Brevet FR3046208A1 — publié le 20170630

CONDUITE FLEXIBLE DE TRANSPORT DE FLUIDE PETROLIER COMPRENANT UNE BARRIERE CONTRE LA DIFFUSION La présente invention concerne une conduite tubulaire flexible pour le transport de fluide pétrolier utilisée dans le domaine de l'exploitation pétrolière en mer. Les conduites flexibles visées par la présente invention sont formées d'un ensemble de différentes couches concentriques et superposées, et sont dites de type non lié (« unbonded » en anglais) car ces couches présentent une certaine liberté de déplacement des unes par rapport aux autres. Ces conduites flexibles satisfont entre autres aux recommandations des documents normatifs API 17J « Specification for Unbonded Flexible Pipe » (4ème édition, Mai 2014) et API 17B « Recommended Practice for Flexible Pipe » (5ème édition, Mars 2014) publiés par l'American Petroleum Institute. Les couches constitutives des conduites flexibles comprennent notamment des gaines polymériques assurant généralement une fonction d'étanchéité, et des couches de renfort destinées à la reprise des efforts mécaniques et formées par des enroulements de feuillard, de fils métalliques, de bandes diverses ou de profilés en matériaux composites. Ces conduites flexibles sont notamment utilisées pour transporter des hydrocarbures de type pétrole ou gaz depuis un équipement sous-marin situé sur le fond marin, par exemple une tête de puits, jusqu'à une unité flottante de production située à la surface. De telles conduites peuvent être déployées à grande profondeur, couramment à plus de 2000m de profond, et elles doivent donc être capables de résister à une pression hydrostatique de plusieurs centaines de bar. En outre elle doivent aussi pouvoir résister à la pression très élevée des hydrocarbures transportés, cette pression pouvant elle aussi être de plusieurs centaines de bar. Lorsque la conduite flexible est en service, elle peut être soumise à de fortes charges statiques et dynamiques, ce qui peut engendrer un phénomène de fatigue. Les chargements les plus sévères sont généralement observés dans la partie supérieure des conduites montantes ("risers" en langue anglaise) reliant le fond marin à la surface. En effet, dans cette zone, la conduite flexible est soumise à une forte contrainte statique en tension liée au poids de la conduite, à laquelle s'additionnent des contraintes dynamiques en tension et en flexion transverse liées aux mouvements de l'unité flottante de production sous l'effet de la houle et des vagues. S'agissant de la partie de la conduite flexible s'étendant sur le fond marin ("flowlines" en langue anglaise), les charges appliquées sont essentiellement statiques. 3046208 2 Les conduites flexibles de type non lié les plus utilisées dans l'industrie pétrolière offshore comprennent généralement, de l'intérieur vers l'extérieur, une carcasse interne constituée d'un feuillard en acier inoxydable profilé et enroulé hélicoïdalement à pas court en 5 spires agrafées les unes aux autres, ladite carcasse interne servant principalement à empêcher l'écrasement de la conduite flexible sous l'effet de la pression externe, une gaine interne d'étanchéité en polymère, une voûte de pression constituée d'au moins un fil métallique de forme agrafé et enroulé hélicoïdalement à pas court, ladite voûte de pression servant à reprendre les efforts radiaux liés à la pression interne, des nappes d'armures de 10 traction formées d'enroulements hélicoïdaux à pas long de fils métalliques ou composites, lesdites nappes d'armures de traction étant destinées à reprendre les efforts longitudinaux que subit la conduite flexible, et enfin une gaine externe d'étanchéité destinée à protéger de l'eau de mer les couches de renfort. Dans la présente demande, on entend par enroulement à pas court tout enroulement ayant un angle d'hélice dont la valeur absolue est proche de 90 15 degrés, en pratique compris entre 70 degrés et 90 degrés. Le terme enroulement à pas long désigne quant à lui tout enroulement dont l'angle d'hélice est inférieur ou égal, en valeur absolue, à 55 degrés. Dans la présente demande, les termes « gaine interne d'étanchéité » et « gaine de 20 pression » ont la même signification et sont utilisés indifféremment. La carcasse interne permet à la conduite flexible d'avoir une résistance à l'écrasement (« collapse » en anglais) suffisante pour lui permettre de résister à de fortes pressions externes, notamment la pression hydrostatique lorsque la conduite flexible est immergée à 25 grande profondeur (1000m, voire 2000m, ou plus), ou encore les pressions externes de contact subies pendant les opérations de manutention et d'installation en mer. Une conduite flexible comportant une carcasse interne est dite à passage non lisse (« rough bore » en anglais) car l'élément le plus intérieur est la carcasse interne qui forme un passage non lisse en raison des déjoints entre les spires métalliques du feuillard agrafé. 30 La voûte de pression a pour fonction principale de permettre à la gaine interne d'étanchéité de résister, sans éclater, à la pression exercée par le fluide pétrolier transporté par la conduite, la face externe de la gaine interne d'étanchéité prenant appui contre la face interne de la voûte de pression. La voûte de pression contribue aussi à améliorer la 35 résistance à l'écrasement de la carcasse interne, notamment car elle limite les possibilités de déformation de la carcasse interne sous l'effet de la pression hydrostatique. 3046208 3 La fonction principale des nappes d'armures de traction est de reprendre les efforts longitudinaux, notamment ceux liés au poids pendu de la conduite flexible lorsque celle-ci est installée sur le fond marin à partir d'un bateau de pose situé à la surface. Dans le cas d'une conduite montante (« riser » en anglais) reliant de façon permanente une installation posée 5 sur le fond marin à un équipement flottant à la surface, ces efforts longitudinaux liés au poids pendu sont exercés en permanence. Lorsque la conduite est immergée à grande profondeur, les efforts longitudinaux liés au poids pendu lors de l'installation et/ou en service peuvent atteindre plusieurs centaines de tonnes. 10 Le fluide pétrolier transporté par la conduite flexible comprend les hydrocarbures extraits de certains champs pétroliers qui peuvent être extrêmement corrosifs. C'est le cas en particulier des hydrocarbures polyphasiques comportant de fortes pressions partielles en hydrogène sulfure (H2S), typiquement au moins 2 bar, et/ou en dioxyde de carbone (CO2), typiquement au moins 5 bar, et présentant en outre une forte concentration en chlorures, 15 typiquement au moins 50000 ppm. De tels fluides sont généralement très acides (pH REVENDICATIONS1) Conduite flexible pour transporter un effluent pétrolier comportant de l'eau et au moins un composé acide parmi le dioxyde de carbone CO2 et l'hydrogène sulfuré H2S, ladite conduite comportant au moins un élément métallique de renfort mécanique (3, 5) et une gaine de pression (2), ledit élément métallique (3, 5) étant disposé à l'extérieur de ladite gaine de pression (2), une barrière de diffusion (B) étant disposée entre ladite gaine de résistance à la pression (2) et ledit élément métallique de renfort mécanique (3, 5), caractérisée en ce que ladite barrière de diffusion (B) comporte au moins une bande métallique (F) enroulée autour de ladite gaine de résistance à la pression (2) de façon à procurer un recouvrement métallique sur une distance comprise entre 35 et 75% de la largeur de ladite bande métallique (F) et en ce qu'un matériau polymère (P) est intercalé dans ce recouvrement. 2) Conduite selon la revendication 1, dans laquelle ladite bande métallique (F) est recouverte au moins partiellement par une couche dudit matériau polymère (P) sur au moins une face. 3) Conduite selon la revendication 1, dans laquelle ladite barrière de diffusion (B) est formée par ladite bande métallique (F) et par une bande dudit matériau polymère (P). 4) Conduite selon la revendication 3, dans laquelle ladite bande dudit matériau polymère (P) a une largeur sensiblement égale à la largeur de ladite bande métallique (F). 25 5) Conduite selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite bande métallique (F) est en acier inox, en acier au carbone, en alliage de Nickel, de Titane, ou d'Aluminium. 30 6) Conduite selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit matériau polymère (P) de ladite barrière de diffusion (B) est un élastomère ou un polymère thermoplastique choisi parmi les grades suivants : NBR (copolymère butadiène-acrylonitrile), CR (Polychloroprène, Néoprène), EPDM (éthylène-propylène-diène monomère), CO (Polychlorométhyloxyrane), TFE (tétrafluoroéthylène), PU 35 (Polyuréthane), Silicone, PE (polyéthylène), PA (polyamide), PVDF (Polyfluorure de vinylidène). 3046208 17 7) Conduite selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite barrière de diffusion (B) comporte au moins deux couches de bande métallique (F) enroulées à plat, la deuxième couche de bande métallique (F) formant ledit recouvrement. 8) Conduite selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle ladite barrière de diffusion (B) comporte au moins une couche de bande métallique (F) enroulée en S pour former ledit recouvrement. 10 9) Conduite selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle ladite barrière de diffusion (B) comporte au moins une couche de bande métallique (F) enroulée en « double S » pour former ledit recouvrement. 10) Conduite selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite bande 15 métallique (F) de ladite barrière de diffusion (B) a une largeur comprise entre 25 et 150 mm. 11) Conduite selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la couche dudit matériau polymère (P) de ladite barrière de diffusion a une épaisseur comprise entre 0,5 20 mm et 4 mm. 12) Conduite selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite bande métallique (F) de ladite barrière de diffusion (B) a une épaisseur comprise entre 0,2 mm et 2 mm. 13) Conduite selon l'une des revendications, dans laquelle une couche d'élastomère est intercalée entre ladite barrière de diffusion (B) et ledit élément métallique de renfort mécanique (3, 5).