Brevet FR2921996A1 — publié le 20090410

Le secteur technique de la présente invention est celui des tuyaux double enveloppe comprenant un tube interne et un tube externe entre lesquels un isolant thermique est inséré et plus particulièrement les moyens de liaison entre deux tronçons de tuyau. Les tuyaux en question concernent les tuyaux double enveloppe permettant le transport de fluide installés dans un puits de forage renforcé par des tubes de cuvelage. On fabrique généralement ces tuyaux sous forme de tronçons de Io longueur déterminée, 8 à 12 mètres par exemple, qu'il s'agit de raccorder ensemble. Se pose alors le problème de l'isolation thermique au niveau du raccord de deux tronçons consécutifs. En effet, il faut éviter le refroidissement entre le fluide du gisement profond relativement chaud et la 15 surface à la température atmosphérique ou bien éviter les échanges thermiques lors de l'injection de vapeur. Dans ce cas, l'isolation thermique a pour but de conserver la qualité de la vapeur et de protéger le cuvelage des trop fortes chaleurs ou bien de modifier l'équilibre thermique du sous- 20 sol. Parmi les conséquences négatives du refroidissement du pétrole brut dans ce type de tuyaux, on peut noter les points suivants . - dépôt de paraffine, - précipitation d'asphaltène, 25 - formation d'hydrate, -transfert de chaleur avec les tubes de cuvelage qui peut endommager lesdits tubes de cuvelage. Ces tronçons sont raccordés généralement par vissage des tubes internes selon deux grands principes : vissage mâle 30 femelle ou vissage mâle-mâle par l'intermédiaire d'un raccord. Etant donné le faible espace disponible et les très fortes pressions dans un puits, on s'est orienté vers des isolants thermiques très efficaces tels ceux développés pour 35 l'espace ou la cryogénie, avec des techniques à base de vide et d'écrans anti-radiatifs. En pratique, on constate que les pertes thermiques au niveau du raccord des deux tronçons sont facilement dix fois supérieures à celles des tronçons eux-mêmes. Ainsi, pour un coefficient d'échange d'un tronçon isolé de l'ordre de 0,1 W/m2/K, ce coefficient est mille fois plus élevé au niveau du raccord. Ainsi, si le coefficient est de 0,1 W/m2/K en partie courante, au global il est difficile d'obtenir mieux que 0,5 W/m2/K. Ainsi, pour pallier cet inconvénient, on a proposé un isolant cylindrique en matière plastique à installer au niveau du raccord. Ces matériaux sont réalisés à l'aide de matériaux denses et donc peu isolants. Toutefois, cette technique ne permet d'utiliser des isolants de bonne qualité tels les matériaux alvéolés, par exemple les mousses de polypropylènes avec ou sans micro billes de verre. A titre d'exemple, on notera qu'un cylindre de 15 mm en polypropylène massif présente une isolation thermique de l'ordre de 10 à 30 W/m2/K à comparer au 0,1 W/m2/K procuré par un isolant sous vide de même épaisseur. On voit que l'importance du problème de l'isolation thermique au niveau des raccords entre deux tronçons consécutifs est très grande et peu réduire considérablement les performances thermique d'une telle conduite. Le but de la présente invention est de fournir des moyens d'isolation performants du raccord entre deux tronçons de façon à minimiser les pertes de chaleur dans un tuyau de production de pétrole brut. L'invention a donc pour objet un dispositif de jonction entre deux tronçons de tuyau constitué d'un tube externe entourant un tube interne entre lesquels un isolant thermique est interposé, les tubes internes de chaque tronçon étant vissé l'un à l'autre, un tronçon délimitant une portion mâle et l'autre tronçon une portion femelle, les deux portions s'emboîtant l'une dans l'autre, caractérisé en ce que la portion mâle est constituée du tube interne et d'une partie rétrécie du tube externe de diamètre réduit et comportant au niveau de ladite portion un matériau isolant disposé entre les deux tubes, et en ce que la portion femelle est constituée d'une partie du tube externe et d'une pièce tubulaire intermédiaire reliant le tube interne au tube externe, le diamètre interne de ladite pièce étant supérieure au diamètre externe de la partie rétrécie de la portion mâle, un matériau isolant thermique étant inséré entre la partie du tube externe et la pièce intermédiaire. Selon une caractéristique de l'invention, l'extrémité du tube externe au niveau de la portion mâle est soudée sur le tube interne. Selon une autre caractéristique de l'invention, la pièce tubulaire intermédiaire est soudée à chacune de ses extrémités d'une part dans le tube externe et d'autre part sur le tube interne. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la portion femelle présente une longueur inférieure à 20% de la longueur totale du tronçon. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'isolant inséré entre les deux tubes est identique à l'isolant inséré au niveau des portions mâle et femelle, l'enceinte formée par les différents tubes constituant un espace continu. L'isolant peut être constitué par un matériau micro-poreux ou un isolant multicouche à base de feuilles réfléchissantes sous vide. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les tubes internes présentent un filetage mâle et sont vissés 25 l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un élément de liaison suivant une liaison femelle-femelle. Un tout premier avantage du dispositif de jonction selon l'invention réside dans le fait que l'isolation obtenue est du même ordre de grandeur que celle du tronçon isolé lui-30 même. Un autre avantage du dispositif réside dans le fait que le raccord est réalisé sous forme d'éléments répétitifs qui viennent s'emboîter les uns dans les autres. Un autre avantage encore du dispositif réside dans le 35 fait que le raccord fait partie de l'enveloppe elle-même. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : - la figure 1 représente une coupe longitudinale de la partie femelle du raccord, - la figure 2 représente la même coupe de la partie mâle 5 du raccord, - la figure 3 est une coupe longitudinale montrant l'assemblage du raccord, -les figures 4 à 6 représentent des coupes en vue agrandie montrant des détails de réalisation. 10 Dans la description qui va suivre, on parlera de l'isolation de la jonction de deux tronçons de tuyau double enveloppe, c'est-à-dire constitué d'un tube externe métallique et d'un tube interne métallique sans préjuger de l'utilisation de ce tuyau qu'il soit utilisé pour transporter 15 un fluide, comme par exemple du pétrole brut, ou pour injecter de la vapeur. Sur la figure 1, on a représenté une coupe de l'élément femelle 1 d'un premier tronçon 2, constitué classiquement d'un tube interne 3 et d'un tube externe 4. Le tube externe 4 20 comporte un prolongement 5 s'étendant au-delà de l'extrémité 6 de la partie libre 10 du tube interne 3. Une pièce tubulaire 7 permet de relier l'extrémité libre du tube externe 4 au tube interne 3 par exemple par des soudures à chacune de ses extrémités 8 et 9. L'extrémité 6 du tube 25 interne est filetée afin de recevoir un élément de liaison avec le tube interne de l'autre tronçon comme cela sera expliqué ci-après. On voit que la pièce tubulaire 7 ainsi fixée aux tubes permet de délimiter un espace clos dans lequel l'isolant 11 est inséré. Sur la figure, on voit que le 30 diamètre interne de 1a pièce 7 est supérieur au diamètre externe de la pièce 16 représentée sur la figure 2. Il va de soi que les tubes internes et externe sont de même nature métallique et qu'ils sont identifiés par des références distinctes pour des raisons de commodité. Ces 35 différents éléments sont par exemple en acier. Sur la figure 2, on a représenté une coupe d'une portion mâle 12 d'un second tronçon 13, constitué classiquement d'un tube interne 14 et d'un tube externe 15. La portion mâle comprend donc une partie rétrécie 16 du tube externe 15. L'extrémité 17 du tube externe 15 est par exemple soudée sur le tube interne 14 en laissant une partie libre 18 de ce tube interne. L'extrémité du tube interne est filetée afin de recevoir un élément de liaison comme cela sera expliqué ci-après. Sur la figure, on voit que le diamètre externe de la partie rétrécie 16 est inférieure au diamètre interne de la pièce 7 de la figure 1. L'isolant thermique 19 inséré entre les deux tubes 14 et 15 est également inséré entre le tube interne 14 et la partie rétrécie 16 du tube externe. La connexion des deux portions mâle et femelle décrite ci-dessus permet de constituer le dispositif de jonction isolée entre les deux tronçons de tuyau. La figure 3 représente une coupe longitudinale au niveau du dispositif de jonction des deux tronçons de tubes double enveloppe. Pour des raisons de clarté, les isolants 11 et 19 ont été omis. Sur cette figure, la jonction vissée entre les tubes internes 3 et 14 nécessite l'utilisation d'une pièce supplémentaire 20 qui est généralement montée avant l'accostage des tubes. Ainsi, dans ce cas, on peut considérer que la jonction vissée est une jonction mâle-mâle et la pièce 20 un manchon femelle-femelle. On peut bien entendu, en variante, utiliser des jonctions vissées mâle-femelle. Cette jonction laisse un espace libre 21 entre la pièce tubulaire 7 et les tubes internes 7 et 14. Cet espace peut être conservé tel que ou bien rempli à l'aide d'un isolant. L'homme du métier pourra déterminer de manière pratique en fonction des longueurs des tronçons de tube utilisé la longueur à prévoir du dispositif de jonction. Toutefois, on a déterminé que la portion femelle 1 pourrait présenter une longueur inférieure à 20% de la longueur totale du tronçon considéré. Ainsi, le dispositif de jonction permet de concevoir une structure dans laquelle l'isolant inséré entre les deux tubes est identique à l'isolant inséré au niveau des portions mâle et femelle. En d'autres termes, il n'y a pas de rupture de l'isolation du tuyau. L'isolant thermique peut être constitué par un matériau micro-poreux ou un isolant multicouche à base de feuilles réfléchissantes sous vide. Sur les figures 4 à 6, on a représenté les parties agrandies A, B et C repérées sur la figure 3. Sur la figure 4, on voit le tube externe 4 solidaire de la pièce intermédiaire 7 du premier tronçon, les tubes interne 14 et externe 15 du second tronçon. On voit que l'isolant 11 est bien inséré entre le tube 4 et la pièce 7 et l'isolant 19 entre les tubes interne 14 et externe 15 même au niveau du rétrécissement. Sur la figure 5, on voit le tube externe 4 et la pièce tubulaire 7 du premier tronçon et les tubes interne 14 et externe 15 du second tronçon, les isolants 11 et 19 étant visibles. Sur la figure 6, on voit les tubes externe 4 et interne 3 du premier tronçon et la pièce intermédiaire 7 du second tronçon et la pièce de liaison 20 entre les tubes internes des deux tronçons. REVENDICATIONS 1. Dispositif de jonction isolée entre deux tronçons (1, 12) de tuyau constitué d'un tube externe (4, 15) entourant un tube interne (3, 14) entre lesquels un isolant thermique (11, 19) est interposé, les tubes internes (3, 14) de chaque tronçon étant vissé l'un à l'autre, un tronçon délimitant une portion mâle (13) et l'autre tronçon une portion femelle (2), les deux portions s'emboîtant l'une dans l'autre, caractérisé en ce que la portion mâle (13) est constituée du tube interne (12) et d'une partie rétrécie (16) du tube externe (15) de diamètre réduit et comportant au niveau de ladite portion un matériau isolant (19) disposé entre les deux tubes, et en ce que la portion femelle (2) est constituée d'une partie (5) du tube externe (4) et d'une pièce tubulaire intermédiaire (7) reliant le tube interne (3) au tube externe (4), le diamètre interne de ladite pièce (7) étant supérieure au diamètre externe de la partie rétrécie (16) de la portion mâle (13), un matériau isolant thermique (11) étant inséré entre la partie du tube externe (4) et la pièce intermédiaire (7). 2. Dispositif de jonction isolée selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité du tube externe (15) au niveau de la portion mâle est soudée sur le tube interne (14). 3. Dispositif de jonction isolée selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce tubulaire intermédiaire (7) est soudée à chacune de ses extrémités d'une part dans le tube externe (4) et d'autre part sur le tube interne (3). 4. Dispositif de jonction isolée selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la portion femelle (12) présente une longueur inférieure à 20% de la longueur totale du tronçon. 5. Dispositif de jonction isolée selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'isolant (11, 19) inséré entre les deux tubes est identique à l'isolant inséré au niveau des portions mâle et femelle, l'enceinte formée par les différents tubes constituant un espace continu. 6. Dispositif de jonction isolée selon l'une quelconquedes revendications précédentes, caractérisé en ce que l'isolant est constitué par un matériau micro-poreux ou un isolant multicouche à base de feuilles réfléchissantes sous vide. 7. Dispositif de _jonction isolée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes internes (3, 14) présentent un filetage mâle et sont vissés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un élément de liaison (20) suivant une liaison femelle-femelle.