Brevet FR3063793A1 — publié le 20180914

Le secteur technique de la présente invention est celui des conduites double enveloppe métallique utilisables dans le transport des hydrocarbures. Dans l'exploitation d'hydrocarbures on shore ou offshore, on peut utiliser une conduite double enveloppe calorifugée. L'exploitation en cause concerne par exemple les huiles lourdes contenant des hydrates ou paraffines aptes à se solidifier et obstruer ainsi la conduite conduisant à sa mise hors service. Les conduites double enveloppe visées sont typiquement des conduites calorifugées à jonction vissée pour les puits de pétrole ou des puits d'injection de vapeur et des conduites d'hydrocarbures calorifugées assemblées par soudage pour le transport d'huiles ou de gaz dans les exploitations /5 sous-marines ou terrestres. Un tronçon de conduite double enveloppe calorifugée intègre par exemple un matériau isolant thermique à pores ouverts à base de silice, disposé dans l'espace annulaire délimité par un tube métallique interne et un tube métallique 20 externe. Cet espace est fermé et étanche et mis sous pression réduite afin d'augmenter les performances thermiques du matériau isolant. Une autre technologie d'isolation consiste à utiliser un isolant multicouche associé à une pression réduite poussée 25 appelée vide poussé ou vide secondaire. Lors de la fabrication de ces conduites double enveloppe en tronçons de 6 à 60 m, la mise sous pression réduite est réalisée juste avant de fermer complètement et hermétiquement l'annulaire. Par pression réduite, on entend une pression 30 inférieure à 105 Pa. Après ces opérations, la pression dans l'annulaire ne peut plus être mesurée immédiatement et directement. On ne peut que l'estimer en réalisant un test thermique. Une conduite peut comprendre plusieurs centaines voire plusieurs milliers de tronçons. 35 Il n'y a donc pas à ce jour des moyens permettant une mesure économique, directe et immédiate de la pression dans les annulaires multiples sous pression réduite par exemple à l'aide d'un capteur. 3063793 2 On connaît le document WO 2015/0169927 qui propose de mesurer un facteur du type pression, température, pH dans la colonne d'un puits de pétrole. On prévoit deux éléments de couplage acoustique disposés en vis-à-vis de part et d'autre 5 de la colonne. Ces éléments de couplage sont des éléments piézo-électriques d'émission et de réception de signaux acoustiques. L'élément de couplage placé côté interne est alimenté en énergie à partir de l'extérieur. L'élément de couplage côté externe est relié à un ensemble d'analyse du 10 fluide en communication avec l'intérieur de la colonne via un perçage. Il n'y a donc pas un ensemble de détection disposé en vis-à-vis et l'analyse nécessite le perçage de la colonne. On connaît également le brevet US-5594705 décrivant un dispositif de mesure de la pression régnant au niveau de la /5 coque d'un navire. Ce dispositif comprend un élément primaire disposé dans le milieu environnant le navire et un élément secondaire disposé à l'intérieur de la coque. L'ensemble de l'art antérieur montre qu'il n'a jamais été possible et envisagé de déterminer l'état d'un annulaire lors 20 de sa fermeture en usine dans une conduite double enveloppe afin de mesurer des grandeurs physiques telles la pression, la température ou l'hygrométrie. Cette préoccupation bien que légitime n'avait jamais trouvé une solution économique et fiable. 25 C'est pourquoi le demandeur a imaginé d'intégrer dès le stade de fabrication de la conduite double enveloppe des moyens dans l'annulaire afin de pouvoir obtenir ces mesures sans porter atteinte à l'intégrité de la conduite. Le but de la présente invention est donc de fournir un 30 tronçon de conduite double enveloppe permettant de déterminer l'état d'un annulaire sous pression par la mesure de différentes grandeurs sans modification de la structure de la conduite externe ainsi que l'utilisation d'un système transducteur à cet effet. 35 L'invention a donc pour objet un tronçon de conduite double enveloppe comprenant un annulaire fermé sous pression réduite délimité par un tube interne métallique inséré dans un tube externe métallique et équipé d'un système de mesure 3063793 3 pour déterminer de manière non intrusive l'état de l'annulaire, le système de mesure étant composé d'un premier ensemble émetteur/récepteur interne disposé à l'intérieur de l'annulaire et coopérant avec un moyen de mesure d'une 5 grandeur physique telle la pression, l'hygrométrie ou la température régnant dans l'annulaire sous pression réduite et d'un second ensemble émetteur/récepteur externe disposé à l'extérieur du tronçon en vis-à-vis dudit premier ensemble. Selon une première caractéristique de l'invention, le /0 tronçon comporte un moyen de repérage de la position dudit premier ensemble disposé sur la paroi externe du tube externe à partir d'un point prédéterminé de ce dernier. Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier ensemble émetteur/récepteur interne est un premier /5 transducteur acoustique fixé contre la paroi interne du tube externe et le second ensemble émetteur/récepteur externe est un second transducteur acoustique disposé contre la paroi externe du tube externe. Selon une autre caractéristique de l'invention, le 20 premier ensemble émetteur/récepteur interne est un premier transducteur acoustique fixé contre la paroi externe du tube interne et le second ensemble émetteur/récepteur externe est un second transducteur acoustique disposé contre la paroi interne du tube interne. 25 Avantageusement, les premier et second transducteurs sont conformés à la courbure de la paroi respectivement interne et externe du tube externe. Avantageusement encore, le premier transducteur comprend un capteur de mesure de la grandeur physique associé à une 30 électronique d'acquisition et le second transducteur comprend un module externe de communication associé à une interface de réception ou de transmission d'informations. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les premier et second ensembles émetteur/récepteur sont 35 constitués par des boucles d'induction électromagnétique. Selon encore une autre caractéristique de l'invention le premier ensemble émetteur/récepteur est alimenté en énergie à l'aide de piles. 3063793 4 L'invention concerne également l'utilisation d'un système transducteur acoustique pour déterminer de manière non intrusive l'état d'un annulaire fermé sous pression réduite d'un tronçon de conduite double enveloppe tel que défini 5 précédemment. Avantageusement, l'utilisation du système transducteur pour l'étude de l'annulaire d'un tronçon de conduite double enveloppe est réalisé dans un environnement haute température, cryogénique ou soumis à un cycle de 10 vieillissement. Avantageusement, l'utilisation du système transducteur est appliquée à l'étude de l'annulaire d'un tronçon de conduite double enveloppe de très grande longueur où l'on souhaite surveiller la pression dans l'annulaire en plusieurs /5 points le long de la conduite. Dans l'utilisation selon l'invention les transducteurs sont conformés à la courbure de la paroi du tube externe. Un tout premier avantage de la présente invention réside dans le fait que pour la première fois il est possible 20 d'accéder à l'annulaire sous pression réduite d'une conduite double enveloppe afin d'obtenir des informations sur la pression, la température, l'hygrométrie ou autres grandeurs physiques. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait 25 qu'il n'y a aucune altération du tube externe pour déterminer la valeur des grandeurs physiques à mesurer. Un autre avantage encore de l'invention réside dans le fait que les mesures peuvent être réalisées durant toute la durée de vie de la conduite double enveloppe. 30 Un autre avantage encore de la présente invention réside dans l'offre d'un suivi de qualité d'une production en usine. Un autre avantage encore de la présente invention réside dans la possibilité d'effectuer les tests de qualification longues durées d'une conduite double enveloppe. En 35 particulier, on peut assurer une mesure de la pression réduite sur des durées de l'ordre de l'année voire plusieurs années pour s'assurer de la durée de vie de cette pression réduite présente dans l'annulaire de la conduite. 3063793 5 D'autres caractéristiques, avantages et détails de l'invention seront mieux compris à la lecture du complément de description qui va suivre de modes de réalisation donnés à titre d'exemple en relation avec des dessins sur lesquels : 5 - la figure 1 représente la structure du dispositif selon l'invention, - la figure 2 illustre une variante de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 3 illustre l'implantation du dispositif dans 10 l'annulaire d'une conduite double enveloppe, et - la figure 4 illustre un système fonctionnel par communication électromagnétique. Dans la suite de la description, on évoquera indifféremment un tronçon de conduite double enveloppe ou une /5 conduite double enveloppe. L'invention va être maintenant décrite avec d'avantage de détails. Comme expliqué précédemment lorsque l'annulaire d'un tronçon de conduite double enveloppe est fermé, il n'est plus possible d'y accéder. La conduite en cause est constituée 20 d'un certain nombre de tronçons élémentaires, par exemple de 12 ou 24 m ou d'autres longueurs, raccordés entre eux pour former des conduites de 1 à 10 km. Classiquement, chaque tronçon de la conduite comprend un tube interne à l'intérieur duquel circule le fluide en cause 25 et un tube externe délimitant entre eux un annulaire. Cet annulaire est garni notamment d'un matériau isolant thermique à pores ouverts à base de silice ou d'un ensemble multicouches antiradiation. Chaque annulaire de chaque tronçon est ainsi fermé et étanche aux deux extrémités des 30 deux tubes et constitue un espace clos. Cet espace clos est de faible dimension et peut être compris entre 4 et 10 mm pour des tubes de diamètre inférieur à 150 mm, entre 8 et 25 mm pour des tubes de diamètre inférieur à 400 mm et inférieur à 60 mm pour des tubes de plus grand diamètre. 35 Pour augmenter les performances thermiques de l'isolant thermique et donc de la conduite double enveloppe, la pression de cet espace clos est réduite. Lors de la fabrication de ces tronçons, la réduction de la pression est 3063793 6 réalisée juste avant de clore hermétiquement l'annulaire. On entend par pression réduite une pression inférieure à la pression atmosphérique, par exemple 100 mbar. Afin de passer jusqu'ici d'une estimation de la pression 5 dans l'annulaire à une mesure concrète et suffisamment précise, on procède de la manière suivante. Sur la figure 1, on a représenté partiellement le tube externe 1 et le tube interne 2 d'une conduite double enveloppe munie du dispositif pour la mesure d'une grandeur 10 physique du type pression, hygrométrie, température ou autres, dans l'annulaire 3 fermé sous pression réduite. Ces tubes 1 et 2 sont généralement des tubes métalliques. Ce dispositif est constitué d'un premier ensemble émetteur/récepteur 4 de communication et d'un second ensemble /5 émetteur/récepteur 5 de communication disposés chacun en vis-à-vis l'un de l'autre et de part et d'autre du tube externe 1. Le premier ensemble 4 est disposé dans l'annulaire 3 contre la paroi interne du tube externe 1 tandis que le second ensemble 5 est appliqué contre la paroi externe de ce 20 tube externe comme cela sera expliqué ci-après. Avantageusement, le premier ensemble émetteur/récepteur interne 4 est un premier transducteur acoustique fixé contre la paroi interne du tube externe et le second ensemble émetteur/récepteur externe 5 est un second transducteur 25 acoustique disposé contre la paroi externe du tube externe. Le premier ensemble émetteur/récepteur 4 comprend un capteur de mesure 10 de la grandeur physique associé à une électronique d'acquisition 6, une mémoire de stockage 7 de données, une source d'énergie 9, par exemple des piles, et un 30 module interne de communication ultrason 8 sans fil à travers la paroi acier du tube. Le capteur 10 est une jauge de mesure de la pression, et/ou de la température, et/ou de l'hygrométrie, régnant dans l'annulaire 3. Le capteur 10 est apte à fonctionner dans les plages de pression, de 35 température et d'hygrométrie visées par l'application souhaitée. Ce premier ensemble transducteur se présente bien entendu sous la forme d'une structure compacte qui est maintenue 3063793 7 contre la paroi interne du tube 1, par exemple à l'aide d'un aimant non représenté, ou tout autre moyen équivalent assurant un bon contact mécanique. Pour cela, cet ensemble est conformé suivant la concavité de la paroi interne 14 du 5 tube externe 1 en l'épousant de manière étroite comme cela est visible sur la figure 2. Etant donné qu'il s'agit d'une paroi 14 globalement cylindrique, on adaptera le capotage de l'ensemble 4 sans difficulté importante. Il va de soi que l'adhésion de l'ensemble 4 à la paroi interne 14 peut être 10 réalisée par tout moyen ne portant pas atteinte à l'intégrité de cette paroi, par exemple à l'aide d'un aimant, ou bien par collage ou pressage avec un ressort. Il va de soi que l'ensemble 4 est placé dans l'annulaire 3 de la conduite double enveloppe lors de la fabrication de /5 celle-ci et avant la fermeture complète de cet annulaire. La taille de cet ensemble 4 est prévue pour être placé dans l'annulaire dont l'espace est de l'ordre de 4 à 60 mm. Le module de communication 8 intègre par ailleurs un oscillateur haute fréquence pour communiquer par ultrason à travers la 20 paroi du tube 1, par exemple au moyen d'une céramique piézoélectrique. Il va de soi également que la position de l'ensemble 4 est repérée lors de la fabrication de la conduite par un moyen de marquage 16 facilement identifiable sur la surface 25 extérieure 15 du tube 1 ou par des côtes précises à partir d'un élément caractéristique de la conduite double enveloppe. Bien entendu, on déterminera aisément un point prédéterminé du tube externe à partir duquel le moyen 16 sera positionné. Ce repérage par marquage ou prise de côtes sera effectué 30 avec la tolérance nécessaire à la technologie de transmission des données sélectionnées. Ainsi, les transducteurs acoustiques de l'exemple 1 doivent être positionnés de part et d'autre de la paroi métallique du tube 1, en vis-à-vis, avec une tolérance de l'ordre de 0,5 mm à 5 mm. 35 Le second ensemble émetteur/récepteur 5 comprend un module externe de communication 12 associé à une interface 11 de réception ou de transmission d'information. Ce second ensemble 5 permet la lecture des mesures des grandeurs 3063793 8 physiques via un ordinateur 13 par exemple à l'aide d'une liaison USB. Ainsi, en dehors de l'annulaire 3, un opérateur peut venir interroger la partie capteur 10 grâce au système d'émission 8/réception 12 qui reçoit les données enregistrées 5 dans la mémoire 7. De manière analogue, le second ensemble 5 est conformé à la paroi externe 15 du tube externe 1 en épousant sa forme afin de positionner lors de la mesure les émetteur/récepteur 8 et 12 en vis-à-vis l'un de l'autre. Cet ensemble 5 est bien /0 entendu soit amovible lors de mesure en atelier soit permanent si on souhaite suivre les différentes mesures au cours de la durée de vie de la conduite. A titre d'exemple, l'application souhaitée dans l'invention peut recouvrer une température comprise entre 20 /5 et 150 °C et une pression réduite de 10-5 à 10 000 Pa. Quant l'hygrométrie, il va de soi qu'elle doit être la plus faible possible voir nulle. Lors de l'utilisation, les mesures de manière nonintrusive de la pression, de la température ou de 20 l'hygrométrie régnant dans l'annulaire 3 d'une conduite double enveloppe sont transmises par ultrason au travers de l'épaisseur du tube externe 1, ce qui n'entraîne aucune traversée de celui-ci et donc aucune opération intrusive. Ainsi, aucun fil de liaison entre l'intérieur et l'extérieur 25 n'est utilisé pour permettre la communication entre le détecteur dans l'annulaire et le lecteur extérieur. Ceci a pour avantage de ne pas affaiblir la paroi du tube externe car les conduites double enveloppe sont utilisées dans des milieux avec de fortes pressions hydrostatiques (fond marin 30 ou puits d'hydrocarbures) et l'utilisation d'une traversée de paroi entraîne des fuites ou des affaiblissements de la paroi du tube extérieur qui résistera moins bien à la pression hydrostatique ou aux sollicitations chimiques. L'utilisation du système transducteur selon l'invention 35 dans les annulaires des conduites calorifugées à double enveloppe permet un suivi continu de chaque grandeur physique dans l'annulaire nécessaire à l'opérateur. D'autre part, la mesure est quasi instantanée à l'inverse des mesures par test 3063793 9 thermique qui nécessitent un délai de mise en oeuvre de l'ordre de 1 à 3 jours. Ainsi, une mesure instantanée de la pression dans l'annulaire permet d'indiquer la pression atteinte et de déterminer si le produit répond à la 5 spécification du produit. Enfin, l'invention permet des mesures longue durée au cours d'un test haute température, un test de vieillissement, un test sur des annulaires de grande longueur du type conduites à double enveloppe enroulées/déroulées, les /0 conduites pour transports terrestres d'huiles, d'émulsion ou de vapeur, des conduites dites « coiled tubings » calorifugées utilisées dans des applications puits de pétrole, des conduites de très grande longueur. Sur la figure 2, on a représenté une variante de /5 réalisation du dispositif selon l'invention, les références des éléments identiques étant conservées. Dans ce mode de réalisation, les mesures sont effectuées du côté interne du tronçon de conduite. A cette fin, le premier ensemble émetteur/récepteur interne 4 est un premier transducteur 20 acoustique fixé qui demeure dans l'annulaire 3. Il est disposé contre la paroi externe du tube interne 2. Le second ensemble émetteur/récepteur externe 5 est un second transducteur acoustique disposé à l'extérieur de l'annulaire 3 et à l'intérieur du tube interne 2. Il est disposé contre 25 la paroi interne du tube interne 2. Il fa de soi que l'ordinateur 13 est disposé à l'extérieur du tube interne 2 de manière à pouvoir effectuer les mesures comme expliqué en relation avec la figure 1. Sur la figure 3, on a représenté un exemple de 30 réalisation du dispositif selon l'invention. On voit la conduite double enveloppe constituée du tube interne 2 insérée dans le tube externe 1 délimitant entre eux l'annulaire 3. On voit que l'ensemble 4 est rendu solidaire de la paroi interne du tube externe 1 en n'importe quel point 35 de celle-ci. Comme indiqué précédemment, la position de cet ensemble 4 doit être repérée avec les tolérances nécessaires par un marquage temporaire ou définitif de la paroi extérieure 15 du tube 1. 3063793 10 Sur la paroi extérieure du tube 1, on vient positionner lors de la mesure l'ensemble 5 à la verticale de l'ensemble 4 grâce au marquage réalisé sur la paroi externe du tube externe ou en utilisant comme indiqué précédemment les côtes 5 définies lors de l'installation de l'ensemble à partir d'un point spécifique de la conduite double enveloppe. Ce point peut par exemple être l'extrémité de cette conduite double enveloppe. Il va de soi que l'ensemble 5 est alimenté en énergie de /0 manière classique à l'extérieur de la conduite. Les informations délivrées par l'ensemble 5 sont comme indiqué précédemment traitées par l'ordinateur 13 tout en permettant de vérifier que le signal est bien transmis et que la mesure est lancée. /5 Sur la figure 4, on a représenté un schéma fonctionnel du système de mesure par communication électromagnétique qui est strictement équivalent à celui décrit en relation avec les figures 1 et 2. On retrouve l'ensemble 4 constitué des mêmes éléments à savoir la batterie 9, le détecteur 10, la mémoire 20 7 et un micro contrôleur 17 et le générateur d'onde électromagnétique 18. De même, l'ensemble 5 comprend un micro contrôleur 20, un récepteur 19 des ondes électromagnétiques et un moyen de contrôle 21 de la liaison USB. REVENDICATIONS1. Tronçon de conduite double enveloppe (1, 2) comprenant un annulaire fermé (3) sous pression réduite délimité par un tube interne (2) métallique inséré dans un tube externe (1) métallique et équipé d'un système de mesure pour déterminer de manière non intrusive l'état de l'annulaire (3), le système de mesure étant composé d'un premier ensemble émetteur/récepteur interne (4) disposé à l'intérieur de l'annulaire (3) et coopérant avec un moyen de mesure (10) d'une grandeur physique telle la pression, l'hygrométrie ou la température régnant dans l'annulaire (3) sous pression réduite et d'un second ensemble émetteur/récepteur externe (5) disposé à l'extérieur du tronçon en vis-à-vis dudit premier ensemble (4). /5 2. Tronçon de conduite double enveloppe (1, 2) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de repérage (16) de la position dudit premier ensemble (4) disposé sur la paroi externe du tube externe (1) à partir d'un point prédéterminé de ce dernier. 20 3. Tronçon de conduite double enveloppe (1, 2) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier ensemble émetteur/récepteur interne (4) est un premier transducteur acoustique fixé contre la paroi interne du tube externe (1) et en ce que le second ensemble 25 émetteur/récepteur externe (5) est un second transducteur acoustique disposé contre la paroi externe du tube externe (1). 4. Tronçon de conduite double enveloppe (1, 2) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier 30 ensemble émetteur/récepteur interne (4) est un premier transducteur acoustique fixé contre la paroi externe du tube interne (2) et en ce que le second ensemble émetteur/récepteur externe (5) est un second transducteur acoustique disposé contre la paroi interne du tube interne 35 (2). 5. Tronçon de conduite double enveloppe (1, 2) selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que les premier et second transducteurs (4, 5) sont conformés à la courbure de 3063793 12 la paroi respectivement interne et externe du tube externe (1) ou du tube interne (2). 6. Tronçon de conduite double enveloppe (1, 2) selon l'une quelconque des revendications 3, 4 ou 5, caractérisé en 5 ce que le premier transducteur (4) comprend un capteur de mesure (10) de la grandeur physique associé à une électronique d'acquisition (6) et en ce que le second transducteur (5) comprend un module externe de communication (11) associé à une interface (12) de réception ou de 10 transmission d'informations. 7. Tronçon de conduite double enveloppe (1, 2) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les premier et second ensembles émetteur/récepteur (4, 5) sont constitués par des boucles d'induction électromagnétique. /5 8. Tronçon de conduite double enveloppe (1, 2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier ensemble émetteur/récepteur (4) est alimenté en énergie à l'aide de piles. 9. Utilisation d'un système transducteur acoustique pour 20 déterminer de manière non intrusive l'état d'un annulaire (3) fermé sous pression réduite d'un tronçon de conduite double enveloppe (1, 2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 10. Utilisation du système transducteur selon la 25 revendication 9 pour l'étude de l'annulaire (3) d'un tronçon de conduite double enveloppe (1, 2) disposé dans un environnement haute température ou soumis à un cycle de vieillissement. 11. Utilisation du système transducteur selon la 30 revendication 9 ou 10 pour l'étude de l'annulaire (3) d'un tronçon de conduite double enveloppe (1, 2) de très grande longueur.