Brevet FR3130925A1 — publié le 20230623

Conduite pour le transport de fluides à tube en acier et chemisage de protection muni de fentes pour l’évacuation du gaz accumulé sous le chemisage L’invention concerne une conduite (2) pour le transport de fluides comprenant un tube (4) en acier destiné à recevoir un écoulement de fluides à transporter, et un chemisage (6) annulaire de protection contre la corrosion et/ou l’abrasion réalisé en matériau polymère et inséré à l’intérieur du tube, le chemisage comprenant une pluralité de fentes (8-1) qui s’étendent dans le sens de leur longueur parallèlement à un axe longitudinal (X-X) du tube et qui sont traversantes entre une face interne et une face externe du chemisage, chaque fente étant ouverte du côté de la face interne du chemisage préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, et au moins partiellement fermée une fois le chemisage inséré dans le tube. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Conduite pour le transport de fluides à tube en acier avec chemisage de protection muni de fentes pour l’évacuation du gaz accumulé sous le chemisage La présente invention se rapporte au domaine général des conduites sous-marines ou terrestres en acier et revêtues qui sont utilisées pour le transport de fluides tels que des hydrocarbures, notamment le pétrole et le gaz, ou l’hydrogène ou le CO2. Elle concerne plus précisément une solution pour éviter le flambement du chemisage interne de telles conduites sous le revêtement lors d’une dépressurisation brutale de la ligne en raison de la perméation et de l'accumulation de gaz. Les conduites sous-marines utilisées pour le transport d’hydrocarbures, notamment de pétrole et de gaz, issus de puits de production sous-marins sont généralement constituées par un tube en acier. Les fluides transportés sont parfois corrosifs pour l’acier constitutif des tubes en raison d’un ou plusieurs constituants tels que le dioxyde de carbone ou le sulfure d’hydrogène. Aussi, pour les protéger contre la corrosion, il est connu d’insérer ou d’appliquer à l’intérieur de la conduite en acier une couche d’acier allié à base nickel résistant à la corrosion – ayant typiquement une épaisseur de l’ordre de 3mm ou plus. La couche d’acier allié résistant à la corrosion va protéger l’intégrité mécanique de la conduite en acier en l’isolant du fluide transporté et en la préservant de la corrosion induite. Cette couche d’acier allié peut être inséré sous forme de chemise ou appliquée par dépôt de matière sur la surface interne de la conduite en acier - (cette technique est dite de « CRA lining » pour « Corrosion Resistance Alloy lining » dans l’industrie). Cette solution efficace est cependant très coûteuse. Une première alternative au chemisage en acier allié est l’application d’une couche de protection anti-corrosion sous forme de revêtement fin, réalisé par exemple avec application de résine de polymères époxyde, plus communément appelés « epoxys », ayant typiquement une épaisseur de l’ordre de quelques centaines de micromètres. Bien que plus économique à l’achat et à la fabrication que l’utilisation d’un chemisage en acier allié, ces revêtements fins présentent l’inconvénient d’être sensibles aux rayures et à l’abrasion, pouvant résultant en la mise à nu de certaines parties de la conduite acier, l’exposant ainsi au risque de corrosion. Des produits chimiques anti-corrosion sont usuellement injectés de manière préventive dans le fluide transporté pour réduire les risques de corrosion dans les zones éventuellement mises à nu de la conduite en acier, ceci augmentant les coûts opérationnels d’utilisation de la conduite. En autre alternative, cette solution peut être remplacée par l’insertion d’un chemisage annulaire de protection - ayant typiquement une épaisseur de l’ordre de 10mm - réalisé en matériau polymère, par exemple en matériau thermoplastique. Le chemisage de protection est typiquement inséré par traction à travers un système de réduction de diamètre puis à l’intérieur du tube en acier pour venir se plaquer contre la surface interne du tube une fois la force de traction relâchée afin d’obtenir un ajustement serré. Le chemisage de protection isole alors la conduite en acier du fluide transporté et la protège des risques de corrosion induite. L’épaisseur de la chemise en polymère la protège des risques de rayures et d’abrasion durant la vie de la conduite. Cette technique est assez couramment utilisée pour des conduites de transport de liquides comme de l’eau d’injection par exemple mais moins répandue pour des lignes de transports de fluides de production multiphasiques. Bien que plus économique que la technique usuelle dite de « CRA lining», le chemisage en matériau polymère présente l’inconvénient d’être perméable aux gaz et vapeurs provenant des fluides transportés. Aussi, en pratique, du gaz a tendance à pénétrer dans le matériau polymère et à passer au travers du chemisage de protection pour venir se loger dans l’espace interstitiel entre le chemisage et la paroi interne du tube en acier. Au cours du temps, les gaz et vapeurs sont s’accumuler dans l’espace interstitiel, le phénomène de perméation étant piloté par la pression de service du fluide transporté, et créer ainsi avec le temps, les phénomènes de perméation n’étant usuellement pas immédiats, une accumulation de gaz sous pression sous le chemisage, plus ou moins uniformément distribuée sur la longueur de la conduite. Or, lorsque la conduite va être dépressurisée, le taux de perméation du chemisage de protection n’est pas suffisamment élevé pour permettre de faire diminuer la pression à l’intérieur de l’espace interstitiel à la même vitesse que la baisse de pression à l’intérieur de la conduite. Un différentiel de pression se créé alors avec une mise en surpression du côté de l’espace interstitiel, avec un risque d’apparition d’un flambement ou effondrement local du chemisage de protection. L’effondrement local et incontrôlé du chemisage de protection au cours de la dépressurisation de la conduite peut avoir comme conséquence de compromettre l’intégrité du chemisage de protection et donc son efficacité comme protection contre la corrosion de l’acier constituant le tube. De plus, lorsque la conduite est remise en pression, il existe un risque que la partie du chemisage de protection qui s’est effondrée ne puisse pas revenir dans sa forme initiale contre la paroi interne du tube, pouvant modifier ainsi localement la section de passage pour le fluide transporté ce qui peut mener à des augmentations de pertes de charge par exemple ou à une modification de la capacité de résistance dans le temps du chemisage en polymères. Plusieurs solutions ont été envisagées pour résoudre ce problème d’effondrement incontrôlé du chemisage de protection lors de la dépressurisation de la conduite. Certaines prévoient d’appliquer un revêtement adhésif sur la surface interne du tube en acier pour augmenter l’adhésion entre le chemisage thermoplastique et la conduite en acier, augmentant ainsi la résistance à l’effondrement dudit chemisage tout en limitant le volume de l’espace interstitiel sous le liner et donc la quantité de gaz pouvant s’y accumuler éventuellement. D’autres solutions connues consistent à former des rainures sur la face externe du chemisage de façon à collecter les gaz ayant traversé le chemisage et à les évacuer vers l’extérieur de la conduite par l’intermédiaire d’orifices externes pratiqués dans le tube. Cette opération de dégazage peut être réalisée en continue ou à intervalles réguliers. Encore une autre solution consiste à pratiquer des perforations cylindriques dans le chemisage de protection de façon à mettre en contact l’espace interstitiel avec l’intérieur du chemisage. En cas de dépressurisation de la conduite, les gaz ayant traversé le chemisage vont emprunter ces perforations pour être évacués par l’intérieur du chemisage de façon à garder le différentiel de pression sous la pression d’effondrement du chemisage. Toutes les solutions de l’art antérieur présentées ci-dessus présentent des inconvénients. En particulier, le recours à un revêtement adhésif sur la surface interne du tube en acier présente l’inconvénient d’une importante complexité de processus de mise en œuvre qui nécessite plusieurs phases d’application de différentes couches suivies de phases de cuisson pour créer l’adhésion. En outre, l’utilisation d‘orifices externes d’évacuation des gaz nécessite de percer le tube en acier, ce qui affaiblit l’intégrité mécanique du tube, et de prévoir une ligne d’évacuation des gaz dans l’environnement sous-marin, ce qui augmente la complexité du système, les procédures d’installation et les risques de fuites. De plus, cette solution requiert des opérations de maintenance pour activer l’opération de dégazage. Les rainures pratiquées sur la surface externe de la chemise sont également sujettes au bouchage et à l’accumulation de liquide pouvant réduire l’efficacité de la ventilation. La solution consistant à pratiquer des perforations cylindriques dans le chemisage de protection présente l’inconvénient de mettre continuellement en contact les fluides transportés avec le tube en acier, avec le risque d’engendrer localement de la corrosion. De plus, au cours de leur durée de vie, ces perforations cylindriques sont sujettes à l'obturation, car elles peuvent facilement être remplies de sable, de cire d’hydrocarbures, voire même être le siège de prolifération de bactéries. La présente invention a pour but de proposer une conduite pour le transport de fluides permettant de limiter, voire d’éviter, l’effondrement d’un chemisage de protection lors d’une dépressurisation de la conduite qui ne présente pas les inconvénients précités. Ce but est atteint grâce à une conduite pour le transport de fluides comprenant un tube en acier destiné à recevoir un écoulement de fluides à transporter, et un chemisage annulaire de protection contre la corrosion et/ou l’abrasion réalisé en matériau polymère, de préférence un matériau thermoplastique et inséré à l’intérieur du tube, et dans laquelle, conformément à l’invention, le chemisage comprend une pluralité de fentes qui s’étendent dans le sens de leur longueur parallèlement à un axe longitudinal du tube et qui sont traversantes entre une face interne et une face externe du chemisage, chaque fente étant ouverte du côté de la face interne du chemisage préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, et au moins partiellement fermée une fois le chemisage inséré dans le tube. L'invention repose sur le concept de fentes qui permettent au gaz qui s'est infiltré dans l’espace annulaire entre le tube et le chemisage d'être évacué dans le tube lorsqu'une dépressurisation de la ligne se produit. En particulier, la forme spécifique des fentes et leur disposition parallèlement à l’axe longitudinal du tube permettent de minimiser le risque de pénétration de saletés/solides dans les fentes, tout en autorisant leur ouverture rapide et efficace pour évacuer le gaz accumulé dans l’espace annulaire lorsqu'une dépressurisation se produit. En effet, grâce à cette conception, l'ouverture du côté de la face interne du chemisage est réduite au minimum, ce qui permet d'éviter la pénétration de saletés, de cires ou d'autres matériaux de bouchage potentiels. De plus, en cas de dépressurisation de la conduite, la forme des fentes est favorable à l'ouverture du côté de l’intérieur du tube car le gaz qui s’est accumulé dans l’espace annulaire appliquera, lorsqu’il empruntera les fentes, une pression sur les bords latéraux de celles-ci. Plus la différence de pression entre l’espace annulaire et l’intérieur du tube sera élevée, plus l'élargissement des fentes du côté de l’intérieur du tube sera important. Ainsi, le gaz sera facilement évacué vers l’intérieur du tube lors de la dépressurisation de la conduite. Comme l’évacuation du gaz accumulé sous la chemise vers la conduite va faire baisser le différentiel de pression entre l’espace interstitiel et la conduite, les fentes se refermeront dès que la différence de pression redeviendra suffisamment faible. Ces fentes fonctionnent ainsi comme des clapets anti-retour pour l’évacuation vers la conduite du gaz accumulé sous le chemisage. En outre, la conception des fentes selon l’invention permet de traiter les dépôts potentiels de solides au niveau des fentes du côté interne. En effet, plus la différence de pression entre l’espace annulaire et l’intérieur du tube est grande, plus l'ouverture des fentes est importante en raison de la pression supplémentaire du gaz accumulé dans l’espace annulaire. S'il y a une couche de dépôt de matière solide sur une fente du côté interne, celle-ci va localement bloquer temporairement ou réduire l'évacuation du gaz de perméation vers l’intérieur du tube, ce qui va augmenter davantage le différentiel de pression. L'ouverture du côté de la face interne du chemisage va alors augmenter, fissurant ainsi la couche de dépôt et permettant au gaz de s'évacuer. L'évacuation du gaz va entraîner le dépôt en même temps que le gaz, nettoyant ainsi la surface interne du chemisage dans la zone de la fente. Dans le cas improbable d'un blocage local supplémentaire d’une fente, le comportement du chemisage lui-même, combiné à la conception de la fente, débloquera la situation. En effet, même si le gaz ne pourra pas localement s'échapper de l'espace annulaire et qu’il n'est pas en mesure de rejoindre d'autres fentes, le chemisage commencera à se déformer localement et le changement de forme du chemisage favorisera rapidement l'ouverture des fentes et la fissuration de la surface du dépôt, permettant finalement au gaz de perméation de s'échapper. Par ailleurs, les fentes sont orientées dans la même direction que le tube, et donc que le chemisage en matériau polymère. Cela permet de minimiser l'impact sur la résistance mécanique du chemisage pendant le processus son insertion dans le tube et pendant les opérations d'installation et de durée de vie de la conduite. De plus, la variation de l'état de contrainte dans le chemisage due au gonflement par absorption d’une partie du fluide transporté, à la pression ou à la compression ou tension axiale liée aux variations thermiques ou à la géométrie in-situ de la conduite ne nuit pas à l'efficacité des fentes selon l’invention. De préférence, chaque fente présente, en coupe transversale et préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, une ouverture externe au niveau de la face externe du chemisage qui communique par l’intermédiaire d’une gorge avec une ouverture interne au niveau de la face interne du chemisage. Dans un premier mode de réalisation, chaque fente présente, en coupe transversale et préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, une forme de rectangle avec une ouverture externe ayant la même largeur que l’ouverture interne. Dans un deuxième mode de réalisation, chaque fente présente, en coupe transversale et préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, une forme de trapèze avec une ouverture externe de plus grande largeur que l’ouverture interne. Dans un troisième mode de réalisation, chaque fente présente, en coupe transversale et préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, une ouverture externe et une ouverture interne de forme rectangulaire avec l’ouverture externe de plus grande largeur que l’ouverture interne, et une gorge ayant une forme de trapèze isocèle. Dans ce troisième mode de réalisation, les ouvertures externe et interne de chaque fente peuvent être alignées selon la médiatrice de la gorge, les deux côtés non parallèles de la gorge formant, en coupe transversale, un angle compris entre 20° et 45° avec la médiatrice. De même, préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, l’ouverture externe de chaque fente peut mesurer entre 1 et 10mm et l’ouverture interne de chaque fente peut mesurer entre 0,2 et 4mm Dans un quatrième mode de réalisation chaque fente présente, en coupe transversale et préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, une ouverture externe et une ouverture interne de forme rectangulaire avec l’ouverture externe de plus grande largeur que l’ouverture interne, et une gorge ayant une forme de U. Dans le troisième et quatrième mode de réalisation, en coupe transversale et préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, l’ouverture interne de chaque fente peut déboucher au niveau de la face interne du chemisage par une forme évasée. Quel que soit le mode de réalisation, les fentes peuvent être alignées le long d’une pluralité d’axes parallèles à l’axe longitudinal du tube. Alternativement, les fentes peuvent être alignées le long d’une pluralité d’hélices centrées sur l’axe longitudinal du tube. Le chemisage peut comprendre en outre une pluralité de canaux communiquant chacun avec au moins une fente, les canaux étant débouchant du côté de la face externe du chemisage et non débouchant du côté de la face interne du chemisage. Ces canaux permettent ainsi d’assurer un drainage du gaz de perméation vers les fentes. La conduite peut comprendre en outre un revêtement anti-corrosion appliqué sur une face interne du tube préalablement à l’insertion de la chemise. La est une vue en perspective d’une conduite pour le transport de fluides selon un premier mode de réalisation de l’invention. La est une vue en coupe transversale d’une fente du chemisage de la conduite de la préalablement à son insertion dans le tube. La est une vue en coupe transversale de la fente de la après insertion du chemisage dans le tube. La est une vue en coupe transversale d’une fente du chemisage d’une conduite selon un deuxième mode de réalisation de l’invention préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube. La est une vue en coupe transversale de la fente de la après insertion du chemisage dans le tube. Les figures 6A-6B sont des vues respectivement en perspective et en coupe transversale d’une fente du chemisage d’une conduite selon un troisième mode de réalisation de l’invention préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube. La est une vue en coupe transversale de la fente des figures 6A et 6B après insertion du chemisage dans le tube. Les figures 8A-8B sont des vues respectivement en perspective et en coupe transversale d’une fente du chemisage d’une conduite selon une variante du troisième mode de réalisation de l’invention préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube. La est une vue en coupe transversale de la fente des figures 8A et 8B après insertion du chemisage dans le tube. Les figures 10A-10B sont des vues respectivement en perspective et en coupe transversale d’une fente du chemisage d’une conduite selon un quatrième mode de réalisation de l’invention préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube. La est une vue en coupe transversale de la fente des figures 10A et 10B après insertion du chemisage dans le tube. La est une vue en perspective montrant une variante de répartition des fentes sur le chemisage de la conduite selon l’invention. La est une vue en perspective d’une conduite selon une variante de réalisation de l’invention qui est munie d’un revêtement anti-corrosion appliqué sur la face interne du tube. Conduite (2) pour le transport de fluides comprenant un tube (4) en acier destiné à recevoir un écoulement de fluides à transporter, et un chemisage (6) annulaire de protection contre la corrosion et/ou l’abrasion réalisé en matériau polymère et inséré à l’intérieur du tube, caractérisée en ce que le chemisage comprend une pluralité de fentes (8-1 ; 8-2 ; 8-3 ; 8-3’ ; 8-4) qui s’étendent dans le sens de leur longueur parallèlement à un axe longitudinal (X-X) du tube et qui sont traversantes entre une face interne (6a) et une face externe (6b) du chemisage, chaque fente étant ouverte du côté de la face interne du chemisage préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, et au moins partiellement fermée une fois le chemisage inséré dans le tube. Conduite selon la revendication 1, dans laquelle chaque fente (8-1 ; 8-2 ; 8-3 ; 8-3’ ; 8-4) présente, en coupe transversale et préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, une ouverture externe (10-1 ; 10-2 ; 10-3 ; 10-3’ ; 10-4) au niveau de la face externe (6b) du chemisage qui communique par l’intermédiaire d’une gorge (12-1 ; 12-2 ; 12-3 ; 12-3’ ; 12-4) avec une ouverture interne (14-1 ; 14-2 ; 14-3 ; 14-3’ ; 14-4) au niveau de la face interne (6a) du chemisage. Conduite selon la revendication 2, dans laquelle chaque fente (8-1) présente, en coupe transversale et préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, une forme de rectangle avec une ouverture externe (10-1) ayant la même largeur que l’ouverture interne (14-1). Conduite selon la revendication 2, dans laquelle chaque fente (8-2) présente, en coupe transversale et préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, une forme de trapèze avec une ouverture externe (10-2) de plus grande largeur que l’ouverture interne (14-2). Conduite selon la revendication 2, dans laquelle chaque fente (8-3 ; 8-3’) présente, en coupe transversale et préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, une ouverture externe (10-3 ; 10-3’) et une ouverture interne (14-3 ; 14-3’) de forme rectangulaire avec l’ouverture externe de plus grande largeur que l’ouverture interne, et une gorge (12-3 ; 12-3’) ayant une forme de trapèze isocèle. Conduite selon la revendication 5, dans laquelle les ouvertures externe et interne de chaque fente (8-3 ; 8-3’) sont alignées selon la médiatrice (Δ) de la gorge, les deux côtés non parallèles de la gorge formant, en coupe transversale, un angle (β) compris entre 20° et 45° avec la médiatrice. Conduite selon la revendication 6, dans laquelle, préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, l’ouverture externe de chaque fente (8-3 ; 8-3’) mesure entre 1 et 10mm et l’ouverture interne de chaque fente mesure entre 0,2 et 4mm. Conduite selon la revendication 2, dans laquelle chaque fente (8-4) présente, en coupe transversale et préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, une ouverture externe (10-4) et une ouverture interne (14-4) de forme rectangulaire avec l’ouverture externe de plus grande largeur que l’ouverture interne, et une gorge (12-4) ayant une forme de U. Conduite selon l’une quelconque des revendications 5 à 8, dans laquelle, en coupe transversale et préalablement à l’insertion du chemisage dans le tube, l’ouverture interne (14-3 ; 14-4) de chaque fente débouche au niveau de la face interne du chemisage par une forme évasée (15). Conduite selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle les fentes sont alignées le long d’une pluralité d’axes (Y-Y) parallèles à l’axe longitudinal (X-X) du tube. Conduite selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle les fentes sont alignées le long d’une pluralité d’hélices (H) centrées sur l’axe longitudinal (X-X) du tube. Conduite selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le chemisage comprend en outre une pluralité de canaux communiquant chacun avec au moins une fente, les canaux étant débouchant du côté de la face externe du chemisage et non débouchant du côté de la face interne du chemisage. Conduite selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant en outre un revêtement anti-corrosion (18) appliqué sur une face interne du tube (4) préalablement à l’insertion de la chemise.