 42 sont chanfreinés ou arrondis pour faciliter leur pivotement tout en évitant d'endommager les couches tubulaires interne et externe au niveau de leur surface de contact avec la couche tubulaire de blocage 40. 5 Telle que représentée sur la Figure 2, la conduite 28 s'étend longitudinalement dans une position de repos. On notera que dans cette position de repos, le fil profilé 42 qui forme des spires autour de la voûte de pression 38, présente sa surface interne 70 en appui sur les spires de la voûte de pression 38, tandis que les fils d'armures 48, 50 et la première io bande anti-usure 46 sont elles, en appui sur la surface externe 72. Avantageusement, les spires du fil profilé 42 sont en appui sur la voûte de pression 38 par l'intermédiaire d'une couche en matériau synthétique présentant un faible coefficient de frottement de façon à faciliter les glissement relatifs axiaux entre la couche tubulaire de blocage 15 40 et la voûte de pression 38. Une couche de même nature peut aussi être prévue en remplacement de la bande anti-usure 46, dans le but de faciliter les glissements relatifs axiaux entre la couche tubulaire de blocage 40 et la première nappe d'armures 48. On peut également envisager encore un autre mode de réalisation 20 de l'invention, selon lequel la couche tubulaire de blocage est substituée à la carcasse interne 34 et joue à la fois un rôle dans la reprise des efforts de compression radiaux et dans la reprise des efforts axiaux. Par ailleurs, grâce à cette couche tubulaire de blocage 40 on comprend que toute contrainte axiale tendant à rétracter la conduite 10 25 telle qu'illustrée sur la Figure 1 serait reprise par les spires du fil profilé 42 en appui flancs contre flancs. La couche de blocage est conçue de telle sorte que ces contraintes ne dépassent jamais la limite élastique du fil profilé, si bien que les déformations restent réversibles et faibles. En pratique, sous l'application 30 d'une compression axiale, la couche de blocage et la conduite peuvent se raccourcir réversiblement d'une valeur relative inférieure à 0,3%, avantageusement 0,15%. Dans ces conditions, le gonflement des nappes 2904992 d'armures reste inférieur, en valeur relative, à approximativement 0,6%. Ainsi, les déplacements radiaux des fils d'armure restent nettement inférieurs à leur propre épaisseur, ce qui évite tout risque de désorganisation des nappes d'armures. 5 REVENDICATIONS 1. Conduite flexible stabilisée (10) de transport des hydrocarbures, ladite conduite comprenant au moins deux nappes d'armure (22, 24) et une couche tubulaire de blocage axiale (20, 40) située sous lesdites nappes d'armure, ladite couche tubulaire de blocage axiale comprenant des spires jointives de fil profilé (42) de section sensiblement quadrilatère et enroulé hélicoïdalement à pas court, lesdites spires jointives étant adaptées à bloquer axialement en compression w ladite conduite (10), le fil profilé desdites spires présentant une surface interne (70) opposée à une surface externe (72) et deux flancs latéraux (44) opposés, ladite surface interne définissant un plan moyen de surface interne et lesdits flancs latéraux définissant des plans moyens de flancs latéraux inclinés par rapport audit plan moyen de surface interne, lesdites 15 spires jointives définissant des surfaces de joint inclinées par rapport à l'axe (A) de ladite conduite, de façon à autoriser simultanément le mouvement relatif transversal desdites spires jointives suivant lesdites surfaces de joint inclinées et le fléchissement de ladite conduite (10) ; caractérisée en ce que lesdites spires jointives sont formées de fil 20 profilé (42) d'une même section formant sensiblement un parallélogramme, ledit fil profilé étant enroulé flanc latéral (44) contre flanc latéral (44). 2. Conduite flexible selon la revendication 1 caractérisée en ce que lesdits flancs latéraux (44) sont inclinés par rapport à ladite surface 25 interne d'un angle compris entre 50 et 70 . 3. Conduite flexible stabilisée selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite couche tubulaire de blocage axiale comprend deux fils profilés enroulés ensemble, flancs latéraux contre flancs latéraux.