FR3109195A1 - Conduite sous-marine comprenant une gaine interne d’étanchéité - Google Patents

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Abstract

Conduite sous-marine comprenant une gaine interne d’étanchéité en polyamide La demande concerne une conduite sous-marine destinée au transport d’hydrocarbures et/ou de gaz comprenant une couche de renforcement métallique autour d’une gaine polymérique interne d'étanchéité monocouche comprenant un polyamide semi-cristallin semi-aromatique, son procédé de préparation et l’utilisation d’un polyamide semi-cristallin semi-aromatique pour améliorer la corrosion sous contrainte de ladite conduite sous-marine. Figure pour l'abrégé : 1

Description

Conduite sous-marine comprenant une gaine interne d’étanchéité
en polyamide
La présente invention concerne une conduite sous-marine destinée au transport des hydrocarbures en eau profonde ou au transport de gaz, typiquement le transport du CO2.
Ces conduites sont susceptibles d'être utilisées sous fortes pressions, supérieures à 100 bars, voire jusqu’à 1000 bars, et à des températures élevées, supérieures à 130°C, voire 170°C, pendant de longues périodes de temps, c'est-à-dire plusieurs années, typiquement 20 ans.
Les conduites sous-marines destinées au transport des hydrocarbures ou de gaz en eau profonde comprennent généralement au moins une couche de renforcement métallique autour d’une gaine polymérique interne d'étanchéité, dans laquelle circulent les hydrocarbures ou les gaz.
Le matériau constitutif de la gaine polymérique d'étanchéité interne doit être stable chimiquement et capable de résister mécaniquement au fluide transporté et à ses caractéristiques (composition, température et pression). Le matériau doit combiner des caractéristiques de ductilité, de résistance au temps (généralement, la conduite doit avoir une durée de vie d’au moins 20 ans), de résistance mécanique, à la chaleur et à la pression. Le matériau doit notamment être inerte chimiquement vis-à-vis des composés chimiques constituant le fluide transporté ou avoir un vieillissement dont la cinétique est compatible avec l’application. Typiquement, les hydrocarbures transportés comprennent du pétrole brut, de l’eau, et des gaz sous pression, comme du sulfure d’hydrogène (H2S) en une concentration généralement de l’ordre de 100 ppm, du dioxyde de carbone (CO2) à une pression jusque 100 bars (de telles pressions pouvant être atteinte pour certains puits sous-marins extrayant du pétrole de gisements pré-salifère) et du méthane (CH4) généralement à une pression comprise entre 1 bar et plusieurs centaines de bars. Le pétrole peut aussi contenir des acides organiques, comme l’acide benzoïque, l’acide méthanoïque et/ou l’acide acétique. Ils augmentent l’acidité du pétrole brut (compris entre 0,1 et 8 TAN par exemple). Cette acidité peut conduire à la dégradation prématurée de certains polymères, comme les polyamides.
Typiquement, les conduites de transport de gaz et plus particulièrement les conduites d’injection de gaz, transportent principalement du CO2.
Divers matériaux polymères sont utilisés dans la gaine polymérique interne d'étanchéité d’une conduite flexible sous-marine, par exemple :
- le polyéthylène, notamment en polyéthylène haute densité, pour les applications à basse température (typiquement inférieures à 90°C). Le polyéthylène est toutefois sensible au phénomène de cloquage dans certaines conditions.
- le polyamide (PA), notamment le polyamide 11. Contrairement au polyéthylène, le polyamide possède une bonne résistance au cloquage lorsqu’il est mis sous pression et en température, ainsi qu’une faible tendance au gonflement lorsqu’il est au contact du fluide pétrolier. Le polyamide est généralement utilisé pour des conditions de transport d’hydrocarbures pour lesquelles la pression est élevée et où la température reste de préférence en dessous de 90°C, voire pour une température qui peut s’élever jusqu’à 110°C.
En revanche, un des inconvénients du polyamide est qu’il a tendance à s’hydrolyser en présence d’eau, souvent contenu dans les bruts de production (vieillissement chimique). L’hydrolyse est rapide lorsqu’il est soumis à des températures (de l’ordre de 110°C et plus) et à des valeurs de pH faibles (pH inférieur à 7). Un autre inconvénient est son coût d’achat qui est sensiblement plus important que celui du polyéthylène.
- le polyfluorure de vinylidène (PVDF) possède une très bonne inertie chimique. Les gaines à base de PVDF peuvent supporter des pressions en service élevées ainsi que des températures pouvant atteindre 130°C-150°C.
Son inconvénient majeur reste son prix, bien plus élevé que celui du polyéthylène ou du polyamide.
L’utilisation des matériaux thermoplastiques au sein des conduites flexibles non liées est résumée dans les documents normatifs API RP 17B (2014) et API 17J (2014) publiés par l’American Petroleum Institute.
Le développement de gaine polymérique d'étanchéité interne alternative présentant des propriétés compatibles avec leur utilisation au contact d’hydrocarbures à haute température (faible gonflement, faible sensibilité à la cavitation, bonne résistance mécanique, notamment au fluage…, bonne résistance chimique aux composants des hydrocarbures), et en particulier au contact d’hydrocarbures ayant une pression partielle en CO2 élevée (plus de 5 bars) est recherché.
La demande US 2013/0032240 décrit une conduite flexible sous-marine destinée au transport de fluides comprenant une gaine polymérique d'étanchéité interne multicouches, une première couche étant en polyoléfine, en polyamide ou en PVDF et une seconde couche étant en polyarylène éther cétone, en poly(sulfure de phénylène) (PPS), en un mélange polyarylène-éther-cétone (PAEK) /PPS, en polyphénylsulfone (PPSU), ou en poly(naphtalate d'alkylène). Toutefois, des multicouches en tant que gaine interne ont l’inconvénient que des gaz s’accumulent à l’interface entre les couches, ce qui les détériore et dégrade les propriétés de la gaine polymérique d'étanchéité interne.
Comme les conduites sont utilisées à grande profondeur, il est nécessaire que leur au moins une couche de renforcement métallique, chargée de reprendre les efforts circonférentiels radiaux de pression et les efforts longitudinaux de traction, présente d’excellentes caractéristiques mécaniques. Or généralement, dans le cas où ces couches de renforcement métallique sont réalisées en acier, acier au carbone ou faiblement allié, l'augmentation des caractéristiques mécaniques se fait au détriment de la résistance à la corrosion sous contrainte, ce qui rend difficile la mise au point d'une conduite flexible destinée à opérer à très grande profondeur, 2000m et plus, et pouvant résister à des hydrocarbures très corrosifs. Les hydrocarbures corrosifs visés sont notamment des hydrocarbures polyphasiques comportant de fortes pressions partielles en H2S, typiquement 0,5 bar à 5 bar, et/ou en CO2, typiquement au moins 5 bar. De tels fluides sont généralement très acides, typiquement leur pH est inférieur à 4,5. En outre, leur température peut excéder 60°C (température en opération), voire 90°C (température de conception).
Les conduites comprennent au moins une couche de renforcement métallique qui est sujette à la corrosion sous contrainte (CSC) (« Stress Corrosion Cracking » (SCC) en anglais). En effet, dans les conditions d’utilisation de la conduite, la au moins une couche de renforcement métallique subit des contraintes de pression radiale ou de tension longitudinales très importantes et elle est dans un environnement très corrosif, notamment en présence de CO2et H2S. La corrosion sous contrainte cause l’apparition de fissures et dégrade la au moins une couche de renforcement.
Un des objectifs de la présente invention est de fournir une conduite sous-marine pour le transport d’hydrocarbures et/ou de gaz (en particulier de CO2) dont la corrosion sous contrainte est minimisée.
A cet effet, selon un premier objet, l’invention a pour objet une conduite sous-marine destinée au transport d’hydrocarbures et/ou de gaz comprenant une couche de renforcement métallique autour d’une gaine polymérique interne d'étanchéité monocouche comprenant un polyamide semi-cristallin semi-aromatique dont :
- au moins 60% en moles des unités issues de diamines sont issues d’une ou plusieurs diamines choisies parmi les diamines aliphatiques, cycloaliphatiques ou alkylaromatiques ayant un nombre de carbones de 8 à 22, et
- au moins 65% en moles des unités issues de diacides carboxyliques sont issues d’un ou plusieurs diacides carboxyliques aromatiques,
la gaine polymérique interne d'étanchéité étant l’unique couche polymérique à l’intérieur de la couche de renforcement métallique.
Par « transport d’hydrocarbures et/ou de gaz », on entend transport d’hydrocarbures, de gaz ou d’un mélange de ceux-ci.
Un polyamide semi-cristallin, au sens de l’invention, désigne un polyamide qui présente une température de fusion (Tf) en calorimétrie à balayage différentiel (« Differential scanning calorimetry » (DSC) en anglais) DSC selon la norme ISO 11357-3 de 2018, et une enthalpie de cristallisation lors de l’étape de refroidissement à une vitesse de 20K/min en DSC mesurée selon la norme ISO 11357-3 de 2018 supérieure à 30 J/g, de préférence supérieure à 40 J/g.
De préférence, le polyamide tel que défini ci-dessus de la gaine polymérique interne d'étanchéité de la conduite a une température de fusion (en considérant le pic correspondant à la température de fusion la plus haute en DSC selon ISO 11357-3 de 2018) de moins de 330°C, notamment de moins de 300°C, de préférence de moins de 280°C. Des telles températures de fusion facilitent la préparation de la gaine par extrusion.
De préférence, le polyamide tel que défini ci-dessus de la gaine polymérique interne d'étanchéité de la conduite a un allongement à la rupture à 20°C selon ISO 527-2 de 2012 supérieur à 20%, de préférence supérieur à 40%, de manière préférentielle supérieur à 50%.
De préférence, le polyamide tel que défini ci-dessus de la gaine polymérique interne d'étanchéité de la conduite a une conservation de la résistance à la rupture d’au moins 50% lorsqu’il est vieilli 90 jours à 100°C dans l’eau à pH 6 selon la norme API TR 17TR2 de 2003.
De préférence, le polyamide tel que défini ci-dessus de la gaine polymérique interne d'étanchéité de la conduite résiste au phénomène de cloquage à une pression de 500 bars de CO2et une température de 100°C, la résistance au phénomène de cloquage étant évaluée selon API 17J de 2014.
De préférence, le polyamide tel que défini ci-dessus de la gaine polymérique interne d'étanchéité de la conduite a un indice de fluidité (« melt index » en anglais) mesuré à 340°C sous une masse de 5,0 kg selon ISO 1133-1 de 2011 inférieur à 2,0 g/10 min, notamment inférieur à 10,0 g/10 min.
Au moins 60% en moles, notamment au moins 75% en moles, de préférence au moins 90% en moles, plus préférablement au moins 95% en moles, voire la totalité (100%) des unités issues de diamines du polyamide de la gaine polymérique interne d'étanchéité de la conduite sont issues d’une ou plusieurs diamines choisies parmi les diamines aliphatiques, cycloaliphatiques ou alkylaromatiques ayant un nombre de carbones de 8 à 22, notamment de 9 à 22, de préférence de 10 à 22. Ces proportions molaires sont par rapport à la totalité des unités issues de diamines du polyamide.
Lorsque la diamine est aliphatique, elle peut être linéaire ou ramifiée.
Lorsque la diamine aliphatique est linéaire, elle a la formule H2N-(CH2)a-NH2, a étant un nombre entier de 8 à 22, notamment de 9 à 22, de préférence de 10 à 22.
Préférentiellement, lorsque la diamine est aliphatique linéaire et a de 10 à 22 atomes de carbone, elle est choisie parmi la décanediamine (a=10), l'undécanediamine (a=11), la dodécanediamine (a=12), la tridécanediamine (a=13), la tétradécanediamine (a=14), l'hexadécanediamine (a=16), l'octadécanediamine (a=18), l'eicosanediamine (a=20), la docosanediamine (a=22) et les diamines obtenues à partir d'acides gras. Préférentiellement, lorsque la diamine est aliphatique linéaire et a de 9 à 22 atomes de carbone, elle est choisie parmi la liste ci-dessus, à laquelle est ajoutée la nonanediamine (a=9). Préférentiellement, lorsque la diamine est aliphatique linéaire et a de 8 à 22 atomes de carbone, elle est choisie parmi la liste ci-dessus, à laquelle sont ajoutées l'octanediamine (a=8) et la nonanediamine (a=9).
Lorsque la diamine aliphatique est ramifiée et a de 10 à 22 atomes de carbone, elle est de préférence choisie parmi la 2,4-diéthyl-1,6-hexanediamine, la 1,3-diméthyl-1,8-octanediamine, la 1,4-diméthyl-1,8-octanediamine, la 2,2-diméthyl-1,8-octanediamine, la 2,4-diméthyl-1,8-octanediamine, la 3,3-diméthyl-1,8-octanediamine, la 3,4-diméthyl-1,8-octanediamine, la 4,4-diméthyl-1,8-octanediamine, la 4,5-diméthyl-1,8-octanediamine, la 5-méthyl-1,9-nonanediamine, la 2-butyl-1,8-octanediamine et la 3-butyl-1,8-octanediamine. Préférentiellement, lorsque la diamine est aliphatique ramifiée et a de 8 à 22 atomes de carbone ou de 9 à 22 atomes de carbone, elle est choisie parmi la liste ci-dessus, à laquelle sont ajoutées la 2,2,4-triméthyl-1,6-hexanediamine, la 2,4,4-triméthyl-1,6-hexanediamine, la 2,2-diméthyl-heptanediamine, la 2,3-diméthyl-heptanediamine, la 2,4-diméthyl-heptanediamine, la 2,5-diméthyl-heptanediamine, la 2-méthyl-1,8-octanediamine, la 3-méthyl-1,8-octanediamine, la 4-méthyl-1,8-octanediamine.
Lorsque la diamine est cycloaliphatique, elle est choisie de préférence parmi celles comprenant un ou deux cycles.
La diamine cycloaliphatique comprenant un cycle et ayant de 10 à 22 atomes de carbone est notamment la 5-amino-1,3,3-triméthylcyclohexaneméthylamine, la bis (aminopropyl) pipérazine ou. La diamine cycloaliphatique comprenant un cycle et ayant de 9 à 22 atomes de carbone est notamment choisie parmi la liste ci-dessus à laquelle est ajoutée la 5-amino-2,2,4-triméthyl-1-cyclopentanemethylamine. La diamine cycloaliphatique comprenant un cycle et ayant de 8 à 22 atomes de carbone est notamment choisie parmi la liste ci-dessus à laquelle sont ajoutées la 5-amino-2,2,4-triméthyl-1-cyclopentanemethylamine, la 1,3-cyclohexanediméthylamine, la 1,4-cyclohexanediméthylamine et la bis (aminoéthyl) pipérazine.
La diamine cycloaliphatique comprenant deux cycles répond notamment à la formule générale suivante :
dans laquelle :
- R1, R2, R3et R4représentent indépendamment un groupe choisi parmi un atome d'hydrogène ou un alkyle de 1 à 6 atomes de carbone, et
- X représente soit une liaison simple, soit un groupement divalent constitué :
- d'une chaîne aliphatique linéaire ou ramifiée comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, éventuellement substituée par des groupements cycloaliphatiques ou aromatiques de 6 à 8 atomes de carbone, ou
- d'un groupement cycloaliphatique de 6 à 12 atomes de carbone.
Plus préférentiellement, la diamine cycloaliphatique est choisie parmi le bis(4-aminocyclohexyl) méthane, le bis(3-méthyl-4-aminocyclohexyl) propane, la bis(3,5-dialkyl-4-aminocyclohexyl)méthane, la bis(3,5-dialkyl-4-aminocyclohexyl) éthane, la bis(3,5-dialkyl-4-aminocyclohexyl)propane, la bis(3,5-dialkyl-4-aminocyclo-hexyl)butane, la bis-(3-méthyl-4-aminocyclohexyl)-méthane (notée BMACM, MACM ou B), la p-bis(aminocyclohexyl)-méthane (PACM) et la bis(aminocyclohexyl)propane (PACP) (2,2-bis(4-aminocyclohexyl) propane).
Une liste non-exhaustive de ces diamines cycloaliphatiques est donnée dans la publication "Cycloaliphatic Amines" (Encyclopaedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer, 4th Edition (1992), pp. 386-405).
Le 2,5-bis-aminoethyl-p-xylène est un exemple de diamine alkylaromatique ayant de 9 à 22 ou de 10 à 22 atomes de carbone. La diamine alkylaromatique ayant de 8 à 22 atomes de carbone est notamment choisie parmi le 2,5-bis-aminoethyl-p-xylène, la 1,3-xylylène diamine (également nommée m-xylylènediamine et notée MXD ou MXDA) et la 1,4-xylylène diamine.
Les unités issues de diamines ayant de 10 à 22 atomes de carbone préférées du polyamide sont issues d’une ou plusieurs diamines choisies parmi la 1,12-dodécanediamine et la 1,18 octa-décanediamine. Les unités issues de diamines ayant de 9 à 22 atomes de carbone préférées du polyamide sont issues d’une ou plusieurs diamines choisies dans la liste ci-dessus, à laquelle sont ajoutées la 1,9-nonanediamine et la 2-methyl-1,8-octanediamine. Les unités issues de diamines ayant de 8 à 22 atomes de carbone préférées du polyamide sont issues d’une ou plusieurs diamines choisies dans la liste ci-dessus, à laquelle sont ajoutées la 1,3-xylylène diamine, la 1,9-nonanediamine et la 2-methyl-1,8-octanediamine.
Au plus 40% en moles, notamment au plus 25% en moles, de préférence au plus 10% en moles, plus préférablement au plus 5% en moles des unités issues de diamines du polyamide de la gaine polymérique interne d'étanchéité de la conduite sont des unités issues d’autres diamines, c’est-à-dire de diamines n’étant pas des diamines aliphatiques, cycloaliphatiques ou alkylaromatiques ayant un nombre de carbones de 8 à 22.
Parmi ces autres diamines peuvent être citées :
- les diamines comprenant plus de 22 atomes de carbone,
- les diamines aliphatiques linéaires comprenant moins de 8 atomes de carbone telles que l’éthylènediamine (a = 2), la propylènediamine (a = 3), la butanediamine (a=4), la pentanediamine (a=5), l'hexanediamine (a=6), l'heptanediamine (a=7),
- les diamines aliphatiques ramifiées comprenant moins de 8 atomes de carbone telles que la 2-méthyl-1,5-pentanediamine et la 3-méthyl-1,5-pentanediamine,
- les diamines cycloaliphatiques comprenant moins de 8 atomes de carbone telles que la 1,3-cyclohexanediamine et la 1,4-cyclohexanediamine,
- les diamines alkylaromatiques comprenant moins de 8 atomes de carbone ,
- les diamines aromatiques (quel que soit leur nombre d’atomes de carbone) telles que la para-phénylènediamine, la meta-phénylènediamine, la 1,4-naphthalènediméthylamine, la 1,5-naphthalènediméthylamine, la 2,6-naphthalènediméthylamine, la 2,7-naphthalènediméthylamine, la 4,4’-diaminodiphenylsulfone et l’éther de 4,4’-diaminodiphényle.
Lorsque le polyamide semi-cristallin semi-aromatique a au moins 60% en moles des unités issues de diamines issues d’une ou plusieurs diamines choisies parmi les diamines aliphatiques, cycloaliphatiques ou alkylaromatiques ayant un nombre de carbones de 9 à 22, les au plus 40% en moles des unités issues d’autres diamines peuvent être issues de diamine aliphatiques, cycloaliphatiques ou alkylaromatiques ayant 8 atomes de carbone, en plus de celles listées ci-dessus. Par exemple, l'octanediamine est alors une autre diamine.
Lorsque le polyamide semi-cristallin semi-aromatique a au moins 60% en moles des unités issues de diamines issues d’une ou plusieurs diamines choisies parmi les diamines aliphatiques, cycloaliphatiques ou alkylaromatiques ayant un nombre de carbones de 10 à 22, les au plus 40% en moles des unités issues d’autres diamines peuvent être issues de diamine aliphatiques, cycloaliphatiques ou alkylaromatiques ayant 8 ou 9 atomes de carbone, en plus de celles listées ci-dessus. Par exemple, l'octanediamine et la nonanediamine sont alors des autres diamines.
Au moins 65% en moles, notamment au moins 75% en moles, de préférence au moins 90% en moles, plus préférablement au moins 95% en moles, voire la totalité (100%) des unités issues de diacides carboxyliques du polyamide de la gaine polymérique interne d'étanchéité de la conduite sont issues d’un ou plusieurs diacides carboxyliques aromatiques. Ces proportions molaires sont par rapport à la totalité d’unités issues de diacides carboxyliques aromatiques du polyamide.
Ces diacides carboxyliques aromatiques sont typiquement l’acide phtalique, l’acide téréphtalique (noté T), l’acide isophtalique (noté I), le diacide naphtalénique, l’acide 1,3-phénylènedioxydiacétique l’acide 1,4-phénylènedioxydiacétique, l’acide diphénique, l’acide 4,4'-oxydibenzoïque, l'acide diphénylméthane-4,4'-dicarboxylique, l’acide diphényléthane-4,4'-dicarboxylique, l’acide diphénylpropane-4,4'-dicarboxylique, l’acide diphénylsulfone-4,4'-dicarboxylique, acide 4,4'-biphényldicarboxylique, notamment l’acide phtalique, l'acide téréphtalique, l'acide isophtalique et le diacide naphtalénique, de préférence l’acide phtalique, l'acide téréphtalique, l'acide isophtalique, de manière particulièrement préférée l'acide téréphtalique et l'acide isophtalique. Dans ce dernier cas, le polyamide est alors généralement dénommé polyphthalamide (PPA). De manière particulièrement préférée, ces diacides carboxyliques aromatiques sont l’acide téréphtalique.
Au plus 35% en moles, notamment au plus 25% en moles, de préférence au plus 10% en moles, plus préférablement au plus 5% en moles des unités issues de diacides carboxyliques du polyamide de la gaine polymérique interne d'étanchéité de la conduite sont des unités issues d’autres diacides carboxyliques, c’est-à-dire non aromatiques.
Ces diacides carboxyliques non aromatiques peuvent être des diacides carboxyliques aliphatiques (linéaires, branchés et/ou cycliques), tels que :
- les diacides carboxyliques aliphatiques linéaires choisis parmi l’acide malonique (b = 3), l'acide succinique (b=4), l'acide pentanedioïque (b=5), l'acide adipique (b=6), l'acide heptanedioïque (b=7), l'acide octanedioïque (b=8), l'acide azélaïque (b=9), l'acide sébacique (b=10), l'acide undécanedioïque (b=11), l'acide dodécanedioïque (b=12), l'acide brassylique (b=13), l'acide tetradécanedioïque (b=14), l'acide hexadécanedioïque (b=16), l'acide octadécanoïque (b=18), l'acide octadécènedioïque (b=18), l'acide eicosanedioïque (b=20), l'acide docosanedioïque (b=22) et les dimères d'acides gras contenant 36 carbones,
- les diacides carboxyliques aliphatiques branchés choisis parmi l’acide diméthylmalonique, l'acide 2-méthyladipique, l’acide 2,2,4-triméthyladipique, l’acide 2,4,4-triméthyladipique, l’acide 2,2-diméthylglutarique, l’acide 2,2-diéthylsuccinique,
- les diacides carboxyliques diacide cycloaliphatiques choisis parmi l’acide cyclopentane 1-3-dicarboxylique, l'acide cyclohexane 1,3-dicarboxylique et l'acide cyclohexane 1,4-dicarboxylique.
Le polyamide de la gaine polymérique interne d'étanchéité monocouche de la conduite peut être un homopolymère, un copolymère, un terpolymère ou un mélange de ceux-ci.
En plus des unités issues de diamines et de diacides carboxyliques, le polyamide peut comprendre des unités issues d’aminoacide et/ou de lactame.
Le polyamide peut par exemple comprendre au moins une unité issue d’un aminoacide choisi parmi l'acide 9-aminononanoïque, l'acide 10-aminodécanoïque, l'acide 12-aminododécanoïque et l'acide 11-aminoundécanoïque ainsi que ses dérivés, notamment l'acide N-heptyl-11-aminoundécanoïque.
Le polyamide peut par exemple comprendre au moins une unité issue d’un lactame choisi parmi la pyrrolidinone, la piperidinone, le caprolactame, l'énantholactame, le caprylolactame, le pelargolactame, le décanolactame, l'undécanolactame, et le laurolactame.
De préférence, la gaine polymérique interne d'étanchéité monocouche de la conduite comprend, à titre de polyamide semi-cristallin semi-aromatique, du PA9T, du PA12T, du PA18T ou un mélange de ceux-ci, le PA9T étant particulièrement préféré.
La nomenclature utilisée pour définir les polyamides est décrite dans la norme ISO 16396-1 : 2015 « Plastiques -- Matériaux polyamides (PA) pour moulage et extrusion -- Partie 1: Système de désignation, marquage des produits et base de spécification ».
Le GENESTAR™PA9T de Kuraray ou l’Ultramid® advanced N4H de BASF sont des exemples de PA9T utilisables. Le Vestamid HT plus grade M3000 ou M8000 d’Evonik ou le Grivory HT3 d’EMS-Grivory sont des polyamides à base de PA10T utilisables.
Lorsque les au moins 60% en moles d’unités issues de diamines du polyamide semi-cristallin semi-aromatique sont issues d’une ou plusieurs diamines ayant un nombre de carbones de 10 à 22, la gaine polymérique interne d'étanchéité monocouche de la conduite comprend, de préférence, à titre de polyamide semi-cristallin semi-aromatique, du PA12T, du PA18T ou un mélange de ceux-ci.
Grace à leur effet barrière aux gaz susceptibles d’endommager la couche de renforcement métallique (H2S et/ou CO2), les polyamides définis ci-dessus permettent d’améliorer la résistance de la conduite en désévérisant la composition de l’annulaire, et en particulier d’améliorer la résistance à la corrosion sous contrainte de la au moins une couche de renforcement métallique, et donc la durée de vie de la conduite. La corrosion sous contrainte peut être évaluée par la norme NACE TM0177-2016-SG.
Avantageusement, ces polyamides résistent mieux à l’hydrolyse que le PA11 ou le PA12.
La gaine polymérique interne d’étanchéité comprenant le polyamide défini ci-dessus comprend typiquement :
- une matrice polymérique, et
- éventuellement des composants dispersés de façon discontinue dans la matrice polymérique.
Par « matrice polymérique », on entend la phase continue polymérique qui forme la gaine polymérique interne d’étanchéité. La matrice polymérique est une matrice continue. La gaine polymérique interne d’étanchéité peut éventuellement comprendre des composants dispersés de façon discontinue dans la matrice polymérique, mais qui ne font pas partie de la matrice polymérique. De tels composants peuvent par exemple être des charges telles que des fibres.
La matrice polymérique de la gaine polymérique interne d’étanchéité est généralement obtenue par extrusion d’un ou de plusieurs polymères (qui formeront la matrice polymérique) et éventuellement d’additifs (mélange maître). Lors de l’extrusion, certains additifs sont incorporés dans la matrice polymérique, alors que d’autres ne se mélangent pas avec les polymères formant la matrice polymérique et se dispersent de façon discontinue dans la matrice polymérique, pour former des composants dispersés de façon discontinue dans la matrice polymérique.
Selon une première alternative, la conduite comprend une gaine polymérique interne d’étanchéité dont la matrice polymérique comprend un polyamide tel que défini ci-dessus.
Selon cette alternative, la gaine polymérique interne d’étanchéité dont la matrice polymérique comprend le polyamide est généralement obtenue par extrusion d’un ou de plusieurs polymères (qui formera(ont) la matrice polymérique), au moins l’un d’eux étant le polyamide défini ci-dessus, et éventuellement en présence d’additifs.
Les composants dispersés de façon discontinue dans la matrice polymérique peuvent éventuellement comprendre des polymères, par exemple un polyamide tel que défini ci-dessus. Cela étant, une conduite :
- comprenant une gaine polymérique d’étanchéité comprenant un composant dispersé de façon discontinue dans la matrice polymérique (notamment des charges telles que des fibres) comprenant ou constituée d’un polyamide tel que défini ci-dessus,
- mais dont la matrice polymérique est exempte de polyamide tel que défini ci-dessus,
ne répond pas à la définition d’une conduite comprenant au moins une gaine polymérique d’étanchéité dont la matrice polymérique comprend un polyamide tel que défini ci-dessus, telle que définie dans cette première alternative.
Selon une deuxième alternative, la conduite selon l’invention comprend une gaine polymérique interne d’étanchéité comprenant un composant dispersé de façon discontinue dans la matrice polymérique, ledit composant comprenant un polyamide tel que défini ci-dessus.
Selon cette deuxième alternative, un composant dispersé de façon discontinue dans la matrice polymérique de la gaine polymérique interne d’étanchéité comprend un polyamide tel que défini ci-dessus. Le composant peut être une charge telle qu’une fibre. Le composant comprenant un polyamide tel que défini ci-dessus est généralement un des additifs du mélange maître utilisé lors de l’extrusion. Selon cette deuxième alternative, la matrice polymérique de la gaine polymérique interne d’étanchéité peut être exempte de polyamide tel que défini ci-dessus.
Selon une troisième alternative, la conduite selon l’invention comprend une gaine polymérique interne d’étanchéité comprenant un composant dispersé de façon discontinue dans la matrice polymérique, ledit composant comprenant un polyamide tel que défini ci-dessus et dont la matrice polymérique comprend un polyamide tel que défini ci-dessus.
Selon cette troisième alternative, le polyamide tel que défini ci-dessus est donc présent à la fois dans la matrice polymérique et dans un composant dispersé de façon discontinue dans la matrice polymérique.
La gaine polymérique interne d’étanchéité comprend de préférence au moins 50% en poids, notamment au moins 65% en poids, de préférence au moins 75% en poids, de manière particulièrement préférée au moins 85% en poids de polyamide tel que défini ci-dessus par rapport à la gaine polymérique interne d’étanchéité.
La gaine polymérique interne d’étanchéité peut également comprendre un plastifiant, qui peut permettre d’améliorer les performances de la gaine à froid (grâce à l’abaissement de la température de transition vitreuse de 10°C, voire de 25°C, mesurable par DSC). Le plastifiant peut par exemple être choisi parmi les composés défini dans l’ouvrageHandbook of Plasticizersédité par Georges Wypych. On peut notamment citer à titre d’exemple le sébaçate de dibutyle, le phtalate de dioctyle, le N-n-butylsulfonamide, le butylbenzènesulfonamide les polyesters polymériques et les combinaisons de ceux-ci.
Avantageusement la gaine polymérique interne d’étanchéité comprend entre 0% et 20% en poids de plastifiant et préférentiellement entre 1% et 10% en poids de plastifiant.
La gaine polymérique interne d’étanchéité peut également comprendre un modifiant choc, qui permet d’améliorer son comportement à froid. Ainsi, la composition peut comprendre jusqu'à 20% en poids, par rapport au poids total de la composition, d'un modifiant choc, généralement un polymère présentant un module de flexion inférieur à 100 MPa mesuré selon la norme ISO 178 de 2019. Ce modifiant choc est au besoin fonctionnalisé chimiquement de façon à pouvoir réagir avec le polyamide et à former un alliage compatible avec lui. Le modifiant choc est, de préférence, constitué d'une ou plusieurs polyoléfines, une partie ou la totalité de celles-ci portant une fonction choisie parmi les fonctions acide carboxylique, anhydride carboxylique, époxyde et toute autre fonction susceptible de réagir chimiquement avec les polyamides, typiquement avec ses bouts de chaîne amine (cas de l'acide carboxylique, l'anhydride carboxylique) ou ses bouts de chaînes acides (cas de l'époxyde, en particulier du méthacrylate de glycidyle). Par exemple, la polyoléfine est choisie parmi : un copolymère d'éthylène et de propylène à caractère élastomère (EPR), un copolymère éthylène-butène (EBR), un copolymère ethylène-octène (EOR), un copolymère éthylène-propylène-diène à caractère élastomère (EPDM), un copolymère styrène-butadiène (SBR) et un copolymère éthylène/(méth)acrylate d'alkyle.
La gaine polymérique interne d’étanchéité comprend entre 0% et 20% de modifiant choc et préférentiellement entre 1 % et 10% de modifiant choc.
La gaine polymérique interne d’étanchéité comprenant le polyamide tel que défini ci-dessus peut comprendre un ou plusieurs autres additifs, tels que antioxydant, anti-UV, charge de renfort, adjuvant de fabrication, stabilisant à la chaleur (par exemple un stabilisant de la gamme BRUGGOLEN® H de Brüggemann), retardateur d’hydrolyse, agent de nucléation (par exemple BRUGGOLEN® TP-P1401 de Brüggemann) et autres charges usuellement utilisées dans les thermoplastiques.
Typiquement, la gaine polymérique interne d’étanchéité est constituée de :
- 50 à 100% en poids de polyamide tel que défini ci-dessus,
- 0 à 20% en poids de plastifiant,
- 0 à 20% en poids de modifiant choc,
- 0 à 10% en poids d’additifs.
La gaine polymérique interne d'étanchéité est l’unique couche polymérique à l’intérieur de la couche de renforcement métallique. La seule couche polymérique à l’intérieur de la au moins une couche de renforcement métallique est la gaine polymérique interne d'étanchéité. Par contre, la conduite peut comprendre une ou plusieurs couche(s) polymérique(s) supplémentaire(s) à l’extérieur de la couche de renforcement métallique.
La gaine polymérique interne d'étanchéité est monocouche, ce qui exclut les gaines polymériques interne d'étanchéité multicouches, et ce que les couches soient non liées entre elles ou liées entre elles, notamment par un adhésif ou parce qu’elles ont été formées par coextrusion. Une unique couche plutôt que deux ou plus permet d’éviter l’accumulation de gaz entre les couches, et donc la dégradation par phénomène de cloquage de la gaine polymérique interne d'étanchéité, par exemple en cas de dépressurisation brutale volontaire ou involontaire de la conduite sous-marine.
La gaine polymérique interne d'étanchéité est généralement susceptible d’être en contact avec les hydrocarbures. Par « gaine polymérique interne d'étanchéité susceptible d’être en contact avec les hydrocarbures », on entend que la gaine ou la couche entre en contact avec les hydrocarbures lorsque la conduite est mise en service. Ainsi, la conduite ne comprend pas de couche tubulaire interne (c’est-à-dire de couche étanche aux hydrocarbures) qui s’opposerait au contact entre les hydrocarbures et la gaine ou la couche. Typiquement, la conduite selon l’invention ne comprend pas de couche tubulaire polymérique revêtu(e) par la gaine polymérique interne d'étanchéité ou de tube métallique étanche aux hydrocarbures (une carcasse métallique n’est pas un tel tube métallique, car elle n’est pas étanche aux hydrocarbures).
La conduite sous-marine selon l’invention est flexible. Généralement, sa couche de renforcement métallique est constituée d’un enroulement à pas long d’au moins un fil métallique à spires non jointives, typiquement une nappe d’armure de traction.
La conduite flexible comprend typiquement, de l'extérieur vers l'intérieur de la conduite :
- au moins une nappe d'armures de traction en tant que couche de renforcement métallique (généralement deux),
- la gaine polymérique interne d'étanchéité monocouche définie ci-dessus,
- éventuellement une carcasse métallique.
Si la conduite comprend une carcasse métallique, elle est dite à passage non lisse ("rough-bore" en langue anglaise). Si la conduite est exempte de carcasse métallique, elle est dite à passage lisse ("smooth-bore" en langue anglaise).
La fonction principale de la carcasse métallique est de reprendre les efforts radiaux dirigés de l’extérieur vers l’intérieur de la conduite afin d’éviter l’effondrement (« collapse » en langue anglaise) de tout ou partie de la conduite sous l’effet de ces efforts. Ces efforts sont notamment liés à pression hydrostatique exercée par l’eau de mer lorsque la conduite flexible est immergée. Ainsi, la pression hydrostatique peut atteindre un niveau très élevé lorsque la conduite est immergée à grande profondeur, par exemple 200 bar lorsque la conduite est immergée à une profondeur de 2000 m si bien qu’il est alors souvent indispensable d’équiper la conduite flexible d’une carcasse métallique.
Lorsque la conduite flexible comprend une gaine polymérique externe, la carcasse métallique a aussi pour fonction d’empêcher l’effondrement de la gaine polymérique interne d’étanchéité lors d’une décompression rapide d’une conduite flexible ayant transporté des hydrocarbures. En effet, les gaz contenus dans les hydrocarbures diffusent lentement à travers la gaine polymérique interne d’étanchéité et se retrouvent en partie piégés dans l’espace annulaire compris entre la gaine polymérique interne d’étanchéité et la gaine polymérique externe. Par suite, lors d’un arrêt de production engendrant une décompression rapide de l’intérieur de la conduite flexible, la pression régnant dans cet espace annulaire peut temporairement devenir nettement supérieure à la pression régnant à l’intérieur de la conduite, ce qui en l’absence de carcasse métallique conduirait à l’effondrement de la gaine polymérique interne d’étanchéité.
Par suite, généralement, pour le transport d’hydrocarbures, une conduite comportant une carcasse métallique est préférée, alors qu’une conduite exempte de carcasse métallique sera adaptée pour le transport d’eau et/ou de vapeur d’eau sous pression. En outre, lorsque la conduite est destinée à la fois à transporter des hydrocarbures et à être immergée à grande profondeur, alors la carcasse métallique devient indispensable dans la plupart des applications.
La carcasse métallique est constituée d’éléments longitudinaux enroulés hélicoïdalement à pas court. Ces éléments longitudinaux sont des feuillards ou des fils en acier inoxydable agencés en spires agrafées les unes aux autres. Avantageusement, la carcasse métallique est réalisée en profilant un feuillard en forme de S puis en l’enroulant en hélice de façon à agrafer entre elles les spires adjacentes.
Dans la présente demande, la notion d'enroulement à pas court désigne tout enroulement hélicoïdal selon un angle d'hélice proche de 90°, typiquement compris entre 75° et 90°. La notion d'enroulement à pas long recouvre quant à elle les angles d'hélice inférieurs à 60°, typiquement compris entre 20° et 60° pour les nappes d'armures.
Les nappes d'armures de traction sont constituées de fils métalliques ou en matériau composite enroulés selon des pas longs et ont pour fonction principale de reprendre les efforts axiaux liés d’une part à la pression interne régnant à l’intérieur de la conduite flexible et d’autre part au poids de la conduite flexible notamment lorsqu’elle est suspendue. La présence d’une couche de renfort métallique supplémentaire destinée à reprendre les efforts radiaux liés à la pression interne, couche notamment appelée « voûte de pression », n’est pas indispensable dès lors que les angles d’hélice des fils constituant les nappes d’armures de traction sont proches de 55°. En effet, cet angle d’hélice particulier confère aux nappes d’armures de traction la capacité de reprendre, en plus des efforts axiaux, les efforts radiaux exercés sur la conduite flexibles et dirigés de l’intérieur vers l’extérieur de la conduite.
De manière préférée et notamment pour les applications en grande profondeur, outre les nappes d’armures de traction, la conduite flexible comprend une voûte de pression intercalée entre la gaine polymérique interne d’étanchéité et les nappes d’armures de traction. Dans un tel cas, les efforts radiaux exercés sur la conduite flexible, notamment les efforts radiaux dirigés de l’intérieur vers l’extérieur de la conduite sont repris par la voûte de pression afin d’éviter l’éclatement de la gaine polymérique interne sous l’effet de la pression régnant à l’intérieur de la conduite. La voûte de pression est constituée d’éléments longitudinaux enroulés à pas court, par exemple des fils métalliques de forme Z (zêta), C, T (téta), U, K ou X agencés en spires agrafées les unes aux autres.
Avantageusement et notamment en fonction du grade du matériau métallique constitutif des nappes d’armures de traction et de l’éventuelle voûte de pression, la conduite flexible peut comprendre une gaine polymérique externe d’étanchéité pour empêcher l’eau de mer de pénétrer au sein de la conduite flexible. Cela permet notamment de protéger les nappes d’armures de traction de l’eau de mer et donc de prévenir le phénomène de corrosion par l’eau de mer.
Typiquement, la conduite comprend, de l’extérieur vers l’intérieur :
- une gaine polymérique externe d'étanchéité,
- au moins une nappe d'armures de traction en tant que couche de renforcement métallique,
- éventuellement une voûte de pression,
- la gaine polymérique interne d'étanchéité monocouche telle que définie ci-dessus,
- éventuellement une carcasse métallique.
La nature, le nombre, le dimensionnement et l'organisation des couches constituant les conduites flexibles sont essentiellement liés à leurs conditions d'utilisation et d'installation. Les conduites peuvent comprendre des couches supplémentaires à celles susmentionnées.
Avantageusement, la conduite flexible est de type non lié, c’est-à-dire que ses couches de renforcement, telles que la(les) nappe(s) d’armures de traction et/ou la voûte de pression, sont non liées à la(aux) couche(s) polymérique(s) adjacente(s), telles que la gaine polymérique interne d’étanchéité et/ou la gaine polymérique externe d’étanchéité et/ou toute couche polymérique tubulaire composant la conduite flexible. Par « non lié », on entend que les couches de renforcement sont libres de se déplacer par rapport aux couches polymériques. Typiquement, les couches de renforcement de la conduite flexible ne sont pas noyées (« embedded » en anglais) dans une gaine polymérique ou élastomérique. De même, il n’y a de préférence pas d’adhésif entre les couches de renforcement et la(les) couche(s) polymérique(s) adjacentes.
Les conduites flexibles peuvent être utilisées à grande profondeur, typiquement jusqu’à 3000 mètres de profondeur. Elles permettent le transport de fluides, notamment d’hydrocarbures, ayant une température atteignant typiquement 130°C et pouvant même dépasser les 150°C et une pression interne pouvant atteindre 1000 bars, voire 1500 bars.
La gaine polymérique interne d’étanchéité de la conduite flexible est typiquement tubulaire, a généralement un diamètre de 50 mm à 600 mm, de préférence de 50 à 400 mm, et/ou une épaisseur de 1 mm à 150 mm, préférentiellement de 4 à 15 mm et/ou une longueur de 1 m à 10 km.
Selon un deuxième objet, l’invention concerne un procédé de préparation de la conduite sous-marine définie ci-dessus, comprenant les étapes suivantes :
a) extrusion pour former la gaine polymérique interne d’étanchéité monocouche comprenant le polyamide tel que défini ci-dessus, l’extrusion étant éventuellement réalisée sur une autre couche,
b) assemblage de la gaine polymérique interne d’étanchéité obtenue à l’étape a) avec la couche de renforcement métallique, typiquement au moins une nappe d’armures de traction (généralement deux nappes d’armures).
L’étape a) d’extrusion peut être réalisée par toute méthode connue de l’homme du métier, par exemple en utilisant une extrudeuse mono-vis ou bi-vis.
Une matrice polymérique comprenant un polyamide tel que défini ci-dessus peut facilement être extrudée. Lorsque la gaine polymérique interne d’étanchéité comprend plusieurs polymères, le mélange des deux polymères peut être réalisé avant ou pendant l’extrusion.
Si l’extrusion de l’étape a) n’est pas réalisée sur une carcasse, mais de manière indépendante, la conduite flexible obtenue est à passage lisse (« Smooth bore » en anglais).
Si l’extrusion de l’étape a) est réalisée sur une carcasse, la conduite flexible obtenue est à passage non lisse (« Rough bore » en anglais).
Lorsque la conduite flexible comprend d’autres couches, le procédé comprend l’étape b) d’assemblage de la gaine polymérique interne d’étanchéité obtenue lors de l’étape a) avec les autres couches pour former la conduite sous-marine flexible telle que la voûte de pression et/ou la gaine polymérique externe d’étanchéité.
Les couches sont ainsi assemblées pour former une conduite flexible sous-marine de type non lié ("unbonded" en langue anglaise), telle que décrite dans les documents normatifs publiés par l'American Petroleum lnstitute (API), API 17J et API RP 17B.
Selon un troisième objet, l’invention a pour objet une conduite sous-marine susceptible d’être obtenue par le procédé précité.
Selon un quatrième objet, l’invention a pour objet l’utilisation de la conduite sous-marine précitée pour le transport d’hydrocarbures et/ou de gaz.
La conduite sous-marine selon l’invention convient au transport de gaz, typiquement du CO2, notamment en vue de sa réinjection dans le gisement sous-marin d’où les hydrocarbures sont extraits.
Selon un cinquième objet, l’invention a pour objet l’utilisation d’un polyamide tel que défini ci-dessus, dans une gaine polymérique interne d'étanchéité monocouche d’une conduite sous-marine destinée au transport d’hydrocarbures et/ou de gaz et comprenant une couche de renforcement métallique, pour améliorer la résistance à la corrosion sous contrainte de ladite conduite sous-marine. Les modes de réalisations décrits ci-dessus sont bien sûr applicables.
Selon un sixième objet, l’invention concerne un procédé d’extraction d’hydrocarbures comprenant :
- l’extraction d’un mélange d’hydrocarbures et de CO2d’un gisement sous-marin,
- la séparation des hydrocarbures et du CO2,
- le transport d’au moins une partie du CO2séparé vers ledit gisement sous-marin dans la conduite telle que définie ci-dessus,
- la réinjection du CO2transporté dans ledit gisement sous-marin.
Ce procédé permet avantageusement de réduire les émissions de CO2lors de l’extraction, et généralement d’augmenter la quantité d’hydrocarbures pouvant être extrait du gisement sous-marin.
Les modes de réalisations décrits ci-dessus sont bien sûr applicables.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence à l’unique figure.
La figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'une conduite flexible selon l'invention. Elle illustre une conduite conforme à l'invention comprenant, de l'extérieur vers l'intérieur :
- une gaine polymérique externe d'étanchéité 10,
- une nappe externe d'armures de traction 12,
- une nappe interne d'armures de traction 14 enroulée en sens opposé de la nappe externe 12,
- une voûte de pression 18 de reprise des efforts radiaux générés par la pression des hydrocarbures ou des gaz transportés,
- une gaine polymérique interne d'étanchéité 20, et
- une carcasse interne 22 de reprise des efforts radiaux d'écrasement,
dans laquelle la gaine polymérique interne d'étanchéité 20 comprend un polyamide tel que défini ci-dessus.
Du fait de la présence de la carcasse interne 22, cette conduite est dite à passage non lisse (" rough bore " en langue anglaise). L'invention pourrait aussi s'appliquer à une conduite dite à passage lisse (" smooth-bore " en langue anglaise), ne comportant pas de carcasse interne.
De même, on ne sortirait pas du champ de la présente invention en supprimant la voûte de pression 18, sous réserve que les angles d'hélice des fils constituant les nappes d'armures 12, 14 soient proches de 55° et en sens opposé.
Les nappes d'armures 12, 14 sont obtenues par enroulement à pas long d'un ensemble de fils en matériau métallique ou composite, de section généralement sensiblement rectangulaire. L'invention s'appliquerait aussi si ces fils avaient une section de géométrie circulaire ou complexe, du type par exemple T autoagrafé. Sur la figure 1, seules deux nappes d'armures 12 et 14 sont représentées, mais la conduite pourrait aussi comporter une ou plusieurs paires supplémentaires d'armures. La nappe d'armures 12 est dite externe car elle est ici la dernière, en partant de l'intérieur de la conduite, avant la gaine d'étanchéité externe 10.
La conduite flexible peut également comprendre des couches non représentées sur la figure 1, telles que :
- une couche de maintien entre la gaine polymérique externe 10 et les nappes d’armures de traction 12 et 14, ou entre deux nappes d’armures de traction,
- une ou plusieurs couches anti-usure (" anti-wear layer " en anglais) en matériau polymérique en contact soit avec la face interne de la couche de maintien précitée, soit avec sa face externe, soit avec les deux faces, cette couche anti-usure permettant d’éviter que la couche de maintien s'use au contact avec des armures métalliques. Les couches anti-usure, qui sont bien connues de l'homme du métier, sont généralement réalisées par enroulement hélicoïdal d'un ou plusieurs rubans obtenus par extrusion d'un matériau polymérique à base de polyamide, de polyoléfines, ou de PVDF (" polyvinylidene fluoride " en anglais). On pourra aussi se reporter au document WO 2006/120320 qui décrit des couches anti-usure constituées de rubans en polysulfone (PSU), polyethersulfone (PES), polyphenylsulfone (PPSU), polyetherimide (PEI), polytétrafluoroéthylène (PTFE), polyétheréthercétone (PEEK) ou polysulfure de phénylène (PPS).
EXEMPLE :
Des tests de perméabilité au CO2 (100% ; gaz unique) ont été réalisés en suivant le protocole décrit au paragraphe 6.2.3.2. de l’API 17J de 2014, dans la variante sans cycles de mise en pression-décompression successifs et avec une pression en CO2de 40 bars.
Les conditions expérimentales sont précisées au tableau 1.
Les échantillons testés ont été découpés dans une bande extrudée préparée à partir de PA9T Genestar™ N1006D-H31 de Kuraray ou de PA11 Rilsan P40TL d’Arkema. Les échantillons testés avaient une épaisseur de 0,177 cm, et une surface testée de 12,57 cm2.
Les coefficients de perméabilité (Pe) du PA9T et du PA11 vis-à-vis du CO2ayant traversé la membrane a été déterminée à partir de mesures par chromatographie gaz (CG) à l’aide d’un chromatographe en phase gazeuse VARIAN, de modèle GC 3800.
Polymère PA9T PA11 (comparatif)
Température
(°C)		 40 60 100 40 60 100
Pe
(cm2/s/bar)		 9,57x10-9 1,43x10-8 4,80x10-8 3,38x10-8 6,68x10-8 2,09x10-7
Tableau 1 : Résultats des tests de perméabilité au CO2
Ces résultats montrent que le PA9T a un meilleur effet barrière au CO2que le PA11. Une gaine polymérique interne d'étanchéité en PA9T laisse donc moins passer de CO2depuis les hydrocarbures transportés, ou du gaz transporté lorsque celui-ci est du CO2, vers les couches plus externe à la gaine interne d’étanchéité, notamment vers la couche de renforcement métallique, qu’une gaine en PA11. Une gaine en PA9T permet ainsi d’améliorer la résistance à la corrosion sous contrainte de la couche de renforcement métallique.

Claims (12)

  1. Conduite sous-marine destinée au transport d’hydrocarbures et/ou de gaz comprenant une couche de renforcement métallique autour d’une gaine polymérique interne d'étanchéité monocouche comprenant un polyamide semi-cristallin semi-aromatique dont :
    - au moins 60% en moles des unités issues de diamines sont issues d’une ou plusieurs diamines choisies parmi les diamines aliphatiques, cycloaliphatiques ou alkylaromatiques, lesdites diamines ayant un nombre de carbones de 8 à 22, et
    - au moins 65% en moles des unités issues de diacides carboxyliques sont issues d’un ou plusieurs diacides carboxyliques aromatiques,
    la gaine polymérique interne d'étanchéité étant l’unique couche polymérique à l’intérieur de la couche de renforcement métallique.
  2. Conduite sous-marine selon la revendication 1, dans laquelle les au moins 60% en moles d’unités issues de diamines du polyamide semi-cristallin semi-aromatique sont issues d’une ou plusieurs diamines ayant un nombre de carbones de 10 à 22.
  3. Conduite sous-marine selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le polyamide semi-cristallin semi-aromatique a :
    - une température de fusion selon ISO 11357-3 de 2018 de moins de 330°C, notamment de moins de 300°C, de préférence de moins de 280°C, et/ou
    - un allongement à la rupture à 20°C selon ISO 527-2 de 2012 supérieur à 20%, de préférence supérieur à 40%, de manière préférentielle supérieur à 50%, et/ou
    - une conservation de la résistance à la rupture d’au moins 50% lorsqu’il est vieilli 90 jours à 100°C dans l’eau à pH 6 selon la norme API TR 17TR2 de 2003, et/ou
    - une résistance au phénomène de cloquage à une pression de 500 bars de CO2et une température de 100°C, la résistance au phénomène de cloquage étant évaluée selon API 17J de 2014.
  4. Conduite sous-marine selon la revendication 1 ou 3 dans laquelle les au moins 60% en moles d’unités issues de diamines du polyamide semi-cristallin semi-aromatique sont issues d’une ou plusieurs diamines choisies parmi :
    - les diamines aliphatiques linéaires de formule H2N-(CH2)a-NH2, a étant un nombre entier de 8 à 22, de préférence choisies parmi l'octanediamine (a=8), la nonanediamine (a=9), la décanediamine (a=10), l'undécanediamine (a=11), la dodécanediamine (a=12), la tridécanediamine (a=13), la tétradécanediamine (a=14), l'hexadécanediamine (a=16), l'octadécanediamine (a=18), l'eicosanediamine (a=20), la docosanediamine (a=22) et les diamines obtenues à partir d'acides gras ;
    - les diamines aliphatiques ramifiées ayant un nombre de carbones de 8 à 22, de préférence choisies parmi la 2,2,4-triméthyl-1,6-hexanediamine, la 2,4,4-triméthyl-1,6-hexanediamine, 2,4-diéthyl-1,6-hexanediamine, 2,2-diméthyl-heptanediamine, la 2,3-diméthyl-heptanediamine, la 2,4-diméthyl-heptanediamine, la 2,5-diméthyl-heptanediamine, la 2-méthyl-1,8-octanediamine, la 3-méthyl-1,8-octanediamine, la 4-méthyl-1,8-octanediamine, la 1,3-diméthyl-1,8-octanediamine, la 1,4-diméthyl-1,8-octanediamine, la 2,2-diméthyl-1,8-octanediamine, la 2,4-diméthyl-1,8-octanediamine, la 3,3-diméthyl-1,8-octanediamine, la 3,4-diméthyl-1,8-octanediamine, la 4,4-diméthyl-1,8-octanediamine, la 4,5-diméthyl-1,8-octanediamine, la 5-méthyl-1,9-nonanediamine, la 2-butyl-1,8-octanediamine et la 3-butyl-1,8-octanediamine ;
    - les diamines cycloaliphatiques ayant un nombre de carbones de 8 à 22,
    de préférence choisies parmi les diamines cycloaliphatiques ayant un nombre de carbones de 8 à 22 et comprenant un cycle, telles la 1,3-cyclohexanediméthylamine, la 1,4-cyclohexanediméthylamine, la 5-amino-2,2,4-triméthyl-1-cyclopentanemethylamine, la 5-amino-1,3,3-triméthylcyclohexaneméthylamine, la bis (aminopropyl) pipérazine ou la bis (aminoéthyl) pipérazine, ou parmi les diamines cycloaliphatiques ayant un nombre de carbones de 8 à 22 et comprenant deux cycles, telle que les diamines cycloaliphatiques répondant à la formule suivante :

    dans laquelle :
    - R1, R2, R3et R4représentent indépendamment un groupe choisi parmi un atome d'hydrogène ou un alkyle de 1 à 6 atomes de carbone, et
    - X représente soit une liaison simple, soit un groupement divalent constitué :
    - d'une chaîne aliphatique linéaire ou ramifiée comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, éventuellement substituée par des groupements cycloaliphatiques ou aromatiques de 6 à 8 atomes de carbone, ou
    - d'un groupement cycloaliphatique de 6 à 12 atomes de carbone,
    les diamines cycloaliphatiques à deux cycles étant de manière particulièrement préférées choisies parmi le bis(4-aminocyclohexyl) méthane, le bis(3-méthyl-4-aminocyclohexyl) propane, la bis(3,5-dialkyl-4-aminocyclohexyl)méthane, la bis(3,5-dialkyl-4-aminocyclohexyl) éthane, la bis(3,5-dialkyl-4-aminocyclohexyl)propane, la bis(3,5-dialkyl-4-aminocyclo-hexyl)butane, la bis-(3-méthyl-4-aminocyclohexyl)-méthane (notée BMACM, MACM ou B), la p-bis(aminocyclohexyl)-méthane (PACM) et la bis(aminocyclohexyl)propane (PACP) (2,2-bis(4-aminocyclohexyl) propane) ; et
    - les diamines alkylaromatiques ayant un nombre de carbones de 8 à 22 telle que la 1,3-xylylène diamine, la 1,4-xylylène diamine, la 2,5-bis-aminoéthyl-para-xylène.
  5. Conduite sous-marine selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle les au moins 65% en moles d’unités issues de diacides carboxyliques du polyamide semi-cristallin semi-aromatique sont issues d’un ou plusieurs diacides carboxyliques choisis parmi l’acide phtalique, l’acide téréphtalique (T), l’acide isophtalique (I), le diacide naphtalénique, l’acide 1,3-phénylènedioxydiacétique l’acide 1,4-phénylènedioxydiacétique, l’acide diphénique, l’acide 4,4'-oxydibenzoïque, l'acide diphénylméthane-4,4'-dicarboxylique, l’acide diphényléthane-4,4'-dicarboxylique, l’acide diphénylpropane-4,4'-dicarboxylique, l’acide diphénylsulfone-4,4'-dicarboxylique, acide 4,4'-biphényldicarboxylique, notamment l’acide phtalique, l'acide téréphtalique, l'acide isophtalique et le diacide naphtalénique.
  6. Conduite sous-marine selon l’une des revendications 1 et 3 à 5, dans laquelle :
    - les au moins 60% en moles d’unités issues de diamines du polyamide semi-cristallin semi-aromatique sont issues d’une ou plusieurs diamines choisies parmi la 1,3-xylylène diamine, la 1,9-nonanediamine, la 2-methyl-1,8-octanediamine, la 1,12-dodécanediamine et la 1,18 octa-décanediamine, de préférence la 1,9-nonanediamine et la 2-methyl-1,8-octanediamine, et/ou
    - les au moins 65% en moles d’unités issues de diacides carboxyliques du polyamide semi-cristallin semi-aromatique sont issues d’un ou plusieurs diacides carboxyliques aromatiques choisis parmi l’acide phtalique, l'acide téréphtalique et l'acide isophtalique, de préférence l’acide téréphtalique.
  7. Conduite sous-marine selon l’une des revendications 1 et 3 à 6, dans laquelle le polyamide semi-cristallin semi-aromatique est du PA9T, du PA12T, du PA18T ou un mélange de ceux-ci, de préférence du PA9T.
  8. Conduite sous-marine selon l’une des revendications précédentes, comprenant, de l’extérieur vers l’intérieur :
    - une gaine polymérique externe d'étanchéité,
    - au moins une nappe d'armures de traction en tant que couche de renforcement métallique,
    - éventuellement une voûte de pression,
    - la gaine polymérique interne d'étanchéité monocouche,
    - éventuellement une carcasse métallique.
  9. Procédé de préparation de la conduite sous-marine selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant les étapes suivantes :
    a) extrusion pour former la gaine polymérique interne d’étanchéité monocouche comprenant le polyamide semi-cristallin semi-aromatique tel que défini à la revendication 1, l’extrusion étant éventuellement réalisée sur une autre couche,
    b) assemblage de la gaine polymérique interne d’étanchéité obtenue à l’étape a) avec la couche de renforcement métallique.
  10. Utilisation d’une conduite sous-marine selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 pour le transport d’hydrocarbures et/ou de gaz, en particulier de CO2.
  11. Procédé d’extraction d’hydrocarbures comprenant :
    - l’extraction d’un mélange d’hydrocarbures et de CO2d’un gisement sous-marin,
    - la séparation des hydrocarbures et du CO2,
    - le transport d’au moins une partie du CO2séparé vers ledit gisement sous-marin dans la conduite selon l’une quelconque des revendications 1 à 8,
    - la réinjection du CO2transporté dans ledit gisement sous-marin.
  12. Utilisation d’un polyamide polyamide semi-cristallin semi-aromatique dont :
    - au moins 60% en moles des unités issues de diamines sont issues d’une ou plusieurs diamines choisies parmi les diamines aliphatiques, cycloaliphatiques ou alkylaromatiques ayant un nombre de carbones de 8 à 22, et
    - au moins 65% en moles des unités issues de diacides carboxyliques sont issues d’un ou plusieurs diacides carboxyliques aromatiques,
    dans une gaine polymérique interne d'étanchéité monocouche d’une conduite sous-marine destinée au transport d’hydrocarbures et/ou de gaz et comprenant une couche de renforcement métallique, pour améliorer la résistance à la corrosion sous contrainte de ladite conduite sous-marine.
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