FR3061556A1

FR3061556A1 - Procede de controle d'une conduite sous-marine et dispositif pour sa mise en œuvre

Info

Publication number: FR3061556A1
Application number: FR1663557A
Authority: FR
Inventors: Anh Tuan Do; Salim Benmedakhene
Original assignee: Technip France SAS
Current assignee: TechnipFMC Subsea France SAS
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2018-07-06
Anticipated expiration: 2036-12-30
Also published as: FR3061556B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de contrôle de l'intégrité d'une conduite tubulaire flexible (1) destinée au transport des hydrocarbures, ladite conduite comprenant au moins une nappe d'armures de traction (5) enroulées hélicoïdalement à pas long autour d'un noyau tubulaire de ladite conduite, lesdites armures étant constituées de profilés composites (51) comprenant des fibres de carbone (53) longitudinales noyées dans une matrice (54) de matière thermoplastique, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on mesure, sur la conduite en service, la conductivité électrique au sein d'au moins un profilé composite (51) d'au moins une nappe d'armures de traction, parallèlement et/ou transversalement au sens des fibres, et en ce qu'on surveille la variation de la conductivité électrique mesurée parallèlement et/ou transversalement au sens des fibres en fonction des contraintes mécaniques s'exerçant sur ladite conduite, de manière à détecter des endommagements par rupture de fibres et/ou par fissuration de la matrice dans lesdites armures.

Description

Titulaire(s) : simplifiée.

TECHNIP FRANCE Société par actions

O Demande(s) d’extension :

® Mandataire(s) : CABINET FEDIT LORIOT.

® PROCEDE DE CONTROLE D'UNE CONDUITE SOUS-MARINE ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE.

FR 3 061 556 - A1 (© L'invention concerne un procédé de contrôle de l'intégrité d'une conduite tubulaire flexible (1) destinée au transport des hydrocarbures, ladite conduite comprenant au moins une nappe d'armures de traction (5) enroulées hélicoïdalement à pas long autour d'un noyau tubulaire de ladite conduite, lesdites armures étant constituées de profilés composites (51 ) comprenant des fibres de carbone (53) longitudinales noyées dans une matrice (54) de matière thermoplastique, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on mesure, sur la conduite en service, la conductivité électrique au sein d'au moins un profilé composite (51 ) d'au moins une nappe d'armures de traction, parallèlement et/ou transversalement au sens des fibres, et en ce qu'on surveille la variation de la conductivité électrique mesurée parallèlement et/ou transversalement au sens des fibres en fonction des contraintes mécaniques s'exerçant sur ladite conduite, de manière à détecter des endommagements par rupture de fibres et/ou par fissuration de la matrice dans lesdites armures.

Temps (s)

Procédé de contrôle d’une conduite sous-marine et dispositif pour sa mise en œuvre.

La présente invention se rapporte à un procédé de contrôle de l’intégrité d’une conduite tubulaire flexible destinée au transport des hydrocarbures, du type comprenant au moins une nappe d’armures de traction à base de profilés composites renforcés par des fibres de carbone, ainsi qu’à une conduite tubulaire flexible instrumentée pour la mise en œuvre dudit procédé.

Un domaine d’application envisagé est celui des conduites flexibles sousmarines utilisées pour le transport offshore des hydrocarbures, entre une installation sous-marine et une installation de surface surplombant l’installation sous-marine. De telles conduites flexibles sous-marines sont notamment décrites dans les documents normatifs API 17J « Spécification for Unbonded Flexible Pipe >> et API RP 17B « Recommended Practice for Flexible Pipe >> publiés par Γ « American Petroleum Institute >>.

La Figure 1 illustre un exemple de conduite tubulaire flexible 1 destinée à l’exploitation pétrolière offshore, et plus particulièrement au transport d’hydrocarbure. Elle est du type non lié (« unbonded >> en anglais) et répond aux spécifications définies dans les documents normatifs précités. Cette conduite tubulaire flexible 1 comporte usuellement, de l’intérieur vers l’extérieur, une carcasse interne 2, une gaine polymérique d’étanchéité interne 3, une voûte de pression 4, des nappes d’armures de traction 5 et une gaine polymérique externe 6.

La carcasse interne 2 a pour fonction principale la reprise des efforts radiaux d’écrasement, par exemple ceux liés à la pression hydrostatique. Elle est réalisée à partir d'un feuillard profilé et enroulé pour agrafer ensemble des spires jointives dudit feuillard. La gaine d’étanchéité interne 3 qui la recouvre est le plus souvent extrudée en matière plastique directement sur la carcasse. Cette gaine a pour fonction le confinement du fluide circulant dans la conduite. Quant à la voûte de pression 4, elle est formée généralement d'un fil de forme métallique enroulé en spires jointives autour de la gaine interne d'étanchéité. Elle permet ainsi de reprendre les efforts radiaux liés à la pression du fluide circulant dans la conduite.

Les nappes d’armures de traction 5 ont pour fonction la reprise des efforts de traction qui s’exercent sur la conduite. Ces nappes sont constituées d’armures 51 enroulées hélicoïdalement à pas long autour de la voûte de pression avec un angle d’hélice de valeur absolue comprise entre 20° et 60° par rapport à l’axe de la conduite flexible, de façon à pouvoir reprendre efficacement les efforts de traction. Afin d’équilibrer la structure en torsion, le nombre total de nappes d’armures de traction est généralement pair et les nappes sont croisées entre elles, comme illustré à la figure 1. Les armures sont généralement constituées de fils métalliques. Cependant, elles peuvent aussi être constituées en matériau composite, par exemple à base de fibres de carbone. Le document de brevet WO 99/49259 fait ainsi connaître un profilé composite pour armure de traction de conduite flexible, du type comprenant des fibres de carbone disposées au sein d’une matrice de matière thermoplastique ou thermodurcissable, sous forme d’un ruban plat de section sensiblement rectangulaire. Une telle armure à base de profilé composite carbone présente d’excellentes propriétés mécaniques en traction, sensiblement deux fois supérieures aux fils d'acier et au surplus, elle est comparativement beaucoup plus légère. Aussi, ces profilés composites sont-ils avantageusement utilisés pour remplacer les armures de résistance à la traction en acier usuellement employées.

Dans les conduites flexibles actuellement disponibles, les armures sont calculées pour résister à toutes les sollicitations subies par la conduite tout au long de sa durée de vie. Une première catégorie de sollicitations concerne la pose de la conduite flexible depuis la surface jusqu’au fond de la mer. Dans ce cas, du fait de la grande longueur de la conduite montante, le poids de ladite conduite immergée exerce une contrainte de traction. Les sollicitations subies par la conduite flexible concernent aussi les conditions d’utilisation et sont dues essentiellement aux différences de pression entre la pression interne régnant à l’intérieur de la conduite flexible et la pression externe s’exerçant sur ladite conduite flexible, égale à la pression de la colonne d’eau située au-dessus d’elle. Les contraintes mécaniques induites dans la conduite sont radiales et longitudinales. La contrainte radiale se manifeste par un gonflement alors que la contrainte longitudinale se manifeste par un allongement de la conduite flexible lorsque ladite différence de pression est positive, tandis qu’à l’inverse lorsque cette différence de pression est négative, la contrainte radiale se manifeste par une compression et la contrainte longitudinale se manifeste par un raccourcissement de ladite conduite flexible.

Dans tous les cas, les armures de traction en carbone sont sollicitées dynamiquement et ces différentes mises sous contrainte des armures tout au long de la durée de vie de la conduite peuvent conduire à des ruptures de fibres de carbone entraînant une déchéance partielle ou totale de l’armure sous certaines contraintes mécaniques. Il est donc essentiel qu’un contrôle puisse être mis en place afin de surveiller l’évolution du comportement mécanique des armure de traction à base de fibres de carbone en fonction des contraintes mécaniques s’exerçant sur la conduite flexible, car si plusieurs armures venaient à rompre, l’intégrité de la conduite serait alors atteinte, avec comme conséquence l’impossibilité du maintien en service de la conduite flexible.

Dans ce contexte la présente invention vise à permettre d’évaluer l’intégrité des armures de traction en carbone afin de préserver les performances mécaniques de la conduite tubulaire flexible en service.

Ce but est atteint grâce à un procédé de contrôle de l’intégrité d’une conduite tubulaire flexible destinée au transport des hydrocarbures, ladite conduite comprenant au moins une nappe d’armures de traction enroulées hélicoïdalement à pas long autour d’un noyau tubulaire de ladite conduite, lesdites armures étant constituées de profilés composites comprenant des fibres de carbone longitudinales noyées dans une matrice de matière thermoplastique, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’on mesure, sur la conduite en service, au cours du temps, la conductivité électrique au sein d’au moins un profilé composite d’au moins une nappe d’armures de traction, parallèlement et/ou transversalement au sens des fibres, et en ce qu’on surveille la variation de la conductivité électrique mesurée parallèlement et/ou transversalement au sens des fibres en fonction des contraintes mécaniques s’exerçant sur ladite conduite de manière à détecter des endommagements par rupture de fibres et/ou par fissuration de la matrice dans lesdites armures.

Ainsi, une caractéristique de l’invention réside dans l’exploitation des propriétés de conduction électrique des fibres de carbone. En effet, les fibres de carbone sont fortement conductrices, tandis que la matrice est en matériau isolant. Aussi, en contrôlant au cours du temps, en fonction des efforts appliqués aux armures, l’aptitude des fibres de carbone à laisser passer un courant électrique dans le sens des fibres et/ou l’aptitude des fibres de carbone à laisser passer un courant électrique dans le sens transverse, on peut en déduire des indicateurs représentatifs d’un niveau d’endommagement des fibres de carbone elles-mêmes et/ou de la matrice en matière thermoplastique, ce qui permet une surveillance non destructrice de l’intégrité des armures sur la conduite en cours d’exploitation. Le procédé de l’invention utilise ainsi le caractère conducteur des fibres de carbone présentes dans les armures de traction de la conduite comme capteur d’endommagement. Avantageusement, on a pu constater que la variation de la conductivité électrique mesurée parallèlement au sens des fibres dans les armures composites, dite mesure de conductivité longitudinale, est représentative du phénomène de ruptures de fibres dans les armures. En effet, lorsque la mesure est faite dans le sens des fibres de carbone soumise à un chargement mécanique en traction, le nombre de fibres de carbone conductrices va diminuer au fur et à mesure de l'endommagement et donc la résistance électrique va augmenter. Il est ainsi possible d’utiliser la variation de la résistance électrique mesurée dans le sens des fibres comme indicateur caractéristique permettant de suivre les endommagements des armures se produisant par ruptures de fibres.

Par contre, la variation de la conductivité électrique mesurée dans le sens transverse des armures, soit perpendiculairement au sens des fibres dans les armures, dite mesure de conductivité transversale, est représentative de phénomènes de fissurations de la matrice et/ou de délaminage et partant, permet de suivre les endommagements de la matrice. En effet, les propriétés de conductivité électrique dans les armures composites ne sont pas isotropes. Cette anisotropie des propriétés de conductivité électrique dépend principalement de l’orientation des fibres mais également de la densité de points de contacts entre les fibres adjacentes au sein de la matrice, qui résulte du fait que les fibres ne sont pas parfaitement alignées dans la matrice. Aussi, un courant électrique est susceptible de pouvoir circuler transversalement au sens des fibres dans la matrice, à travers des chemins de conduction fibre à fibre passant par les points de contact entre les fibres. La résistance dans le sens transverse est ainsi liée au nombre de chemins de conduction fibre à fibre. Par conséquent, la conductivité transversale est très sensible aux défauts de la matrice, de sorte que la réduction du nombre de chemins de conduction fibre à fibre implique une diminution du flux de courant dans la direction perpendiculaire aux fibres dans la matrice. Le suivi des variations de conductivité transversale permet donc la détection des endommagements de la matrice se manifestant par des fissurations matricielles ou des délaminages.

Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux du procédé adapté au suivi des endommagements des armures se produisant par rupture de fibres, dans lequel lesdites armures présentent des extrémités libres d’armure fixées au niveau d’un embout de fixation raccordé à chaque extrémité de ladite conduite, on dispose, au niveau desdites extrémités libres de chaque armure, une électrode de mesure, de sorte que ladite électrode de mesure est mise en contact avec une pluralité de fibres de carbone au niveau desdites extrémités libres de chaque armure, on relie de façon conductrice les électrodes de mesure disposées au niveau des extrémités libres des armures respectives à une source de courant continu à l’extérieur de la conduite de telle sorte qu’un courant électrique est apte à être transmis parallèlement aux fibres de carbone au travers de chacune desdites armures entre les deux extrémités de la conduite, on mesure la résistance électrique des fibres de carbone dans le sens des fibres au sein de chaque armure, et en ce qu’on utilise la variation de la résistance électrique ainsi mesurée comme indicateur représentatif d’un état de rupture de fibres dans lesdites armures.

Préférentiellement, selon ce mode de mise en oeuvre, chaque embout de fixation comprenant une bague et un manchon, ledit manchon présentant une partie de raccordement à ladite conduite, ladite partie de raccordement comportant une portion de réception desdites armures, on positionne lesdites extrémités libres d’armure équipées desdites électrodes de mesure au niveau de ladite portion de réception, on connecte lesdites électrodes de mesure à des moyens de connexion électrique aptes à être connectés à ladite source de courant, on engage ladite bague autour de ladite partie de raccordement pour former une chambre annulaire étanche autour de ladite portion de réception, de sorte que lesdites électrodes de mesure et lesdits moyens de connexion électrique sont confinés dans ladite chambre annulaire étanche.

Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux du procédé adapté au suivi des endommagements se produisant par fissuration matricielle et/ou délaminage, lequel peut être mis en oeuvre parallèlement ou non avec le mode de mise en oeuvre précédent, on incorpore à la matrice de chaque armure, sur au moins une partie de sa longueur, au moins deux électrodes de mesure disposées en vis-à-vis de part et d’autre de deux faces latérales opposées de la matrice, en ce qu’on relie de façon conductrice lesdites deux électrodes de mesure à une source de courant alternatif, en ce qu’on mesure l’impédance électrique entre lesdites deux électrodes de mesure et en ce qu’on utilise la variation de l’impédance électrique ainsi mesurée comme indicateur représentatif d’un état d’endommagement de la partie de la matrice située entre lesdites deux électrodes de mesure.

D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d’un mode de réalisation particulier de l’invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la Figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d’une conduite tubulaire flexible sur laquelle est destinée à être utilisé le procédé de contrôle d’intégrité des armures conforme à l’invention ;

- la Figure 2 est une vue partielle en perspective d’un premier exemple de réalisation d’armure pouvant être mise en oeuvre dans la conduite de la figure 1, l’armure étant sous forme de profilé en matériau composite renforcé par des fibres de carbone ;

- la Figure 3 est un diagramme illustrant le phénomène de variation de la résistance électrique des fibres de carbone d’une armure composite au cours du temps en fonction de la contrainte mécanique appliquée à l’armure ;

- la Figure 4 est une vue en coupe d’un deuxième exemple de réalisation d’armure pouvant être mise en oeuvre dans la conduite de la figure 1 ;

- la Figure 5 est une vue partielle en coupe d’un embout de fixation de la conduite tubulaire flexible de la figure 1 ;

- la Figure 6 est une vue analogue à la figure 5 d’un autre mode de réalisation de l’invention ;

Dans tout ce qui suit, les termes « avant >> et « arrière >> s’entendent par rapport à la position du milieu d’un tronçon de conduite flexible.

Le terme « arrière >> s’entend comme plus proche du milieu du tronçon de la conduite flexible, et plus éloigné d’une extrémité du tronçon de la conduite flexible alors que le terme « avant >> s’entend comme plus éloigné du milieu du tronçon de la conduite flexible et comme plus proche d’une extrémité du tronçon de la conduite flexible.

Les termes « supérieure >> et « inférieure >> s’entendent respectivement comme plus éloigné radialement de l’axe A-A’ de la conduite flexible et comme plus proche radialement de l’axe A-A’ de la conduite flexible.

Comme illustré à la figure 2, une armure 51 d’une nappe d’armures de résistance à la traction de la conduite 1 comprend un profilé se présentant par exemple sous la forme d’un ruban plat 52 réalisé en grande longueur avec une section sensiblement rectangulaire, par exemple de 13mm à 15mm de largeur et de 0,5mm à 1,0mm d’épaisseur. Le ruban 52 comprend des fibres de carbone 53 continues dirigées longitudinalement dans la direction de la double flèche F et noyées dans une matrice 54 de matière thermoplastique ou thermodurcissable (par exemple de type résine époxy). Le ruban est de type ultra-dense, c’est-à-dire que le taux de fibres en volume est supérieur à 50%, et de préférence supérieur ou égale à 70%, de sorte que cette faible épaisseur conjuguée au taux élevé de fibres en volume permet à l’armure de répondre aux exigences imposées par le cahier des charges pour les armures de conduite flexible.

Avantageusement, des charges nanométriques électriquement conductrices sont incorporées dans la matrice 54 afin d’augmenter la conductivité électrique de l’armure 51. De préférence, les charges nanométriques sont des nanotubes de carbone.

En outre, de manière optionnelle, un non tissé à base de fibres courtes ou mat de renfort est collé sur au moins une des faces latérales supérieure et/ou inférieure de l’armure 51. Les fibres courtes constituant le mat sont par exemple des fibres d’aramide obtenues à partir de polyamides aromatiques ou de polyamide-imide. Selon une variante, les fibres courtes d’aramide sont remplacées par des fibres de carbone ou par toute autre fibre inorganique et/ou métallique possédant une bonne conductivité électrique. La fourniture d’un tel mat permet d’augmenter encore un peu plus la conductivité électrique de l’armure 51 et partant, d’améliorer la qualité du suivi de l’endommagement des armures de traction de la conduite 1.

Cette armure 51 présente une extrémité libre d’armure 55 au niveau de laquelle est incorporée au moins une électrode de mesure 56, de manière à permettre, autant que possible, que toutes les extrémités des fibres 53 soient mises en contact avec la au moins une électrode de mesure 56. Selon un mode de réalisation, la au moins une électrode de mesure 56 peut être constituée d’une bande de cuivre adhésive fixée à chaque extrémité libre 55 de l’armure, par exemple après que les extrémités des fibres 53 aient été libérées par traitement mécanique de la matrice 54, de sorte qu’elles dépassent sensiblement au niveau de l’extrémité libre 55, pour faciliter leur mise en contact avec la au moins une électrode de mesure. La au moins une électrode de mesure peut être disposée sur le chant d’extrémité de l’armure comme illustré à la figure 2, de façon à recouvrir de préférence toute la surface de ce champ d’extrémité. En variante, la au moins une électrode de mesure peut être disposée de manière à entourer l’extrémité libre 55 de l’armure après traitement mécanique de la matrice permettant de retirer la couche superficielle de résine et parfois, du mat de renfort, et ainsi laisser apparaître les fibres sur toutes les faces de l’armure au niveau de son extrémité libre 55. Afin d’améliorer la conduction électrique entre les fibres 53 de l’armure 51 et l’électrode de mesure 56, on applique au préalable un revêtement à base d’argent sur la face destinée à recevoir la au moins une électrode de mesure. En référence à la figure 4, la au moins une électrode de mesure 56 peut également être intégrée à la matrice de l’armure 51, au niveau de ses bords latéraux 57 lors du processus de fabrication du profilé ou bien rapportée ultérieurement. A cet égard, comme illustré sur l’exemple de la figure 4, la au moins une électrode se présente sous la forme d’un fil métallique ou bien d’un film conducteur adhésif de grande longueur, au moins égale à la longueur de l’armure 51. La au moins une électrode est réalisée à partir d’un matériau métallique électriquement conducteur. De préférence, on choisit le cuivre ou un alliage de cuivre et d’argent pour réaliser la au moins une électrode.

Lors du raccordement d’un embout de fixation (« end fitting >> en langue anglaise) à chaque extrémité de la conduite flexible, les armures de traction sont classiquement solidement ancrées dans l’embout de fixation. Pour cela, l’embout de fixation comprend généralement un manchon qui présente une partie de raccordement à la conduite présentant une portion de réception des armures et à l’opposé, une partie de fixation à une structure flexible par exemple. La partie de raccordement et la conduite à laquelle elle est reliée sont en outre emmanchées dans une bague qui vient coiffer la portion de réception et par la même les extrémités libres des armures en formant une chambre annulaire étanche. Cette chambre annulaire est classiquement garnie d’un matériau polymère durcissable, qui vient emprisonner les extrémités libres des armures.

Aussi, lors du raccordement de l’embout de fixation à chaque extrémité de la conduite tubulaire flexible, on monte tout d’abord le manchon à l’extrémité de la conduite en étendant les extrémités libres d’armure équipées des électrodes de mesure comme expliqué plus haut au droit de la portion de réception. Ensuite, on connecte les électrodes de mesure équipant les extrémités libres de chaque armure ainsi étendues à des moyens de connexion électrique conçus pour permettre le raccordement des électrodes de mesure à une source de courant continue respective. Puis on vient engager la bague autour de la partie de raccordement en formant la chambre annulaire étanche autour de la portion de réception dans laquelle sont agencées les extrémités libres d’armure et les moyens de connexion électriques connectés aux électrodes de mesure équipant les extrémités libres des armures respectives. Enfin, on vient couler une résine époxy qui prend alors en masse la chambre annulaire en y emprisonnant les extrémités libres d’armure et les moyens de connexion électrique, tout en permettant de procurer, pour chaque armure, un chemin de conduction électrique dans le sens des fibres entre les bornes d’une source de courant continu à laquelle sont raccordés les moyens de connexion électriques intégrés aux embouts à chaque extrémité de la conduite et connectés aux électrode de mesure équipant les extrémités libres des armures respectives.

Selon un premier mode de réalisation de l’invention, les moyens de connexion électriques sont des câbles électriques présentant une gaine polymérique de protection, aux extrémités duquel la gaine polymérique de protection est dénudée de manière à mettre à nu l’ensemble des fils qui le compose. Au niveau de l’extrémité du câble située dans l’embout de fixation de la conduite 1, les fils mis à nus sont connectés électriquement à la au moins une électrode d’une armure 51 par opération de soudage. A l’autre extrémité du câble située à l’extérieur de l’embout au niveau de la source génératrice de courant continu, les fils mis à nus sont par exemple emmanchés dans un connecteur équipé d’une cosse apte à être branchée sur une interface de connexion de ladite source de courant continu.

Dans une variante de réalisation, au lieu de connecter chaque armure 51 à la source de courant continu en utilisant plusieurs câbles électriques, on utilise un collier de connexion réalisé à partir d’un matériau conducteur électriquement. Ce collier de connexion est positionné autour des extrémités des armures 51 des nappes d’armures de traction 5 de la conduite 1, au contact de la au moins une électrode de chacune des armures. Un câble électrique soudé audit collier de connexion à son extrémité située dans l’embout de fixation et comportant un connecteur équipé d’une cosse à son autre extrémité, permet de connecter les électrodes de mesure à la source de courant continu.

Le ou les câbles électriques permettant de connecter les électrodes de mesure des armures 51 à la source de courant continu chemine(nt) à l’intérieur de la chambre annulaire de l’embout de fixation depuis le collier de connexion ou depuis les extrémités des armures 51, au travers d’un passage d’évacuation des gaz jusqu’à une sortie d’évacuation des gaz. Une fois à l’extérieur de l’embout, il est très facile de raccorder le(s)dit(s) câble(s) au niveau de l’interface de connexion de la source de courant.

La conduite ainsi équipée, permet le contrôle des armures de traction sur la conduite en service, au cours du temps, en permettant plus particulièrement de détecter une éventuelle rupture des fibres de carbone dans les armures. Ainsi, à chaque extrémité de la conduite, les électrodes de mesure équipant une armure respective de la nappe d’armure sont reliées à une source de courant continu permettant de faire passer un courant d’intensité constante, en direction longitudinale, dans les fibres de carbone de l’armure et s’ils sont présent, dans les nanotubes de carbone. L’intensité du courant que l’on fait circuler au travers des fibres de carbone est faible, typiquement comprise entre 1 mA et 100 mA, préférentiellement entre 1 mA et 20 mA.

En outre, à chaque extrémité de l’armure, les électrodes de mesure sont reliées à une unité de mesure de type voltmètre, prévu pour mesurer la différence de tension provoquée par le passage du courant à travers les fibres de carbone. A partir de la chute de tension mesurée, connaissant le courant appliqué, on peut mesurer sur la conduite en service au cours du temps, par application de la loi d’Ohm, la variation de la résistance électrique des fibres de carbone au sein de chaque armure, en fonction des efforts appliqués aux armures de traction et partant, détecter, à partir de l’évolution de cette résistance électrique, un début d’endommagement de l’armure par rupture de fibres.

La figure 3 illustre un exemple de variation au cours du temps de la résistance électrique d’une armure composite comportant des fibres de carbone longitudinales, en fonction de la contrainte mécanique appliquée (exprimée en Newton) au cours d’un essai traduisant des comportements en traction de l’armure. Dans une première phase, la variation de la résistance électrique en fonction de la contrainte appliquée est sensiblement linéaire et correspond à l’alignement des fibres de carbones soumises à la contrainte. Dans une deuxième phase, la résistance électrique continue de s’accroître avec des irrégularités, correspondant à un début de rupture des fibres de carbone. En particulier, en cas de rupture de fibres, on peut constater un accroissement brutal de la résistance électrique. Ainsi, en surveillant la résistance électrique dans la direction longitudinale des fibres de carbone au sein des armures composites au cours du temps, on peut aisément déterminer des ruptures de fibre ou encore déterminer préventivement si une rupture de fibre est imminente si l’armure devait être soumise à un chargement mécanique plus fort. En effet, les variations de cette résistance sont directement fonction de la proportion de fibres par unité de surface ainsi que du nombre de fibres parcourues par le courant. Aussi, une évolution de la résistance électrique dans le sens des fibres permet de mettre en évidence des ruptures de fibres au sein de la matrice.

Dans un mode de réalisation préféré de l’invention illustré sur la figure 5, les extrémités libres des armures 51 composant les nappes d’armures 5 de traction sont fixées au niveau d’un embout 10 de fixation particulier. En effet, l’embout 10 de fixation comprend une chambre d’inspection 121 dans sa partie arrière, ladite chambre d’inspection 121 étant accessible via une fenêtre d’inspection 120 usinée dans l’épaisseur du capot 12 de l’embout. Un tel embout est par exemple décrit dans la demande WO2016/042487 ainsi que dans la demande EP2489824.

La fenêtre d’inspection 120 et la chambre d’inspection 121 permettent d’avoir un accès direct aux profilés composites 51 de la nappe d’armures externe 5 et partant de venir disposer et fixer sur au moins un des profilés, au moins une électrode de mesure 56. Typiquement, la fenêtre d’inspection 120 permet un accès à la nappe externe d’armure de traction sur une distance d’au minimum 150 mm. En rallongeant l’embout, il est possible d’augmenter les dimensions de la fenêtre d’inspection.

La au moins une électrode de mesure 56 est ensuite reliée à une source de courant continu ainsi qu’à une unité de mesure, référencées 90, situées à l’extérieur de l’embout 10 et permettant d’alimenter en énergie, par exemple en courant continu, la au moins une électrode 56 ainsi qu’à mesurer les variations de conductivité électrique. La au moins une électrode 56 est reliée par l’intermédiaire de câbles électriques 91 à l’unité de mesure et à la source de courant 90. Les câbles électriques 91 cheminent à l’intérieur d’un chemin d’évacuation 80 des gaz traversant en partie, le capot 12 de l’embout 10, la chambre annulaire dudit embout et la voûte 11 (ou manchon) de l’embout. Ainsi, l’alimentation en courant continu de la au moins une électrode 56 permet de suivre en temps réel l’intégrité du ou des profilés composites 51 alors même que la conduite est en service.

Avantageusement, au moins un profilé composite de la nappe d’armure externe comporte deux électrodes 56 décalées axialement dans la chambre d’inspection 121, de façon à pouvoir mesurer la conductivité électrique dudit au moins un profilé entre ces deux électrodes 56. Ce mode de réalisation de l’invention permet d’instrumenter une ou plusieurs armures de la nappe externe d’armures, afin de pouvoir surveiller la variation de la conductivité électrique mesurée parallèlement au sens des fibres.

En outre, avantageusement, au moins une jauge de contrainte est fixée sur l’une des armures 51 de la nappe externe dans la chambre d’inspection 121 afin de mesurer les contraintes mécaniques s’exerçant sur la conduite. De la sorte, la chambre d’inspection 121 comporte non seulement des capteurs de mesure des variations de conductivité électrique, à savoir les électrodes 56, mais aussi au moins un capteur de mesure des contraintes mécaniques s’exerçant sur la conduite. Il est ainsi possible de surveiller la variation de la conductivité électrique d’au moins un profilé composite en fonction des contraintes mécaniques s’exerçant sur la conduite, de manière à détecter des endommagements par rupture de fibres et/ou par fissuration de la matrice dans lesdites armures

De manière avantageuse, une alternative au mode préféré de l’invention comprend l’intégration d’au moins un capteur d’émission acoustique sur le ou les profilés composites instrumentés par la au moins une électrode de mesure 56 préalablement fixée. L’intégration du au moins un capteur d’émission acoustique peut être prévu lors de la fabrication de la conduite tubulaire flexible 1 mais aussi ultérieurement, lorsqu’elle est déjà en service, grâce à la fenêtre d’inspection 120 visuelle prévue dans le capot 12 de l’embout 10. Ainsi, il est possible d’opérer sur le ou les profilés composites instrumentés, un contrôle par mesure de conductivité électrique et un contrôle par mesure par émission acoustique.

Le couplage des méthodes de contrôle électrique et acoustique a pour avantage d'améliorer la fiabilité de détection de l'endommagement des profilés composites 51 en filtrant certaines fausses alarmes qui ne concernent qu'une seule de ces deux méthodes. Par exemple une électrode de mesure 56 qui viendrait à se décoller diminuerait sensiblement la conductivité électrique mesurée et ferait croire, à tord, à un endommagement important du profilé 51. Si au même moment le capteur d'émission acoustique ne perçoit absolument rien alors il est possible d’en déduire l’existence probable d’une fausse alarme. Dans ce cas, il convient de procéder à une vérification de l’ensemble des moyens de contrôle par mesure électrique et par émission acoustique.

La solution selon laquelle l’embout 10 de fixation possède une fenêtre d’inspection 120 présente notamment l'avantage de pouvoir intervenir en service pour réparer le ou les moyens de surveillance et de contrôle intégrés.

De façon plus générale, avantageusement, le traitement du signal des mesures de conductivité électrique peut comporter une comparaison/intercorrélation avec d'autres mesures de grandeurs physiques ayant une influence sur le mécanisme de dégradation des armures tels que par exemple les mesures par émission acoustique, les mesures de contrainte axiale par l’utilisation de jauges des contraintes, les mesures de température, d’humidité...

Selon un deuxième mode de contrôle illustré sur la Figure 6, l’embout de fixation 10 définit une chambre annulaire entre la surface supérieure de la voûte 11 et la surface inférieure du capot 12 dans laquelle on retrouve les armures ou profilés composite 51 noyés dans une matrice polymérique, avantageusement une résine époxy.

Afin d’isoler électriquement les profilés composite 51 entre eux mais également pour les isoler des éléments métalliques constituant le corps de l’embout de fixation 10, des joncs 200 ;200’ isolant électriquement sont intercalés entre chaque nappe d’armures de traction 5 et entre la nappe d’armure interne 5 et la voûte 11 de l’embout 10 de fixation. Les joncs 200 ;200’ sont par exemple réalisés à partir d’un matériau polymérique.

Lors de l’étape du montage de l’embout 10 à l’extrémité de la conduite tubulaire flexible 1, on vient replier vers l’arrière la nappe d’armures externe afin de pouvoir accéder à l’une des bandes anti-usure 300. La bande anti-usure 300 est alors usinée de sorte que l’on puisse accéder à la nappe d’armures interne qui est elle aussi repliée vers l’arrière.

Un premier jonc 200 de section circulaire est enroulé hélicoïdalement entre la nappe d’armures interne 5 de traction et la voûte 11 de l’embout 10 de fixation sur une distance par exemple comprise entre 20 cm et 80 cm. La nappe d’armures interne est alors dépliée vers l’avant vers la surface supérieure de la voûte 11 de l’embout.

En outre, un deuxième jonc 200’ également de section circulaire est enroulé autour de la nappe d’armures interne de traction sur une distance comprise par exemple entre 80 cm et 180 cm, pour l’isoler électriquement de la nappe externe. La nappe d’armures externe est alors dépliée vers l’avant vers la nappe d’armures interne.

Ainsi, en insérant ces joncs 200 ;200’ on évite tout couplage électrique entre les nappes d’armures entre elles et entre la nappe d’armures interne 5 et la voûte 11 de l’embout 10 en acier.

Enfin, on vient monter le capot 12 de l’embout 10 autour de la voûte 11 et de l’extrémité des profilés composites 51, de manière à former la chambre annulaire.

Alors que les extrémités des profilés composites 51 sont isolées électriquement au niveau de la chambre annulaire de l’embout 10, on peut s’apercevoir que les profilés 51 le sont également en arrière de l’embout 10, en longueur courante de la conduite tubulaire flexible 1. En effet, à l’arrière de l’embout 10, au niveau d’un collier de blocage arrière 70 et au-delà en longueur courante, les nappes d’armures 5 de traction sont isolées électriquement par la présence de couches polymériques intermédiaires 300 communément dénommées couches anti-usure. Une première couche 300 permet d’isoler la nappe d’armures interne 5 de la voûte de résistance à la pression 4 alors qu’une deuxième couche 300 permet d’isoler électriquement la nappe d’armures interne de la nappe d’armures externe.

Toutefois, pour qu’un contrôle de l’intégrité des nappes d’armures de traction 5 par mesure de conductivité électrique soit possible, il est nécessaire de réaliser un circuit électrique entre les éléments à contrôler et la source de courant ainsi que l’unité de mesure 90. A cet effet, un chemin de conduction électrique ou couplage électrique est créé en longueur courante de la conduite tubulaire flexible 1 pour que les nappes d’armures de traction 5 soient mises en contact électrique et partant permettent au courant de cheminer.

Le couplage électrique entre les nappes d’armures 5 consiste en un enroulement d’une bande 400 électriquement conductrice telle que par exemple une bande de cuivre entre les deux nappes d’armures 5 de traction.

Ce chemin de conduction électrique est réalisé lors de la fabrication de la conduite tubulaire flexible, lors de l’étape d’armage. En effet, dès lors que la nappe d’armures interne 5 de traction a été enroulée hélicoïdalement autour de la première couche anti-usure 300 au-dessus de la voûte de pression 4, la deuxième couche anti-usure 300 est disposée autour de la nappe d’armures interne. Cependant, il est nécessaire de prévoir une zone en longueur courante dans laquelle la deuxième bande anti-usure sera usinée et retirée puis remplacée par la bande 400 électriquement conductrice enroulée autour de la nappe interne de manière à permettre un contact entre les profilés composites 51 de la nappe interne et ceux de la nappe externe. La bande anti-usure est par exemple usinée et retirée sur une longueur comprise entre 20 cm et 50 cm. La zone en longueur courante dans laquelle la bande 400 électriquement conductrice est positionnée est de préférence située à quelques mètres de l’embout de façon à ce que les mesures de conductivité électrique soient effectuées dans une zone où les nappes d’armure de la conduite flexible sont fortement sollicitées. La bande 400 est par exemple positionnée après un élément structurel de renforcement ou de contrôle de la courbure de la conduite tubulaire flexible 1, par exemple, après un raidisseur de courbure ou un limiteur de courbure.

En outre, dans le cas où les profilés composites comportent un revêtement faiblement conducteur, ce dernier doit être localement retiré pour assurer une bonne conduction électrique entre les armures des nappes interne et externe 5 de traction, au niveau de la zone définie par l’absence de bande anti-usure. Dans ce cas, avantageusement, les profilés de la nappe interne sont légèrement usinés au niveau de leur face supérieure tandis que les profilés de la nappe externe le sont au niveau de leur face inférieure en regard de la face supérieure des profilés de la nappe interne. De la sorte, les fibres de carbone renforçant les profilés composites 51 de chacune des nappes 5 sont mises à nus et créent ainsi des points ou ponts de contact électrique entre la nappe interne et le bande 400 d’une part, mais entre la bande 400 et la nappe externe d’autre part.

Enfin, on vient fixer au moins une électrode de mesure 56 sur au moins un profilé composite 51 de la nappe d’armure externe 5 de traction et au moins une électrode de mesure 56 sur au moins un profilé composite 51 de la nappe interne 5 de traction. Les électrodes de mesure 56 sont reliées à l’unité de mesure et la source de courant continu 90 situées à l’extérieur de l’embout, par l’intermédiaire de moyens de connexion électrique 91 tels que des câbles électriques.

Selon une alternative du deuxième mode de contrôle (non représentée), les électrodes de mesure 56 ne sont plus situées au niveau des extrémités des profilés composites 51 de chaque nappe d’armures 5, mais en arrière de celles-ci, au niveau du collier de blocage arrière 70. Par conséquent, seule la nappe externe 5 d’armures de traction est accessible à cet endroit.

De préférence, au moins une électrode est fixée sur la face supérieure d’un profilé composite, en avant du collier de blocage arrière et au moins une électrode est fixée sur la face supérieure du même profilé composite, en arrière du collier de blocage arrière. De la sorte, on contrôle l’intégrité du profilé composite dans une des zones critiques de l’embout. Eventuellement, la au moins une électrode située en avant (respectivement en arrière) du collier de blocage arrière peut être fixée sur un profilé composite voisin de celui où est fixé la au moins une électrode située en arrière (respectivement en avant) du collier de blocage arrière.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de contrôle de l’intégrité d’une conduite tubulaire flexible (1) destinée au transport des hydrocarbures, ladite conduite comprenant au moins une nappe d’armures de traction (5) enroulées hélicoïdalement à pas long autour d’un noyau tubulaire de ladite conduite, lesdites armures étant constituées de profilés composites (51) comprenant des fibres de carbone (53) longitudinales noyées dans une matrice (54) de matière thermoplastique, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’on mesure, sur la conduite en service, la conductivité électrique au sein d’au moins un profilé composite (51) d’au moins une nappe d’armures de traction (5), parallèlement et/ou transversalement au sens des fibres, et en ce qu’on surveille la variation de la conductivité électrique mesurée parallèlement et/ou transversalement au sens des fibres en fonction des contraintes mécaniques s’exerçant sur ladite conduite, de manière à détecter des endommagements par rupture de fibres et/ou par fissuration de la matrice dans lesdites armures.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdites armures présentent des extrémités libres d’armure (55) fixées au niveau d’un embout de fixation (10) raccordé à chaque extrémité de ladite conduite, ledit procédé étant du type selon lequel on dispose, au niveau desdites extrémités libres (55) de chaque armure, au moins une électrode de mesure (56), de sorte que ladite électrode de mesure (56) est mise en contact avec une pluralité de fibres de carbone (53) au niveau desdites extrémités libres (55) de chaque armure, en ce qu’on relie de façon conductrice les électrodes de mesure (56) disposées au niveau des extrémités libres des armures respectives à une source de courant continu à l’extérieur de la conduite de telle sorte qu’un courant électrique est apte à être transmis parallèlement aux fibres de carbone au travers de chacune desdites armures entre les deux extrémités de la conduite, en ce qu’on mesure la résistance électrique des fibres de carbone dans le sens des fibres au sein de chaque armure, et en ce qu’on utilise la variation de la résistance électrique ainsi mesurée comme indicateur représentatif d’un état de rupture de fibres dans lesdites armures.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel chaque embout de fixation comprend une bague et un manchon, ledit manchon présentant une partie de raccordement à ladite conduite, ladite partie de raccordement comportant une portion de réception desdites armures, ledit procédé étant du type selon lequel on positionne lesdites extrémités libres d’armure au niveau de la portion de réception, on connecte les électrodes de mesure (56) incorporées au niveau desdites extrémités libres d’armure à des moyens de connexion électrique aptes à être connectés à ladite source de courant, on engage ladite bague autour de ladite partie de raccordement pour former une chambre annulaire étanche autour de ladite partie de réception, de sorte que les extrémités libres d’armure et lesdits moyens de connexion électrique s’étendent dans ladite chambre annulaire étanche.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’on incorpore à la matrice de chaque armure, sur au moins une partie de sa longueur, au moins deux électrodes de mesure disposées en vis-à-vis de part et d’autre de deux faces latérales opposées de la matrice, en ce qu’on relie de façon conductrice lesdites deux électrodes de mesure à une source de courant alternatif, en ce qu’on mesure l’impédance électrique entre lesdites deux électrodes de mesure et en ce qu’on utilise la variation de l’impédance électrique ainsi mesurée comme indicateur représentatif d’un état d’endommagement de la partie de la matrice située entre lesdites deux électrodes de mesure.

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