OA11402A - Conduite sous-marine de transfert de produits péroliers. - Google Patents

Description

011402 1 CONDUITE SOUS-MARINE DE TRANSFERT DE PRODUITS PETROLIERSLa présente invention est relative à une conduite sous-marine de transfert de produits pétroliers et, plusparticulièrement, à une telle conduite du type comprenant 5 au moins une canalisation pour de tels produits et uneenveloppe tubulaire de protection dans laquelle passeladite canalisation. Plus particulièrement encore, laprésente invention est relative à une telle conduiteconçue pour être posée sur ou au voisinage de fonds de 10 grande profondeur, de plusieurs centaines de mètres ouplus. A ces profondeurs, les puits sous-marins produisent,le plus souvent, simultanément des hydrocarbures liquideset gazeux ainsi que de l'eau. Dans le froid qui règne aux 15 grandes profondeurs, ce mélange multiphasique provoque laformation de paraffines et d'hydrates de gaz susceptiblesde boucher les canalisations dans lesquelles il circule.

Pour empêcher le bouchage de ces canalisations, onconnaît une solution suivant laquelle on les recouvre 20 d'un revêtement extérieur adhérent aux canalisations, enun matériau d'isolation thermique présentant en outre larésistance mécanique nécessaire pour supporter la fortepression hydrostatique régnant aux grandes profondeurs.Pour constituer ce revêtement, on utilise en particulier des 25 produits composites à base d'une résine époxy, depolyuréthane, ou de polypropylène, par exemple. De telsproduits sont fabriqués et commercialisés par dessociétés telles que isotub (France), Balmoral WebcoPipeline Systems (Grande-Bretagne) et Bredero Price (USA) 30 par exemple. Par un ajustement de leur composition, onpeut en régler la densité (et donc la flottabilité), larésistance mécanique, le coefficient de transfertthermique, la constante diélectrique, par exemple. Larésistance mécanique élevée du revêtement nécessaire aux 35 grandes profondeurs, s'accompagne d'un accroissement 2 011402 important de la densité du matériau utilisé, cetaccroissement de densité ayant un effet adverse sur sespropriétés d'isolation thermique. Il faut alors accroîtreencore l'épaisseur du revêtement pour obtenir l'isolation 5 thermique requise, ce qui rend cette solutionexcessivement coûteuse aux grandes profondeurs. En outre,la résistance à l'abrasion d'un tel revêtement estinsuffisante pour que l'on puisse envisager la pose parremorquage de canalisations ainsi gainées sur les fonds 10 marins.

Pour assurer la protection de canalisations sous-marines aux grandes profondeurs, on connaît aussi latechnique suivant laquelle celles-ci passent dans uneenveloppe tubulaire de protection classique capable de 15 résister à la pression hydrostatique. Cette enveloppepermet le dépôt de canalisations ainsi protégées parremorquage. L'enveloppe tubulaire peut contenir plusieurscanalisations, chacune étant revêtue d'un revêtementd'isolation thermique peu épais et peu dense (mousse de 20 polyuréthane, de polyéthylène, laine de verre, laine deroche, etc....). Aux très grandes profondeurs,l'enveloppe en acier ne peut résister à la pressionhydrostatique, sauf à en augmenter exagérément l'épaisseur,ce qui en accroît le poids au mètre linéaire au détriment 25 de sa flottabilité, celle-ci étant nécessaire à sa miseen place par remorquage. Aussi dans ce dernier cas,suivant une solution connue, on pressurise l'espaceinterne de l'enveloppe, compris entre la ou les canalisationsrevêtues et l’enveloppe elle-même, avec un gaz inerte tel 30 que de l'azote par exemple. Il faut ensuite maintenir lapression d'azote dans l'enveloppe pendant toute la duréed'exploitation des canalisations, qui peut durer 20 ansou plus. Cette contrainte se révèle coûteuse, du fait quela mise en pression initiale est chère et la maintenance 35 difficile puisque l'azote diffuse lentement à travers les 3 011402 soudures de l’enveloppe tubulaire. En outre, cettepression doit être établie lors de la construction de laconduite à terre, sur une plage par exemple. La hautepression à établir alors peut provoquer une explosion5 dangereuse de l'enveloppe. Il est donc nécessaire d'accroîtrel'épaisseur de l'enveloppe, mais ceci au détriment de laflottabilité de l'ensemble, indispensable à sa pose parremorquage, comme on l'a vu plus haut.

La présente invention a donc pour but de réaliserlo une conduite sous-marine de transfert de produitspétroliers, conçue notamment pour être installée sur ouau voisinage d'un fond marin de grande profondeur, etprésentant les propriétés requises de résistance mécanique,d'isolation thermique, et de flottabilité nécessaire à son15 installation par remorquage, sans que cette conduite nesoit grevée des problèmes de coûts et de sécuritéd'installation évoqués ci-dessus à propos de la techniqueantérieure en la matière.

On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres20 qui apparaîtront à la lecture de la description qui vasuivre, avec une conduite sous-marine de transfert deproduits pétroliers, comprenant au moins une canalisationpour de tels produits et une enveloppe tubulaire deprotection dans laquelle passe ladite canalisation, cette25 conduite étant remarquable en ce qu'elle comprend unremplissage en un matériau d'isolation thermique mécaniquementrésistant à la pression hydrostatique du site sous-marinoù est installée la conduite, ledit remplissage baignant,à l'intérieur de l'enveloppe, dans de l'eau en30 équipression avec la pression hydrostatique extérieure.En outre, le remplissage est réalisé en un matériau plusléger que l'eau pour ajuster le poids de la conduite etlui procurer la flottabilité requise.

Le matériau de remplissage est caractérisé par trois35 propriétés fondamentales : il assure une fonction 011402 d'isolation thermique de la, ou des, canalisation (s)passant dans l'enveloppe, il résiste à la pressionhydrostatique extérieure, et il procure à l'ensemble dela conduite la flottabilité requise à la pose. L'ensemble 5 de la conduite étant disposé de manière à laisserpénétrer l'eau à l'intérieur, l'enveloppe n'a plus àsupporter ni la pression hydrostatique, sur son sited'installation, ni une autre pression interne de gaz àterre, et peut être d’épaisseur de paroi relativementîo faible, ce qui est favorable à la flottabilité de laconduite. L’absence de cette haute pression interne degaz dans la conduite est favorable à la sécurité des chantiers de réalisation et de pose de telles conduites.D'autres caractéristiques et avantages de la 15 présente invention apparaîtront à la lecture de ladescription qui va suivre et à l’examen du dessin annexédans lequel : - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'unmode de réalisation de la conduite suivant l'invention, 20 et - la figure 2 est un schéma illustrant un procédéd'assemblage et de pose de ladite conduite. A la figure 1, il apparaît que la conduite représentéecomprend une enveloppe tubulaire 1, par exemple en acier, 25 enfermant une pluralité de canalisations 2X, 28,3i, 3a. A titred'exemple illustratif et non limitatif, les canalisations2i,2a peuvent contenir un mélange multiphasique deproduits d'une production pétrolière telle que décriteplus haut, et les canalisations 3X,32 un fluide de 30 réchauffage des canalisations 2X,22, propre à empêcher lebouchage des canalisations par le refroidissement duditmélange, aux grandes profondeurs.

Suivant la présente invention, l'enveloppe contienten outre un remplissage 4x,4a en un matériau présentant, à 35 la fois, de bonnes propriétés d'isolation thermique et 011402 une très forte résistance mécanique propre à maintenirson intégrité géométrique lorsqu’il est soumis aux trèshautes pressions régnant sur ou au voisinage d’un grandfond marin, comme on le verra plus loin. 5 Les propriétés d’isolation thermique du matériau doivent être telles que celui-ci contribue efficacement,en liaison avec le chauffage établi par les lignes 3X, 32,à maintenir les canalisations 2X,22 à une températurepropre à empêcher tout bouchage de ces canalisations. 10 Par ailleurs, suivant la présente invention, l'espace interne à l’enveloppe tubulaire 1 n'est pasentièrement occupé par le matériau de remplissage ou parles canalisations 2x,2a, 3X,32 pour des raisons de construction, comme on le verra plus loin. Cet espace est15 soumis à la pression hydrostatique qui règne à l'extérieur de cette enveloppe. Dans le mode deréalisation représenté, cet espace est essentiellementconstitué par l'espace annulaire 5 qui sépare leremplissage 4X, 4a de l'enveloppe 1 et par l'espace qui20 reste libre dans des passages allongés longitudinaux6X, 62, creusés dans le matériau de remplissage pouraccueillir les canalisations 2x,3x,et 2a,3a respectivement.Comme on le verra plus loin, les passages 6X, 6a sont encommunication de fluide avec l'espace annulaire 5 et sont25 donc aussi en équipression avec la pression du fondmarin. L'espace annulaire 5 peut être maintenu par descales (non représentées) débordant par exemple, de lapériphérie du matériau de remplissage.

Pour que les faces interne et externe de l'enveloppe30 1 soient en équipression, celle-ci peut être percée de trous 7X, 72,73 établissant une communication de fluideentre ces deux faces, ces trous étant répartis tout aulong de la conduite.

Grâce à la mise en équipression de ces faces de35 l'enveloppe, celle-ci n'a plus besoin de présenter la 6 011402 forte épaisseur nécessaire pour résister aux hautespressions régnant aux grandes profondeurs. Son rôle estseulement celui d’une protection contre l’abrasion dumatériau de remplissage 4X,42. En utilisant suivant5 l’invention une enveloppe 1 d'épaisseur relativement faible,on peut donner à la conduite une flottabilité convenant àson installation par remorquage, en combinaison avec lechoix d’un matériau de remplissage de flottabilitéapproprié, comme on le verra plus loin. 10 Suivant un mode de réalisation préféré de la présente invention, on choisit, pour constituer ceremplissage, un produit composite de la famille desproduits dits "syntactiques". Un tel produit se distinguedes matériaux évoqués en préambule de la présente 15 description par sa composition, son prix et sa faibledensité. Il est constitué de microsphères, et éventuellementde macrosphères, noyées dans une matrice constituée parune résine époxy, du polyuréthane, ou du polypropylènepar exemple. De tels produits sont fabriqués et 20 commercialisés par des sociétés telles que BMTI (France),Balmoral Marine (Grande-Bretagne) et Emerson & Cuming(USA), par exemple. Un choix convenable de la compositiond'un tel matériau permet d’ajuster sa résistance mécanique,son coefficient de transfert thermique et sa flottabilité, 25 de manière à l’adapter aux performances recherchées pourconstituer le remplissage 4X,42. Par ailleurs, il estreconnu que, à caractéristiques thermiques équivalentes,ce matériau est bien moins cher que ceux cités enpréambule de la présente description.

En ce qui concerne sa résistance mécanique, lematériau doit pouvoir résister à la pression rencontréesur le site marin d'installation. Cette pression peutcorrespondre à de grandes profondeurs d'eau et atteindre250 bars par exemple. 30 7 011402

En ce qui concerne le coefficient de transfert thermiqueU/ exprimé en W/nP.’C, l’isolation d’une conduite auxgrandes profondeurs demande que l’on puisse atteindre desvaleurs de U de l'ordre de 2 et en dessous, pour que l’on 5 puisse assurer une régulation économique de latempérature des canalisations.

En ce gui concerne la flottabilité de la conduite,pour en rendre possible la pose par remorquage, il fautatteindre des poids apparents dans l'eau de l'ordre de 5 10 à 30 kg par mètre linéaire lorsque la conduite est poséesur un fond, et de l'ordre de -5 à -20 kg par mètrelinéaire si la conduite flotte au-dessus du fond. Avecces valeurs, des sections de conduite de plusieurskilomètres de longueur peuvent être tirées par des 15 remorqueurs actuels de puissance moyenne (environ 80tonnes de force de traction). Il convient alorsévidemment que le matériau de remplissage utilisé soitplus léger que l'eau.

Les produits syntactiques permettent de satisfaire 20 ces contraintes. Ils sont en outre moulables ce quipermet de constituer le remplissage par mise en lignede paires de demi-coquilles 4X, 42 enveloppant lescanalisations 2X,22,3X,32, comme représenté à la figure 1.Lors du moulage des demi-coquilles, on ménage dans 25 celles-ci des gouttières propres à délimiter, aprèsassemblage des demi-coquilles, les passages 6X,62. Cespassages sont en communication de fluide avec l'espaceannulaire 5 à travers des interstices de montage 8 entredemi-coquilles. Les passages 6X, 62 sont donc à la pression 30 hydrostatique élevée du fond marin. Ils sont par contretrès bien isolés thermiquement du fond marin par lesdemi-coquilles 4X,42, ce qui confine avantageusement lachaleur dégagée par les canalisations de chauffage 3X, 32qui chauffent par conduction les canalisations 2X,22. 011402

On se réfère maintenant au schéma de la figure 2, quiillustre les diverses phases de l’assemblage et de la posede la conduite suivant l'invention. Cet assemblage peutêtre pratiqué sur un rivage, ou sur une plage par 5 exemple. On procède d’abord à l’assemblage progressif,par soudure bout à bout, de sections des canalisations2i, 22 et 3χ, 3a, de 12 mètres de longueur par exemple, puisaux finitions des extrémités telles que le recouvrementde ces canalisations par un matériau de protectionîo anticorrosion. On constitue un faisceau rassemblant lescanalisations 2X, 22,3X, 32. Des paires de demi-coquilles4X, 42 sont ensuite aboutées les unes à la suite desautres, autour du faisceau des canalisations nouvellementassemblées. On glisse sur la dernière paire de demi- 15 coquilles posée me section lt de l'enveloppe 1 pour la souderà la section précédente. La conduite ainsi constituée estensuite et éventuellement munie d'anodes 9 de protectioncontre la corrosion. On répète l’opération autant de foisque nécessaire pour former la longueur de conduite prête 20 au remorquage jusqu’à son site final d'installation.

Il apparaît maintenant que l'invention permet bien d'atteindre le but fixé, à savoir réaliser et installer engrandes profondeurs une conduite sous-marine de transfertde produits pétroliers présentant les caractéristiques 25 d'isolation thermique, de résistance mécanique et deflottabilité requises, et ceci de manière économique.

Bien entendu, l’invention n'est pas limitée au modede réalisation décrit et représenté qui n'a été donnéqu'à titre d'exemple. C’est ainsi que l'eau pourrait être 30 introduite dans l’enveloppe par une extrémité de celle-ciplutôt que par des trous répartis sur toute sa longueur.On pourrait de même réaliser l'enveloppe dans un matériaupropre à s'effondrer sur le remplissage, sous la pressionhydrostatique extérieure. Aucun trou n'est alors percé 35 dans l'enveloppe. L'espace annulaire 5 est comblé lors de 9 011402 l’effondrement de l’enveloppe. La déformation qui peut enrésulter pour l’enveloppe est sans inconvénient, celle-cine jouant qu’un rôle de protection contre l'abrasion, etde facilité de montage, comme on l'a vu plus haut. 5 A la figure 1, on a représenté le remplissage comme constitué de paires de demi-coquilles. Il est clair queles sections successives de ce remplissage pourraientêtre constituées par des groupes de coquillescomplémentaires, en nombre différent. îo De même, l'invention n'est pas limitée à la protection de canalisations telles que celles référencées2i,22 et 3i,32 au dessin. Elle s'étend au contraire à desconduites contenant un nombre quelconque de canalisationset de lignes de service, celles-ci pouvant comprendre en 15 outre des lignes d'alimentation en énergie et des lignesde commande de têtes de puits installées sur le fondmarin.

Des matériaux autres que ces matériaux syntactiquespourraient être utilisés pour constituer les demi- 20 coquilles, dans la mesure où ils présentent lespropriétés d'isolation thermique, de résistance mécaniqueet de flottabilité requises. C'est ainsi qu’on pourraitutiliser à cet effet d'autres matériaux composites, ducaoutchouc, du néoprène, un matériau à structure en nid 25 d'abeille, par exemple.

De même, l'enveloppe pourrait être réalisée en d'autres matériaux classiques, en PVC ou en matièreplastique renforcée de fibres de verre, par exemple.

Claims (12)

10 01 1 402 REVENDICATIONS

1. Conduite sous-marine de transfert de produitspétroliers, comprenant au moins une canalisation (2x,2a)pour de tels produits et une enveloppe tubulaire (1) de 5 protection dans laquelle passe ladite canalisation(2X,22), caractérisée en ce qu’elle comprend unremplissage (4X,42) en un matériau d'isolation thermiquemécaniquement résistant à la pression hydrostatique dusite sous-marin où est installée la conduite, ledit 10 remplissage baignant, à l'intérieur de l'enveloppe (1),dans de l'eau en équipression avec la pressionhydrostatique extérieure.

2. Conduite conforme à la revendication 1,caractérisée en ce que ledit remplissage (4X,42) est 15 réalisé en un matériau plus léger que l'eau.

3. Conduite conforme à la revendication 1 * ou 2,caractérisée en ce que l'enveloppe (1) est percée de trous(7X,72,7S) pour établir une communication d'eau entre sesfaces externe et interne.

4. Conduite conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le remplissage est creuséd'au moins un passage allongé (6X,62) dans lequel passeladite canalisation, ledit passage (6X,62) étant enéquipression avec la pression hydrostatique extérieure.

5. Conduite conforme à la revendication 4, caractérisée en ce que ledit passage allongé (6X, 6a) est conformé pouraccueillir en outre une ligne de service (3X,32).

6. Conduite conforme à la revendication 5, caractériséeen ce que ladite ligne de service (3x,3a) est une ligne de 30 chauffage par conduction de ladite canalisation.

7. Conduite conforme à la revendication 5, caractériséeen ce que ladite ligne de service est une ligned'alimentation en énergie d'une tête de puits sous-marin. 11 011402

8. Conduite conforme à la revendication 5, caractériséeen ce que ladite ligne de service est une ligne decommande d'un puits sous-marin de produits pétroliers.

9. Conduite conforme à l'une quelconque des5 revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le remplissage est constitué de groupes de coquilles (4X,42)complémentaires, aboutés les uns à la suite des autres.

10. Conduite conforme à la revendication 9, prise encombinaison avec l'une quelconque des revendications 4 à îo 8, caractérisée en ce que les coquilles d’un même groupesont creusées de gouttières délimitant ensemble unesection dudit passage allongé (6X,62).

11. Conduite conforme à l'une quelconque desrevendications 1 à 10, caractérisée en ce que ledit 15 remplissage est constitué en un matériau du groupeconstitué par : un matériau syntactique, un matériaucomposite, un caoutchouc, un néoprène, un matériau àstructure en nid d'abeilles.

12. Conduite conforme à l’une quelconque des 20 revendications 1 à 11, caractérisée en ce que ladite enveloppe est réalisée en un matériau du groupe constituépar : le PVC, un matériau plastique renforcé de fibres deverre.