Brevet FR3163992A1 — publié le 20260102

Patin de serrage pour dispositif de maintien par friction d’un tube utilisé dans l’industrie de production d’hydrocarbures sous-marins L’invention concerne un patin de serrage (4) pour dispositif de maintien par friction d’un tube (6) comprenant une enveloppe (8) en acier dans laquelle est formée une cavité (10) munie d’un fond (12) et de deux bords latéraux (14). La cavité est remplie d’un matériau souple (16) en polymère dans lequel sont logées une pluralité de barres de préhension (18, 18a) ayant chacune une partie noyée dans le matériau souple et une partie émergée. La partie noyée des barres de préhension latérales (18a) qui sont les plus proches des deux bords latéraux de la cavité ont chacune une forme géométrique différente des autres barres de préhension (18) et présentent chacune une face latérale (22a) qui est tronquée et de forme cylindrique de façon à ménager entre la partie noyée de la barre de préhension latérale et le bord latéral de la cavité un canal ( C ) de matière souple ayant une largeur sensiblement constante. Figure pour l’abrégé : Fig. 3. Patin de serrage à réduction des concentrations de contrainte pour dispositif de maintien par friction d’un tube L’invention se rapporte au domaine général du maintien par friction d’un tube utilisé dans l’industrie de production d’hydrocarbures sous-marins, notamment de pétrole et de gaz. Un domaine d’application de l’invention concerne le maintien dans une tour de pose d’une conduite destiné au transport sous-marin de fluides. Toutefois l’invention peut également s'appliquer à la pose d'autres tubes utilisés dans cette industrie, tels que des tuyaux flexibles ou des ombilicaux, ou encore des câbles sous-marins utilisés dans les domaines des télécommunications et de la transmission d'énergie. Diverses méthodes sont connues dans l'industrie pétrolière et gazière sous-marine pour installer des conduites rigides et flexibles en mer, comme la pose en S, la pose en J et la pose en bobine. Dans chacune de ces méthodes d’installation, la conduite est suspendue sous forme de caténaire entre le navire de pose et le fond marin, sous la tension de son propre poids. Le poids de la caténaire suspendue entre le navire de pose et le fond marin est supporté par un dispositif de maintien dans la tour de pose à bord du navire qui applique une force de retenue à la conduite. Lors de la pose de conduites de grand diamètre en eaux profondes, le dispositif de maintien doit ainsi être dimensionné pour devoir supporter un poids de plusieurs centaines de tonnes. L’une des solutions connues consiste à maintenir la conduite par l’intermédiaire d’une pluralité de pinces disposées les unes au-dessus des autres dans la tour de pose de la conduite, ces pinces supportant chacune une partie de la charge agissant sur la conduite. Dans ces dispositifs de maintien, chaque pince est plus précisément composée de plusieurs patins de serrage uniformément répartis autour de l’axe de la conduite et actionnés par des vérins pour produire une charge radiale sur la conduite à maintenir. Il existe différentes architectures de patins de serrage formant ces pinces. On pourra par exemple se référer aux publications WO 2010/061280, US 3,778,094 et GB 1,506,407 qui décrivent des patins de serrage comprenant un boîtier rigide dans lequel est logé un élément déformable et dont la paroi extérieure est de forme concave avec un rayon de courbure sensiblement égal au rayon moyen du tube à maintenir. L'élément déformable se compose d’une pluralité barres de préhension s'étendant selon l’axe longitudinal du tube à maintenir. Cet élément déformable présente ainsi une structure composite qui lui permet de s'adapter aux variations de la section du tube à maintenir. Bien qu’efficaces, il est nécessaire de renforcer la robustesse de ces patins de serrage. En particulier, les niveaux de contrainte autour des barres de préhension les plus proches des bords latéraux du boîtier rigide sont tels que des fissures de fatigue peuvent être observées en service. L’invention a donc pour objet de proposer un patin de serrage pour dispositif de maintien par friction d’un tube qui ne présente pas les inconvénients précités. Ce but est atteint grâce à un patin de serrage pour dispositif de maintien par friction d’un tube utilisé dans l’industrie de production d’hydrocarbures sous-marins, comprenant une enveloppe en acier dans laquelle est formée une cavité munie d’un fond et de deux bords latéraux opposés qui sont destinés à s’étendre selon un axe longitudinal du tube, la cavité étant remplie d’un matériau souple en polymère dans lequel sont logées une pluralité de barres de préhension s’étendant selon l’axe longitudinal du tube et réparties entre les deux bords latéraux de la cavité, et dans lequel, conformément à l’invention : les barres de préhension présentent chacune une partie noyée dans le matériau souple, et une partie émergée qui est sensiblement plane pour venir en contact avec une surface extérieure du tube, et la partie noyée des barres de préhension latérales qui sont les plus proches des deux bords latéraux de la cavité ont chacune une forme géométrique différente des autres barres de préhension et présentent chacune une face latérale en regard d’un bord latéral de la cavité qui est tronquée et de forme cylindrique de façon à ménager entre la partie noyée de la barre de préhension et le bord latéral de la cavité un canal de matière souple ayant une largeur sensiblement constante. Le patin de serrage selon l’invention est remarquable notamment du fait que la partie noyée des barres de préhension est arrondie, ce qui permet d’atténuer les fortes concentrations de contrainte dans le matériau souple à l’interface avec l’enveloppe. De plus, la face latérale des deux barres de préhension latérales présente une forme cylindrique spécifique avec un rayon donné, suivant des règles de calcul spéciales, ce qui permet de réduire davantage le taux de cisaillement dans le matériau souple. En effet, comme les barres de préhension latérales ont le plus grand déplacement par rapport à la position neutre (pour atteindre le plus petit et le plus grand diamètre de la gamme de tubes à maintenir), le fait d'aménager un canal de matière souple de largeur constante entre le bord de ces barres et le tube permet d’atténuer le taux de cisaillement dans la partie latérale du lit de matériau souple. Cette conception particulière des barres de préhension latérales libère la déformation du lit de matériau souple avec les barres de préhension latérales autour du tube, ce qui permet de mieux répartir la charge radiale entre les barres de préhension et, par conséquent, d'augmenter la capacité de charge axiale du patin de serrage. Ces modifications permettent ainsi d’augmenter la robustesse du patin de serrage. De préférence, la partie noyée des barres de préhension est arrondie afin d’atténuer le taux de cisaillement du matériau souple. De préférence également, les barres de préhension situées entre les deux barres de préhension latérales présentent au niveau de chacune de leurs deux faces latérales au moins une encoche d’ancrage dans le matériau souple. Ces encoches d’ancrage permettent d’améliorer l’ancrage des barres de préhension dans le matériau souple. De préférence également, les barres de préhension latérales présentent au niveau de leur face latérale opposée à la face latérale tronquée au moins une encoche d’ancrage dans le matériau souple. Ces encoches d’ancrage présentent avantageusement un profil arrondi. De préférence encore, les deux bords latéraux de la cavité présentent chacun une forme de cylindre partiel qui est concentrique au cylindre de la face latérale tronquée de la partie noyée des barres de préhension latérales. Le matériau souple est avantageusement collé sur les faces internes de la cavité afin d’assurer un maintien des barres de préhension latérales. Le patin peut comprendre en outre un vérin ayant une tige destinée à être disposée selon une direction radiale au tube et à l’extrémité de laquelle est montée l’enveloppe. L’invention a également pour objet un dispositif de maintien par friction d’un tube, comprenant deux patins de serrage tels que définis précédemment qui sont disposés en regard l’un de l’autre par rapport à l’axe du tube. L’invention a encore pour objet un dispositif de maintien par friction d’un tube, comprenant trois, quatre, six ou huit patins de serrage tels que définis précédemment, lesdits patins étant espacés angulairement les uns des autres de manière régulière. L’invention a encore pour objet l’application du dispositif tel que défini précédemment au maintien dans une tour de pose d’une conduite destiné au transport sous-marin de fluides. FIG. 1 à FIG. 1 La FIG. 1 , la FIG. 1 , et la FIG. 1 représentent différentes configurations d’un dispositif de maintien conforme à l’invention. FIG. 2 La FIG. 2 représente est une vue en perspective d’un patin de serrage du dispositif de maintien selon l’invention. FIG. 3 La FIG. 3 est une vue en coupe transversale partielle du patin de serrage de la FIG. 2 . L’invention concerne le maintien par friction d’un tube utilisé dans l’industrie de production d’hydrocarbures sous-marins, notamment le maintien dans une tour de pose d’une conduite destiné au transport sous-marin de fluides telle que celles représentées sur les figures 1A à 1C. Les figures 1A à 1C montrent différentes configurations possibles d’un dispositif de maintien d’une conduite dans une tour de pose. Le dispositif de maintien 2a de la FIG. 1 comprend ainsi six patins de serrage 4 qui sont espacés angulairement les uns des autres de manière régulière autour d’un axe X-X d’une conduite 6a ayant un diamètre Da. Le dispositif de maintien 2b de la FIG. 1 comprend également six patins de serrage 4 qui sont espacés angulairement les uns des autres de manière régulière autour d’un axe X-X d’une conduite 6b ayant un diamètre Db (inférieur au diamètre Da de la conduite 6a de la FIG. 1 ). Enfin, le dispositif de maintien 2c de la FIG. 1 comprend trois patins de serrage 4 qui sont espacés angulairement les uns des autres de manière régulière autour d’un axe X-X d’une conduite 6c ayant un diamètre Dc (inférieur aux diamètres Da et Db des conduites des figures 1A et 1B). Bien entendu, il est possible d’imaginer que le dispositif de maintien selon l’invention comprenne alternativement quatre ou huit patins de serrage. De même, le dispositif de serrage pourrait comprendre plusieurs séries de trois, quatre, six ou huit patins de serrage qui sont décalées les unes par rapport aux autres le long de l’axe de la conduite. Selon l’invention, comme représenté sur les figures 2 et 3, chaque patin de serrage 4 comprend une enveloppe 8 en acier dans laquelle est formée une cavité 10. La cavité 10 est munie d’un fond 12 et de deux bords latéraux 14 opposés qui sont destinés à s’étendre selon un axe longitudinal X-X de la conduite. Cette cavité 10 est remplie d’un matériau souple en polymère 16, par exemple en polyuréthane, qui est collé sur toutes faces internes de la cavité. A l’intérieur de ce matériau souple 16 est logée une pluralité de barres de préhension 18 qui s’étendent selon l’axe longitudinal X-X de la conduite et qui sont réparties entre les deux bords latéraux 14 de la cavité 10. Plus précisément, toutes les barres de préhension 18 du patin de serrage présentent chacune une partie (majoritaire) qui est noyée dans le matériau souple 16, et une partie émergée qui est sensiblement plane pour venir en contact avec une surface extérieure de la conduite 6. La partie noyée des barres de préhension est collée au matériau souple 16. Selon l’invention, la partie noyée des barres de préhension 18 présente un profil en coupe transversale 20 qui est arrondi afin d’atténuer le taux de cisaillement du matériau souple. Toujours selon l’invention, la partie noyée des deux barres de préhension latérales 18a (à savoir celles qui sont les plus proches des deux bords latéraux 14 de la cavité 10) ont chacune une forme géométrique différente des autres barres de préhension du patin de serrage. De façon plus précise, chacune de ces deux barres de préhension latérales 18a présentent une face latérale 22a qui est en regard d’un bord latéral 14 de la cavité. Selon l’invention, cette face latérale 22a présente, en coupe transversale, un profil qui est tronqué et de forme cylindrique de façon à ménager entre la partie noyée de la barre de préhension latérale et le bord latéral de la cavité un canal C de matière souple ayant une largeur sensiblement constante sur toute sa longueur. Comme les barres de préhension latérales 18a ont le plus grand déplacement par rapport à la position neutre pour atteindre le plus petit et le plus grand diamètre de la gamme de conduites à maintenir, la meilleure façon pour atténuer le taux de cisaillement dans la partie latérale du lit de matériau souple est d'aménager un canal C de largeur constante entre la face latérale 22a de la barre de préhension latérale et le bord latéral de la cavité. De préférence, comme représenté sur la FIG. 3 , les deux bords latéraux 14 de la cavité 10 présentent chacun une forme de cylindre partiel qui est concentrique au cylindre de la face latérale tronquée 22a de la partie noyée des barres de préhension latérales. Une telle disposition concentrique entre la face latérale tronquée de la barre latérale, le bord latéral de la cavité et le canal C en matériau souple entre les deux constitue ainsi une conception optimale de la zone latérale du patin de serrage. Selon une disposition avantageuse, les barres de préhension 18 qui sont situées entre les deux barres de préhension latérales 18a présentent au niveau de chacune de leurs deux faces latérales 22 au moins une encoche d’ancrage 24 dans le matériau souple. De façon avantageuse, ces encoches d’ancrage 24 présentent un profil arrondi. Selon une autre disposition avantageuse, les barres de préhension latérales 18a présentent au niveau de leur face latérale 22b opposée à la face latérale tronquée 22a au moins une encoche d’ancrage 26 dans le matériau souple. De façon avantageuse, ces encoches d’ancrage 26 présentent également un profil arrondi. Selon encore une autre disposition avantageuse représentée sur la FIG. 1 , certains au moins des patins de serrage 4 du dispositif de maintien peuvent comprendre en outre un vérin 28 dont la tige 30 est alignée avec une direction radiale Z-Z à la conduite 6a et à l’extrémité de laquelle est montée l’enveloppe 8 du patin de serrage. Patin de serrage (4) pour dispositif de maintien par friction (2a-2c) d’un tube (6a-6c) utilisé dans l’industrie de production d’hydrocarbures sous-marins, comprenant une enveloppe (8) en acier dans laquelle est formée une cavité (10) munie d’un fond (12) et de deux bords latéraux (14) opposés qui sont destinés à s’étendre selon un axe longitudinal (X-X) du tube, la cavité étant remplie d’un matériau souple (16) en polymère dans lequel sont logées une pluralité de barres de préhension (18, 18a) s’étendant selon l’axe longitudinal du tube et réparties entre les deux bords latéraux de la cavité, caractérisé en ce que : les barres de préhension (18, 18a) présentent chacune une partie noyée dans le matériau souple (16), et une partie émergée qui est sensiblement plane pour venir en contact avec une surface extérieure du tube, et en ce que la partie noyée des barres de préhension latérales (18a) qui sont les plus proches des deux bords latéraux de la cavité ont chacune une forme géométrique différente des autres barres de préhension (18) et présentent chacune une face latérale (22a) en regard d’un bord latéral (14) de la cavité qui est tronquée et de forme cylindrique de façon à ménager entre la partie noyée de la barre de préhension latérale et le bord latéral de la cavité un canal ( C ) de matière souple ayant une largeur sensiblement constante. Patin selon la revendication 1, dans lequel la partie noyée des barres de préhension (18, 18a) est arrondie afin d’atténuer le taux de cisaillement du matériau souple. Patin selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel les barres de préhension (18) situées entre les deux barres de préhension latérales (18a) présentent au niveau de chacune de leurs deux faces latérales (22) au moins une encoche d’ancrage (24) dans le matériau souple. Patin selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les barres de préhension latérales (18a) présentent au niveau de leur face latérale (22b) opposée à la face latérale tronquée (22a) au moins une encoche d’ancrage (26) dans le matériau souple. Patin selon l’une des revendications 3 et 4, dans lequel les encoches d’ancrage (24, 26) présentent un profil arrondi. Patin selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les deux bords latéraux (14) de la cavité (10) présentent chacun une forme de cylindre partiel qui est concentrique au cylindre de la face latérale tronquée (22a) de la partie noyée des barres de préhension latérales (18a). Patin selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le matériau souple (16) est collé sur les faces internes de la cavité afin d’assurer un maintien des barres de préhension latérales. Patin selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre un vérin (28) ayant une tige (30) destinée à être disposée selon une direction radiale (Z-Z) au tube et à l’extrémité de laquelle est montée l’enveloppe (8). Dispositif de maintien par friction d’un tube, comprenant deux patins de serrage (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 qui sont disposés en regard l’un de l’autre par rapport à l’axe longitudinal (X-X) du tube. Dispositif de maintien par friction d’un tube, comprenant trois, quatre, six ou huit patins de serrage (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, lesdits patins étant espacés angulairement les uns des autres de manière régulière. Application du dispositif selon l’une des revendications 9 et 10 au maintien dans une tour de pose d’une conduite destiné au transport sous-marin de fluides.