FR2911382A1 - Dispositif de realisation ou de restauration du gainage externe isolant thermiquement de conduites, tubes, tuyaux, elements de raccordement et autres elements gaines - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de restauration et d'installation de capacités d'isolation thermique du gainage externe d'éléments gainés tels que conduites tubulaires, éléments de raccordements et autres éléments gainés, positionnés en fonds marins, dispositif composé d'une enveloppe comportant des moyens de fixation et/ou de serrage, apte à être monté sur les dits éléments gainés, qui se caractérise en ce que le dispositif comporte, à l'intérieur de son enveloppe, un composant élastomérique d'isolation thermique de type gel, ayant la forme d'une garniture/matelas pleine ou ajourée, solidarisée à ladite enveloppe et comprimée par serrage sur l'élément gainé lors de son installation.
Description
-1- DISPOSITIF DE RESTAURATION OU D'INSTALLATION DU GAINAGE EXTERNE
ISOLANT THERMIQUEMENT DE CONDUITES, TUBES, TUYAUX, ELEMENTS DE RACCORDEMENT ET AUTRES ELEMENTS GAINES Domaine de l'invention
L'invention concerne un dispositif de réalisation ou de restauration du gainage externe de conduites en vue de leur procurer ou de restaurer une isolation thermique endommagée. Elle concerne, plus particulièrement, les conduites sous-marines installées en mer, seules ou disposés en faisceaux, les raccords, les connexions et autres éléments tels les vannes et tous types d'accessoires et supports liés à ces conduites. Elle concerne, plus particulièrement, les conduites sous-marines, installées à très grande profondeur pour l'exploitation de champs pétroliers en mer. L'invention concerne également l'installation d'isolation thermique à réaliser de manière ponctuelle sur des éléments en particulier de type raccord, connexions insuffisamment ou non isolés thermiquement et manifestant, dès lors, des pertes thermiques inacceptables.
L'invention concerne également un composant élastomérique formant garniture/matelas, plein ou ajouré, d'une enveloppe d'un dispositif de réalisation ou de restauration du gainage externe d'isolation thermique d'éléments, tels que, par exemple, une conduite, qui, présentant une lacune d'isolation thermique, par exemple, une fissuration de l'isolant existant, nécessite d'être restauré dans son isolation thermique pour en éliminer ou tout le moins réduire les ponts thermiques indésirables. -2-L'invention concerne aussi plusieurs procédés de réalisation du composant élastomérique associé à l'enveloppe.
L'invention concerne enfin l'utilisation d'un composant élastomérique à la restauration du gainage externe de conduites, éléments de raccordements et autres éléments gainés, en particulier, positionnés en fonds marins.
Etat de la technique
Dans les systèmes d'exploitation de gisements pétroliers en eau profonde, le pétrole brut est acheminé depuis la tête de production située à la surface du fond de l'océan, vers les navires pétroliers, les barges de stockage ou les plate-formes de stockage et/ou de pompage, au moyen de systèmes complexes de conduites, constitués en général par des tubes métalliques protégés et isolés thermiquement par des complexes isolants à très hautes performances installés à la périphérie externe de ces conduites.
En effet, le pétrole brut sort des têtes de puits à des températures variables de l'ordre de 50 C et jusqu'à 150-160 C dans certains champs particuliers. Or, sur certains champs, le pétrole est paraffinique et présente, en général, des proportions importantes de gaz et d'eau, ce qui a pour effet, au cas où la température descend aux environs de 30-35 C, de créer, d'une part, une précipitation et un figeage des paraffines qui forment alors des rétrécissements, voire des bouchons. En général, ces rétrécissements sont localisés au niveau de points -3- froids. A ces mêmes niveaux de température (30-35 C), il y a formation d'hydrates de carbone par réaction physico-chimique entre le gaz comprimé et l'eau, ces derniers ont la consistance de sorbets et ont tendance à créer des bouchons qui bloquent alors complètement le flux de pétrole. La conduite n'étant plus en production, elle se refroidit rapidement en quelques heures, voire quelques jours et l'intégralité de la conduite se trouve alors bloquée par la paraffine figée et l'hydrate de carbone ainsi créé. Ces incidents sont catastrophiques et dans le cas d'apparition de bouchons, même partiels, ils sont très délicats à résorber et ce, d'autant plus que les conduites sont installées à très grande profondeur et cheminent sur le fond de la mer sur plusieurs kilomètres, dans une eau dont la température à grande profondeur est de l'ordre de 3-5 C. Ainsi, on recherche un niveau d'isolation extrême, pour que la perte de température le long de la ligne soit extrêmement faible et que le pétrole brut arrive en surface à une température de l'ordre de 35-40 C, alors que sa température en sortie de puits est de l'ordre de 50-60 C. Pour ce faire, on utilise pour les portions courantes de conduites sous-marines, des systèmes d'isolation à très hautes performances constitués de préférence de deux conduites coaxiales préfabriquées en général en rames de 25-50m de longueur. Les extrémités des dites conduites coaxiales sont rendues étanches, en général, par des pièces forgées ce qui permet de maintenir un vide poussé entre lesdites conduites. Le niveau d'isolation peut être encore amélioré en remplissant ledit espace entre lesdits conduites d'un matériau micro-poreux, ou nano-poreux. Les rames sont ensuite assemblées les unes aux autres par soudage pour former la conduite sous-marine -4- installée au fond de la mer. Ces liaisons présentent en dehors des parties courantes des points singuliers, tels des coudes, des tés, des connecteurs automatiques, des vannes et des manchettes de jonction avec les têtes de puits ou les tours de liaison fond-surface, qu'il convient d'isoler de manière extrême, pour éviter la création localement de points froids ce qui aurait pour effet de créer rapidement des bouchons localisés qui risqueraient de bloquer le flux de pétrole brut comme expliqué précédemment. Ces points singuliers sont, en général, isolés avec des coquilles de mousse syntactiques de forte épaisseur, assemblées autour des éléments de conduites et solidarisées entre elles par collage ou par l'adjonction de gaines thermoplastiques d'épaisseur variable les recouvrant partiellement ou complètement, la préparation desdits éléments étant réalisée, en général, en atelier.
La mousse syntactique est constituée de microsphères de verre creuses enrobées en général dans un liant de type époxy ou polyuréthanne et capables de résister à l'implosion sous des pressions considérables.
La mousse syntactique présente alors une grande rigidité ainsi qu'une bonne tenue à la pression du fond de la mer, qui est sensiblement de 100 bars, soit environ lOMpa, pour 1000m de profondeur d'eau. Cependant, la combinaison de la pression du fond de la mer, associée à la température du pétrole brut qui peut atteindre 80 à 100 C, voire plus, au niveau de la paroi externe de ladite conduite, donc au niveau de la paroi interne du système d'isolation, associée enfin à la température du fond de la mer donc une température de 3-5 C, qui s'applique sur la paroi externe dudit système d'isolation, crée des -5- contraintes différentielles considérables qui ont tendance à faire imploser une quantité très variable de micro-sphères, qui peut dans certains cas se propager de proche en proche. Il en résulte alors soit un effondrement localisé du système d'isolation, soit un raccourcissement du système d'isolation dans le sens axial de ladite conduite, induisant ainsi des fissurations importantes pouvant atteindre plusieurs centimètres, voire plusieurs dizaines de centimètres. Ces fissures ou effondrements localisés créent alors des zones à isolation réduite ou quasiment inexistante donc des ponts thermiques et des points froids particulièrement dangereux en ce qui concerne le figeage des paraffines ou la formation des hydrates comme il a été expliqué précédemment.
De multiples procédés de réparation de conduites ont été développés. Dans la plupart des cas, il s'agit d'installer un collier pour réparer une fuite du fluide véhiculé sous pression dans la conduite, constitué par au moins deux demi-coques venant entourer une fuite de ladite conduite, de créer autour de ladite conduite, dans la zone de ladite fuite, une cavité étanche et d'y injecter un composé polymérisable, en général un coulis de ciment, avantageusement en combinaison avec des résines époxy et des renforts fibreux ou métalliques tels des aiguilles. Ainsi, ledit composé injecté entre la surface externe de la conduite et la surface interne des deux demi-coques jouant le rôle de moule en forme de manchon, en réticulant, redonnera à ladite conduite son intégrité en termes d'étanchéité et de tenue à la pression. De plus, ces mêmes technologies sont proposées pour effectuer le raccordement entre elles de deux conduites adjacentes, ou encore la réalisation de piquages. -6- On connaît le brevet EP0779465 qui décrit un tel collier pour la réparation de conduites sous-marines par formation d'un intervalle étanche entre le collier et la conduite ainsi qu'un système semi-automatisé de manipulation pour installer le dit collier autour de ladite conduite. Le collier comprend deux demi-coquilles maintenues autour de la conduite lors de sa réparation, à l'aide de moyens de blocage. Les deux demi-coquilles sont séparées par un intervalle fermé par deux joints d'étanchéité longitudinaux positionnés entre les demi-coquilles et par deux joints d'étanchéité à chaque extrémité. Des moyens de blocage sont également prévus. L'intervalle entre les demi-coquilles et la surface externe de la conduite est rempli avec un ciment, par exemple, constitué par un mélange de sable et de résine époxy, puis, une fois le durcissement: atteint, l'outil est récupéré et le coulis durci est alors en contact direct avec l'eau de mer.
On connaît WO03069212 qui décrit un ensemble de coques pour encercler un élément tubulaire. L'ensemble comporte trois parties reliées entre elles par deux charnières situées à chacune de leurs extrémités, les parties mobiles étant fixées l'une à l'autre à l'aide de moyens de fixation. Ce document décrit lui aussi l'utilisation de ciment pour le scellement de l'espace annulaire existant entre l'élément tubulaire et la surface interne des coques assemblées. Le mortier ou coulis introduit dans l'espace annulaire après montage, réticule, durcit et assure l'étanchéité et la consolidation mécanique de l'ensemble ainsi constitué par liaison collage. -7- Enfin le document FR1477201 décrit des manchons utilisables pour le raccordement de tuyaux ou pour la réparation de fuites sur des tuyaux. Ledit manchon, constitué de deux demi-cylindres est fixé autour du tuyau à réparer, puis l'espace entre le manchon et le tuyau est rempli de ciment d'obturation.
De tels systèmes de réparation associant dispositif mécanique et mortiers réalisés à partir de coulis de ciment ou de résines thermodurcissables sont difficiles à contrôler lors de leur déploiement sur site, surtout quand il s'agit d'interventions à très grande profondeur, c'est-à-dire à 1500 ou 2000m de profondeur, voire au delà. En effet, à ces profondeurs l'intégralité du processus doit être réalisé sur place et contrôlé depuis la surface. De plus, il règne à ces profondeurs des pressions considérables (100 bars par tranche 1000m) et des températures très basses de l'ordre de 3-5 C, qui perturbent, voire empêchent les processus classiques de polymérisation des résines ou de prise des coulis de ciment. Et de plus, à de telles conditions de température et de pression, la viscosité des divers composants s'en trouve radicalement modifiée, ce qui complique considérablement la préparation, la mise en oeuvre et l'injection de tels produits.
Enfin, tous ces produits injectés ont pour but de réparer des fuites dans des conduites ou de créer des liaisons entre conduites, lesdites liaisons devant être exemptes de fuites et devant résister mécaniquement aux effets de la pression interne à la conduite, et les coulis utilisés, seuls ou en combinaison avec des résines réticulables, présentent avant tout une résistance -8- mécanique et s'avèrent être de très piètres isolants thermiques.
Pour réparer des défauts existant dans des systèmes d'isolation de conduites sous-marines, on pourrait envisager d'injecter en lieu et place des coulis, un composé qui présente de bonnes qualités d'isolation, tel qu'un composé à base de microsphères au sein d'un liant de type époxy ou polyuréthanne. Mais, le mélangeage et la réticulation sous forte pression et à très basse température serait très difficile à obtenir, voire quasiment impossible, car ces processus sont déjà extrêmement délicats à maîtriser en atelier dans des conditions normales de température et de pression.
Sommaire de l'invention Ainsi le problème technique à résoudre est la réparation d'endommagements de systèmes d'isolation de conduites et éléments tubulaires de raccordement de conduites et plus particulièrement, de conduites sous-marines, lesdits endommagements se manifestant, en général, par des fissurations circulaires ou axiales dans l'épaisseur dudit système d'isolation ou encore des effondrements localisés, c'est-à-dire des réductions localisées de l'épaisseur dudit système d'isolation.
Dès lors, l'invention concerne un dispositif de restauration et d'installation de capacités d'isolation thermique du gainage externe d'éléments gainés tels que conduites tubulaires, éléments de raccordements et autres éléments gainés, positionnés en fonds marins, dispositif composé d'une enveloppe comportant des moyens de fixation et/ou de serrage, apte à être monté sur les dits éléments -9- gainés, caractérisé en ce que le dispositif comporte à l'intérieur de son enveloppe, un composant élastomérique d'isolation thermique de type gel, ayant la forme d'une garniture/matelas pleine ou ajourée, solidarisée à ladite enveloppe et comprimée par serrage sur l'élément gainé lors de son installation.
L'invention concerne également des procédés de réalisation du composant élastomérique de type gel. 10 L'invention concerne enfin l'utilisation du dispositif pour la restauration et l'installation des capacités isolantes du gainage externe isolant d'éléments gainés, tels que conduites tubulaires, éléments de raccordements 15 et autres éléments gainés, positionnés sur :Le fond marin en très grande profondeur.
Description détaillée de l'invention
20 Ainsi, selon l'invention, le dispositif de restauration et d'installation des capacités isolantes du gainage externe isolant d'éléments gainés immergés en grande profondeur, permet de réduire, voire de supprimer des ponts thermiques qui sont la conséquence de détériorations in-situ dans les 25 conditions d'exploitation d'une installation et/ou de conception de cette installation.
Selon l'invention, la suppression du pont thermique s'opère par comblement, partiel ou total, des fissures ou 30 dégradations apparues dans le matériau isolant, au moyen du composant élastomérique de type gel ou/et par création d'un espace clos délimité par le composant élastomérique de type gel ayant emprisonné lors de l'installation du -10-dispositif, une faible quantité d'eau marine, cette faible quantité d'eau s'équilibrant thermiquement avec la température de la canalisation dans laquelle circule le pétrole et ledit composant élastomérique agissant comme un moyen d'isolation venant sensiblement rétablir la continuité de l'isolation de la conduite.
Dans une version préférée de l'invention, lors de la mise en place du dispositif, le composant élastomérique de type gel ayant la forme d'un matelas plein est fortement comprimé et déformé par le serrage circulaire exercé par l'enveloppe, jusqu'à occulter complètement ou partiellement les fissures d'un gainage à restaurer. Lorsque le composant élastomérique de type gel a la forme d'un matelas ajouré, évidé, il peut se présenter sous la forme d'un cadre, l'isolation thermique étant obtenue par la compression du composant élastomérique en forme de cadre qui emprisonne une faible quantité d'eau de mer, cette eau de mer apportant une contribution à l'isolation thermique de la conduite restaurée.
Le composant élastomérique de type gel est un matériau isolant thermiquement avec des propriétés élastomériques prononcées et dès lors, une malléabilité importante. Il est quasi-incompressible et résiste parfaitement, sans perdre ses qualités mécaniques, ni son excellente tenue au fluage dans le temps, ni ses performances d'isolation, aux pressions considérables régnant en mer profonde, c'est-à-dire sensiblement 250 bars pour une profondeur d'eau de 2500 mètres.
Plus précisément, le composant élastomérique de type gel, grâce à ses propriétés élastomériques et à son application -11- par compression, se présentant sous la forme d'une garniture/matelas pleine ou ajourée s'adapte in-situ à la géométrie du défaut à restaurer et/ou à recouvrir de manière étanche, géométrie qui ne peut être connue d'avance avec précision. Cette géométrie du défaut du gainage, peut être de type tel que fissure, retrait, crique, espace, vide. Le composant élastomérique de type gel se présentant sous forme de garniture/matelas va, par compression, se déformer et occulter partiellement ou complètement, par pénétration du composant élastomérique dans les vides des défauts géométriques du gainage détérioré, de par ses propriétés élastomériques.
Le composant élastomérique de type gel est ainsi assimilable à une compresse épaisse venant par exemple entourer complètement ou isoler localement la partie défectueuse d'une conduite vis-à-vis du milieu ambiant.
Dans le cas, par exemple, de fissures trop importantes, le composant élastomérique de type gel se présentant sous la forme d'une garniture/matelas ajourée ou évidée formant un cadre, avec ou sans fond, ledit fond étant de préférence formé du même matériau que le cadre, est disposé en pourtour de la fissure, l'enveloppe fermant l'espace ainsi créé de manière étanche.
Ledit composant élastomérique de type gel du dispositif, selon l'invention, est avantageusement associé à un substrat allant du rigide au souple pour faciliter sa manutention, sa mise en oeuvre et sa fixation à l'enveloppe, cette fixation à l'enveloppe pouvant s'effectuer par des moyens mécaniques tels que rivetage, -12- vissage, soudage et autres moyens mécaniques ou par des moyens chimiques tels que collage.
Selon l'invention, le composant élastomérique de type gel est constitué d'au moins un polymère élastomérique qui peut être de type thermoplastique ou polysiloxane ou polyuréthane ou autre élastomère de synthèse ou naturel.
Selon un premier type d'élastomère, le composant élastomérique est constitué d'au moins un polymère élastomérique thermoplastique et d'au moins une base hydrocarbonée et éventuellement d'additifs tels qu'agents biocides et agents antioxydants, l'ensemble formant un gel une fois mis en oeuvre.
Dès lors, le polymère élastomérique thermoplastique, selon l'invention est choisi dans le groupe constitué par les copolymères séquencés de type di ou tri-blocs qui peuvent être linéaires, branchés, multi-branchés ou à branchements en étoile.
Le terme multi-branché implique la présence de plusieurs branches dans la morphologie du dit copolymère.
Le copolymère di ou tri-bloc utilisé dans la composition est choisi parmi les poly(styrène-éthylène-butylènestyrène), les poly(styrène-éthylène-propylène-styrène), les poly(styrène-éthylène-propylène), les poly(styrèneéthylène-butylène), les poly(styrène-éthylène-éthylène- propylène-styrène) pris seuls ou en mélange.
Ces copolymères di ou tri-bloc utilisés dans le composant élastomérique de type gel sont avantageusement combinés 2911382 -13- avec au moins un polymère ou copolymère choisi dans le groupe des poly(styrène-butadiène-styrène) (SBS), poly(styrène-butadiène) (SB), poly(styrène-isoprène- styrène) (SIS), poly(styrène-isoprène) (SI), poly(styrène- 5 éthylène-propylène) (SEP), poly(styrène-éthylène-propylène-styrène) de basse viscosité (SEPS), poly(styrène-éthylène-butylène-styrène) de basse viscosité (SEBS), poly(st.yrène-éthylène-butylène) (SEB), polybutylène, poly(ethylène-propylène) (PE), 10 poly(ethylène-butylène) (EB), polypropylène, ou polyéthylène.
Préférentiellement les polymères choisis élastomériques thermoplastiques entrant dans la composition du composé 15 élastomérique de type gel, selon l'invention, sont choisis parmi les copolymères de type di ou tri-bloc de haute viscosité dont les morphologies sont, d'une manière générale, séquencées selon un structure A-B-A, où chaque élément A est un segment vitreux de type polymère de 20 polystyrène et où chaque élément B est un segment élastomérique formant un bloc à partir d'un polymère de poly(ethylène-butylène), de poly(ethylène-propylène), ou de poly(ethylène-éthylène-propylène).
25 La description de ces morphologies est bien connue et se trouve, en particulier, dans la littérature concernant les polymères dénommés Kraton ainsi que leurs dérivés.
Les parties de poly(éthylène-butylène) ou de 30 poly(éthylène-propylène) et de polystyrène sont incompatibles et forment un système biphasé se composant de domaines submicroniques de bloc A vitreux reliés ensemble par les chaînes flexibles de bloc B. Ces domaines -14- constituent des noeuds de réticulation et permettent de renforcer une structure tridimensionnelle. Cette structure en réseau de comportement physique élastomérique est réversible avec la température. En chauffant le gel élastomérique au-dessus du point de fusion de ces noeuds de réticulation, la structure est temporairement détruite et se comporte comme un liquide, et peut être reconstituée en abaissant à nouveau la température.
C'est en quelque sorte une réticulation physique réversible à la température de fusion des domaines vitreux, à contrario d'une réticulation chimique, par agent de réticulation, qui est irréversible et conduit à des matériaux non fusibles.
Selon l'invention la au moins une base hydrocarbonée intervenant dans le composant élastomérique de type gel formant garniture/matelas, peut être choisie dans le groupe constitué par les hydrocarbures légers tels que kérosène, gazole, white-spirit, les paraffines linéaires ou non, de poids moléculaire varié, les huiles minérales résultant de la pétrochimie et du raffinage du pétrole telles les bases paraffiniques, naphténiques, les bases hydro-raffinées, hydro-crackées ou hydro-isomérisées, les solvants désaromatisés ou non, les huiles végétales du type huile de colza, de tournesol, de soja, de palme, ou animales de type suif, saindoux et autres, les polyalphaoléfines (PAO) ou isopolyalphaoléfines, les polyisobutylènes (PIB) ou polybutènes de masses moléculaires variées, les polyalkylèneglycols (PAG), les esters gras, les alcools gras, les éthers gras. -15- Préférentiellement, les bases hydrocarbonées entrant dans la composition du composant élastomérique de type gel, selon l'invention, sont choisies dans le groupe des solvants paraffiniques, des huiles minérales paraffiniques ou les paraffines linéaires ou non.
Selon un premier mode quand le polymère élastomérique est thermoplastique, la composition comporte : a) de 1 % à 30 % en poids et préférentiellement de 2 % à 20 % en poids d'au moins un polymère ou copolymère élastomérique, préférentiellement de type di ou tri-blocs séquencé; b) d'environ 99 % à environ 58 % en poids d'au moins une base hydrocarbonée; c) éventuellement entre 0,1 % à 6 % d'un agent biocide et entre 0,1 % et 6 % d'un agent antioxydant.
Un tel matériau est versatile en termes de propriétés physiques de par le fait que les réticulations s'effectuant entre chaînes polymères, sont de nature physique et sont, dès lors, complètement réversibles avec la température. Il est ainsi possible d'avoir une transition d'un état solide, de nature élastomérique, à un état liquide, et ce, en chauffant le matériau et vice-versa.
Selon un second type d'élastomère, le composant 30 élastomérique de type gel est constitué d'au moins un polymère élastomérique de type polysiloxane. -16- D'une manière plus générale d'autres types d'élastomères d'origine naturelle ou synthétique tels que les élastomères de polyuréthane éther ou ester, les polyisoprènes, les copolymères de butadiène styrène, les polybutadiènes, les nitriles, les butyles, les polychloroprènes, les butadiènes acryloriitriles les caoutchoucs naturels et autres peuvent être élaborés sous forme de gel et dès lors sont susceptibles d'entrer dans la composition du composant élastomérique.
Le composant élastomérique de type gel, selon l'invention, peut comporter avantageusement dans sa composition un agent biocide, agissant en même temps comme bactéricide et fongicide et dont le but est d'empêcher tout risque de dégradation biologique du composant élastomérique dans le milieu marin considéré.
Tout agent biocide à large bande agissant comme bactéricide et fongicide bien connu de l'état de la technique peut être utilisé dans la composition. De plus, le composant élastomérique de type gel, selon l'invention, peut aussi comporter avantageusement des agents antioxydants par exemple de la famille des amines ou des phénols, ou l'association adéquate des deux pour protéger dans certains cas de formulations ou d'applications la stabilité thermique et anti-oxydante de la composition.
Le composant élastomérique, se présentant sous la forme d'un gel, a l'apparence physique d'un élastomère très souple. Un tel matériau est particulièrement versatile dans les applications qu'il permet. En effet, il est possible de modifier les caractéristiques mécaniques de -17-l'élastomère se présentant sous la forme d'un gel en modifiant la composition du dit composant.
Le composant élastomérique de type gel est un matériau transparent, se présentant physiquement sous l'aspect d'un volume de formes diverses et variées agissant en contribution avec son enveloppe. Comme précédemment évoqué, la forme la plus courante est un épais matelas parallélépipédique qui va être appliqué sur le défaut à éliminer tel qu'une fissure et venir, par compression, la remplir et l'isoler thermiquement.
Mais le composant élastomérique de type gel peut également se présenter sous la forme physique de joints, par exemple de joints de section rectangulaire, ayant en quelque sorte l'aspect d'un cadre qui est appliqué autour du défaut à corriger, tel qu'une fissure, un point froid, ou une zone à isoler du milieu marin ambiant et ce, avec la contribution de l'enveloppe, dans Le but de créer une barrière isolante thermiquement entre l'eau de mer à 3-5 C et la conduite immergée sensiblement. à la température du fluide y circulant.
Lorsque le composant élastomérique de type gel se présente sous la forme d'un cadre, il peut comporter un fond et ce fond pourra être avantageusement réalisé dans le même matériau que ledit cadre.
Le composant élastomériquje peut être composé d'un seul matériau et dans ce cas apparaît comme monocouche ou être réalisé à partir de plusieurs matériaux différents, par couches successives, constituant un multicouche, permettant, par exemple, d'avoir une couche de contact -18- avec le gainage de l'élément gainé, présentant des propriétés spécifiques distinct de la couche au contact avec le substrat ou une couche de coeur.
Selon l'invention, la fabrication du composant élastomérique de type gel, lorsque celui-ci est réalisé à partir de polymères thermoplastiques, procède de la manière suivante : Selon une première méthode, le procédé consiste à introduire tous les composants, que sont :Le copolymère élastomérique et la base hydrocarbonée, ainsi que les additifs entrant dans la composition, et à les mélanger à température ambiante dans un réacteur, puis à chauffer rapidement le mélange jusqu'à la température de fusion du gel élastomérique final, sensiblement proche de la température de fusion du copolymère élastomérique mis en oeuvre. À cette température,la pratique d'un léger vide permet l'élimination des éventuelles bulles d'air présentes dans le liquide visqueux. Le gel formé, à l'état liquide à cette température, est versé rapidement dans un moule de forme adaptée pour l'application considérée, puis refroidi jusqu'à la température ambiante, formant ainsi un solide élastomérique plein ou ajouré, dont :La forme peut être, par exemple, un parallélépipède ou un cadre parallélépipédique muni ou non d'un fond. Le composant élastomérique de type gel formant garniture/matelas, pleine ou ajourée est ensuite démoulé.
Ainsi selon le procédé, le composant élastomérique est réalisé sous a) agitation par mé:Langeage du polymère élastomérique, de la base hydrocarbonée et des éventuels additifs, b) suivi d'un chauffage à la température de -19- fusion du composant élastomérique de type gel, associé à une désaération, c) puis d'un coulage à chaud à cette même température dans un moule et d) d'un refroidissement du dit composant, en moule, puis e) démoulage à température ambiante du dit composant réalisé.
Selon une autre méthode de fabrication du composant élastomérique de type gel, dite avec phase de pré-gélification, une faible proportion du copolymère thermoplastique séquencé est introduite lors d'une première étape (i) dans la base hydrocarbonée, de l'ordre de 0,5 % à 10 % en poids par rapport au mélange, ainsi que les éventuels autres additifs. Ce pré-mélange est ensuite porté à la température de fusion du copolymère thermoplastique séquencé.
Le milieu ainsi constitué est ensuite refroidi, à la température ambiante, dans une seconde étape (ii).
Le complément du copolymère thermoplastique séquencé est ajouté au pré-mélange dans une troisième étape (iii), afin d'obtenir les pourcentages finaux de copolymère thermoplastique séquencé. Le mélange ainsi obtenu est ensuite fortement agité tout en étant maintenu à une basse température, cette basse température permettant d'éviter toute gélification prématurée du mélange ainsi formé. Le pré gel étant fortement aéré, il subit une phase de mise sous vide jusqu'à l'obtention d'un mélange sans bulle.
Dans une quatrième étape (iv), le remplissage du moule, en vue d'obtenir le composant élastomérique, s'effectue à l'aide d'une pompe avec faible débit d'air, en prenant soin d'incliner le moule et d'éviter toute formation de -20- bulle d'air durant ce remplissage. Une mise en surpression de la membrane recouvrant le moule est possible. Le moule est ensuite mis dans une étuve à une température au plus égale à celle de fusion du gel pendant une période de temps nécessaire à :La gélification définitive. Dans une cinquième étape (v) le composant élastomérique de type gel est refroidi à température ambiante puis démoulé sous la forme d'une garniture/ matelas.
Selon des conditions préférentielles de réalisation, le mélange formé du pré-mélange et du complément du copolymère thermoplastique séquencé est soumis à une forte agitation tout en étant maintenu à une température au plus égale à 35 C.
Par la suite le mélangé coulé dans le moule rempli est porté à une température de l'ordre de 90 "C pendant un temps compris entre 1.0 et 12 heures.
L'objet de cette première étape (i) est d'épaissir la base hydrocarbonée afin d'éviter le risque de sédimentation des grains de copolymère lors de l'adjonction des 99,5% à 90% du copolymère restant.
D'autres procédés de fabrication du composant élastomérique de type gel sont envisageables, dans la mesure où le gel se comporte comme un matériau thermoplastique, c'est-à-dire lorsque le polymère élastomérique de la composition est thermoplastique, et que dès lors, il peut être formé par toutes les techniques de mise en oeuvre de la plasturgie telles que l'extrusion, l'injection moulage, le calandrage, une fois le mélangeage réalisé des composants que sont le copolymère et la base 2911382 -21-hydrocarbonée et les éventuels additifs et ce, selon les formes physiques souhaitées.
Les caractéristiques physiques du composant élastomérique 5 de type gel, sont directement dépendantes de sa composition et du procédé de fabrication. Certaines de ces caractéristiques sont préférentiellement choisies par rapport aux contraintes d'utilisation et sont plus spécifiquement : 10 une force de résistance maximale à la pénétration décrivant la fermeté du gel, qui doit être d'au moins 14 Newton lorsque mesuré avec un texturomètre équipé avec une sonde hémisphérique 15 de 40 mm opérant à une vitesse de 1 mm/sec, et opérant par cycle de compression décompression. un point de goutte de au moins 100 C lorsque mesuré selon la norme ASTM D566, lorsque le polymère élastomérique est thermoplastique. un allongement à la rupture d'au moins 100 une charge à la rupture d'au moins 0,5 MPa.
L'utilisation du composant élastomérique de type gel dans le dispositif procède de la manière suivante :
Le composant élastomérique de type gel est avantageusement associé à un substrat formant ainsi un composite multicouche.
30 En effet, de par la grande souplesse omnidirectionnelle du composant élastomérique de type gel, il est avantageusement associé à un substrat permettant de lui conférer des propriétés de tenue mécanique en vue de son 20 25 -22- utilisation comme garniture/matelas, pleine ou ajourée, dans le dispositif de restauration du gainage externe isolant d'éléments gainés,, par exemple de conduites. Ce substrat solide permet également de fixer le composant élastomérique de type gel sur l'enveloppe, au moyen de fixations mécaniques, telles que, par exemple, un rivetage, un vissage, ou par autre moyen d'assemblage mécanique, ou au moyen de fixations chimiques, telles que, par exemple, un collage, un adhésivage, un soudage thermique ou autre, suivant en particulier la nature de l'enveloppe.
Ce substrat est avantageusement d'une surface développable, telle une feuille plane rectangulaire de matériau thermoplastique, tel que le polyéthylène ou le polypropylène ou de tout autre matériau se présentant sous une forme physique similaire permettant de par sa souplesse, lorsqu'elle est associée au matelas de composant élastomérique, d'être cintrée sur elle-même pour venir entourer, par exemple, la zone du gainage externe isolant endommagée d'une conduite à réparer.
Dans une version pré:Eérée de l'invention, le dit substrat sera avantageusement constitué d'une feuille métallique mince, par exemple un acier inox, collaborant de préférence avec un grillage solidaire de ladite feuille, ledit grillage jouant le rôle d'ancrage du composant élastomérique de type gel, lors du moulage de ce dit composant.
Dans le cas d'une soudure thermique directe ou d'un adhésivage thermique direct, le composite final constitue un multicouche avec liaison intime entre le composant -23- élastomérique se présentant sous la forme de gel et le substrat flexible ou semi-rigide qui est alors préférentiellement un matériau thermoplastique.
Dans une telle configuration, le composite multicouche est fabriqué de la manière suivante le procédé décrit précédemment pour la réalisation du composant élastomérique sous la forme de gel est appliqué. Après dégazage sous vide et avant coulée, le moule est préchauffé à une température proche du point de ramollissement du matériau thermoplastique constituant le substrat. Ledit substrat, par exemple une feuille de polyéthylène, est positionné en fond de moule et se ramollit en raison de la température dudit moule. Puis le composant élastomérique, dégazé et à l'état liquide, est alors versé directement sur ledit substrat ramolli. L'ensemble est maintenu à cette température pendant une durée de 15 à 30 minutes afin d'assurer une adhérence optimale du gel sur le substrat thermoplastique.
La température est toutefois maintenue à un niveau tel qu'il n'y a pas de risque de dégradation ou de retrait du substrat thermoplastique qui pourrait être dû à une éventuelle surchauffe. Une bonne adhérence entre les deux matériaux, substrat et gel, se constate, de par l'homogénéité de couleur de l'interface, mais également lors de la mesure des forces de délamination.
Dans le cas d'un collage ou d'un adhésivage spécifique, la liaison entre le composant élastomérique de type gel et le substrat peut également s'effectuer par assemblage mettant alors en oeuvre un adhésif spécifique. Le composant élastomérique de type gel est alors assemblé sur le substrat au moyen d'adhésifs bien connus de l'état de -24- l'art, capables de garder leur flexibilité afin de permettre, par exemple, de cintrer le dispositif autour d'un tube gainé à restaurer.
Ainsi, le substrat se présente sous la forme d'une feuille ou plaque semi-rigide ou souple apte à être courbée pour épouser la surface de conduite à restaurer en adoptant une forme tubulaire.
Le composite multicouche ainsi constitué, c'est-à-dire formé du composant élastomérique de type gel et du substrat intimement lié au dit composant élastomérique, est ensuite assemblé, par l'intermédiaire du substrat, à la surface interne de l'enveloppe du dispositif.
Le composant élastomérique se présentant sous la forme de gel associé à un substrat formant ainsi un composite multicouche est assemblé à l'enveloppe pour constituer le dispositif, formant, par exemple, collier une fois mis en place, épousant la forme cylindrique de la conduite. Les moyens de fixation et/ou de serrage à chacune de ses extrémités de l'enveloppe permettent ainsi la fixation et la mise sous tension de l'enveloppe et la compression du composant élastomérique sur le gainage à restaurer.
L'enveloppe peut être une feuille flexible ou semiflexible, ayant capacité à être cintrée ou à se plier sur elle-même, pour entourer la conduite, et ayant une résistance à la traction suffisante pour enserrer ladite conduite et exercer cette pression.
L'enveloppe du dispositif, selon l'invention, peut être constituée de divers matériaux d'origine métallique tels -25- que, par exemple, aciers inox spéciaux, titane, ou d'origine organique, ou être en matériaux composites, tel que, par exemple, des élastomères thermoplastiques ou un caoutchouc, renforcé par un réseau de fibres synthétiques ou métalliques.
Cette enveloppe se présente sous la forme d'une feuille, rectangulaire de dimension telle qu'elle permette la restauration de l'élément gainé. La longueur de l'enveloppe est, par exemple, telle qu'elle corresponde au périmètre d'un cercle théorique de diamètre égal à la somme du diamètre initial du gainage de la conduite dans une zone saine et de deux fois l'épaisseur du matelas de composant élastomérique, dans le cas d'un composant élastomérique ne pénétrant pas ou peu dans les fissures à restaurer. Dans le cas où le composant élastomérique doit pénétrer dans les fissures ou défauts, ledit diamètre du cercle théorique sera égal à la somme du diamètre initial du gainage de la conduite dans une zone saine et de 1,8 à 1,6 fois l'épaisseur du matelas de composant élastomérique, selon que l'on désire une pénétration à l'intérieur des fissures moyenne ou importante.
Cette enveloppe présente avantageusement posséder sur ses cotés des retours perpendiculaires à ladite enveloppe constituant des protections radiales une fois l'enveloppe installée en collier.
Les deux extrémités du composant élastomérique formant garniture/matelas lorsqu'il s'agit d'un volume plein et non d'un cadre sont alors jointives, une fois l'enveloppe mise en place sur la conduite à restaurer. -26-L'enveloppe est de préférence en une seule pièce recourbée sur elle-même, ses bords se rejoignant pour entourer complètement la circonférence de l'élément gainé à restaurer.
L'enveloppe est constituée de deux parties de type coquille semi-tubulaire chacune munies de moyens de fixation complémentaires de ceux de l'autre demi-coquille qui coopèrent entre eux pour fixer l'une à l'autre les deux coquilles semi-tubulaires de manière à créer une compression du composant élastomérique contre l'élément gainé à restaurer.
Les moyens de fixation et/ou de serrage de l'enveloppe sur l'élément gainé à restaurer sont constitués par tous systèmes mécaniques connus tels que, par exemple, par deux barres métalliques et par une bride, par exemple, de type vis/écrou ou par tout autre système mécanique permettant d'assurer la fixation et le serrage de l'enveloppe autour de la conduite à restaurer ou plus généralement de l'élément gainé à restaurer.
Le moyen de fixation et de serrage de l'enveloppe peut être par exemple une tige fixée sur l'enveloppe par l'intermédiaire du pliage des deux extrémités de l'enveloppe flexible ou semi-rigide autour de la dite tige, et recevant un mécanisme de type vis/écrou, ou encliquetage assurant et la fixation et le serrage de l'enveloppe formant collier autour du composant élastomérique de type gel venant recouvrir le gainage externe de la conduite à restaurer. -27- Les moyens de fixation et/ou de serrage coopèrent avec l'enveloppe de manière à comprimer le composant élastomérique contre la conduite ou l'élément gainé à restaurer.
Les moyens de fixation et/ou de serrage sont solidaires de l'enveloppe et comprennent deux parties complémentaires montées aux deux bords opposés du substrat en feuille ou plaque et coopèrent entre elle pour réaliser la fixation par serrage de l'enveloppe contre la conduite ou l'élément gainé à restaurer.
L'installation du dispositif sur le gainage à restaurer peut s'effectuer selon divers modes : Selon un premier mode d'installation qui opère par remplissage de la fissure :
Le dispositif est installé autour du gainage de la 20 conduite à restaurer, est mis en forme par un outillage approprié, puis il est serré autour du gainage de la conduite pour former un collier. Cette mise en place du dispositif est assurée par un outillage comportant au moins deux demi-mâchoires mobiles et actionnées par 25 exemple par des vérins hydrauliques, ledit outillage est manipulé au fond de la mer par un sous-marin automatique équipé d'un bras manipulateur et de centrales hydrauliques, piloté depuis la surface.
30 Le composant élastomérique de type gel est suffisamment malléable pour que sa déformation soit possible, lorsque soumis, par l'intermédiaire de l'enveloppe, à un serrage radial intense autour du gainage à restaurer, lors du15 -28- mouvement de fermeture des demi-mâchoires mobiles de l'outillage. Le composant élastomérique est ainsi comprimé et pénètre partiellement ou totalement dans les fissures à combler, tout en conservant une surépaisseur dans les zones saines adjacentes.
Selon un second mode d'installation, il y a création d'un espace clos, rempli d'eau de mer, autour de la fissure ou des points froids identifiés réduisant les risques de convection thermique.
Il est ainsi possible, par cette approche, de réduire la quantité de composant élastomérique utilisé en ne plaçant le dit composant de type gel qu'aux interfaces d'étanchéité. Le composant élastomérique de type gel a alors la forme d'un cadre.
De même l'épaisseur de gel peut être augmentée en certains endroits du gainage à restaurer afin d'augmenter 20 localement les propriétés d'isolation.
Ainsi le dispositif a pour applications : - la restauration du gainage externe d'isolation thermique d'éléments gainés en particulier des 25 conduites, seules ou disposées en faisceaux, raccords, connexions, et autres éléments gainés tels que vannes, en particulier positionnés en fonds marins pour l'exploitation pétrolière. - l'installation d'isolation thermique à réaliser 30 de manière ponctuelle sur des éléments en particulier de type raccord, connexions insuffisamment ou non isolés thermiquement et -29- manifestant dès lors des pertes thermiques inacceptables.
FIGURES 5 L'invention sera mieux comprise grâce à la description chiffrée des figures ci-après évoquées, ces figures n'ayant qu'un caractère illustratif non limitatif d'un dispositif de restauration du gainage externe isolant 10 d'éléments gainés, par exemple des conduites sous-marines, selon l'invention.
La figure 1 représente en vue de côté un navire d'intervention situé à la verticale d'une manchette de 15 jonction entre une conduite sous-marine et une tête de puits en vue de réparer des endommagements de son système d'isolation. La figure 2 représente en vue de côté, une portion de la manchette de jonction présentant divers types 20 d'endommagements.
La figure 3A est une coupe en vue de face d'une conduite présentant des endommagements de son système d'isolation, un outil de manutention d'un matelas de 25 composant élastomérique, manipulé par un ROV, sous-marin automatique piloté depuis la surface, en cours de descente pour entourer ladite conduite.
La figure 3B est la vue de côté relative à la figure 30 3A, détaillant la descente de l'outil à cheval sur une série d' endommagements.
La figure 4A représente en coupe en vue de face d'une conduite équipée de son matelas de composant -30- élastomérique, une fois l'assemblage terminé et les verrous de fixation serrés.
La figure 4B est la vue de côté relative à la figure 4A, le matelas n'étant qu'appliqué sur la surface cylindrique du système d'isolation, l'eau restant piégée à l'intérieur.
La figure 4B est la vue de côté relative à la figure 10 4A, le matelas étant appliqué, puis fermement comprimé pour combler partiellement ou totalement les fissures.
La figure 5A représente en vue de dessus un matelas de composant élastomérique, plan rectangulaire. 15 La figure 5b est la vue en coupe relative à la figure 5A détaillant le matelas plan de composant élastomérique, un support constitué d'une feuille en polyéthylène solidaire de ce dernier,, l'ensemble étant représenté 20 respectivement en configuration plane, en quasi-demicercle en vue d'être saisi par l'outil de manutention, et en forme de cercle pour entourer complètement l'isolation de la conduite à restaurer.
25 La figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 5B, et représente une demi-coquille devant être cintrée puis installée dans la mâchoire de droite ou de gauche de l'outil de la figure 3A-3B.
30 Les figures 7A-7B représentent la vue en coupe d'un substrat constitué d'une feuille plane d'ac_er inox, sur laquelle est rajouté un grillage solidaire de cette -31- dernière, respectivement avant et après surmoulage moulage d'un matelas plan de composant élastomérique.
Les figures 8A-8B représentent respectivement en vue de dessus et en coupe selon XX, un matelas de composant élastomérique en forme de cadre sur la partie gauche de la figure et un matelas présentant une surépaisseur localisée destinée à combler un défaut particulier du gainage à restaurer.
Sur la figure 1 on a représenté un navire d'intervention 1 équipé d'un robot sous marin d'intervention (ROV) la situé à proximité d'une tête de puits lb située à 1500m de profondeur, en vue d'intervenir sur le gainage d'isolation 2 d'une manchette de raccordement 3a reliant une conduite sous-marine 3b posée au fond de la mer 4, à ladite tête de puits lb.
Sur la figure 2 on a représenté en vue de côté, une portion de conduite 3 gainée par un complexe isolant 2 présentant des endommagements tels des fissures 4a, des portions arrachées 4b ou des enfoncements localisés 4c, dus, par exemple, à des contraintes différentielles engendrées au sein de l'isolant par les variations de la température entre la paroi de la conduite à haute température et l'eau de mer à 3-5 C, combinée à la pression du fond de la mer ou encore à l'implosion localisée des microsphères composant le complexe isolant.
Sur la figure 3a, on a représenté en coupe en vue de face, une conduite 3 et un système d'isolation présentant des endommagements 4a-4b-4c au dessus de laquelle le bras manipulateur, non représenté, d'un ROV, non représenté, -32- maintient en 7 un outil d'installation 5 constitué de deux mâchoires 5a articulées en 6 et actionnées par des vérins hydrauliques non représentés. L'outil maintient un matelas de composant élastomérique 8 constitué d'une coquille unique de matelas 8. L'outil est descendu sur la conduite puis les deux mâchoires sont refermées et serrées fermement en actionnant les vérins non représentés. Enfin, un verrou, constitué par exemple d'un boulon est serré en 9 pour assurer la fermeture définitive du matelas entouré de son enveloppe 10, comme représenté sur la figure 4a.
La figure 3b est la vue de côté correspondant à la figure 3a détaillant les endommagements 4a-4b-4c du gainage ainsi que les axes d'articulation 6 des mâchoires 5a. Sur la figure 4b, correspondant à la figure 4a, on a représenté en coupe et en vue de côté le matelas de composant élastomérique 8 ainsi que l'enveloppe 10, et en vue de côté le gainage endommagé 2 ainsi que la conduite 3. Dans cette vue, le périmètre de l'enveloppe 10 est ajusté de manière à ce que, une fois serré complètement, ledit matelas soit en contact intime avec la portion de gainage sain, ledit matelas ne pénétrant alors sensiblement pas dans les fissures et divers défauts. Il en résulte des volumes limités 11 constitués d'eau de mer à la température de la conduite, donc du fluide circulant, mais les échanges thermiques avec l'eau de mer à 3-5 C sont radicalement estompés par l'épaisseur dudit matelas en regard desdits volumes d'eau 11.
Sur la figure 4c similaire à la figure 4b, le périmètre de l'enveloppe est réduit, par exemple de 5cm -33- par rapport à celui de la figure 4b, mais l'épaisseur du matelas est conservée, ce qui a pour effet, lors du serrage complet du dispositif, de comprimer davantage ledit matelas, lequel va se déformer de par sa malléabilité et rentrer dans les fissures et les divers défauts pour les résorber soit partiellement, soit complètement. Lorsque les mâchoires 5a de l'outil 5 se referment et que le composant élastomérique commence à rentrer dans les fissures et les endommagements, l'ensemble n'étant pas complètement fermé, l'eau peut s'échapper par la génératrice inférieure, proche des loquets de fermeture. Lorsque les faces opposées 8a des tranches des matelas se touchent et s'écrasent l'une contre l'autre, l'eau résiduelle 11 se trouve alors piégée et ne peut plus sortir.
La figure 5a représente, en vue de dessus un matelas de composant élastomérique à plat 8, de forme parallélépipédique.
La figure 5b est la coupe en vue de côté correspondant à la figure 5a, détaillant le matelas de composant élastomérique 8 de 150mm d'épaisseur, un substrat rigide 12 constitué d'une feuille de polypropylène de 6 mm d'épaisseur, assemblé par fusion audit matelas, ledit substrat étant collé sur une enveloppe 13 constituée d'une tôle d'acier inoxydable de 4mm d'épaisseur. Les demi- loquets 9 sont fixés à chacune des extrémités de l'enveloppe 13. La fabrication et le transport sont réalisés à plat, puis l'ensemble est cintré de manière à obtenir la forme a pour être inséré à l'intérieur des mâchoires 5a de l'outil 5, ledit outil achevant le -34-cintrage de manière à atteindre la forme finale b lors de l'installation autour du gainage endommagé.
Sur la figure 6 on a représenté un matelas de composant élastomérique de longueur moitié, correspondant ainsi à une demi-coquille. La demi-coquille, après cintrage est installée sur chacune des mâchoires 5a de l'outil 5. Sur les figures 7a-7b, on a représenté en coupe et en vue de côté un mode préféré de préfabrication du matelas de composant élastomérique, représenté avant coulée dudit composant (7a) et après coulée (7b). Sur la figure 7a, on a représenté l'enveloppe en acier inoxydable 13 surmontée d'un grillage à mailles serrées 14 maintenu à distance, par exemple 2cm de ladite enveloppe et solidarisée à cette dernière par des supports 14a.
Le composant élastomérique est ensuite coulé en place et le grillage se trouve alors intégré dans :La masse même du matelas, assurant ainsi le lien mécanique qui permet de cintrer et de manipuler l'ensemble pour son intégration dans les mâchoires 5a de l'outil 5, et pour son installation finale sur le gainage à restaurer. Sur les figures 8a-8b, on a représenté respectivement en vue de dessus et en coupe en vue de côté, un matelas 8 solidaire d'un substrat 12, lui même solidaire d'une enveloppe 13 équipée de loquets 9, le matelas présentant, sur la partie gauche de la figure une forme de cadre 15 et sur la partie droite une surépaisseur localisée 16, de matelas de composant élastomérique, destinée à combler un défaut particulier du gainage à restaurer. -35- Ainsi le procédé de restauration de l'isolation d'éléments gainés à restaurer comprend les étapes de mise en place du dispositif autour de l'élément gainer à restaurer, grâce à des moyens technologiques externes appropriés, du serrage du dispositif provoquant la compression du composant élastomérique de type gel, la fixation définitive du dispositif et le retrait des moyens technologiques externes de mise en place.
EXEMPLES DE COMPOSITION DU COMPOSANT ELASTOMERIQUE DE TYPE GEL
Plusieurs composant élastomériques de type gel ont été réalisés avec différents copolymères séquencés et différentes bases hydrocarbonées et différentes proportions de copolymères dans les dites bases hydrocarbonées.
Le composant élastomériques de type gel a été préparé 20 selon la méthode suivante :
Le mélange physique du copolymère séquencé appartenant à la famille des Kraton et de la base hydrocarbonée a été chauffé à 140 C jusqu'à l'obtention d'un milieu liquide 25 homogène selon une montée à la température de 120 C pendant une durée de 8 heures puis porté à la température finale de 140 C pendant deux heures. Ce mélange est ensuite désaéré sous un vide de 1 bar, afin d'obtenir un gel fondu exempt de bulles, cette désaération s'effectuant 30 sur une durée de l'ordre de 2 à 3 heures au moyen d'une pompe à vide. -36- Le remplissage du moule se fait par gravité, le moule étant incliné pour éviter toute formation de bulles d'air lors du remplissage. Le moule est chauffé par une ceinture chauffante, qui permet de le maintenir à la température souhaitée durant la coulée. Le moule rempli est ensuite remis lentement à l'horizontal puis refroidi jusqu'à température ambiante. Cette méthode permet d'assurer un remplissage correct et d'éviter la formation de poches d'air. Le temps de remplissage est de l'ordre de 15 à 30 minutes suivant l'importance du composant élastomérique à réaliser.
Le polymère élastomérique choisi est un copolymère linéaire tri-bloc comportant un segment rigide de type styrène, un segment flexible de type éthylène/butylène, (S-E/B-S), avec pour quantité de styrène 33 en masse, de référence commerciale Kraton G-1651 E, commercialisé par la société KRATON POLYMERS.
Par ailleurs, un autre copolymère linéaire tri-bloc dénommé Kraton prototype expérimental a également été testé. Il s'agit du Kraton MD6933 de même composition que le Kraton G-1651 E, avec un bloc éthylène :butylène (EB) plus important, c'est à dire de masse moléculaire plus élevée, permettant ainsi d'avoir de meilleures stabilités mécaniques et thermiques du gel résultant.
Le Kraton G 1651 E est introduit à concurrence de 10 % en poids dans la composition finale. La base hydrocarbonée retenue est un solvant aliphatique de type gazole avec un point d'éclair de 135 C, vendu sous la référence commerciale Hydroseal G3H pair la société30 -37- TOTAL.L'Hydroseal G3H est introduit à concurrence de 89 en poids dans la composition finale.
Des additifs, agents biocides et agents anti-oxydants, de 5 type connu sont tous deux ajoutés à un taux de 1 % en poids dans la composition finale.
Les caractéristiques physiques du composant élastomérique de type gel ainsi obtenu varient en fonction du 10 pourcentage de copolymère séquencé tri-bloc présent dans la composition. Les caractéristiques physiques, en particulier point de goutte, exprimé en C, et fermeté du gel, exprimée en termes de force de résistance maximum à la pénétration en Newton, du composant élastomérique de 15 type gel, obtenu à partir d'une composition comprenant Kraton G-1651 E et Hydroseal G3H, apparaissent sur le tableau 1 suivant :
Tableau 1 - Influence du taux de copolymère dans la 20 composition sur le point de goutte et la fermeté du gel. % Point de goutte Force de copolymère Kraton G-1651 E en poids ( Celsius) résistance dans la composition maximum (Newton) 95+/-1 7 8 110+/-1 12 9 114+/-1 15 121+/-1 17 Les caractéristiques mécaniques et physico-chimiques du 25 composant élastomérique de type gel ainsi réalisé -38- dépendent fortement de la teneur en copolymère séquencé tri-bloc de la composition, les points de goutte étant également fortement corrélés aux propriétés mécaniques.
L'effet du pouvoir solvant des bases hydrocarbonées sur les caractéristiques du composant élastomérique de type gel est présenté dans le tableau 2. Les variables sont respectivement la densité mesurée à 15 C, du composant élastomérique de type gel ainsi réalisé, selon la composition et le point de goutte exprimé en C.
Le copolymère séquencé tri-bloc de la composition reste le Kraton G-1651E, présent dans la composition à un taux de 8 % en poids. La base hydrocarbonée utilisée est respectivement l'Hydroseal G3H précédemment cité, ainsi que l'Hydroseal G240H, de point éclair 112
D'autres bases hydrocarbonées ont été également utilisées, en particulier les Linpar qui sont des n-paraffines de haute pureté commercialisées par la société SASOL Italy S.p.A, plus spécifiquement le Linpar C10-13 et le Linpar C18-20, le Linpar C10-13 étant une coupe légère alors que le Linpar C18-20 est une coupe plus lourde. Enfin le PKWF28/31AF commercialisé par la société HALTERMANN a également été utilisé.
Il est à remarquer que les points de goutte, caractéristiques de la stabilité thermique du composant élastomérique de type gel,, sont fortement dépendants du pouvoir solvant de la base hydrocarbonée utilisée dans la composition. 15 -39- D'autres essais de composition ont été réalisés avec le Kraton FG1901X, rendu polaire par greffage d'anhydride maléique, selon les mêmes formulations quantitatives comme précédemment évoqué conduisent à des performances résultant de propriétés mécaniques et thermiques sensiblement identiques à celles obtenues avec le Kraton G-1651E mais une meilleure capacité d'accrochage sur l'acier, l'aluminium et autres surfaces.
Tableau 2 - Influence du type de base hydrocarbonée sur la densité du gel à 15 C et sur le point de goutte en Celsius Type de Type de Densité Point de copolymère copolymère base Gel@ goutte 15 C ( Celsius) Kraton G- 8 Hydroseal 0.924 114 1651E G3H Hydroseal 0.925 110 G240H Linpar 0.759 96 C10-13 Linpar 0.873 146 C18-20 @ 50 C PKWF28/31AF 0.887 142 Kraton 8 Hydroseal - 146 prototype G3H MD6933 PKWF28/31AF - 170 -40- On a décrit l'invention sur la base de matelas rectangulaire mis en forme par cintrage autour du gainage à restaurer d'une conduite, mais on reste dans l'esprit de l'invention si la forme de base est constituée d'une surface développable, telle un prisme ou encore une portion de cône, dès lors que l'enveloppe d'une telle forme est associée à un matelas de composant élastomérique de type gel, présentant une malléabilité permettant le cintrage et la pénétration dudit composant élastomérique partiellement ou complètement à l'intérieur des défauts, tels les fissures 4a, les manques 4b, ou les effondrements 4c.
Ces formes développables sont avantageusement combinées à des surfaces gauches pour couvrir partiellement des portions particulières, telles des vannes à boisseaux sphériques, des connecteurs automatiques, ou encore des éléments de tête de puits, lesdites formes gauches étant obtenues par emboutissage, ou par thermoformage dans le cas de thermoplastiques tels le polyéthylène ou le polypropylène. Le matelas de composant élastomérique est alors pendant le surmoulage, confiné dans un contre-moule correspondant à ladite surface gauche, de manière à créer une épaisseur sensiblement constante dudit matelas, avec éventuellement des surépaisseurs 16, telles que décrites en regard des figures 8a-8b.
Claims (34)
1. Dispositif de restauration et d'installation de capacités d'isolation thermique du gainage externe d'éléments gainés tels que conduites tubulaires, éléments de raccordements et autres éléments gainés, positionnés en fonds marins, dispositif composé d'une enveloppe comportant des moyens de fixation et/ou de serrage, apte à être monté sur lesdits éléments gainés, caractérisé en ce que le dispositif comporte, à l'intérieur de son enveloppe, un composant élastomérique d'isolation thermique de type gel, ayant la forme d'une garniture/matelas pleine ou ajourée, solidarisée à ladite enveloppe et comprimée par serrage sur l'élément gainé lors de son installation.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le composant élastomérique de type gel est constitué d'au moins un polymère élastomérique.
3. Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le composant élastomérique de type gel est formé d'au moins un polymère élastomérique thermoplastique choisi dans le groupe constitué par les copolymères séquencés de type di ou tri-blocs, linéaires, branchés, multi-branchés ou à branchements en étoile.
4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le copolymère séquencé est choisi dans le groupe des poly(styrène-éthylène-butylène-styrène), des poly(styrène-éthylène-propylène-styrène), des poly(styrène-éthylène-propylène), des poly(styrène- 2911382 -42-éthylène-butylène), des poly(styrène-éthylène-éthylènepropylène-styrène) pris seuls ou en mélange.
5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce 5 que le copolymère séquencé est mélangé ou combiné avec un polymère choisi dans le groupe constitué par les poly(styrène-butadiène-styrène) (SBS), les poly(styrène-butadiène) (SB), les poly(styrène- isoprène-styrène) (SIS), les poly(styrène-isoprène) 10 (SI), les poly(styrène-éthylène-propylène) (SEP), les poly(styrène-éthylène-propylène-styrène) de basse viscosité (SEPS), les poly(styrène-éthylène-butylènestyrène) de basse viscosité (SEBS), les poly(styrène- éthylène-butylène) (SEB), les polybutylènes, les 15 poly(éthylène-propylène) (PE), les poly(éthylène- butylène) (EB), les polypropylènes, ou les polyéthylènes.
6. Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 à 20 5 caractérisé en ce que le composant élastomérique de type gel contient au moins une base hydrocarbonée.
7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que la au moins une base hydrocarbonée est choisie dans 25 le groupe constitué par les hydrocarbures légers tels que kérosène, gazole, white-spirit, les paraffines linéaires ou non, de poids moléculaire varié, les huiles minérales résultant de la pétrochimie et du raffinage du pétrole telles les bases pa.raffiniques, 30 naphténiques, les bases hydro-raffinées, hydro-crackées ou hydro-isomérisés, les solvants désaromatisés ou non, les huiles végétales du type huile de colza, de tournesol, de soja, de palme ou animales de type suif,-43- saindoux et autres, les polyalphaoléfines (PAO) ou isopolyalphaoléfines, les polyisobutylènes (PIB) ou polybutènes de masses moléculaires variées, les polyalkylèneglycols (PAG), les esters gras, les alcools gras, les éthers gras.
8. Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que la au moins une base hydrocarbonée est préférentiellement choisie dans le groupe constitué par les solvants paraffiniques, les huiles minérales paraffiniques, les paraffines linéaires ou non.
9. Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le au. moins un polymère élastomérique du composant élastomérique de type gel est présent à raison de 1% à 30% en poids et préférentiellement de 2% à 20% en poids de la composition finale.
10.Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que la au moins une base hydrocarbonée du composant élastomérique de type gel est présente à raison de 99% à environ 58% en poids de la composition finale.
11.Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le composant élastomérique de type gel est formé d'au moins un polymère élastomérique de type polysiloxane.
12.Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le composant élastomérique-44- de type gel est formé d'au moins un polymère élastomérique choisi dans le groupe constitué par les élastomères de polyuréthane éther ou ester, les polyisoprènes, les copolymères de butadiène styrène, les polybutadiènes, les nitriles, les butyles, les polychloroprènes, les butadiène acrylonitriles, les caoutchoucs naturels.
13. Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que le composant élastomérique de type gel contient des additifs tels qu'agents biocides et agents antioxydants.
14. Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 à 13 caractérisé en ce que les additifs du composant élastomérique de type gel sont présents à raison de 0,1 % à 6 % pour l'agent biocide et de 0,1 % à 6 % pour l'agent anti-oxydant en poids de la composition finale.
15. Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 à 14 caractérisé en ce que le composant élastomérique de type gel est de forme parallélépipédique ou prend la forme d'un cadre éventuellement clos par un fond réalisé dans le même matériau que le dit cadre.
16. Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 à 14 caractérisé en ce que le composant élastomérique de type gel est multicouche.
17.Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 à 16 caractérisé en ce que le composant élastomérique de type gel est rendu solidaire d'un substrat, formant un-45- composite multicouche, au moyen d'une liaison de type soudage, adhésivage, collage.
18.Dispositif selon la revendication 17 caractérisé en ce que le substrat est constitué d'une feuille métallique mince, collaborant avec un grillage solidaire de ladite feuille, ledit grillage jouant le rôle d'ancrage du composant élastomérique, lors du moulage dudit composant élastomérique.
19.Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 17 et 18 caractérisé en ce que le composite multicouche formé du composant élastomérique de type gel et du substrat est rendu solidaire de l'enveloppe par assemblage du dit substrat sur la dite enveloppe.
20.Dispositif selon la revendication 19 caractérisé en ce que l'assemblage du dit substrat sur la dite enveloppe se fait au moyen de fixations mécaniques, telles que rivetage, vissage, de fixations chimiques, telles que collage, adhésivage, soudage.
21.Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 à 20 caractérisé en ce que les moyens de fixation et de serrage de l'enveloppe sont de type mécanique tels que -vis et écrou, encliquetage.
22.Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 à 21 caractérisé en ce que les moyens de fixation et / ou de serrage coopèrent avec l'enveloppe de manière à comprimer le composant élastomérique contre l'élément gainé à restaurer.-46-
23.Dispositif selon l'une au moins des revendications 17 à 22 caractérisé en ce que le substrat se présente sous la forme d'une feuille ou d'une plaque semi-rigide ou d'une plaque souple apte à être courbée pour épouser la surface de l'élément gainé à restaurer en adoptant une forme tubulaire.
24. Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 à 23 caractérisé en ce que l'enveloppe est de préférence en une seule pièce recourbée sur elle-même, ses bords se rejoignant pour entourer complètement la circonférence de l'élément gainé à restaurer.
25.Dispositif selon l'une au moins des revendications 17 à 24 caractérisé en ce que les moyens de fixation et/ou de serrage sont solidaires de l'enveloppe et comprennent deux parties complémentaires montées aux deux bords opposés du substrat en feuille ou plaque et coopèrent entre elles pour réaliser la fixation par serrage de l'enveloppe contre l'élément gainé à restaurer.
26.Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 à 25 caractérisé en ce que l'enveloppe est constituée de deux parties de type coquille semi-tubulaire, chacune munie de moyens de fixation complémentaires de ceux de l'autre demi-coquille qui coopèrent entre eux pour fixer l'une à l'autre les deux coquilles semitubulaires de manière à créer une compression du composant élastomérique contre l'élément gainé à restaurer.-47-
27.Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 à 26 caractérisé en ce que le dispositif est mis en contact avec l'élément gainé à restaurer qui est lui-même un revêtement isolant.
28.Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 à 27 caractérisé en ce que le composant élastomérique d'isolation thermique de type gel, ayant la forme d'une garniture/matelas est ajourée et prend la forme d'un cadre avec ou sans fond.
29. Procédé de réalisation d'un composant élastomérique d'isolation thermique, de type gel, pour un dispositif destiné à la restauration ou à l'installation de capacités d'isolation thermique du gainage externe d'éléments gainés tels que conduites tubulaires, éléments de raccordements et autres éléments gainés, positionnés en fonds marins, ce dispositif comportant une enveloppe munie de moyens de fixation et/ou de serrage et un composant élastomérique de type gel sous la forme d'une garniture/matelas pleine ou ajourée caractérisé en ce que le dit composant élastomérique est réalisé sous a) agitation par mélangeage d'un polymère élastomérique, d'une base hydrocarbonée et des éventuels additifs, b) suivi d'un chauffage à la température de fusion du composant élastomérique de type gel, associé à une désaération, c) puis d'un coulage à chaud à cette même température dans un moule et d) d'un refroidissement du dit composant, en moule, puis e) démoulage à température ambiante dudit composant réalisé.
30. Procédé de réalisation d'un composant élastomérique d'isolation thermique, de type gel, pour un dispositif destiné à la restauration ou à l'installation de capacités-48- d'isolation thermique du gainage externe d'éléments gainés tels que conduites tubulaires, éléments de raccordements et autres éléments gainés, positionnés en fonds marins, ce dispositif comportant une enveloppe munie de moyens de fixation et/ou de serrage et un composant élastomérique de type gel sous la forme d'une garniture/matelas pleine ou ajourée caractérisé en ce que le dit composant élastomérique est réalisé selon les étapes consistant en : (i) la réalisation d'un pré-gel obtenu par l'introduction d'une faible proportion d'un copolymère thermoplastique séquencé dans la totalité d'une base hydrocarbonée, et des éventuels additifs, ce pré-gel étant porté à la température de fusion du copolymère thermoplastique séquencé (ii) du refroidissement à température ambiante du pré-gel (iii) de l'introduction du complément du copolymère thermoplastique séquencé dans le pré-gel sous agitation et désaération (iv) le remplissage du moule et le chauffage du moule à une température et pendant un temps nécessaire pour parvenir à la gélification et à l'obtention du composé élastomérique (v) le refroidissement puis le démoulage à froid du composant élastomérique.
31. Procédé selon la revendication 30 caractérisé en ce que la quantité du copolymère thermoplastique séquencé dans le pré-gel est comprise entre 0,5 % à 10 % en poids par rapport au mélange.
32. Procédé selon la revendication 30 caractérisé en ce 30 que le moule rempli est porté à une température de l'ordre de 90 C pendant un temps compris entre 10 et 12 heures.-49-
33. Procédé de restauration de l'isolation selon l'une au moins des revendications 1 à 28 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de mise en place du dispositif autour de l'élément gainé à restaurer, grâce à des moyens technologiques externes appropriés, du serrage du dispositif provoquant la compression du composant élastomérique de type gel, la fixation définitive du dispositif et le retrait des moyens technologiques externes de mise en place.
34. Application du dispositif selon les revendications 1 à 28 à la restauration du gainage externe d'isolation thermique d'éléments gainés en particulier des conduites, tubes, tuyaux, seuls ou disposés en faisceaux, raccords, connexions, et autres éléments gainés tels que vannes, en particulier positionnés en fonds marins pour l'exploitation pétrolière et à l'installation d'isolation thermique à réaliser de manière ponctuelle sur des éléments en particulier de type raccords et connexions, insuffisamment ou non isolés thermiquement.
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