Brevet FR3092155A1 — publié le 20200731

Description Titre de l'invention : Dispositif et procédé de mise à joint d'éléments de conduite sous-marine pour le transport de fluides Domaine technique [0001] La présente invention se rapporte au domaine général de la construction et de la pose de conduites sous-marines simples ou multi-enveloppes reposant au fond de la mer ou assurant la liaison fond-surface pour le transfert d'hydrocarbures, notamment de pétrole et de gaz, issus de puits de production sous-marins. Elle concerne plus particulièrement la mise à joint d'éléments de telles conduites sous-marines. Technique antérieure [0002] Les conduites sous-marines pour le transfert d'hydrocarbures, notamment de pétrole et de gaz issus de puits de production sous-marins, sont généralement posées directement en mer. Typiquement, lors de la pose en mer d'une conduite sous-marine, une extrémité de la conduite posée est maintenue sur un navire de pose afin de souder une section de conduite sur cette extrémité de la conduite (on parle de mise à joint d'une section de conduite). Une fois la soudure réalisée, la conduite rallongée est descendue en mer, le navire de pose est avancé et l'opération peut être répétée pour une nouvelle section de conduite. De manière alternative, la conduite peut être déroulée à partir d'un premier touret sur lequel elle a été au préalable bobinée à terre, puis rallongée de longueurs successives à partir d'une pluralité de tourets. [0003] Les sections de conduite sont ainsi raccordés les uns aux autres à bord d'un navire de pose et sont descendus au fond de la mer au fur et à mesure de leur raccordement. Cette pose peut s'effectuer par l'intermédiaire d'une tour de pose en J ou en S positionnée sur le navire de pose. Avec la pose en J, la conduite sous-marine est typiquement descendue du navire de pose pratiquement verticale (entre +30° et -10° par rapport à la verticale). La pose en J est une pose caténaire simple dans laquelle l'inclinaison quasi-verticale de la conduite diminue au fur et à mesure de son déplacement vers le bas jusqu'à épouser la pente du fond de la mer. Avec la pose en S, la conduite sous-marine est typiquement descendue du navire de pose pratiquement à l'horizontale et se courbe ensuite pour atteindre le fond marin [0004] Lors de la pose, la conduite est soumise à de fortes charges de traction dues au poids de la conduite sous le navire de pose. En outre, la conduite est soumise à des charges en fatigue dues aux mouvements de la mer et du navire de pose. De plus, dans certaines applications la conduite est soumise pendant toute sa durée de vie aux courants marins, ce qui accroît davantage les contraintes de charge qu'elle subit. Pour supporter de telles contraintes et efforts, les cordons de soudure qui sont réalisés entre 2 les différentes sections de la conduite doivent être d'une très grande qualité. [0005] Par ailleurs, la pose de conduites sous-marines peut nécessiter la mise àjoint d'autres éléments de conduite, tels que par exemple de pièces en T destinées à munir la conduite sous-marine de branches latérales typiquement utilisées pour un raccordement futur à des équipements ou des têtes de puits, ou encore d'une pièce d'extrémité qui termine la conduite sous-marine (désignée par PLET pour « pipeline end termination » en anglais). [0006] La mise àjoint d'éléments de conduite (tels que les sections de conduite, les pièces en T ou les pièces d'extrémité) est généralement réalisée au moyen d'un dispositif de mise à joint. Ce dispositif assure qu'une extrémité de l'élément de conduite à mettre à joint est positionnée par rapport à l'extrémité de la conduite fixe de telle manière que ces extrémités peuvent être reliées l'une à l'autre au moyen d'un joint soudé, une connexion par boulons ou par toute autre liaison mécanique par exemple. [0007] De manière générale, dans le cas d'une pose en J, le dispositif de mise à joint présent sur le navire de pose comprend deux ensembles, un ensemble fixe et un ensemble mobile. L'ensemble fixe consiste en un collier de sustentation motorisé ou non permettant de maintenir la conduite sous-marine en cours de pose. Quant à l'ensemble mobile, il comprend l'élément de conduite à mettre à joint soutenu par un collier reprenant le poids propre de cet élément de conduite, ainsi que deux colliers montés sur des bras télescopiques qui sont fixés à des charnières solidaires de la tour de pose afin de permettre le réglage latéral de l'élément de conduite par activation de vérins dans le plan perpendiculaire à la conduite. [0008] Un tel dispositif repose ainsi sur l'utilisation de colliers extérieurs aptes à être déplacés depuis une extrémité de conduite jusqu'au plan de mise à joint. On pourra ainsi se référer aux publications WO 2016 / 026969, WO 2018 / 002907 et WO 2012 / 112863 qui décrivent différentes architectures de dispositif de mise à joint à colliers extérieurs positionnés de part et d'autre du plan de mise à joint. [0009] Les dispositifs de mise à joint connus de l'art antérieur présentent un certain nombre d'inconvénients. En particulier, le recours à des colliers extérieurs de part et d'autre du plan de mise à joint nécessite un procédé de soudage manuel, l'espace requis pour la mise en place d'un système de soudage automatique n'étant pas suffisant. Or, outre la durée d'exécution d'un soudage manuel, la qualité de soudure n'est pas toujours obtenue. De plus, pour la même raison, de tels dispositifs de mise à joint ne permettent d'accueillir que des pièces d'extrémité PLET qui sont relativement compacts. En outre, pour des raisons de géométrie, ces dispositifs, ainsi que ceux ayant un mandrin transportable à l'intérieur de la conduite, ne sont pas adaptés à des conduites comprenant des coudes dont le rayon de courbure est important (typiquement de l'ordre de 5 fois le diamètre). 3 Exposé de l'invention [0010] La présente invention a donc pour but principal de proposer un dispositif de mise à joint qui ne présente pas les inconvénients précités. [0011] Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un dispositif de mise à joint d'éléments d'une conduite pour le transport de fluides, comprenant : une structure de support apte à être connectée à une structure de guidage et sur laquelle est destinée à être montée une section de conduite à mettre à joint à un élément de conduite ; deux rails fixes parallèles ; quatre platines comprenant chacune un premier élément apte à coopérer avec un rail et un second élément fixé sur la structure de support, le premier élément et le second élément de chaque platine étant reliés entre eux par un premier vérin aligné selon un premier axe de réglage perpendiculaire à un axe longitudinal de la section de conduite et un second vérin aligné selon un second axe de réglage perpendiculaire à l'axe longitudinal de la section de conduite et au premier axe de réglage ; et un système de commande des vérins des platines pour réaliser des déplacements selon le premier et le second axes de réglage et apte à coopérer conjointement avec un système de guidage en translation de la structure de support selon l'axe longitudinal de la section de conduite de façon à permettre une mise àjoint de la section de conduite et de l'élément de conduite. [0012] Lc dispositif de mise àjoint selon l'invention est remarquable en ce que le recours à quatre platines munie chacune de vérins selon deux axes de réglages perpendiculaires permet d'obtenir de nombreuses possibilités de combinaisons différentes de rotations et de translations de la structure de support afin de faciliter la mise àjoint. Il en résulte une grande souplesse d'utilisation pour la mise àjoint. Par ailleurs, le dispositif selon l'invention permet de disposer d'un espace suffisant pour réaliser un soudage automatique qui permet d'améliorer la qualité de soudure et sa durée d'exécution. [0013] Lc dispositif peut comprendre deux platines fixées d'un côté de la structure de support et coopérant chacune avec un même rail, et deux autres platines fixées d'un côté opposé de la structure de support et coopérant chacune avec l'autre rail, les platines situées d'un même côté de la structure de support étant espacées l'une de l'autre selon Faxe longitudinal de la section de conduite. [0014] Dans ce cas, les platines situées de chaque côté de la structure de support sont avan- tageusement alignées deux à deux entre elles selon le premier axe de réglage. [0015] Les vérins des platines peuvent être des vélins hydrauliques qui sont reliés à un système de commande hydraulique. [0016] Le dispositif peut comprendre en outre un collier de support de tête sur lequel la structure de support de la section de conduite est destinée à être maintenue et destiné à reprendre l'effort engendré lors de la translation de la structure de support selon l'axe longitudinal de la section de conduite. [0017] Le premier élément de chaque platine coopère avantageusement avec un rail par l'intermédiaire d'une pièce d'usure. [0018] L'invention a également pour objet une tour de pose d'une conduite sous-marine pour le transport de fluides, comprenant un dispositif de mise à joint tel que défini précédemment. [0019] L'invention a aussi pour objet un support d'ancrage à terre d'une conduite pour le transport de fluides, comprenant un dispositif de mise à joint tel que défini précédemment. [0020] L'invention a encore pour objet un procédé de mise à joint d'éléments de conduite sous-marine pour le transport de fluides au moyen d'un dispositif de mise à joint de conduite tel que défini précédemment comprenant les étapes successives de : [0021] a/ montage et verrouillage de la section de conduite à mettre à joint sur la structure de support du dispositif de mise à joint ; [0022] IV mise en position rétractée du premier vérin de chaque platine et déploiement en position intermédiaire du second vérin de chaque platine ; [0023] c/ pivotement en position inclinée de la structure de support ; [0024] d/ serrage du collier de support de tête sur une extension de la structure de support de la section de conduite et déverrouillage de la section de conduite à mettre à joint de la structure de support du dispositif de mise à joint ; [0025] e/ engagement du premier élément de chaque platine dans un rail ; [0026] f/ déploiement du premier vérin de chaque platine pour la mise en butée du premier élément de chaque platine dans le rail correspondant afin de stabiliser la section de conduite ; et [0027] g/ commande des vérins des platines en coopération avec le guidage en translation de la structure de support selon l'axe longitudinal de la section de conduite pour réaliser la mise à joint d'un élément de conduite avec la section de conduite installée sur la structure de support. [0028] De préférence, le procédé comprend en outre le verrouillage en position des vérins des platines une fois réalisée la mise au joint. [0029] De préférence également, la commande des vérins des platines est synchronisée, d'une part pour les deux platines situées en partie supérieure de la structure de support, et d'autre part pour les deux platines situées en partie inférieure de la structure de support. Brève description des dessins [0030] [fig.]] La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de mise à joint selon l'invention. [0031] [fig.2] La figure 2 est une vue de face du dispositif de la figure 1. [0032] [fig.3] La figure 3 est une vue de côté du dispositif de la figure 1. [0033] [fig.4] La figure 4 montre une platine du dispositif de la figure 1. [0034] [fig.5A-513] Les figures 5A, 5B illustrent de façon schématique différentes possibilités de dé- placements et de rotations du dispositif de la figure 1. [0035] [fig.6A-6B] Les figures 6A, 6B illustrent de façon schématique différentes possibilités de dé- placements et de rotations du dispositif de la figure 1. [0036] [fig.7A-7B] Les figures 7A, 7B illustrent de façon schématique différentes possibilités de dé- placements et de rotations du dispositif de la figure 1. [0037] [fig.8A-813] Les figures RA, 8B illustrent de façon schématique différentes possibilités de dé- placements et de rotations du dispositif de la figure 1. [0038] [fig.9A-9B] Les figures 9A, 9B illustrent de façon schématique différentes possibilités de dé- placements et de rotations du dispositif de la figure 1. [0039] [fig.10A-10B] Les figures 10A, 10B illustrent de façon schématique différentes possibilités de dé- placements et de rotations du dispositif de la figure 1. [0040] [fig.11A-11B] Les figures 10A, 10B illustrent de façon schématique différentes possibilités de dé- placements et de rotations du dispositif de la figure 1. [0041] [fig.12A-1213] Les figures 12A, 12B illustrent de façon schématique différentes possibilités de dé- placements et de rotations du dispositif de la figure 1. [0042] [fig.13A-1313] Les figures 13A, 13B illustrent de façon schématique différentes possibilités de dé- placements et de rotations du dispositif de la figure 1. Description des modes de réalisation [0043] La figure 1 représente en perspective un dispositif de mise à joint 2 selon l'invention. Un tel dispositif peut être associé à une tour de pose (en J ou en S par exemple - non 6 représentée sur les figures) d'un navire de pose d'une conduite sous-marine pour le transfert d'hydrocarbures, notamment de pétrole et de gaz. [0044] Le dispositif de mise àjoint 2 a pour fonction de permettre la mise à joint entre deux éléments d'une conduite sous-marine, par exemple entre une conduite en cours de pose et une section de conduite ou entre une conduite en cours de pose et une pièce en T destinée à munir la conduite sous-marine de branches latérales typiquement utilisées pour un raccordement futur à des équipements ou des têtes de puits, ou encore une conduite en cours de pose et une pièce d'extrémité qui termine la conduite sous-marine (PLET). [0045] Le dispositif de mise à joint 2 selon l'invention comprend une structure de support 4 sur laquelle est montée la conduite sous-marine 6 à mettre à joint. [0046] Le dispositif de mise à joint comprend également une structure de guidage 10 qui est principalement composée de deux rails fixes parallèles 12, 14. En pratique, ces rails 12, 14 de la structure de guidage sont des profilés métalliques à section en U qui sont montés sur la tour de pose de la conduite sous-marine. Dans une variante de réalisation non représentée sur les figures, les rails font partie de la structure de support 4 sur laquelle est montée la conduite 6. [0047] Le dispositif de mise àjoint selon l'invention comprend en outre un collier de support de tête (non représenté sur les figures) sur lequel la structure de support 4 de la conduite 6 est destinée à être maintenue. Cc collier de support de tête permet de reprendre l'effort engendré lors de la translation de la structure de support selon l'axe longitudinal X-X de la conduite. [0048] A cet effet, le dispositif de mise à joint comprend encore un système de guidage (non représenté sur les figures) en translation de la structure de support 4 selon l'axe longitudinal X-X de la conduite. Ce système de guidage peut être formé d'un ensemble de vérins ou de tout autre dispositif connecté au collier de support de tête. [0049] Par ailleurs, quatre platines permettent d'assurer un couplage de la structure de support 4 sur les deux rails 12, 14 de la structure de guidage ; à savoir deux platines 16a, 16b (par exemple une platine supérieure 16a et une platine inférieure 16b) fixées d'un même côté de la structure de support, espacées l'une de l'autre selon l'axe longitudinal X-X de la conduite et coopérant chacune avec un même rail 12 ; et deux autres platines 18a, 18b (par exemple une platine supérieure 18a et une platine inférieure 18b) fixées de l'autre côté de la structure de support, espacées l'une de l'autre selon l'axe longitudinal X-X de la conduite et coopérant chacune avec l'autre même rail 14. [0050] Comme illustré de façon plus précise par la figure 4, chaque platine 16a, 16b, 18a, 18b comprend un premier élément 20 qui est apte à coulisser dans un rail 12, 14 de la structure de guidage et un second élément 22 qui est fixé sur la structure de support 4. 7 [0051] Le premier élément 20 et le second élément 22 de chaque platine sont reliés entre eux par deux vérins distincts ; à savoir un premier vérin 24 aligné selon un premier axe de réglage Y-Y qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X de la conduite, et un second vérin 26 aligné selon un second axe de réglage Z-Z qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X de la conduite et au premier axe de réglage Y-Y. [0052] De la sorte, l'axe longitudinal X-X de la conduite (sur lequel sont alignés les deux mils fixes 12, 14 de la structure de guidage), le premier axe de réglage Y-Y et le second axe de réglage Z-Z constituent les trois axes d'un référentiel du dispositif de mise à joint selon l'invention. [0053] Comme représenté sur la figure 4, le premier élément 20 de chaque platine 16a, 16b, 18a, 181, coopère avec un mil 12, 14 de la structure de guidage par l'intermédiaire d'une pièce d'usure 30. Cette pièce d'usure 30 est interchangeable lorsqu'elle vient à être trop détériorée par les frottements répétés dans le mil correspondant. [0054] Les premiers et seconds vérins 24, 26 sont par exemple des vérins hydrauliques. Dans ce cas, ces vérins sont tous reliés à un système de commande hydraulique 28 (figure 2) permettant d'actionner chaque vérin afin de permettre la mise à joint de l'élément de conduite sur la conduite 6. [0055] Plus précisément, le système de commande hydraulique 28 a pour fonction d'alimenter en fluide hydraulique les chambres de pilotage de chaque vérin 24, 26 afin d'obtenir les déplacements et les rotations de la structure de support 4 dans le référentiel défini par les axes X-X, Y-Y, Z-Z adéquats pour mettre à joint l'élément de conduite et la conduite. [0056] De préférence, le système de commande 28 permet une commande par paire de platines, c'est-à-dire une commande synchronisée des vérins respectifs des platines, d'une part pour les deux platines 16a, 18a situées en partie supérieure de la structure de support, et d'autre part pour les deux platines 16b, 18b situées en partie inférieure de la structure de support. [0057] En liaison avec les figures SA, SB à 13A, 13B, on décrira maintenant les différentes possibilités de déplacements et rotations de la structure de support 4 dans le référentiel défini par les axes X-X, Y-Y, Z-Z. [0058] Les figures SA et SB représentent, de façon schématique, des déplacements de la structure de support selon le premier axe de réglage Y-Y. Plus précisément, sur la figure SA, tous les premiers vérins 24 sont déployés, tandis que sur la figure SB, tous les premiers vérins 24 sont rétractés. [0059] Les figures 6A et 6B représentent, de façon schématique, des rotations de la structure de support autour du second axe de réglage Z-Z. Plus précisément, sur la figure 6A, les platines 16b et 18b restent inactives, tandis que le premier vérin 24 de la platine 16a est rétracté et le premier vérin 24 de la platine opposée 18a est déployé, ce qui permet 8 d'obtenir une rotation de la structure de support autour du second axe de réglage Z-Z dans le sens horaire. [0060] A l'inverse, sur la figure 6B, les platines 16a et 18h restent toujours inactives, tandis que le premier vérin 24 de la platine 16a est déployé et le premier vérin 24 de la platine opposé 18a est rétracté, cc qui permet d'obtenir une rotation de la structure de support autour du second axe de réglage Z-Z dans le sens anti-horaire. [0061] Sur l'exemple des figures 7A et 7B, il est possible d'obtenir une rotation de la structure de support autour du premier axe de réglage Y-Y. A cet effet, comme représenté sur ces figures, les platines 16h et 18h restent inactives. Dc plus, sur la figure 7A, les seconds vérins 26 des platines 16a et 18a sont déployés, ce qui permet d'obtenir une rotation de la structure de support autour du premier axe de réglage Y-Y dans le sens anti-horaire. Pour obtenir une rotation dans le sens horaire comme représenté sur la figure 7B, les seconds vérins 26 des platines 16a et 18a sont inversement rétractés. [0062] Les figures RA et 8B représentent, toujours de façon schématique, des rotations de la structure de support autour du second axe de réglage Z-Z inversées par rapport à celles des figures 6A et 6B. [0063] Ainsi, sur ces figures, cc sont les platines 16a et 18a qui restent inactives. Dc plus, sur la figure 8A, le premier vérin 24 de la platine 16h est rétracté et le premier vérin 24 de la platine 18h est déployé, ce qui permet d'obtenir une rotation de la structure de support autour du second axe de réglage Z-Z dans le sens horaire. A l'inverse, sur la figure 8B, le premier vélin 24 de la platine 16b est déployé et le premier vérin 24 de la platine 18b est rétracté, ce qui permet d'obtenir une rotation de la structure de support autour du second axe de réglage Z-Z dans le sens anti-horaire. [0064] Les figures 9A et 9B représentent des rotations de la structure de support autour du premier axe de réglage Y-Y inversées par rapport à celles des figures 7A et 7B. [0065] En effet, sur ces figures, ce sont les platines 16a et 18a qui restent inactives. De plus, sur la figure 9A, les seconds vélins 26 des platines 16b et 18b sont déployés de sorte à obtenir une rotation dans le sens anti-horaire de la structure de support autour du premier axe de réglage Y-Y. A l'inverse, sur la figure 9B, les seconds vérins 26 des platines 16b et 18b sont rétractés de sorte à obtenir une rotation dans le sens horaire de la structure de support autour du premier axe de réglage Y-Y. [0066] Les figures 10A, 10B, 11A, 11B, 12A, 12B et 13A, 13B illustrent plusieurs mouvements pour compenser des écarts de course entre les différents vérins des platines, ces écarts de course pouvant être typiquement dus à des charges différentes sur les platines lors du chargement. [0067] Ainsi, sur l'exemple des figures 10A et 10B, seul le second vélin de la platine 18a est actif (les autres vérins des autres platines restent inactifs). Sur l'exemple de la figure 9 10A, cc second vérin est déployé, tandis que sur l'exemple de la figure 10B il est rétracté. [0068] Sur l'exemple des figures 11A et 11 B, seul le second vérin de la platine 16a est actif. Sur l'exemple de la figure 11A, ce second vérin est déployé, tandis que sur l'exemple de la figure 11B il est rétracté. [0069] De même, sur l'exemple des figures 12A et 12B, seul le second vérin de la platine 18h est actif. Sur l'exemple de la figure 12A, ce second vérin est déployé, tandis que sur l'exemple de la figure 12B il est rétracté. [0070] Enfin, sur l'exemple des figures 13A et 13B, seul le second vérin de la platine 16h est actif. Sur l'exemple de la figure 13A, ce second vérin est déployé, tandis que sur l'exemple de la figure 13B il est rétracté. [0071] Ainsi, comme décrit précédemment, il est possible, grâce à une commande indivi- dualisée de chaque vérin de chaque platine du dispositif de mise àjoint, d'obtenir une grande variété de déplacements et de rotation de la structure de support sur laquelle est montée la conduite à mettre àjoint. [0072] Le procédé de mise à joint d'éléments de conduite sous-marine sur une tour de pose en J au moyen d'un tel dispositif peut être le suivant. [0073] Dans un premier temps, la structure de support 4 du dispositif de mise à joint est en position horizontale de façon à pouvoir y monter la conduite 6 à mettre à joint avec l'extrémité du support montée et serrée sur le collier de support de tête. Ensuite, le premier vérin 24 de chaque platine 16a, 16b, 18a et 18b est mis en position rétractée, tandis que le second vérin 26 de ces platines est déployé en position intermédiaire. [0074] La structure de support est alors pivotée autour du premier axe de réglage Y-Y (comme représenté sur la figure 7A) pour passer d'une position horizontale à une position inclinée de la tom- de pose. Le poids de la conduite est ainsi repris par le collier de support de tête. [0075] Les rails 12, 14 de la structure de guidage du dispositif de mise à joint sont ensuite engagés autour de chaque platine 16a, 16b, 18a et 18b, et plus précisément autour des pièces d'usure 30 de ces derniers. [0076] Tous les premiers vérins 24 des platines peuvent alors être déployés pour permettre une mise en butée des pièces d'usure 30 des platines dans les rails de façon à stabiliser la conduite vis-à-vis des mouvements du navire de pose. [0077] Un opérateur procède alors au premier réglage selon une première direction (par exemple celle du second axe de réglage Z-Z) pour faire coïncider grossièrement l'axe longitudinal X-X de la conduite avec l'élément de conduite en attente à mettre à joint, puis l'opérateur procède selon le premier axe de réglage Y-Y. Ensuite, l'opérateur réitère ces réglages afin de parfaitement mettre à joint l'élément de conduite et la conduite. [0078] Une fois la position validée par l'opérateur, les commandes hydrauliques des vérins des différentes platines sont verrouillées pour la durée de soudage. 11 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]