FR2583133A1 - Canalisation utilisable notamment pour le transport de fluides et permettant de limiter la permeabilite aux fluides transportes - Google Patents

Canalisation utilisable notamment pour le transport de fluides et permettant de limiter la permeabilite aux fluides transportes Download PDF

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Abstract

ON DECRIT UNE CANALISATION UTILISABLE NOTAMMENT POUR LE TRANSPORT DE FLUIDES ET PERMETTANT DE LIMITER LA PERMEABILITE AUX FLUIDES TRANSPORTES. SELON L'INVENTION, LA CANALISATION COMPORTE AU MOINS UNE GAINE INTERIEURE 1 SOUPLE EN MATERIAU THERMOPLASTIQUE OU CAOUTCHOUTIQUE ET UNE GAINE EXTERIEURE 10 COMPORTANT UNE COUCHE METALLIQUE 3 ET DISPOSEE AUTOUR DE LADITE GAINE INTERIEURE 1. CETTE COUCHE COMPREND AU MOINS UNE COUCHE DE RUBAN 3 METALLIQUE PLAT ENROULE EN SPIRALE AVEC UN ANGLE D'ENROULEMENT A SUPERIEUR A 50 ET INFERIEUR A 90 PAR RAPPORT A L'AXE DE LA CANALISATION. LES SPIRES PRESENTENT DES ZONES DE SUPERPOSITION DE FACON A ASSURER UN RECOUVREMENT TOTAL DE LADITE GAINE INTERIEURE 1, LES ZONES DE SUPERPOSITION 30 DES SPIRES DU RUBAN D'UNE PART ET LES ZONES COMPRISES ENTRE LESDITES ZONES DE SUPERPOSITION D'AUTRE PART, AYANT CHACUNE UNE LARGEUR AU MOINS EGALE A L'AMPLITUDE DE LA DEFORMATION IMPOSEE A LA GAINE EXTERIEURE PAR LA TRACTION OU FLEXION MAXIMALE DE LA CANALISATION. APPLICATION NOTAMMENT AU TRANSPORT DE FLUIDES CORROSIFS SOUS PRESSION.

Description

La présente invention concerne une canalisation utilisable notamment pour le transport de fluides et permettant de limiter la perméabilité aux fluides transportés, par exemple aux fluides corrosifs.
On considérera plus particuliérement dans ce qui suit l'application de l'invention à la réalisation de canalisations flexibles.
L'invention s'applique -notamment au domaine du transport de fluides liquides ou gazeux, notamment- des hydrocarbures, dans des canalisations flexibles susceptibles d'être utilisées sous forte pression et à des températures élevées pendant de longues périodes de temps.
Une canalisation flexible destinée a fonctionner sous haute pression (ou flexible) se compose, par exemple, des éléments suivants
- un feuillard métallique agrafe, destiné à éviter l'écrasement dû à la différence des pressions régnant à l'intérieur et à l'extérieur de la conduite ;
- une gaine interne souple en matériau plastique ou elastomère, ssurant en grande partie l'étanchéité interne de la conduite
- au moins une couche d'armatures résistant aux efforts de traction.
et/ou de pression interne et,
- une seconde gaine souple en matériau plastique ou élastomère
assurant l'étanchéité externe de la conduite.
Les problèmes inhérents au transport de fluides liquides ou gazeux à
températures et pressions élevées dans ce type de canalisation sont,
d'une part, la perméabilité du matériau constituant la gaine interne
dite d'étanchéité, cette perméabilité augmentant très sensiblement
avec la température et la pression et, d'autre part, l'accumulation de
gaz entre les gaines interne et externe, due au fait que la I perméabilité de la gaine externe peut être largement inférieure à
celle de la gaine interne.
Notamment dans le cas de transport d'hydrocarbures liquides ou gazeux
susceptibles de contenir des agents corrosifs tels que ll2S, C02,...,
cette accumulation peut provoquer une corrosion accélérée des
armatures métalliques.
En outre, la pression régnant entre les deux gaines d'étanchéité peut
devenir supérieure à la pression externe s'appliquant sur le flexible
et provoquer l'éclatement de la gaine externe.
De plus, ces phénomènes de perméabilité se traduisent par une perte
plus ou moins importante de fluide transporte.
Il est connu que l'utilisation dans un flexible d'un ondule métallique
continu à la place de la gaine plastique interne permet d'éviter les
inconvénients inhérents aux gaines plastiques, mais cette solution
présente l'inconvénient d'une grande sensibilité à la corrosion,
l'ondule métallique étant au contact direct du fluide. De plus, la
géométrie de l'ondulé peut perturber l'écoulement des fluides ou le
passage éventuel d'outils spéciaux (par exemple de mesure ou de
nettoyage) dans la canalisation.
La demande de brevet européen 0119169 concerne un tube multicouches étanche aux gaz. Il comprend notamment une enveloppe métallique solidaire du pourtour extérieur d'une gaine plastique ainsi que du pourtour intérieur d'un tube extérieur. L'assemblage solidaire est enroule en spirale bord à bord, soit à chaud de façon à constituer un joint avec la gaine de plastique rendu mou, soit au moyen d'une colle durcissable à froid ou à chaud. Cette technique d'enroulement bord à bord de couches solidaires entre elles ne peut s'appliquer qu'aux tubes rigides et non aux flexibles qui perdraient alors toute leur flexibilité.
Par tubes flexibles, ou flexibles, on entend ici des conduites ayant une flexibilité suffisante pour accepter (sans détérioration) un rayon de courbure R de valeur inférieure ou égale à a X d, d étant le diamètre du tube mesure avec la même unité que R et a un coefficient numérique dont la valeur ne dépasse pas quelques unités, 4 à 5 par exemple.
Appliquée aux tubes flexibles, la présente invention permet de limiter la perméabilité à travers les gaines souples sans modifier la géométrie interne du tube et sans réduire la flexibilité de la canalisation.
Elle concerne une canalisation utilisable notamment pour le transport de fluide éventuellement sous pression et permettant de limiter la perméabilité aux fluides transportés, comprenant une gaine intérieure souple en matériau thermoplastique ou en élastomère, et une gaine extérieure comportant une couche métallique et disposée autour de ladite gaine intérieure, caractérisée en ce que ladite couche métallique comprend au moins une couche de ruban métallique plat enroulé en spirale avec un angle d'enroulement a supérieur à 50 et inférieur à 900 par rapport à l'axe de la canalisation, les spires de ce ruban présentant des zones de superposition de façon à assurer un recouvrement total de ladite gaine intérieure, les zones de superposition des spires du ruban d'une part et les zones comprises entre lesdites zones de superposition d'autre part, ayant chacune une largeur au moins égale à l'amplitude de la déformation imposée à la gaine extérieure par la traction ou flexion maximale de la canalisation.
Un des avantages essentiels du recouvrement ainsi assuré selon l'invention est le contact des couches métalliques sous l'effet de la pression des fluides sur la gaine interne, ce qui renforce l'étanchéité du flexible tout en maintenant intacte sa flexibilité, puisque les spires peuvent jouer les unes sur les autres.
On peut, de manière préférée, utiliser des rubans de métal amorphe ou d'alliages de métaux amorphes, tels que décrits dans les brevets d'invention français 2 368 324 et 2 381 581, en raison de leurs propriétés mécaniques supérieures à celles des métaux ou alliages de métaux cristallins correspondants, notamment leurs caractéristiques de résistance et de dureté (jusqutà 370 kg/mm2 et 1100 kg/mm2 respectivement) et leur haute limite d'élasticité. Ces métaux amorphes sont habituellement utilisés pour leurs résistances mécaniques isotropes et d'autres propriétés physiques isotropes telles que l'aptitude à la magnétisation.
La couche métallique peut comporter une couche de ruban métallique collée à ladite gaine intérieure sur une partie de la largeur de cette couche en contact avec ladite gaine intérieure, les spires du ruban métallique pouvant jouer librement les unes sur les autres, ce qui confère une grande liberté de mouvement aux spires lors des épreuves d'enroulement ou de déroulement du flexible.
Il peut être aussi intéressant, selon un autre mode de réalisation, que la couche métallique comporte une couche de ruban métallique collée à une enveloppe externe sur une partie de la largeur de cette couche en contact avec ladite enveloppe externe, les spires du ruban métallique pouvant jouer librement les unes sur les autres.
Le collage tel que décrit peut permettre d'éviter les modifications de pas d'enroulement pouvant résulter des déformations de la canalisation lors de sa manutention pour le stockage ou/et en service
Le collage peut, par ailleurs, être réalisé de façon continue ou discontinue, mais on a obtenu préférentiellement de meilleurs résultats lorsque le collage était continu sur une partie du ruban en contact avec l'une ou l'autre des gaines souples.
De manière avantageuse, on peut coller le ruban au niveau du bord en contact avec ladite gaine intérieure ou avec l'enveloppe externe, ce qui peut permettre d'éviter les mouvements relatifs de ce bord en contact avec la gaine ou l'enveloppe et de diminuer les risques d'entaillage de la gaine ou de l'enveloppe par ce bord au contact du fluide intérieur ou extérieur.
Selon un autre mode de réalisation, la canalisation peut comporter au moins deux couches superposées de ruban métallique, la couche de ruban en contact avec la gaine intérieure étant collée à celle-ci sur une partie de la largeur du ruban métallique et la couche en contact avec la gaine extérieure étant collée à celle-ci sur une partie de la largeur du ruban métallique.
Les fluides susceptibles d'être transportés étant corrosifs, on peut utiliser de manière préférée, surtout lorsque les fluides contiennent de l'acide sulfhydrique, des métaux résistant à la corrosion tels que les alliages présentant une composition qui comprend notamment du chrome et/ou du nickel et/ou du cobalt et/ou du molybdène.
Des rubans de métaux amorphes présentant une composition qui comprend notamment du fer, du chrome, du phosphore, du carbone, et eventuellement du nickel, du cobalt ou du molybdène, seuls ou en mélange, avec un pourcentage atomique de métalloîdes (P, C, B, etc...), de préférence au plus égal à 20%, ont donné d'excellents résultats en matière d'étanchéité aux gaz et de résistance à la corrosion. La largeur des rubans sera de préférence au moins égale à lcm et son épaisseur peut varier du l/100mm à quelques diziemes de millimètre et de préférence de 5/100mu à 5/10mm.
La couche métallique selon l'invention peut être collée avec une colle durcissable à froid ou à chaud ou thermofusible suivant les cas ou les types de matériaux. Eventuellement, un primaire d'adhérence peut être déposé sur la gaine et/ou le ruban.
Le matériau thermoplastique ou en élastomère de la gaine intérieure peut être différent de celui de la gaine extérieure. Tous les thermoplastiques ou élastomères pouvant être extrudés sont utilisables avec des épaisseurs de paroi adaptées suivant chaque cas de charge. On peut, par exemple, utiliser en tant que thermoplastique les polyamides, polyoléfines ou polymères fluorés (P.V.D.F.) et des élastomères synthétiques ou naturels.
L'invention sera mieux comprise au vu des figures annexées ci-dessous parmi lesquelles :
- les figures 1, 2 et 3 représentent une canalisation selon
l'invention en coupe longitudinale,
- la figure 4 montre un autre mode de réalisation de l'invention en
coupe longitudinale, et
- la figure 5 illustre un mode préféré de réalisation selon
l'invention dans le cas d'un flexible haute pression (l'épaisseur
des différentes couches n'étant pas représentée à la même
échelle).
Dans les figures 1 à 5, où X-Y représente l'axe longitudinal du flexible 10, un tube ou gaine interne en thermoplastique ou en élastomère 1 a été extrudé et on a enroulé selon l'invention un ruban métallique 3 avec une tension suffisante pour l'appliquer contre la gaine intérieure 1. Le ruban a été enroule en hélice sous un angle a supérieur à 500 et inférieur a 900 par rapport à l'axe de la canalisation, et avec des zones de superposition (30, Fig. 1 ; 15, 16 et 17, Fig. 4) de largeur au moins égale à l'amplitude de la déformation (élongation ou raccourcissement) imposée au stockage et/ou en service à la gaine extérieure 10 qui peut comporter une enveloppe externe 2 et une couche métallique 3.Cette gaine externe 10 a été extrudée au-dessus de la couche métallique selon l'invention et vient s'appliquer sur sa partie externe.
Suivant la figure 2, on peut éventuellement coller ce ruban 3 sur une partie de la largeur qui est en contact 4, voire sur le bord en contact 5 avec ladite gaine intérieure 1.
Suivant la figure 3, le ruban peut être collé sur une partie en contact 6, voire sur le bord en contact 7 avec l'enveloppe extérieure 2.
La figure 4 représente un autre mode de réalisation ou on a enroule sur la gaine intérieure 1 une première couche de ruban 3 dont les spires 11 et 12 ne se recouvrent pas et où la seconde couche 3a avec les spires 13 et 14 recouvrent les précédentes en s'appuyant sur les bords se faisant face 15, 16 et 17 des spires 11 et 12 de la couche 3.
Les spires de la couche 3 sont collées en 5 sur la gaine intérieure 1 et les spires de la couche 3a sont collées en 7 sur l'enveloppe externe 2.
Dans la forme de réalisation préférée montrant un flexible sous pression (fig. 6), on a extrudé une gaine intérieure 1 d'épaisseur 4mm en Rilsan 11 (marque déposée) au-dessus d'un feuillard 21 de diamètre extérieur 100mm en acier inoxydable.
On dépose sur la gaine intérieure un mince film de colle thermofusible compatible avec le Rilsan 11, de largeur 3mm suivant un angle d'enroulement en spirale égal à celui que l'on a adopté pour l'enroulement du ruban soit 840 environ, correspondant à un pas de 24mm.
On enroule en spirale suivant une technique connue le ruban 3 d'alliage de métaux amorphes, préchauffé à une température sensiblement supérieure à la température de ramollissement de la colle, sous une tension d'enroulement de 200 Newton.
La largeur des zones de superposition des spires adjacentes représente 20% environ de la largeur de ces spires, soit 6mm dans l'exemple considéré et le ruban est déposé de telle manière que seul le bord 5 du ruban soit collé sur la gaine intérieure 1.
Le ruban d'alliage de métaux amorphes avait les caractéristiques suivantes, susceptibles notamment d'assurer une bonne résistance à la corrosion
Composition : Fe72 Cr8 P13 C7
Largeur : 3cm
Epaisseur : 20/100 de mm.
On a extrudé ensuite une enveloppe externe souple 2 en polyéthylène moyenne densité de 2mm d'épaisseur selon une technique connue, qui recouvre la couche métallique 3 selon l'invention.
Différentes frettes ont été enroulées au-dessus de l'enveloppe 2
- une frette 22 en forme de S dite "zeta" et une autre frette 23
d'épaisseur 8mm, toutes deux enroulées en hélice sous des angles
environ de 850 et résistant à la pression,
- une nappe d'armatures 24 et uné nappe d'armatures 25 à pas large
et d'épaisseur 3mm, résistant à la traction et enroulées en
hélice, l'une posée à droite, l'autre posée à gauche sous un
angle de 35 avec l'axe du flexible,
- enfin, une dernière gaine externe 26.
On obtient dans ces conditions une canalisation flexible dont la flexibilité reste intacte et pour laquelle la perméabilité, par exemple au méthane, des couches 1, 2, 3 est réduite d'un facteur de l'ordre de 50 à 100 suivant les conditions d'utilisation, par rapport à une seule couche plastique d'étanchéité.
L'invention n'est, bien entendu, pas limitée aux formes de réalisation décrites à titre d'exemples.
On ne sortira pas, par exemple, du cadre de l'invention en interposant une couche de graisse telle qu'une graisse à base de silicones insoluble dans les hydrocarbures et stable à la temperature, entre le ruban métallique 3 et la gaine 1 et/ou l'enveloppe 2, d'une part, et/ou entre les zones de contact ou de superposition 30 (Fig. 1) et 15, 16 et 17 (Fig. 4) d'une spire du ruban avec la suivante, d'autre part.
La canalisation flexible selon l'invention décrite ci-dessus peut servir notamment de moyens de transport de fluides hydrocarbonés corrosifs sous pression et température plus ou moins élevées. Elle peut aussi être utilisée pour des opérations de forage et de production d'hydrocarbures qui nécessitent de fortes contraintes dynamiques, la couche métallique 3 pouvant éventuellement servir à véhiculer des informations électriques du sous-sol à la surface et de la surface au sous-sol.

Claims (13)

REVENDICATIONS
1.- Canalisation utilisable notamment pour le transport de fluides éventuellement sous pression et permettant de limiter la perméabilité aux fluides transportés, comportant une gaine intérieure souple (1) en matériau thermoplastique ou en élastomère, une gaine extérieure (10) comportant une couche métallique (3) et disposée autour de ladite gaine intérieure (1), caractérisée en ce que ladite couche métallique comprend au moins une couche de ruban (3) métallique plat enroulé en spirale avec un angle d'enroulement a supérieur a 500 et inférieur à 900 par rapport à l'axe de la canalisation, les spires de ce ruban présentant des zones de superposition de façon à assurer un recouvrement total de ladite gaine intérieure(1), les zones de superposition (30) des spires du ruban d'une part, et les zones comprises entre lesdites zones de superposition d'autre part, ayant chacune une largeur au moins égale à l'amplitude de la déformation imposée à la gaine extérieure par la traction ou flexion maximales de la canalisation.
2.- Canalisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ruban métallique (3, 3a) est en métal amorphe ou alliages de métaux amorphes.
3.- Canalisation selon la revendication 1 dans laquelle la gaine extérieure est souple, caractérisée en ce que le ruban métallique (3, 3a) est en métal amorphe ou alliages de métaux amorphes.
4.- Canalisation selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisée en ce que ladite couche comporte une couche de ruban métallique (3) collée à ladite gaine intérieure (1), sur une partie de la largeur de cette couche en contact avec ladite gaine intérieure, les spires du ruban métallique pouvant jouer librement les unes sur les autres.
5.- Canalisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite couche comporte une couche de ruban métallique (3) collée à une enveloppe externe (2) sur une partie de la largeur de cette couche en contact (4) avec ladite enveloppe externe (2), les spires du ruban métallique pouvant jouer librement les unes sur les autres.
6.- Canalisation selon la revendication 4, caracterisée en ce que le ruban métallique est collé à ladite gaine intérieure (1) sensiblement au niveau de son bord en contact (5) avec ladite gaine intérieure (1).
7.- Canalisation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le ruban métallique est colle à ladite enveloppe externe (2) sensiblement au niveau de son bord en contact (7) avec ladite enveloppe externe (2).
8.- Canalisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le ruban métallique a une composition comprenant du chrome et au moins un métal du groupe comprenant le cobalt, le nickel et le molybdène.
9.- Canalisation selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que le ruban métallique a une composition comprenant du fer, du chrome, du phosphore, du carbone et éventuellement un métal du groupe comprenant le cobalt, le molybdène et le nickel, avec un pourcentage atomique de métalloïdes au plus égal à 20%.
10.- Canalisation selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'une couche de graisse est interposée entre ladite gaine intérieure (1) et ledit ruban métallique (3).
11.- Canalisation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'une couche de graisse est interposée entre ladite enveloppe externe (2) et ledit ruban métallique (3).
12.- Canalisation selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 10 ou 11, caractérisée en ce qu une couche de graisse est interposée entre les spires de ruban métallique (3) dans leurs zones de superposition (30, 15, 16 et 17).
13.- Canalisation flexible selon la revendication (5), caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux couches superposées de ruban métallique (3, 3a, Fig. 4), la couche (3) en contact avec la gaine intérieure (1) étant collée à celle-ci sur une partie (5) de la largeur du ruban métallique et la couche (3a) en contact avec l'enveloppe externe (2) étant collée à celle-ci sur une partie (7) de la largeur du ruban métallique.
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