Brevet FR2900192A1 — publié le 20071026

La présente invention a notamment pour objet un système de chauffage pour une conduite d'écoulement d'une installation sous-marine d'exploitation d'hydrocarbures. On connaît par la demande internationale WO 02/16732 un dispositif de chauffage pour prévenir la formation d'hydrates dans des conduites d'une installation sous- marine de production de pétrole ou de gaz. Ce dispositif de chauffage comporte un câble de chauffage disposé au contact d'une conduite, ce câble étant protégé par une couche isolante enveloppant la conduite. Lorsque la température des hydrocarbures à l'intérieur de la conduite chute en dessous d'un certain seuil, le câble de chauffage est chauffé de manière à maintenir les hydrocarbures dans la conduite à une température au-dessus de la température de formation des hydrates. Le dispositif de chauffage comporte une source électrique pour l'alimentation du câble par l'intermédiaire d'un boîtier de jonction fixé sur la conduite. La source électrique est montée sur l'équipement de production et connectée via un ombilical à une ligne d'alimentation électrique. L'invention vise notamment à simplifier la mise en place d'un système de chauffage sur une conduite d'écoulement d'une installation sous-marine d'exploitation d'hydrocarbures, en particulier dans des conditions environnementales difficiles. L'invention a ainsi pour objet un procédé de raccordement d'un système de chauffage pour une conduite d'écoulement d'une installation sous-marine à une source d'alimentation électrique, caractérisé par le fait que le procédé comporte l'étape consistant à : - réaliser en milieu sous-marin un raccordement électrique entre le système de chauffage et un ou plusieurs conducteur(s) électrique(s) d'un ombilical à l'aide d'un câble de raccordement électrique connecté au système de chauffage ou entre le système de chauffage et une source électrique d'un véhicule de type ROV, cette source électrique étant par exemple un moteur du véhicule. L'alimentation du système de chauffage par une source électrique d'un ROV est réalisée de préférence lorsque ce système de chauffage est déconnecté de l'ombilical. La connexion du câble de raccordement électrique à l'élément de connecteur du système de chauffage peut être réalisé à l'aide d'un véhicule sous-marin commandé à distance, notamment du type ROV. Le câble de raccordement électrique est par exemple de type flying lead . Grâce à l'invention, le raccordement du système de chauffage à une source d'alimentation électrique peut être réalisé de manière relativement simple du fait que ce raccordement peut être réalisé in situ, en milieu sous-marin. Il est notamment possible de profiter de la présence d'un ou de plusieurs conducteur(s) électrique(s) dans un ombilical, notamment dédié à un système de contrôle sous-marin ou à un ou plusieurs systèmes de chauffage, pour procéder à une dérivation électrique depuis cet ombilical vers le système de chauffage. Le câble de raccordement électrique connecté à un élément de connecteur du système de chauffage peut être relié avantageusement à un ou plusieurs conducteur(s) 10 électrique(s) dans un ombilical. Il est ainsi possible d'éviter le déroulement, en milieu sous-marin, sur une très grande distance, d'un câble spécifique pour l'alimentation électrique du système de chauffage, qui est une opération longue, complexe et coûteuse. L'invention peut notamment permettre d'assembler et d'utiliser de manière 15 simple des éléments d'installations sous-marines existantes. Par ailleurs, plutôt que de raccorder à l'élément de connecteur du système de chauffage un câble de raccordement électrique provenant d'un ombilical, il est possible d'utiliser un véhicule de type ROV pour apporter une puissance électrique au système de chauffage grâce à l'élément de connecteur permettant une connexion sous l'eau. 20 Le ROV peut comporter par exemple un élément de connecteur complémentaire agencé pour se raccorder à l'élément de connecteur du système de chauffage. Le ROV dispose habituellement d'une puissance électrique relativement importante, ce qui peut permettre d'apporter une puissance électrique suffisante au système 25 de chauffage afin de provoquer la dissociation d'un hydrate formé dans la conduite. L'invention peut permettre ainsi la dissociation d'un hydrate formé dans la conduite grâce au système de chauffage alimenté électriquement, au choix, soit grâce à une puissance électrique provenant d'un ombilical, soit grâce à une puissance électrique apportée par un véhicule ROV. 30 L'invention permet une utilisation relativement souple du système de chauffage. Un ombilical comporte par exemple un groupe d'un ou de plusieurs type(s) d'élément(s) fonctionnel(s) tels que des câbles électriques, des câbles de fibres optiques ou des lignes de transport pour des fluides, par exemple un gaz, de l'eau, des produits chimiques tels que le méthanol. Ces éléments fonctionnels peuvent être assemblés par exemple de manière hélicoïdale. Un ombilical peut contenir, le cas échéant, tous les éléments requis pour l'exploitation d'un champ sous-marin d'hydrocarbures donné. L'ombilical peut comporter un module de terminaison sous-marin, encore appelé Subsea Umbilical Termination (SUT), la connexion du câble de raccordement électrique sur le ou les conducteurs électriques de l'ombilical se faisant par l'intermédiaire de ce module de terminaison. L'invention a encore pour objet un système de chauffage pour une conduite d'écoulement d'une installation sous-marine d'exploitation d'hydrocarbures, le système comportant : - au moins un élément chauffant, notamment de type filaire, agencé pour 15 permettre un apport de chaleur à la conduite d'écoulement, - un circuit électronique agencé pour commander le chauffage de l'élément chauffant, - au moins un élément de connecteur électrique agencé pour permettre le raccordement du circuit électronique à une source d'alimentation électrique, 20 le système étant caractérisé par le fait que l'élément de connecteur est agencé pour permettre la connexion en milieu sous-marin d'un câble de raccordement électrique à cet élément de connecteur. Le système de chauffage selon l'invention peut être agencé de manière à ce que, une fois raccordé à la source d'alimentation électrique, ce système fonctionne de 25 manière autonome, notamment sans qu'il ne soit nécessaire d'envoyer des commandes depuis la surface. Le circuit électronique peut être agencé de manière à commander le chauffage de l'élément chauffant lorsque la température détectée sur la conduite d'écoulement passe en dessous d'une limite basse, choisie par exemple supérieure à la température de 30 formation d'hydrates. Le circuit électronique peut également être agencé de manière à commander l'arrêt du chauffage de l'élément chauffant lorsque la température détectée sur la conduite d'écoulement atteint une limite haute, correspondant par exemple à la reprise de la production d'hydrocarbures. Avantageusement, le système de chauffage comporte un boîtier étanche dans lequel est logé le circuit électronique, l'élément chauffant étant raccordé au boîtier étanche à l'aide d'un pénétrateur sur ce boîtier. Le pénétrateur est de préférence surmoulé avec un matériau étanche de manière à assurer son étanchéité en milieu sous-marin. Le boîtier étanche peut être adapté à une utilisation jusqu'à environ 1500 mètres de fond, voire jusqu'à 3 000 mètres de fond, notamment en équipression ou en étant structurellement résistant à la pression. L'élément de connecteur et le circuit électrique peuvent être logés dans un boîtier étanche commun. En variante, l'élément de connecteur est disposé à l'extérieur du boîtier étanche et relié au circuit électronique à l'aide d'un pénétrateur sur le boîtier, surmoulé d'un matériau étanche. Avantageusement, l'élément chauffant comporte un revêtement d'un matériau étanche résistant à la chaleur. Le fait que l'élément chauffant soit revêtu d'un revêtement étanche rend le système de chauffage de l'invention plus fiable car, même dans le cas où une couche étanche et isolante enveloppant la conduite d'écoulement et recouvrant l'élément chauffant perd de son étanchéité du fait de l'usure au cours de sa durée de vie, l'élément chauffant demeure étanche grâce à son propre revêtement. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'élément chauffant comporte un ou plusieurs fils résistifs, assemblés ou indépendants, revêtus d'un matériau étanche, ce matériau pouvant être par exemple un élastomère, par exemple du silicone, du Teflori ou une résine fluorée telle que le polytétrafluoroéthylène. En variante, l'élément chauffant peut comporter un film chauffant sensiblement plat comprenant une résistance encapsulée entre au moins deux couches d'un matériau étanche, par exemple de type silicone ou polyimide (Kaptori ). L'élément chauffant peut être recouvert d'un adhésif conducteur de chaleur, 30 par exemple à base d'un métal, permettant d'améliorer l'efficacité du chauffage. L'élément chauffant peut être disposé de manière longitudinale par rapport à un axe longitudinal de la conduite d'écoulement ou, en variante, de manière transversale par rapport à cet axe. Le système de chauffage peut comporter un ou plusieurs capteurs de température agencés pour détecter la température de la conduite d'écoulement. Le système de chauffage peut, si on le souhaite, être fourni avec le câble de raccordement de type flying lead . L'invention a également pour objet un système de chauffage pour une conduite d'écoulement d'une installation sous-marine d'exploitation d'hydrocarbures, le 10 système comportant : - au moins un élément chauffant agencé pour permettre un apport de chaleur à la conduite d'écoulement, - un circuit électronique agencé pour commander le chauffage de l'élément chauffant, 15 - au moins un élément de connecteur électrique agencé pour permettre le raccordement du circuit électronique à une source d'alimentation électrique, le système étant caractérisé par le fait que l'élément chauffant comporte un revêtement étanche résistant à la chaleur, notamment distinct d'une couche isolante enveloppant la ligne d'écoulement. 20 L'invention a encore pour objet une installation sous-marine d'exploitation d'hydrocarbures, comportant : - au moins une conduite d'écoulement pour le transport d'hydrocarbures, - un système de chauffage tel que défini ci-dessus, l'élément chauffant étant agencé pour permettre un apport de chaleur à la conduite d'écoulement, 25 - un ombilical comprenant un ou plusieurs conducteur(s) électrique(s), - un câble de raccordement électrique relié à au moins un conducteur de l'ombilical et connecté à l'élément de connecteur du système de chauffage. La conduite d'écoulement présente une section transversale de dimensions relativement faibles, par exemple avec un diamètre interne inférieur ou égal à 10 pouces 30 (25,4 cm) et présentant une longueur inférieure ou égale à 100 m. Une telle conduite d'écoulement est par exemple un jumper généralement utilisé pour relier une tête de puits à un ensemble collecteur (manifold), ou l'ensemble collecteur à une ligne de production. Dans ce dernier cas, la conduite est encore appelée spool . Un jumper ou un spool peut présenter une géométrie relativement complexe, avec notamment plusieurs portions coudées. L'élément chauffant peut être disposé, au contact de la conduite, sous un 5 isolant thermique enveloppant cette conduite. La présente invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - les figures 1 et 2 représentent, schématiquement et partiellement, un 10 système de chauffage conforme à deux exemples de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 3 illustre, schématiquement et partiellement, les différents éléments d'une installation sous-marine d'exploitation d'hydrocarbures conforme à l'invention, - les figures 4 et 5 représentent, schématiquement et partiellement, en coupe 15 transversale, deux exemples d'éléments chauffants conformes à l'invention, et - les figures 6 à 9 représentent, schématiquement et partiellement, différentes géométries d'un jumper ou spool. On a représenté sur la figure 1 un système de chauffage 1 pour une conduite d'écoulement d'une installation sous-marine d'exploitation d'hydrocarbures, le système 20 comportant : - un élément chauffant 2 agencé pour permettre un apport de chaleur à une conduite d'écoulement, -un circuit électronique 3 agencé pour commander le chauffage de l'élément chauffant 2, 25 - un élément de connecteur électrique 4 agencé pour permettre le raccordement du circuit électronique 3 à une source d'alimentation électrique. L'élément de connecteur 4 est agencé pour permettre la connexion en milieu sous-marin d'un câble de raccordement électrique à cet élément de connecteur, comme on le verra ci-dessous. 30 Le circuit électronique 3 est logé dans un boîtier étanche 5 adapté pour une utilisation à une profondeur jusqu'à par exemple environ 1500 m, voire 3000 m, notamment en équipression ou en étant structurellement résistant à la pression. L'élément chauffant 2 est raccordé au circuit électronique 3 via un pénétrateur 6 traversant le boîtier 5. Ce pénétrateur 6 est rendu étanche à l'aide d'un surmoulage 7 d'un matériau étanche, par exemple du polyuréthane ou du polyéthylène. L'élément de connecteur 4 est relié au circuit électronique 3 par une liaison rendue étanche à l'aide d'un surmoulage étanche 8 réalisé à l'arrière de cet élément de connecteur 4, et d'un surmoulage 9 réalisé au niveau d'un pénétrateur 10 sur le boîtier étanche 5. Il est possible de réaliser un surmoulage englobant entièrement le boîtier 5. L'élément de connecteur 4 peut être du type wet mateable , c'est-à-dire connectable sous l'eau en présence de courant électrique, permettant une connexion électrique sous l'eau. Le système de chauffage 1 comporte en outre un capteur de température 12 connecté au circuit électronique 3 via le pénétrateur 6. Dans l'exemple décrit, le circuit électronique 3 est séparé de l'élément de connecteur 4. En variante, comme illustré sur la figure 2, l'élément de connecteur 4 est agencé pour recevoir le circuit électronique 3 de sorte qu'il n'est pas nécessaire de prévoir un boîtier étanche 5 séparé pour loger le circuit électronique 3. Dans ce cas, le surmoulage 8 à l'arrière de l'élément de connecteur 4 peut être réalisé sur l'élément chauffant 2. L'élément chauffant 2 peut être réalisé de différentes manières. Par exemple, comme illustré sur la figure 4, l'élément chauffant 2 peut comporter un ou plusieurs fils résistifs 15, assemblés ou indépendants, revêtus individuellement d'un matériau étanche 16, par exemple du silicone ou du Teflori . En variante, comme illustré sur la figure 5, l'élément chauffant 2 de forme aplatie comporte une résistance 15 encapsulée entre deux couches 17 d'un matériau étanche, notamment du type silicone ou Kaptori . L'élément chauffant 2 peut par exemple se présenter sous la forme d'un film. Le circuit électronique 3 est agencé pour commander le chauffage de l'élément chauffant 2 lorsque la température détectée par le capteur de température 12 atteint une limite basse prédéterminée, choisie par exemple supérieure à une température de formation d'hydrates. Le circuit électronique 3 est par ailleurs agencé pour commander l'arrêt du chauffage de l'élément chauffant 2 lorsque la température détectée par le capteur de 5 température 12 dépasse une limite haute prédéterminée. On va maintenant décrire en référence à la figure 3 la mise en place du système de chauffage 1 sur une installation sous-marine 20 d'exploitation d'hydrocarbures. Cet équipement 20 comporte un ensemble 21 de type arbre de noël ou christmas tree relié à un ensemble manifold 22 par l'intermédiaire d'une conduite 10 d'écoulement 23 formée par un jumper. Dans l'exemple décrit, le jumper 23 présente une pluralité de portions coudées 24. On a illustré sur les figures 6 à 9 différents exemples de géométrie du jumper 23, avec un nombre variable de portions coudées. 15 L'ensemble 21 est relié à un module 26 de tye SCM (Subsea Control Module) connu en soi. L'alimentation électrique du module 26 est assurée par deux câbles de raccordement électrique 27 entre ce module 26 et un module de terminaison sous-marin 28 de type Subsea Umbilical Termination (SUT) appartenant à un ombilical 29. 20 Ce module 28 comporte des éléments de connecteur 30 permettant connexion des câbles de raccordement 27. Le système de chauffage 1 est fixé sur le jumper 23 par exemple à l'aide de bandes adhésives. L'élément chauffant 2 et le capteur de température 12 sont disposés au contact 25 du jumper 23. Une couche isolante externe, non représentée, enveloppe l'élément chauffant 2 et le jumper 23. L'élément de connecteur 4 permet le raccordement d'un câble de raccordement électrique 27 entre cet élément de connecteur 4 et un élément de connecteur 30 sur le 30 module 28 de manière à assurer l'alimentation électrique du système de chauffage 1. Les câbles 27 peuvent être du type flying lead . La connexion des câbles 27 sur les éléments de connecteur correspondants peut être réalisée grâce à un robot de type ROV, en milieu sous-marin. Comme on peut le constater, l'alimentation électrique du système de chauffage 1 peut ainsi être réalisée in situ, de manière relativement simple, notamment sans avoir à 5 dérouler des câbles électriques spécifiques sur des distances très grandes. REVENDICATIONS 1. Procédé de raccordement d'un système de chauffage pour une conduite d'écoulement d'une installation sous-marine à une source d'alimentation électrique, caractérisé par le fait que le procédé comporte l'étape consistant à : - réaliser en milieu sous-marin un raccordement électrique entre le système de chauffage (1) et un ou plusieurs conducteur(s) électrique(s) d'un ombilical (29) à l'aide d'un câble de raccordement électrique (27) connecté au système de chauffage ou entre le système de chauffage et une source électrique d'un véhicule de type ROV. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la connexion du câble du raccordement électrique à un élément de connexion du système de chauffage est réalisé à l'aide d'un véhicule sous-marin commandé à distance (ROV). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la conduite d'écoulement (23) est agencée pour relier une tête de puits à un ensemble collecteur. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé par le fait qu'il comporte l'étape suivante : - apporter à l'aide d'un ROV une puissance électrique suffisante au système de chauffage afin de provoquer la dissociation d'un hydrate formé dans la conduite. 5. Système de chauffage (1) pour une conduite d'écoulement (23) d'une installation sous-marine d'exploitation d'hydrocarbures (20), le système comportant : - au moins un élément chauffant (2) agencé pour permettre un apport de chaleur à la conduite d'écoulement, - un circuit électronique (3) agencé pour commander le chauffage de l'élément chauffant, - au moins un élément de connecteur électrique (4) agencé pour permettre le raccordement du circuit électronique (3) à une source d'alimentation électrique, le système étant caractérisé par le fait que l'élément de connecteur (4) est agencé pour permettre la connexion en milieu sous-marin d'un câble de raccordement électrique (27) à cet élément de connecteur, ce câble de raccordement électrique étant notamment relié à un ou plusieurs conducteur(s) électrique(s) dans un ombilical. 6. Système selon la revendication 5, comportant un boîtier étanche (5) dans lequel est logé le circuit électronique (3), caractérisé par le fait que l'élément chauffant (2) est raccordé au boîtier étanche à l'aide d'un pénétrateur (6), lequel est surmoulé d'un matériau étanche. 7. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que l'élément de connecteur (4) et le circuit électronique sont logés dans un boîtier étanche commun. 8. Système selon la revendication 5 ou 6, comportant un boîtier étanche (5) dans lequel est logé le circuit électronique, caractérisé par le fait que l'élément de connecteur (4) est disposé à l'extérieur du boîtier étanche, et relié au circuit électronique à l'aide d'un pénétrateur (10) sur le boîtier, surmoulé d'un matériau étanche. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait que l'élément chauffant (2) comporte un revêtement (16 ; 17) d'un matériau étanche. 10. Système selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé par le fait qu'il est fourni avec le câble de raccordement de type flying lead . 11. Installation sous-marine d'exploitation d'hydrocarbures (20), comportant : - une conduite d'écoulement (23) pour le transport d'hydrocarbures, notamment un jumper ou un spool, - un système de chauffage (1) tel que défini dans l'une quelconque des revendications 5 à 10, l'élément chauffant étant agencé pour permettre un apport de 20 chaleur à la conduite d'écoulement, - un ombilical (29) comprenant un ou plusieurs conducteur(s) électrique(s), notamment dédié(s) à un système de contrôle sous-marin ou à un ou plusieurs systèmes de chauffage, - un câble de raccordement électrique (27) relié à au moins un conducteur de 25 l'ombilical et connecté à l'élément de connecteur (4) du système de chauffage. 12. Installation selon la revendication 1l, caractérisée par le fait que l'élément chauffant est disposé au contact de la conduite, sous un isolant thermique enveloppant la conduite.