WO1995024578A1 - Tubes metalliques flexibles gaines d'un polymere retractable - Google Patents

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WO1995024578A1
WO1995024578A1 PCT/FR1994/000264 FR9400264W WO9524578A1 WO 1995024578 A1 WO1995024578 A1 WO 1995024578A1 FR 9400264 W FR9400264 W FR 9400264W WO 9524578 A1 WO9524578 A1 WO 9524578A1
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polymer
metal tube
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PCT/FR1994/000264
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Albert Strassel
Jean Hardy
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Elf Atochem S.A.
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L11/00—Hoses, i.e. flexible pipes
    • F16L11/04—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics
    • F16L11/08—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with reinforcements embedded in the wall
    • F16L11/081—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with reinforcements embedded in the wall comprising one or more layers of a helically wound cord or wire
    • F16L11/083—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with reinforcements embedded in the wall comprising one or more layers of a helically wound cord or wire three or more layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L11/00—Hoses, i.e. flexible pipes
    • F16L11/14—Hoses, i.e. flexible pipes made of rigid material, e.g. metal or hard plastics
    • F16L11/16—Hoses, i.e. flexible pipes made of rigid material, e.g. metal or hard plastics wound from profiled strips or bands
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/14—Compound tubes, i.e. made of materials not wholly covered by any one of the preceding groups
    • F16L9/147—Compound tubes, i.e. made of materials not wholly covered by any one of the preceding groups comprising only layers of metal and plastics with or without reinforcement

Definitions

  • the present invention relates to flexible metal tubes sheathed with a shrinkable polymer, and more particularly, flexible tubular conduits comprising such a sheathed flexible metal tube and having significant mechanical resistance, in particular to internal pressure, which can be used by example in the production of offshore oil and gas.
  • the flexible metal tubes can be obtained in a known manner by winding a profiled and stapled strip (see for example FR 2 555 920) or a stapled wire (see for example FR 2 650 652) or any other method conferring good flexibility to the tube.
  • Flexible tubular conduits generally comprise a flexible metal tube serving as an internal carcass which is constituted by a profiled metal strip wound in a helix, such as a stapled strip, this stapled carcass being covered with a tight polymer sheath, then the whole is covered with reinforcing layers to withstand the pressure and conditions of the marine environment.
  • hoses are described, for example, in patents FR 2,619,193 and "Recommended Practice for Flexible Pipe - API Recommed Practice 17 B (RP 17 B) First Edition June 1, 1988".
  • a waterproof polymer sealing sheath is placed over the metal tube.
  • a vulcanized rubber or, in the case of flexible pipes with high mechanical strength, a thermoplastic polymer having the required mechanical properties, for example polyethylene for the transport of degassed water or crude oil in exploitation underwater deposits.
  • a polymeric material which combines three qualities: low permeability to liquids and / or gases, wide range of operating temperatures (mechanical resistance and chemical inertness at high temperature) and easy industrial implementation: certain semi-crystalline polymers have all of these qualities, the most crystalline of them being particularly advantageous for their low permeability.
  • the more a polymer has a high degree of crystallinity the more it exhibits a high volume contraction on passing from the molten state to the crystallized solid state.
  • the polymer penetrates into the interstices present between the turns, thereby reducing the degree of freedom of the hose.
  • the penetration of the polymer is acceptable in many cases. It has even been proposed to cause this penetration effect so as to take advantage of it for certain applications (FR 2 268 614).
  • FR 2 268 614 the most severe conditions of use currently envisaged for flexible pipes with high resistance, it has been found that the penetration of the polymer into the interstices can have harmful effects on the behavior of the sheath.
  • the research carried out by the applicants has made it possible to observe incipient fractures which can propagate and cause the loss of tightness in the zone and at the periphery of the raised part of the sheath corresponding to the penetration of the polymer. in the gap.
  • metal tubes can be sheathed with polyamide-11 (PA-11), or, in the most severe cases, with fluorinated polymer and more particularly with polyvinylidene fluoride (PVDF). Due to its crystallinity, its quasi-chemical inertness and its impermeability to liquids and gases, as well as its resistance to a temperature of the order of 150 ° C for many years, polyvinylidene fluoride is a material of choice for sheathing of flexible metal tubes. However, its rigidity does not allow it to be used as it is.
  • PA-11 polyamide-11
  • PVDF polyvinylidene fluoride Due to its crystallinity, its quasi-chemical inertness and its impermeability to liquids and gases, as well as its resistance to a temperature of the order of 150 ° C for many years, polyvinylidene fluoride is a material of choice for sheathing of flexible metal tubes. However, its rigidity does not allow it to be used as it is.
  • plasticized PA-11 can be used to make a polymeric sealing sheath for flexible metal tubes.
  • the polymer sheaths which can be produced according to known techniques have possibilities of use which remain limited in relation to the needs, in particular in the case of transport under high pressure of aggressive crude oil and / or at high temperature.
  • the plasticized polymers are affected by the migration effect of the plasticizers, and moreover, despite the plasticization, they present risks of embrittlement in the area of the interstice when the conditions of use are severe.
  • certain polymers of particularly high performance and the use of which would be advantageous in an unplasticized or relatively unplasticized state remain practically excluded because of their excessive rigidity.
  • the present invention is therefore a flexible tubular pipe comprising an internal flexible metal tube, the outer surface of which has interstices and which is covered by a shrink tubing made of shrinkable polymer, characterized in that it is arranged, between the shrinkable polymer sheath and the metal tube, an intermediate layer of elastomer, so that the sealing sheath is supported on the elastomeric layer in the areas where said sheath covers a gap, and that it has a penetration of low or zero height in the gap.
  • EP 166 385 describes the winding of a polyester tape around the metal hose to prevent the PVDF from entering the interstices.
  • the applicants have implemented this technique and have found that a partial overlap of the ribbon occurs on itself, practically inevitable under the operational conditions of industrial manufacture, which was sufficient to mark the PVDF and initiate a rupture during a bending.
  • US 3771 570 describes metallic hoses formed of stapled turns and covered with a polymer sheath (preferably polyvinyl chloride (PVC)).
  • PVC polyvinyl chloride
  • GB 373 302 describes flexible pipes without reinforcing armor making it possible to withstand internal pressure comprising a flexible metal tube formed by stapled turns covered by a tight rubber sheath, a relatively resistant thin layer, for example a cellophane sheet, being interposed between the stapled turns and the rubber in order to protect the latter from the gasoline transported by the hose. It is also possible, between the metal turns and the cellophane sheet, to put a filling agent. The cellophane is put in the form of a ribbon wound on the turns or coated in the form of a solution. Then the rubber is deposited outside and vulcanized.
  • the vulcanization has the effect of facilitating the adhesion and the penetration of the cellophane sheet which forms a fold in each interstice between 2 turns, this interstice corresponding to a very marked bead on the internal surface of the rubber. This is exactly the opposite of the present invention.
  • a sufficient quantity of elastomer is deposited around the flexible metal tube so that the shrinkable polymer does not penetrate or has a reduced penetration depth in the interstices between turns, the elastomer thus forming around the flexible metal tube intermediate layer which can wrap the flexible metal tube continuously or discontinuously.
  • the elastomer penetrates in particular into each interstice between turns partially or completely.
  • the work carried out by the applicants has shown that, in particular thanks to an appropriate choice of the elastomeric material, the contraction of the polymeric sheath which takes place during its cooling after extrusion has the effect of causing a quantity of elastomer to penetrate into the interstice, and to significantly reduce, or even virtually eliminate the residual stresses in the polymer of the sealing sheath.
  • the amount of elastomer already in place in the gap at the time of the polymer extrusion can be chosen, depending on the viscosity values, respectively, of the elastomer and the polymer of the extruded sheath, so as to prevent the formation of the bead of relatively large amplitude which is observed in the manufacture of flexible conduits according to known techniques. It is thus possible to limit the penetration of the polymeric sheath into the area where it covers a gap so that its internal surface forms a slight bulge of small height, and has limited values of curvature. In particular, this interior surface can be practically cylindrical, with an approximately constant section in the length of the flexible pipe.
  • the elastomeric layer constitutes a tubular envelope covering the flexible metal tube continuously. In the areas where it covers the cylindrical middle part of the turns constituting the flexible metal tube, it has an approximately constant thickness, which is preferably between 0.1 and 2 mm.
  • the polymeric sealing sheath thus has no point of contact with the flexible metal tube.
  • the intermediate elastomeric layer is placed in the interstices between turns.
  • the layer elastomeric is in the form of a continuous strip, more or less thick, of approximately constant section and having a general helical configuration around the axis of the flexible pipe corresponding to the free space between the adjacent turns of the profile, for example a stapled strip, which constitutes the flexible metal tube.
  • the elastomeric layer may comprise two, or three, or possibly a greater number of helical elements such as strips, in the case where the flexible metal tube consists of two, or three, or a greater number of profiles .
  • the elastomer fills the outer part of each interstice to a greater or lesser depth, the filling by the elastomer of the free space delimited by the interstice being, possibly, practically total.
  • the amount of elastomer represents between 25% and 75% of the free volume delimited by the interstices between turns.
  • shrinkable polymer any polymer or mixture of polymers whose linear shrinkage during molding (Moldshrin age in Polymer Handbook) is greater than or equal to 0.3%, preferably to 1%, and advantageously to 3%.
  • the shrinkable polymer is preferably a semi-crystalline polymer.
  • the semi-crystalline polymers which can be used for the purposes of the invention are those described in POLYMER HANDBOOK Third Edition (edited by BRANDRUP and E.H. IMMERGUT) VI / 1 to 89, and more particularly:
  • PPS Parax polysulphides
  • PEEK polyether-ether-ketones
  • VF2 vinylidene fluoride
  • VF3 trifluoroethylene
  • the copolymers and in particular terpolymers, associating residues of the chlorotrifluoroethylene (CTFE), tetrafluoroethylene (TFE), hexafluoropropene (HFP) and / or ethylene units and optionally VF2 and / or VF3 units.
  • CTFE chlorotrifluoroethylene
  • TFE tetrafluoroethylene
  • HFP hexafluoropropene
  • ethylene units optionally VF2 and / or VF3 units.
  • fluorinated polymers homo- and co-polymers based on vinylidene fluoride are advantageously used because of their excellent chemical inertness in the presence of crude oil or gas, and their stability at high temperature.
  • a copolymer having at least 50% by weight of vinylidene fluoride units in the polymeric chain could suffice for sealing.
  • fluoropolymer also means mixtures of at least 70% by weight of the above with other polymers.
  • retractable polymers and preferably semi-crystalline, contained plasticizers, fillers, pigments, stabilizers, impact reinforcers, etc.
  • the elastomeric polymers which can be used as materials for producing the elastomeric intermediate layer (8) are defined by ASTM D 883 as materials which, at ambient temperature, quickly return to their approximate initial dimensions and shapes after having undergone a significant deformation under the effect of the application then of the relaxation of a weak stress.
  • the elastomeric polymers that can be used can not only be elastomers themselves (used in the vulcanized or crosslinked state), but thermoplastic elastomers (commonly called TPE) having an elongation at the flow threshold greater than 15%.
  • TPEs are located between thermoplastic resins, easy and varied to use, but with limited temperature properties or, in the dynamic field and elastomers with remarkable elastic properties, but which are heavy, complex and often polluting .
  • the structure of TPEs always includes two non-compatible phases, one of them bringing together the thermoplastic sequences dispersed in the elastomer phase. There are generally 5 categories of VSE:
  • TPO Polyolefinic thermoplastic elastomers
  • polystyrene the rigid phase of which consists of polystyrene blocks
  • the flexible phase which may for example be formed from polybutadiene (SBS), polyisoprene (SIS), or poly (ethylene-butylene) (SEBS) blocks
  • TPU polyurethane
  • polyester such as those obtained by copolymerization of a polybutylene (PBT) or of a polyethylene terephthalate (PET) which constitutes the rigid and crystalline sequences and of a glycol of low pc; ds molecular (butane diol, diethylene glycol) which, associated with a polyalkylene ether glycol forms the flexible crystallizable block.
  • PBT polybutylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • ds molecular (butane diol, diethylene glycol) which, associated with a polyalkylene ether glycol forms the flexible crystallizable block.
  • the stiffness of the elastomer is less than the stiffness of the shrinkable polymer: it can be evaluated in terms of torsional and / or bending and / or tensile and / or Shore hardness modules, these values being measured under the same conditions for the elastomer and the shrinkable polymer. It is preferred that the stiffness of the elastomer remains less than that of the shrinkable polymer whatever the conditions of use, in particular of temperature, and taking into account the aging of the materials.
  • the elastomer has a shore A hardness at 23 ° C of less than 92 (and advantageously less than 70) or shore D of less than 50 measured according to ISO standard 868.
  • the elastomer has a torsional modulus at 23 ° C less than 100 N / mm2, advantageously less than 30 N / mm ⁇ . and particularly preferably, less than 10 N / mm ⁇ (measured according to DIN 53447).
  • the elastomer has a tensile modulus at 23 ° C less than 400 MPa, and advantageously less than 100 MPa (measured according to ISO 527).
  • the elastomer has an elongation at break at 23 ° C greater than 50%.
  • VICAT lower than 70 ° C when it is measured by method A / 50 of standard ISO 306.
  • Elastomers are advantageously used which simultaneously verify these properties of hardness, VICAT point, torsional modulus and elongation stated above .
  • the torsion modulus of the elastomer remains less than 30 N / mm2 (measured according to DIN 53447) during thermal aging.
  • the elastomers and / or TPEs which are particularly recommended in the context of the invention can be chosen from EPDM copolymers, acrylonitrile - butadiene - styrene copolymers, methylmethacrylate - butadiene - styrene copolymers, ester-amide and ether-amide copoiymers, ethylene co-polymers - carbon monoxide, ethylene terpolymers - carbon monoxide - vinyl acetate, acrylic rubbers, copolyethers - thermoplastic esters, block copolymers based on polystyrene and elastomer of the polyisoprene type, polybutadiene, etc.
  • styrene-butadiene copoiymers - styrene the ethylene - ethyliacrylate, ethylene - ethylacetate and ethylene - vinyl acetate copolymers as well as their terpolymers, fluorinated elastomers, silicone elastomers, fluorinated silicone elastomers, polyurethanes.
  • thermoplastic elastomer of shore A hardness less than 92 measured according to standard ISO 868.
  • this elastomer undergoes a sharp reduction in viscosity during aging thermal. This reduction in viscosity is preferably at least 60% after 30 days at 120 ° C.
  • the thermoplastic polyurethane elastomer usually has a viscosity at 20 ° C within the limits defined below. The values take into account the RABINOWVITCH correction applied to non-Newtonian liquids.
  • the shear rate is also the shear strain rate gradient.
  • the elastomer must preferably have a good level of chemical inertness and stability at high temperature, in particular in the case of pipes transporting crude oil from fields, which comprises various components which are commonly very aggressive towards against a large number of plastic materials.
  • the elastomer will preferably be chosen so as not to be affected by the effects of hydrolysis at the relatively high temperature of the crude leaving the well, or not to be otherwise degradable in the presence of water.
  • the elastomer will be preferably chosen so that its possible degradation products are not likely to affect, by progressively passing through the sealing sheath, the characteristics of the shrinkable polymer.
  • elastomers having the desired properties of stability and chemical inertness is constituted by the group of silicones, in particular the elastomeric silicones RTV (vulcanizable at room temperature) or HCR (hot vulcanizable).
  • RTV vulcanizable at room temperature
  • HCR hot vulcanizable
  • vulcanization can be carried out continuously in order to speed up the operation, by making the flexible pipe pass through or in front of heating means (such as air heating hot, by radiation, etc.).
  • the elastomer is chosen and applied in such a way that its interposition prevents the penetration of the sheath polymer into the depressions present between the turns; thus by hot creep during the extrusion of the polymeric sealing sheath and under the effect of the stress applied by the sheath during its removal, it penetrates into the open spaces of the external surface of the corresponding flexible metal tube at the interstices between turns so that the polymer of the sheath is free to tighten around the metal tube without it creating internal tensions in its mass.
  • FIGs 1 and 2 attached diagrammatically show the sections of a flexible tubular pipe according to the first embodiment of the invention.
  • the sockets of the joints (16,17) of the flexible metal tube (2) create interstices and spaces (5) between the metal turns.
  • the elastomer layer (8) covers the metal tube, while filling the spaces between the metal turns. This layer of elastomer serves as an intermediary between the flexible metal tube and the outer layer of shrinkable polymer (9).
  • FIG. 3 attached shows schematically a section of a flexible tubular pipe also according to the first embodiment of the invention more particularly intended for the transport of water, oil or gas in offshore exploitation.
  • the flexible metal tube (1) constituting the internal carcass of the flexible tubular conduit (2) is produced by helical winding at low pitch of a stapled strip (3) whose successive turns (4a, 4b, 4c, ...) delimit an interstitial space (5) open towards the outside, of general helical configuration, as well as internal interstices (6) open towards the inside of the pipe and internal spaces (7) more or less closed.
  • the elastomer layer (8) continuously covers the flexible metal tube, while filling the interstices (5) between the turns. This
  • RECHEHEATED SHEET (RULE 91)
  • ISA / EP elastomer layer acts as an intermediary between the flexible metal tube and the shrinkable polymer layer (9) which constitutes the internal sealing sheath of the flexible pipe.
  • the reinforcing armor plies arranged outside the sealing sheath ensure the mechanical resistance of the flexible pipe, and in particular the resistance to the internal pressure prevailing in the transported hose, the effect of the internal pressure being fully transmitted to the armor through the sealing sheath.
  • the plastic material of the sealing sheath is thus subjected to very specific working conditions, with a practically uniform compressive stress field whose extremely high value, which can reach or exceed 100 MPa, corresponds to the internal pressure, and with very low strains and shear stresses.
  • the resistance to circumferential pressure is essentially ensured by the armor ply (10) called pressure vault formed by the winding at low pitch of a wire or profile, preferably of the stapled wire type such as a Zeta wire, the axial components of the forces being taken up by the pair of armors (11 a, 11 b) constituted by a plurality of wires wound with angles, of 30 ° or 40 ° for example, in opposite directions respectively.
  • resistance to internal pressure can be ensured by a simple pair of armor plies, the wires of which are wound in opposite directions at an angle of approximately 55 °.
  • the wires of the armor plies (10, 11) are typically made of metal, for example steel or aluminum, or plastic preferably reinforced with fibers, or else made of high strength fibers.
  • the flexible tubular pipe is protected by an outer sheath (12) preferably made of thermoplastic polymer by extrusion.
  • the role of the flexible metal tube (1) is to ensure the resistance of the flexible pipe to crushing, as well as to prevent collapse from the inside (collapse) of the sealing sheath in certain circumstances. exploitation.
  • the flexible pipe (2) is of the type comprising separate, unbound structural elements (unbonded flexible pipe), and which constitutes a case of particularly interesting application of this invention.
  • the elastomeric layer (8) constitutes a continuous tubular envelope around the flexible metal tube (1), and its outer surface, in contact with the inner surface of the sealing sheath (9), is approximately cylindrical, having a depression (18) of shallow depth at the location of the interstices (5).
  • the elastomer of the layer (8) fills the interstices (5) almost completely.
  • Figures 4 to 6 illustrate in enlarged partial longitudinal section a flexible pipe according to a second embodiment, comprising an elastomeric intermediate layer (8) constituted by an elastomer strip (8A) disposed in the interstitial space (5) which separates the outer cylindrical parts (13a, 13b, 13c.) of the successive turns constituting the flexible metal tube (1).
  • the alternating succession of external cylindrical parts (13) of the metal tube and external surfaces (14) of the elastomer strip (8A) constitutes an approximately cylindrical surface on which the polymeric sealing sheath (9) is supported. continuously.
  • the elastomer layer (2) comprises a single continuous strip (8A).
  • the flexible metal tube may comprise one or more profiles wound in parallel, the elastomer layer (2) comprising a number of strips (8A, 8B, ...) equal to the number of profiles (3A, 3B, ...) of the flexible metal tube.
  • FIG 4 which illustrates a variant of the second embodiment also shows the armor of the flexible pipe, which comprises, in this case, a pressure vault (10) and two plies (11a, 11b) of armor of traction, as well as the outer sheath (12).
  • the armor of the flexible pipe which comprises, in this case, a pressure vault (10) and two plies (11a, 11b) of armor of traction, as well as the outer sheath (12).
  • the elastomer partially penetrates into the interstices (5), the inner end of the area occupied by the elastomer being at a radial distance a from the cylindrical surface defined by the outer cylindrical parts (13) of the flexible metal tube.
  • the variant according to Figure 6 comprises an intermediate layer constituted by an elastomer strip penetrating approximately completely into the interstices (5).
  • the external surface (14) of the elastomer may have an irregularity such as a depression or a convex shape of low amplitude.
  • the irregularity presented by the external surface (14) can preferably be in the form of a bowl, in the manner of a meniscus of concavity oriented towards the exterior as illustrated by Figures 4 and 6.
  • the polymeric sealing sheath (9) has on its internal face a slight bulge (15) whose thickness d in the radial direction, relative to the reference cylindrical surface
  • RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA / EP defined by the cylindrical surfaces (13) of the stapled strip, is preferably less than or equal to 0.3 e, e being the thickness of the sheath (9) in its cylindrical part around the surfaces (13).
  • the elastomeric strip (8A) may have a slightly domed outward shape (Fig 5). Its outer surface (14) has a cylindrical central part which is connected with the outer surface of the stapled strip (3) in a progressive manner with a very slight curvature and which may be slightly spaced apart from said reference cylindrical surface, the distance radial separating the 2 surfaces preferably being less than 0.2 e.
  • the curvature of the inner surface of the sealing sheath polymer (9) remains limited to very low values in the areas, close to the interstices (5), where it may present slight irregularities.
  • the smallest radius of curvature that this interior surface can have is greater than 0.5 e, and, advantageously, to the value e of the thickness of the sheath (9), values of this radius of curvature at least equal to 2e allowing maximum use of the intrinsic properties of the material.
  • the thickness of the shrinkable polymer sheath (9) can generally vary between 1 to 30 mm, and commonly between 3 and 15 mm, depending in particular on the diameter of the flexible tubular pipe.
  • the width I that the gap (5) has at its external opening can vary between 2 and 40 mm.
  • the edges of the stapled profile for example a stapled strip (3), which frame the gap (5) being preferably rounded, the width of the gap decreases from the outside to the inside. If it is measured at a level corresponding to half the radial depth h of the interstitial volume, the width of the interstice can be of the order of 1 to 15 mm.
  • the depth h of the gap can vary between 1.5 and 30 mm, the ratio h / l of the depth h to the external width I can therefore vary between 0.4 and 1.4.
  • the manufacture in large continuous lengths of the flexible pipe according to the invention can be done by producing the polymeric sheath (9) by extrusion in a known manner.
  • the elastomer layer (8) constitutes a continuous tubular envelope around the flexible metal tube
  • the elastomer can be put in place by extrusion around the flexible metal tube.
  • the interstices (5) between turns of the flexible metal tube is then conditioned, in particular at first, by the viscosity that the thermoplastic elastomer has in the molten state. It is also possible to conventionally clad the metal flexible tube by extrusion-cladding with the elastomer, and then to coat the assembly with a layer of shrinkable polymer in a second extrusion operation carried out in line at a certain distance.
  • the intermediate elastomer layer can be produced either in the form of a continuous tubular layer as illustrated in FIG. 3, either in the form of a strip (8A) arranged in the interstices (5) as illustrated in FIG. 4 to 6 by coating, or by spraying, for example aerosol, or by spraying, in particular electrostatic, or by passing through a liquid bath, for example by dissolving the elastomer in a solvent, or in a fluidized bath, or any another known method for coating the surface and / or surface interstices of the flexible metal tube with the elastomer.
  • the elastomer can thus be successively applied to the metal tube in the raw state, then be vulcanized, preferably before extrusion of the sealing sheath (9).
  • the elastomer can be put in place by continuously passing the flexible metal tube through an enclosure filled with elastomer in the raw state, the flexible metal tube (1) entering and leaving the enclosure by circular orifices which can be fitted with a seal, for example rubber, the diameter of the seal being calibrated so as to tighten on the tube (1), or, to leave a certain free space, so that the layer intermediate elastomer can be made in the form of a strip (8A) disposed in the interstices, or a continuous tubular envelope.
  • the elastomer can be put in place, by tape, by helical winding of a rod or a continuous strip, the elastomer being either in the vulcanized state, or thermoplastic. It is thus possible to use a circular rod, the material being sufficiently soft to be deformed by taking the desired configuration of the elastomer strip (8A).
  • a rod of elastomeric shape can be used, the section of which is made so as to correspond to the configuration of the parts of the stapled profile (3) constituting the sides delimiting radially, on each side, the gap (5).
  • RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA / E of section corresponding to the profile of the gap, can thus, for example, constitute the ribbon (8A) illustrated in Figure 3.
  • an elastomeric intermediate layer (8) in the form of a continuous tubular envelope by helically winding an elastomeric band with contiguous edges, the elastomer being sufficiently soft to deform easily, in particular under the effect of the extrusion of the sealing sheath (9) so as to present a roughly smooth regular exterior surface without overlapping or separation of the adjacent turns.
  • the strip may have, on its inner face, a raised middle portion forming a bead of section adapted to the profile of the gap (5) so as to fill the gap to a certain depth corresponding to the dimension a of Figs. . 4 and 5.
  • a variant of the invention not illustrated consists in interposing a thin web formed by the winding in one or more layers of a strip, for example of fabric, fibers, plastic material, possibly reinforced with fibers, between the flexible metal tube (1) and the intermediate layer of elastomer (8).
  • the strip can be wound up to overlap, to facilitate the industrial production of a sheet of regular characteristics: the elastomeric material resting on the strip is not in contact with the surface of the flexible tube and is therefore not not affected and / or degraded by surface irregularities created by the overlay. It is preferred to use a strip which has sufficient mechanical strength so that the ply makes it possible to facilitate the partial and regular filling of the gap (5) with the elastomer of the intermediate layer.
  • a certain amount of shrinkable polymer can be added to the elastomeric intermediate layer and / or a certain amount of elastomer can be added to the shrinkable polymer before extrude them for example according to one or other of the techniques set out above. It is also possible to interpose, between the intermediate layer of elastomer and the sheath of shrinkable polymer, a layer which would consist of a mixture of elastomer and of shrinkable polymer: this would amount, for example, to co-extrude a three-layer sheath of elastomer / elastomer + shrinkable polymer / shrinkable polymer.
  • the thickness of the intermediate layer of elastomer or TPE can generally vary between 0.1 to 2 mm measured from the top of the flexible pipe.
  • the thickness of the shrinkable polymer sheath (9) can generally vary between 1 to 30 mm, and commonly between 3 and 15 mm, depending in particular on the diameter of the flexible tubular pipe.
  • the flexible tubular pipe, object of the invention is particularly suitable for oil and gas exploitation whose flexible metal tube can have an internal diameter of the order of 20 to 600 mm, and commonly 50 to 400 mm, the internal pressure of the pipe being commonly greater than 100 bar, and being able to reach or exceed, depending on the diameter, 500 or even 1000 bar.
  • Such flexible pipes are particularly well suited to high temperatures, which can reach or exceed, depending on the polymers used, values of the order of 100 to 120 ° C. which correspond to the limits currently possible.
  • the following examples illustrate the invention without, however, limiting it.
  • an elastomer layer (8) is applied constituting a continuous tubular envelope around the metal tube by the method indicated in each of the tables corresponding to each of the examples and a layer of semi-crystalline polymer by extrusion or coextrusion as specified in the tables.
  • the sheathed tube is placed on two fixed supports. By means of a bending roller with a radius of 75 mm, the bearing points of the tube are pressed equidistantly.
  • a pressure of 50 bars is exerted.
  • the tube bends around the roller.
  • the drive-in height of the roller indicates the deformability of the flexible tube.
  • the Shore A and D hardnesses are measured according to standard ISO 868.
  • the elastomer is:
  • polyester-polyurethane (ESTANE® 58271) of 0.5 mm thick from the top of the turns, then a 5 mm thick layer of polyvinylidene fluoride (FORAFLON ® 1000 HD); (Sample 1).
  • the polyester polyurethane has a shore A hardness of 88 and a viscosity decrease of more than 70% in 30 days at 120 ° C.
  • the two tubes are compared under the conditions below.
  • the sheathed tube is placed on two fixed supports.
  • a bending roller with a radius of 75 mm, the bearing points of the tube are pressed equidistantly. A pressure of 50 bars is exerted.
  • the tube bends around the roller.
  • the drive-in height of the roller indicates the deformability of the flexible tube.
  • the maximum height is 170 mm; it corresponds to the perfect winding of the tube on the radius of curvature of the roller. If the hose breaks during the insertion, the height is noted. The higher it is, the more the hose is able to flex.
  • Samples 3 and 4 are made in the same way as samples 1 and 2, but the polyvinylidene fluoride is plasticized to 7.5% by weight with N-butylbenzenesulfonamide.
  • Sample 3 has an intermediate layer of polyester-polyurethane 1 mm thick above the tops of the turns and an external layer 6 mm thick of plasticized polyvinylidene fluoride.
  • Sample 4 does not have an intermediate layer of polyester-polyurethane.
  • Successive bending tests of the sheathed tubes are carried out on a mandrel with a radius of 68 mm. Between each new bending, the tubes are placed for 1 hour at -10 ° C.
  • Sample 3 could be bent five times without breaking. Sample 4 whitens after the fourth bend and splits on the fifth.
  • Sample tubes 3 and 4 are aged one month at 150 ° C in a ventilated oven.
  • Sample 3 whitens on the third bend and breaks on the fourth. Sample 4 breaks at the first bend.

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Abstract

L'invention concerne un tube métallique flexible (2) recouvert par une gaine d'étanchéité en polymère(s) rétractable(s) (9), de préférence semi-cristallin(s) caractérisée en ce qu'est disposée, entre la gaine polymérique rétractable et le tube métallique, une couche (8) intermédiaire en élastomère, éventuellement vulcanisée ou réticulée, et/ou TPE qui se présente soit sous forme d'enveloppe tubulaire continue, soit sous forme de bande. Ces tubes gainés sont utiles notamment dans la réalisation de conduites flexibles, éventuellement armées, pour transporter du pétrole et du gaz.

Description

TUBES METALLIQUES FLEXIBLES GAINES D'UN POLYMERE
RETRACTABLE.
La présente invention concerne des tubes métalliques flexibles gainés d'un polymère rétractable, et plus particulièrement, des conduites tubulaires flexibles comportant un tel tube métallique flexible gainé et présentant une résistance mécanique importante, en particulier à la pression interne, qu'on peut utiliser par exemple dans la production du pétrole et du gaz off-shore.
Les tubes métalliques flexibles peuvent être obtenus de façon connue par enroulement d'un feuillard profilé et agrafé (voir par exemple FR 2 555 920) ou d'un fil de forme agrafé (voir par exemple FR 2 650 652) ou tout autre procédé conférant au tube une bonne flexibilité.
Les conduites tubulaires flexibles comportent en général un tube métallique flexible servant de carcasse interne qui est constitué par une bande métallique profilée enroulée en hélice, telle qu'un feuillard agrafé, cette carcasse en feuillard agrafé étant recouverte d'une gaine étanche en polymère, puis le tout est recouvert de couches de renfort pour résister à la pression et aux conditions du milieu marin. De tels flexibles sont décrits par exemple dans les brevets FR 2.619.193 et "Recommanded Practice for Flexible Pipe - API Recommanded Practice 17 B (RP 17 B) First Edition June 1 , 1988".
Du fait de la constitution du tube métallique flexible, des interstices sont présents entre les spires permettant la flexion. L'articulation créée n'est jamais étanche aux liquides et aux gaz. C'est pourquoi une gaine d'étanchéité en polymère imperméable est mise en place par dessus le tube métallique. On peut par exemple utiliser un caoutchouc vulcanisé , ou, dans le cas des conduites flexibles à résistance mécanique élevée, un polymère thermoplastique présentant les propriétés mécaniques requises, par exemple du polyéthylène pour le transport d'eau ou de pétrole brut dégazé dans l'exploitation des gisements sous-marins.
Mais on cherche plus particulièrement à recourir à un matériau polymérique qui allie trois qualités : faible perméabilité aux liquides et/ou aux gaz, grande plage de températures d'utilisation (résistance mécanique et inertie chimique à haute température) et mise en oeuvre industrielle aisée : certains polymères semi- cristallins possèdent l'ensemble de ces qualités, les plus cristallins d'entre eux étant particulièrement intéressants pour leur faible perméabilité. Par contre, plus un polymère possède un taux de cristallinité élevé, plus il présente une contraction volumique élevée en passant de l'état fondu à l'état solide cristallisé.
VEUILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 26) Si ce retrait est empêché, comme c'est le cas dans une gaine extrudée autour d'un tube métallique, il se crée des contraintes résiduelles, en particulier de traction à l'intérieur du polymère qui rendent la gaine fragile au choc et à la flexion.
De plus, lorsque la gaine polymérique est extrudée sur le tube métallique, le polymère pénètre dans les interstices présents entre les spires, diminuant, ce faisant, le degré de liberté du flexible. En fonction des caractéristique propres à la conduite flexible et des conditions d'utilisation, la pénétration du polymère est acceptable dans de nombreux cas. Il a même été proposé de provoquer cet effet de pénétration de façon à en tirer parti pour certaines applications (FR 2 268 614). Mais, compte tenu des conditions d'utilisation les plus sévères actuellement envisagées pour les conduites flexibles à résistance élevée, il a été trouvé que la pénétration du polymère dans les interstices peut avoir des effets nuisibles sur la tenue de la gaine. En particulier, les recherches effectuées par les demanderesses ont permis d'observer des amorces de rupture pouvant se propager et entraîner la perte de l'étanchéité dans la zone et à la périphérie de la partie en relief de la gaine correspondant à la pénétration du polymère dans l'interstice.
Dans les flexibles utilisés dans l'exploitation pétrolière ou des gaz où le matériau constituant la gaine doit en outre résister au pétrole brut du gisement contenant du gaz (live crude en anglais) sans effet de cloquage (blistering) et gonflement, les tubes métalliques peuvent être gainés de polyamide-11 (PA-11 ), ou encore, dans les cas d'utilisation les plus sévères, de polymère fluoré et plus particulièrement de polyfiuorure de vinylidene (PVDF). De par sa cristallinité, sa quasi-inertie chimique et son imperméabilité aux liquides et aux gaz, ainsi que sa résistance à une température de l'ordre de 150° C pendant de longues années, le polyfiuorure de vinylidene est un matériau de choix pour le gainage des tubes métalliques flexibles. Toutefois, sa rigidité ne permet pas de l'utiliser tel quel.
Pour remédier à cet inconvénient, il est possible de plastifier le PVDF mais la pratique montre que les plastifiants migrent hors du polymère lui rendant sa rigidité d'origine après un plus ou moins long délai, dépendant également de la température des fluides circulant dans le tube.
De même, on peut utiliser du PA-11 plastifié pour réaliser une gaine polymérique d'étanchéité pour des tubes métalliques flexibles.
En alternative avec la modification d'un polymère présentant une rigidité excessive par adjonction d'un plastifiant ou par mélange, il est également connu de copolymériser une partie prédominante du monomère correspondant avec au moins un autre comonomère.
Néanmoins, les gaines polymériques réalisables selon les techniques connues ont des possibilités d'utilisation qui restent limitées par rapport aux besoins, en particulier dans le cas du transport sous pression élevée de pétrole brut agressif et/ou à haute température. D'une part, les polymères plastifiés sont affectés par l'effet de migration des plastifiants, et de plus, malgré la plastification, ils présentent des risques de fragilisation dans la zone de l'interstice lorsque les conditions d'utilisation sont sévères. D'autre part, certains polymères de performances particulièrement élevées et dont l'utilisation serait intéressante dans un état non plastifié ou relativement peu plastifié restent pratiquement exclus du fait de leur rigidité excessive.
On a maintenant trouvé qu'il suffisait de disposer un élastomère entre le tube métallique et le polymère rétractable .
La présente invention est donc une conduite tubulaire flexible comprenant un tube métallique flexible interne dont la surface extérieure présente des interstices et qui est recouvert par une gaine d'étanchéité en polymère rétractable, caractérisé en ce qu'est disposé, entre la gaine polymérique rétractable et le tube métallique, une couche intermédiaire en élastomère, de sorte que la gaine d'étanchéité est en appui sur la couche élastomérique dans les zones où ladite gaine recouvre un interstice, et qu'elle présente une pénétration de hauteur faible ou nulle dans l'interstice.
L'art antérieur n'a pas résolu ce problème avec satisfaction. EP 166 385 décrit l'enroulement d'un ruban en polyester autour du flexible métallique pour éviter au PVDF de pénétrer dans les interstices. Les demanderesses ont mis en ouvre cette technique et ont constaté que se produisait un recouvrement partiel du ruban sur lui-même, pratiquement inévitable dans les conditions opérationnelles d'une fabrication industrielle, qui était suffisant pour marquer le PVDF et amorcer une rupture lors d'une flexion.
US 3771 570 décrit des flexibles métalliques formés de spires agrafées et recouvertes d'une gaine polymère (de préférence du polychlorure de vinyle (PVC)). Le problème posé était le déplacement relatif de la gaine et du tube métallique. On dispose entre les spires métalliques et le PVC une couche d'un adhésif pour faire adhérer la gaine de PVC aux spires métalliques. Le PVC pénètre complètement dans les intervalles entre les spires.
GB 373 302 décrit des conduites flexibles sans armure de renfort permettant de résister à une pression interne comprenant un tube métallique flexible formé par des spires agrafées recouvertes par une gaine étanche en caoutchouc, une couche mince relativement résistante, par exemple une feuille de cellophane, étant interposée entre les spires agrafées et le caoutchouc dans le but de protéger ce dernier de l'essence transportée par le flexible. On peut aussi, entre les spires métalliques et la feuille de cellophane, mettre un agent de remplissage. La cellophane est mise sous forme d'un ruban enroulé sur les spires ou enduite sous forme d'une solution. Puis le caoutchouc est déposé à l'extérieur et vulcanisé.
La vulcanisation a pour effet de faciliter l'adhérence et la pénétration de la feuille de cellophane qui forme un pli dans chaque interstice entre 2 spires, cet interstice correspondant à un bourrelet très marqué à la surface interne du caoutchouc. C'est exactement le contraire de la présente invention.
Dans la présente invention, on dépose autour du tube métallique flexible une quantité d'élastomère suffisante pour que le polymère rétractable ne pénètre pas ou présente une profondeur de pénétration réduite dans les interstices entre spires, l'élastomère formant ainsi autour du tube métallique flexible une couche intermédiaire qui peut envelopper le tube métallique flexible de façon continue ou discontinue.
L'élastomère pénètre en particulier dans chaque interstice entre spires partiellement ou totalement. Les travaux effectués par les demanderesses ont montré que, grâce en particulier à un choix approprié du matériau elastomérique, la contraction de la gaine polymérique qui a lieu lors de son refroidissement après extrusion a pour effet de faire pénétrer une quantité d'élastomère dans l'interstice, et de réduire sensiblement, voire même d'annuler pratiquement les contraintes résiduelles dans le polymère de la gaine d'étanchéité. En outre, la quantité d'élastomère déjà en place dans l'interstice au moment de Pextrusion du polymère peut être choisie, en fonction des valeurs de viscosité, respectivement, de l'élastomère et du polymère de la gaine extrudée, de manière a empêcher la formation du bourrelet d'amplitude relativement importante que l'on constate dans la fabrication des conduites flexibles selon les techniques connues. Il est ainsi possible de limiter la pénétration de la gaine polymérique dans la zone où elle recouvre un interstice de sorte que sa surface intérieure forme un léger renflement de faible hauteur, et présente des valeurs de courbure limitées. En particulier, cette surface intérieure peut être pratiquement cylindrique, avec une section à peu près constante dans la longueur de la conduite flexible. Dans un premier mode de réalisation, la couche élastomère constitue une enveloppe tubulaire recouvrant le tube métallique flexible de façon continue. Dans les zones où elle recouvre la partie médiane cylindrique des spires constituant le tube métallique flexible, elle présente une épaisseur à peu près constante, qui est de préférence entre 0,1 et 2 mm. La gaine d'étanchéité polymérique ne présente ainsi aucun point de contact avec le tube métallique flexible.
Dans un deuxième mode de réalisation, au lieu de recouvrir le tube métallique flexible de façon continue, la couche elastomérique intermédiaire est disposée dans les interstices entre spires. Selon ce mode de réalisation, la couche elastomérique se présente sous la forme d'une bande continue, plus ou moins épaisse, de section approximativement constante et présentant une configuration générale en hélice autour de l'axe de la conduite flexible correspondant à l'espace libre entre les spires adjacentes du profilé, par exemple un feuillard agrafé, qui constitue le tube métallique flexible.
Alternativement, la couche elastomérique peut comprendre deux, ou trois, ou éventuellement un plus grand nombre d'éléments hélicoïdaux telles que des bandes, dans le cas où le tube métallique flexible est constitué de deux, ou trois, ou un plus grand nombre de profilés. Dans les 2 modes de réalisation ci-dessus, l'élastomère remplit la partie extérieure de chaque interstice sur une profondeur plus ou moins importante, le remplissage par l'élastomère de l'espace libre délimité par l'interstice étant, éventuellement, pratiquement total. De préférence, la quantité d'élastomère représente entre 25% et 75% du volume libre délimité par les interstices entre spires.
Par polymère rétractable, on entend tout polymère ou mélange de polymères dont le retrait linéaire au moulage (Mold Shrin age dans Polymer Handbook) est supérieur ou égal à 0,3 %, de préférence à 1 %, et avantageusement à 3 %. Le polymère rétractable est, de préférence, un polymère semi-cristallin. Les polymères semi-cristallins utilisables pour les besoins de l'invention sont ceux décrits dans POLYMER HANDBOOK Third Edition (édité par BRANDRUP et E.H. IMMERGUT) VI / 1 à 89, et plus particulièrement :
- les polyoléfines,
- les polyamides, - les polyuréthannes et polyurées,
- les polyesters,
- les polyéthers,
- les polyoxydes,
- les polysulfures (PPS) Parax, - les polyéther-éther-cétones (PEEK) et leur copoiymères,
- les polymères fluorés tels que :
- les homo- et copoiymères du fluorure de vinylidene (VF2),
- les homo- et copoiymères du trifluoroéthylène (VF3)
- les copoiymères, et notamment terpolymères, associant des restes des motifs chlorotrifluoroethylene (CTFE), tetrafluoroethylène (TFE), hexafluoropropène (HFP) et/ou éthylène et éventuellement des motifs VF2 et/ou VF3. Parmi les polymères fluorés, on utilise avantageusement les homo- et copoiymères à base de fluorure de vinylidene à cause de leur excellente inertie chimique en présence de pétrole ou gaz brut de gisement et de leur stabilité à haute température. A titre d'exemple, notamment pour le pétrole et le gaz naturel, on a noté qu'un copolymère ayant au moins 50 % en poids de motifs fluorure de vinylidene dans l'enchaînement polymérique pouvait suffire pour l'étanchéité. Par polymère fluoré, on entend également des mélanges d'au moins 70% en poids des précédents avec d'autres polymères.
On ne sortirait pas du cadre de l'invention si ces polymères rétractables, et de préférence semi-cristallins, contenaient des plastifiants, charges, pigments, stabilisants, renforçants choc, etc.
Les polymères élastomériques utilisables comme matériaux pour réaliser la couche intermédiaire elastomérique (8) sont définis par ASTM D 883 comme des matériaux qui, à température ambiante, reviennent rapidement à leurs dimensions et formes initiales approximatives après avoir subi une déformation importante sous l'effet de l'application puis du relâchement d'une contrainte faible.
Les polymères élastomériques utilisables peuvent être non seulement des élastomères proprement dits (utilisés dans l'état vulcanisé ou réticulé), mais des thermoplastiques élastomères (couramment appelés TPE) présentant un allongement au seuil d'écoulement supérieur à 15 %. Les TPE se situent entre les résines thermoplastiques, à mise en oeuvre facile et variée, mais à propriétés limitées en température ou, dans le domaine dynamique et les élastomères aux propriétés élastiques remarquables , mais dont la mise en oeuvre est lourde, complexe et souvent polluante. La structure des TPE comporte toujours deux phases non compatibles, l'une d'entre elles rassemblant les séquences thermoplastiques dispersées dans la phase élastomère. On distingue en général 5 catégories de TPE :
- les élastomères thermoplastiques polyoléfiniques (TPO) sont des mélanges physiques réalisés à partir de polyoléfines. On distingue ceux qui contiennent plus de 60% de polypropylene et ceux dont la phase élastomère est prépondérante (plus de 70 %), celle-ci pouvant être réticulée ou non.
- les copoiymères blocs à base de polystyrène dont la phase rigide est constituée de séquences polystyrène, la phase souple pouvant être par exemple formée de séquences polybutadiène (SBS), polyisoprène (SIS), ou poly(éthylène- butylène) (SEBS)
- les copoiymères blocs à base de polyuréthanne (TPU) qui peuvent être obtenus par réaction conjointe d'un diol de haute masse moléculaire qui constitue la séquence souple cristallisable du TPE, sur un diisocyanate et un diol de basse masse moléculaire qui engendrent la séquence rigide.
- les copoiymères blocs à base de polyester tels que ceux obtenus par copolymérisatiion d'un polybutylène (PBT) ou d'un polyéthylèπe téréphtalate (PET) qui constitue les séquences rigides et cristallines et d'un glycol de bas pc;ds moléculaire (butane diol, diéthylène glycol) qui, associé à un polyalkylène éther glycol forme la séquence souple cristallisable.
- les copoiymères blocs à base de polyamide dont les séquences rigides sont constituées de polyamide (PA) et les séquences souples cristallisables de polyéther, appelés ausi polyétheramides.
De préférence, la raideur de l'élastomère est inférieure à la raideur du polymère rétractable : elle peut être évaluée en termes de modules de torsion et/ou flexion et/ou traction et/ou dureté Shore, ces valeurs étant mesurées dans les mêmes conditions pour l'élastomère et le polymère rétractable. On préfère que la raideur de l'élastomère reste inférieure à celle du polymère rétractable quelles que soient les conditions d'utilisation, notamment de température, et compte tenu du vieillissement des matériaux.
A titre préférentiel, l'élastomère présente une dureté shore A à 23° C inférieure à 92 (et avantageusement inférieure à 70) ou shore D inférieure à 50 mesurées selon la norme ISO 868.
De préférence, l'élastomère présente un module de torsion à 23° C inférieur à 100 N/mm2, avantageusement inférieur à 30 N/mm^. et de façon particullièrement préférée, inférieur à 10 N/mm^ (mesuré suivant DIN 53447).
De préférence, l'élastomère présente un module de traction à 23° C inférieur à 400 MPa, et avantageusement inférieur à 100 MPa (mesuré suivant ISO 527).
De préférence, l'élastomère présente un allongement à la rupture à 23° C supérieur à 50%.
Dans le cas des TPE, on utilise de préférence un matériau qui a un point
VICAT inférieur à 70° C quand il est mesuré par méthode A/50 de la norme ISO 306. On utilise avantageusement des élastomères qui vérifient simultanément ces propriétés de dureté, de point VICAT, de module de torsion et d'allongement énoncées ci-dessus.
On préfère que -le module de torsion de l'élastomère reste inférieur à 30 N/mm2 (mesuré suivant DIN 53447) au cours du vieillissement thermique. Les élastomères et/ou TPE particulièrement recommandés dans le cadre de l'invention peuvent être choisis parmi les copoiymères EPDM, les copoiymères acrylonitrile - butadiène - styrène, les copoiymères méthylméthacrylate - butadiène - styrène, les copoiymères ester-amide et éther-amide, les copoiymères éthylène - oxyde de carbone, les terpolymères éthylène - oxyde de carbone - vinyle acétate, les caoutchoucs acryliques, les copolyéthers - esters thermoplastiques, les copoiymères séquences à base de polystyrène et d'élastomère du type polyisoprène, le polybutadiène etc.. les copoiymères styrène -butadiène - styrène, les copoiymères éthylène - éthyiacrylate, éthylène - ethylacetate et éthylène - vinyle acétate ainsi que leurs terpolymères, les élastomères fluorés, les élastomères de silicone, les élastomères silicone fluorés, les polyuréthannes.
Dans le cadre de l'invention, on peut également utiliser des mélanges d'élastomères et/ou de TPE.
Pour les besoins de l'invention, on peut utiliser un élastomère thermoplastique polyuréthanne (TPU) de dureté shore A inférieure à 92 mesurée selon la norme ISO 868. En outre, on préfère que cet élastomère subisse une forte diminution de viscosité en cours de vieillissement thermique. Cette diminution de viscosité est de préférence d'au moins 60 % après 30 jours à 120° C. L'élastomère thermoplastique polyuréthanne possède habituellement une viscosité à 20° C comprise dans les limites définies ci-dessous. Les valeurs tiennent compte de la correction de RABINOWVITCH appliquée aux liquides non newtoniens.
Vitesse de cisaillement Viscosité en kPa.s corrigée s-1
4,09 0,7 1 ,3
13,64 0,25 0,85
36,15 0,19 0,78
122,91 0,12 0,70
La vitesse de cisaillement est également le gradient de vitesse de déformation au cisaillement.
D'une façon générale, l'élastomère doit présenter de préférence un bon niveau d'inertie chimique et de stabilité à température élevée, en particulier dans le cas des conduites transportant du pétrole brut de gisement, qui comporte divers composants couramment très agressifs vis-à-vis d'un grand nombre de matériaux plastiques. En particulier, dans le cas du pétrole brut de gisement qui comporte en général des teneurs en eau plus ou moins importantes, l'élastomère sera de préférence choisi de manière à ne pas être affecté par les effets d'hydrolyse à la température relativement élevée du brut sortant du puits, ou à ne pas être autrement dégradable en présence d'eau. En outre, en fonction, d'une part, du polymère rétractable choisi pour constituer la gaine d'étanchéité et, d'autre part,, des conditions d'exploitation de la conduite, en particulier température et fluides transportés, l'élastomère sera de préférence choisi de manière à ce que ses éventuels produits de dégradation ne risquent pas d'affecter, en traversant progressivement la gaine d'étanchéité, les caractéristiques du polymère rétractable.
Un exemple intéressant d'élastomères présentant les propriétés souhaitées de stabilité et d'inertie chimique est constitué par le groupe des silicones, en particulier les silicones élastomères RTV (vulcanisables à température ambiante) ou HCR (vulcanisables à chaud). Dans le cas de silicones HCR mais également dans le cas de silicones RTV, la vulcanisation peut être réalisée en continu afin d'accélérer l'opération, en faisant défiler la conduite flexible à travers ou devant des moyens de chauffage (tel que chauffage par air chaud, par radiation , etc ).
L'élastomère est choisi et appliqué de telle sorte que son interposition empêche la pénétration du polymère de la gaine dans les dépressions présentes entre les spires ; ainsi par fluage à chaud lors de l'extrusion de la gaine d'étanchéité polymérique et sous l'effet de la contrainte appliquée par la gaine au cours de son retrait, il pénètre dans les espaces ouverts de la surface extérieure du tube métallique flexible correspondant aux interstices entre spires de façon à ce que le polymère de la gaine soit libre de se resserrer autour du tube métallique sans qu'il ne se crée dans sa masse de tensions internes.
Les figures 1 et 2 annexées schématisent les coupes d'une conduite tubulaire flexible selon le premier mode de réalisation de l'invention. Les emboîtements des articulations (16,17) du tube métallique flexible (2) créent des interstices et des espaces (5) entre les spires métalliques. La couche (8) d'élastomère recouvre le tube métallique, tout en remplissant les espaces entre les spires métalliques. Cette couche d'élastomère sert d'intermédiaire entre le tube métallique flexible et la couche externe de polymère rétractable (9).
La figure 3 annexée schématise une coupe d'une conduite tubulaire flexible également selon le premier mode de réalisation de l'invention plus particulièrement destinée au transport d'eau, de pétrole ou de gaz dans l'exploitation offshore. Le tube métallique flexible (1 ) constituant la carcasse interne de la conduite tubulaire flexible (2) est réalisé par enroulement hélicoïdal à faible pas d'un feuillard agrafé (3) dont les spires successives (4a, 4b, 4c,...) délimitent un espace interstitiel (5) ouvert vers l'extérieur, de configuration générale hélicoïdale, ainsi que des interstices internes (6) ouverts vers l'intérieur de la conduite et des espaces internes (7) plus ou moins fermés. La couche (8) d'élastomère recouvre de façon continue le tube métallique flexible, tout en remplissant les interstices (5) entre les spires. Cette
FEUILLE RECTHEE (REGLE 91) ISA/EP couche d'élastomère sert d'intermédiaire entre le tube métallique flexible et la couche de polymère rétractable (9) qui constitue la gaine d'étanchéité interne de la conduite flexible. Les nappes d'armure de renforcement disposées à l'extérieur de la gaine d'étanchéité assurent la résistance mécanique de la conduite flexible, et en particulier la résistance à la pression interne régnant dans le flexible transporté, l'effet de la pression interne étant intégralement transmis aux armures à travers la gaine d'étanchéité. Le matériau plastique de la gaine d'étanchéité est ainsi soumis à des conditions de travail tout à fait particulières, avec un champ de contrainte de compression pratiquement uniforme dont la valeur extrêmement élevée, pouvant atteindre ou dépasser 100 MPa, correspond à la pression interne, et avec des déformations et des contraintes de cisaillement très faibles.
Dans le cas de l'exemple illustré, la résistance à la pression circonférentielle (Hoop stress) est essentiellement assurée par la nappe d'armure (10) dite voûte de pression constituée par l'enroulement à faible pas d'un fil ou profilé, de préférence du type fil de forme agrafé tel qu'un fil Zêta, les composantes axiales des efforts étant reprises par la paire d'armures (11 a, 11 b) constituée par une pluralité de fils enroulés avec des angles, de 30° ou 40° par exemple, en sens respectivement opposés. Alternativement, la résistance à la pression interne peut être assurée par une simple paire de nappes d'armures dont les fils sont enroulés en sens opposés selon un angle d'environ 55°. Les fils des nappes d'armures (10, 11) sont, typiquement, en métal, par exemple en acier ou en aluminium, ou en plastique de préférence renforcé par des fibres, ou encore en fibres de haute résistance.
La conduite tubulaire flexible est protégée par une gaine extérieure (12) réalisée de préférence en polymère thermoplastique par extrusion. Le rôle du tube métallique flexible (1 ) est d'assurer la résistance de la conduite flexible à l'écrasement, ainsi que d'empêcher l'affaissement par l'intérieur (collapse) de la gaine d'étanchéité dans certaines circonstances d'exploitation.
Par comparaison avec les conduites flexibles dont les éléments de structure sont intégralement liés (bonded flexible pipe), la conduite flexible (2) est du type comportant des éléments de structures séparés, non liés (unbonded flexible pipe), et qui constitue un cas d'application particulièrement intéressant de cette invention.
Dans le cas de l'exemple selon Fig. 3, la couche elastomérique (8) constitue une enveloppe tubulaire continue autour du tube métallique flexible (1 ), et sa surface extérieure, en contact avec la surface intérieure de la gaine d'étanchéité (9), est approximativement cylindrique, présentant une dépression (18) de profondeur faible à l'endroit des interstices (5). L'élastomère de la couche (8) remplit les interstices (5) de façon pratiquement complète. Alternativement, en fonction, en particulier, de la viscosité et de la quantité d'élastomère et de la procédure de
FEUILLE RECTIFIEE (REGLE 91) fabrication il serait possible, selon un mode de réalisation non illustré, de réaliser la couche intermédiaire (8) avec une pénétration réduite dans les interstices (5) correspondant à la cote a illustrée dans les Figures 3A et 3B.
Les Figures 4 à 6 illustrent en coupe longitudinale partielle agrandie une conduite flexible selon un deuxième mode de réalisation, comportant une couche intermédiaire élastomère (8) constituée par une bande d'élastomère (8A) disposée dans l'espace interstitiel (5) qui sépare les parties cylindriques extérieures (13a, 13b, 13c.) des spires successives constituant le tube métallique flexible (1 ). La succession alternée des parties cylindriques extérieures (13) du tube métallique et des surfaces extérieures (14) de la bande d'élastomère (8A) constitue une surface de forme approximativement cylindrique sur laquelle la gaine d'étanchéité polymérique (9) prend appui de façon continue.
Dans le cas où le tube métallique flexible est constitué par l'enroulement hélicoïdal continu d'un seul profilé, tel qu'un feuillard agrafé (3), la couche élastomère (2) comprend une seule bande continue (8A). Alternativement, le tube flexible métallique peut comporter un ou plusieurs profilés enroulés parallèlement, la couche élastomère (2) comportant un nombre de bandes (8A, 8B,...) égal au nombre de profilés (3A, 3B,...) du tube métallique flexible.
La Figure 4 qui illustre une variante du deuxième mode de réalisation montre également l'armure de la conduite flexible, qui comporte, dans le cas présent, une voûte de pression (10) et deux nappes (11a, 11 b) d'armure de traction, ainsi que la gaine extérieure (12).
Dans le cas des variantes selon Figures 4 et 5, l'élastomère pénètre partiellement dans les interstices (5), l'extrémité intérieure de la zone occupée par l'élastomère se trouvant à une distance radiale a par rapport à la surface cylindrique définie par les parties cylindriques extérieures (13) du tube métallique flexible. La variante selon Figure 6 comporte une couche intermédiaire constituée par une bande d'élastomère pénétrant de façon approximativement complète dans les interstices (5). Par rapport à la configuration idéale qui serait une surface parfaitement cylindrique dans le prolongement des parties cylindriques (13) du feuillard agrafé, la surface extérieure (14) de l'élastomère peut présenter une irrégularité telle qu'une dépression ou une forme bombée de faible amplitude.
L'irrégularité présentée par la surface extérieure (14) peut, de préférence, être en forme de cuvette, à la façon d'un ménisque de concavité orientée vers l'extérieur ainsi qu'illustré par les Figures 4 et 6. Dans ce cas, la gaine d'étanchéité polymérique (9) comporte sur sa face interne un léger renflement (15) dont l'épaisseur d dans le sens radial, par rapport à la surface cylindrique de référence
FEUILLE RECTIFIEE (REGLE 91) ISA/EP définie par les surfaces cylindriques (13) du feuillard agrafé, est de préférence inférieure ou égale à 0,3 e, e étant l'épaisseur de la gaine (9) dans sa partie cylindrique autour des surfaces (13).
Alternativement, la bande elastomérique (8A) peut présenter une forme légèrement bombée vers l'extérieur (Fig 5). Sa surface extérieure (14) présente une partie centrale cylindrique qui est raccordée avec la surface extérieure du feuillard agrafé (3) de façon progressive avec une courbure très faible et qui peut se trouver légèrement écartée par rapport à ladite surface cylindrique de référence, la distance radiale séparant les 2 surfaces étant de préférence inférieure à 0,2 e. D'une façon générale, et quel que soit le mode de réalisation choisi, et en particulier dans le cas des exemples illustrés par les Figures 1 à 6, on obtient de bons résultats si la courbure de la surface intérieure de la gaine d'étanchéité polymérique (9) reste limitée à de très faibles valeurs dans les zones, voisines des interstices (5), où elle peut présenter de légères irrégularités. De préférence, le rayon de courbure le plus faible que peut présenter cette surface intérieure est supérieur à 0,5 e, et, avantageusement, à la valeur e de l'épaisseur de la gaine (9), des valeurs de ce rayon de courbure au moins égales à 2e permettant d'exploiter au maximum les propriétés intrinsèques du matériau.
L'épaisseur de la gaine de polymère rétractable (9) peut en général varier entre 1 à 30 mm, et de façon courante entre 3 et 15 mm, en fonction notamment du diamètre de la conduite tubulaire flexible.
La largeur I que présente l'interstice (5) au niveau de son ouverture extérieure, c'est-à-dire sa largeur entre les parties cylindriques (13) des spires adjacntes, peut varier entre 2 et 40 mm. Les bords du profilé agrafé, par exemple un feilllard agrafé (3), qui encadrent l'interstice (5) étant de préférence arrondis, la largeur de l'interstice diminue de l'extérieur vers l'intérieur. Si elle est mesurée à un niveau correspondant à la moitié de la profondeur radiale h du volume intersticiel, la largeur de l'interstice peut être de l'ordre de 1 à 15 mm. Dans la pratique, la profondeur h de l'interstice peut varier entre 1 ,5 et 30 mm, le rappport h/l de la profondeur h à la largeur extérieure I pouvant donc varier entre 0,4 et 1 ,4.
La fabrication en grandes longueurs continues de la conduite flexible selon l'invention peut se faire en réalisant la gaine polymérique (9) par extrusion de façon connue. Dans le cas où la couche élastomère (8) constitue une enveloppe tubulaire continue autour du tube métallique flexible, l'élastomère peut être mis en place par extrusion autour du tube métallique flexible. Dans ce cas, il est possible par exemple de coextruder simultanément le polymère rétractable et l'élastomère au moyen de deux extrudeuses et d'une boîte de répartition des flux en tête d'équerre recevant en son centre le tube flexible métallique à gainer. La pénétration de l'élastomère dans
FEUILLE RECTIFIEE (REGLE 91) ISA/EP les interstices (5) entre spires du tube métallique flexible est alors conditionnée, en particulier dans un premier temps, par la viscosité que présente l'élastomère thermoplastique à l'état fondu. Il est également possible de gainer classiquement par extrusion-gainage le tube flexible métallique avec l'élastomère, puis ensuite, de revêtir l'ensemble d'une couche de polymère rétractable dans une seconde opération d'extrusion pratiquée en ligne à une certaine distance en aval sur le tube flexible garni d'élastomère sortant de la première extrudeuse (extrusion tandem), ou dans une opération d'extrusion réalisée séparément après achèvement de la première extrusion, ou encore de gainer le tube flexible métallique avec l'élastomère, éventuellement dissous dans un solvant puis, après une éventuelle réticulation et/ou évaporation du solvant, dans un deuxième temps, de revêtir l'ensemble d'une couche de polymère rétractable par une extrusion-gainage.
Alternativement, la couche intermédiaire d'élastomère peut être réalisée soit sous forme de couche tubulaire continue telle qu'illustrée en Fig. 3, soit sous forme de bande (8A) disposée dans les interstices (5) telle qu'illustrée en Fig. 4 à 6 par enduction, ou par pulvérisation, par exemple d'aérosol, ou par projection notamment électrostatique, ou par passage dans un bain liquide, par exemple par dissolution de l'élastomère dans un solvant, ou dans un bain fluidisé, ou tout autre procédé connu permettant d'effectuer le revêtement de la surface et/ou des interstices superficiels du tube métallique flexible par l'élastomère. Dans le cas des élastomères vulcanisables, l'élastomère peut ainsi successivement être appliqué sur le tube métallique à l'état cru, puis être vulcanisé, de préférence avant extrusion de la gaine d'étanchéité (9). De façon avantageuse, l'élastomère peut être mis en place en faisant passer de façon continue le tube flexible métallique à travers une enceinte remplie d'élastomère à l'état cru, le tube métallique flexible (1 ) entrant dans et sortant de l'enceinte par des orifices circulaires qui peuvent être équipés d'un joint par exemple en caoutchouc, le diamètre du joint étant calibré de manière à se resserrer sur le tube (1 ), ou, à laisser un certain espace libre, de sorte que la couche intermédiaire en élastomère puisse être réalisée sous forme d'une bande (8A) disposée dans les interstices, ou d'une enveloppe tubulaire continue.
Selon un autre procédé de mise en oeuvre, l'élastomère peut être mis en place, par rubanage, par enroulement hélicoïdal d'un jonc ou d'une bande continue, l'élastomère étant soit à l'état vulcanisé, soit thermoplastique. On peut ainsi utiliser un jonc circulaire, le matériau étant suffisamment mou pour être déformé en prenant la configuration souhaitée de la bande élastomère (8A). Avantageusement, on peut utiliser un jonc de forme en élastomère dont la section est réalisée de façon à correspondre à la configuration des parties du profilé agrafé (3) constituant les flancs délimitant radialement, de chaque côté, l'interstice (5). Un tel jonc de forme,
FEUILLE RECTIFIEE (REGLE 91) ISA/E de section correspondant au profil de l'interstice, peut ainsi, par exemple, constituer le ruban (8A) illustré en Figure 3.
On ne sort pas du cadre de l'invention en réalisant une couche intermédiaire elastomérique (8) sous forme d'enveloppe tubulaire continue en enroulant hélicoïdalement à bords jointifs une bande en élastomère, l'élastomère étant suffisamment mou pour se déformer facilement, en particulier sous l'effet de l'extrusion de la gaine d'étanchéité (9) de manière à présenter une surface extérieure régulière à peu près lisse sans chevauchement ni séparation des spires adjacentes. La bande peut comporter, sur sa face intérieure, une partie médiane en relief formant bourrelet de section adaptée au profil de l'interstice (5) de manière à assurer le remplissage de l'interstice sur une certaine profondeur correspondant à la cote a des Fig. 4 et 5.
Une variante de l'invention non illustrée consiste à interposer une nappe de faible épaisseur contituée par l'enroulement en une ou plusieurs couches d'une bande, par exemple de tissu, de fibres, de matière plastique, éventuellement renforcée par des fibres, entre le tube métallique flexible (1 ) et la couche intermédiaire d'élastomère (8). L'enroulement de la bande peut se faire par recouvrement, pour faciliter la réalisation industrielle d'une nappe de caractéristiques régulières : le matériau elastomérique en appui sur la bande n'est pas en contact avec la surface du tube flexible et n'est donc pas affecté et/ou dégradé par les irrégularités de surface créées par le recouvrement. On préfère utiliser une bande qui présente une résistance mécanique suffisante de façon à ce que la nappe permette de faciliter le remplissage partiel et régulier de l'interstice (5) par l'élastomère de la couche intermédiaire. Dans le cadre de l'invention et dans le but de renforcer l'adhésion élastomère/polymère rétractable, on peut ajouter une certaine quantité de polymère rétractable à la couche intermédiaire élastomère et/ou ajouter une certaine quantité d'élastomère au polymère rétractable avant de les extruder par exemple selon l'une ou l'autre des techniques énoncées ci-dessus. On peut également interposer, entre la couche intermédiaire d'élastomère et la gaine de polymère rétractable, une couche qui serait constituée d'un mélange d'élastomère et de polymère rétractable : cela reviendrait par exemple à co-extruder une gaine tricouche élastomère/élastomère+pplymère rétractable/polymère rétractable.
L'épaisseur de la couche intermédiaire d'élastomère ou de TPE peut en général varier entre 0,1 à 2 mm mesurée à partir du sommet de la conduite flexible. L'épaisseur de la gaine de polymère rétractable (9) peut en général varier entre 1 à 30 mm, et de façon courante entre 3 et 15 mm, en fonction notamment du diamètre de la conduite tubulaire flexible.
FEUILLE RECTIFIEE (REGLE 91) ISA/EP La conduite tubulaire flexible, objet de l'invention, est particulièrement adaptée pour l'exploitation pétrolière et des gaz dont le tube métallique flexible peut posséder un diamètre interne de l'ordre de 20 à 600 mm, et de façon courante de 50 à 400 mm, la pression interne de la conduite étant couramment supérieure à 100 bar, et pouvant atteindre ou dépasser, selon le diamètre, 500 ou même 1 000 bar. De telles conduites flexibles sont particulièrement bien adaptées aux températures élevées, pouvant atteindre ou dépasser, en fonction des polymères utilisés, des valeurs de l'ordre de 100 à 120° C qui correspondent aux limites actuellement possibles. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois la limiter.
Autour d'une tube flexible d'acier de 32 mm de diamètre constitué de spires entre lesquelles se trouvent des creux et des interstices permettant son articulation, on applique une couche d'élastomère (8) constituant une enveloppe tubulaire continue autour du tube métallique par la méthode indiquée dans chacun des tableaux correspondant à chacun des exemples et une couche de polymère semi- cristallin par extrusion ou coextrusion tel que le précise les tableaux.
A titre comparatif, on réalise dans les mêmes conditions le même tube avec la même gaine de polymère semi-cristallin mais sans la couche intermédiaire d'élastomère. On teste ces tubes de la façon suivante :
Le tube gainé est placé sur deux supports fixes. Au moyen d'un galet de cintrage de 75 mm de rayon, on appuie à équidistance des points d'appui du tube.
On exerce une pression de 50 bars. Le tube se cintre autour du galet. La hauteur d'enfoncement du galet indique l'aptitude à la déformation du tube flexible. Dans tous les exemples, les duretés Shore A et D sont mesurées selon la norme ISO 868.
Exemple 1
Dans tous les essais, le polymère semi-cristallin est du polypropylene (PP) de Melt Index = 3 g/10 min mesuré selon ISO 1133, de 5 mm d'épaisseur. (APPRYL ® 3030 FN1 de la Sté APPRYL). L'élastomère est :
Polyuréthanne polyéther (UTAFLEX ® TB 1 de la Société UETTWILLER) - Dureté shore A = 50 après réticulation.
** Copolymère à blocs polyamides et blocs polyéther reliés par des fonctions ester,
PEBAX ® 2355 ELF ATOCHEM - Dureté shore A = 75 - Module de flexion à 23° C = 15 MPa mesuré selon la norme ISO 178. *** Polymère VF2 - C2F3CI en proportion molaire 50/50, présente un module de flexion à 23° C de 250 MPa mesuré selon la norme ISO 178.
Température de l'essai : 0° C
Couche d'élastomère Mode d'application Epaisseur mesurée à partir du sommet des spires
Polyuréthanne * Par enduction 2 composants suivie d'un recuit pendant 1 heure à 0,5 mm
80°C
Polyéther-esteramide ** Extrusion de l'élastomère sur le tube suivie de l'extrusion du PP 1 mm
Polymère *** Coextrusion directe VF2 - C2F3CI PP-poiymère sur le tube d'acier 1 mm
Les résultats du test décrit plus haut montrent une meilleure aptitude à la déformation, et en particulier une amélioration à la flexion, des tubes flexibles gainés d'une couche intermédiaire d'élatomère interposée entre la carcasse proprement dite du flexible d'acier et la gaine externe de polymère rétractable (selon l'invention).
Exemple 2
Dans tous les cas, l'élastomère est un polyester-polyuréthanne de dureté Shore A = 88 (ESTANE ® 58271), l'épaisseur de la couche d'élastomère mesurée à partir du sommet des spires est de 1 ,5 mm.
Température de l'essai : 0° C
Polymère semi-cristallin constituant la gaine d'étanchéité Mode d'application Epaisseur
Polyéthylène Par extrusion sur le tube revêtu de (Mn ~ 105) l'élastomèrepar extrusion 5 mm
Polyamide-11 * Coextrusion (RILSAN ®BESNO TL) sur le tube métallique 4 mm
Copolymère éthylène/TFE Extrusion sur le tube métallique ** (TEFZEL® 200 de DUPONT) revêtu de l'élastomère par extrusion 5 mm
40000 < Mn < 45 000
** Shore D = 75, résistance au choc à - 55° C = 187 J/m mesurée selon ASTM D 256
Les résultats du test décrit plus haut montrent une meilleure aptitude à la déformation, et en particulier une amélioration à la flexion, des tubes flexibles sont gainés d'une couche intermédiaire d'élatomère interposée entre la carcasse proprement dite du flexible d'acier et la gaine externe de polymère rétractable (selon l'invention). Exemple 3
Autour d'un tube flexible d'acier de 32 mm de diamètre constitué de spires entre lesquelles se trouvent des creux et interstices permettant son articulation sont gainées par extrusions successives : une couche de polyester-polyuréthanne (ESTANE ® 58271) de 0,5 mm d'épaisseur à partir du sommet des spires, puis une couche de 5 mm d'épaisseur de polyfiuorure de vinylidene (FORAFLON ® 1000 HD) ; (Echantillon 1). Le polyesterpolyuréthanne possède une dureté shore A de 88 et une diminution de viscosité de plus de 70 % en 30 jours à 120° C.
A titre comparatif est réalisé dans les mêmes conditions le même tube sans couche intermédiaire de polyuréthanne (Echantillon 2).
Les deux tubes sont comparés dans les conditions ci-après.
Le tube gainé est placé sur deux supports fixes. Au moyen d'un galet de cintrage de 75 mm de rayon, on appuie à équidistance des points d'appui du tube. Une pression de 50 bars est exercée. Le tube se cintre autour du galet. La hauteur d'enfoncement du galet indique l'aptitude à la déformation du tube flexible. La hauteur maximum est de 170 mm ; elle correspond à l'enroulement parfait du tube sur le rayon de courbure du galet. S'il y a rupture du flexible au cours de l'enfoncement, la hauteur est notée. Plus elle est élevée, plus le flexible est apte à la flexion.
Température Hauteur d'enfoncement
Echantillon 1 Echantillon 2
20° C 170 mm 120 mm pas de rupture rupture
- 30° C Rupture à 150 mm Rupture à 80 mm
Exemple 4
Les échantillons 3 et 4 sont réalisés de la même façon que les échantillons 1 et 2, mais le polyfiuorure de vinylidene est plastifié à 7,5 % en poids avec du N- butylbenzènesulfonamide.
L'échantillon 3 possède une couche intermédiaire de polyester- polyuréthanne de 1 mm d'épaisseur au-dessus des sommets des spires et une couche externe de 6 mm d'épaisseur de polyfiuorure de vinylidene plastifié.
L'échantillon 4 ne possède pas de couche intermédiaire de polyester- polyuréthanne. Des essais de cintrages successifs des tubes gainés sont effectués sur un mandrin de 68 mm de rayon. Entre chaque nouveau cintrage les tubes sont placés 1 heure à -10°C.
L'échantillon 3 a pu être cintré cinq fois sans rupture. L'échantillon 4 blanchit après le quatrième cintrage et se fend au cinquième.
Des tubes échantillons 3 et 4 sont vieillis un mois à 150° C en étuve ventilée.
Le même essai de cintrage est ensuite réalisé à -10° C.
L'échantillon 3 blanchit au troisième cintrage et se casse au quatrième. L'échantillon 4 se casse au premier cintrage.

Claims

Revendications
1. Tube métallique flexible dont la surface extérieure présente des interstices (5) recouvert par une gaine d'étanchéité en polymère(s) rétractable(s), de préférence semi-cristallin(s) caractérisé en ce qu'est disposé, entre la gaine polymérique rétractable et le tube métallique, une couche (8) intermédiaire en élastomère, éventuellement vulcanisé ou réticulé, et/ou TPE qui se présente soit sous forme d'enveloppe tubulaire continue (Fig 1 à 3), soit sous forme de bande disposée dans les interstices (5) (Fig 4 à 6).
2. Tube flexible selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'élastomère présente une raideur inférieure à celle du polymère rétractable.
3. Tube flexible selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élastomère est choisi parmi les élastomères silicones, éventuellement fluorés, et/ou les TPE à base polyamide et/ou les TPU et ou les copoiymères
EPDM et/ou les copoiymères acrylonitrile - butadiène - styrène et/ou les copoiymères styrène - butadiène - styrène et/ou les copoiymères méthylméthacrylate - butadiène - styrène et/ou les copoiymères éthylène - oxyde de carbone et ou les terpolymères éthylène - oxyde de carbone - vinyle acétate et/ou les caoutchoucs acryliques et/ou les TPO et/ou les TPE à base polyester et/ou les copoiymères éthylène - éthyiacrylate, éthylène - ethylacetate et éthylène - vinyle acétate ainsi que leurs terpolymères et/ou les élastomères fluorés.
4. Tube flexible selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le(s) polymère(s) rétractable(s) sont choisis parmi :
- les polyoléfines,
- les polyamides,
- les polyuréthannes et polyurées,
- les polyesters, - les polyéthers,
- les polyoxydes,
- les polysulfures (PPS) Parax,
- les polyéther-éther-cétones (PEEK) et leur copoiymères,
- les polymères fluorés tels que - les homo- et copoiymères du fluorure de vinylidene (VF2),
- les homo- et copoiymères du trifluoroéthylène (VF3)
- les copoiymères, et notamment terpolymères, associant des restes des motifs chlorotrifluoroethylene (CTFE), tetrafluoroethylène (TFE),
FEUILLE RECTIFIEE (REGLE 91) ISA/EP hexafluoropropène (HFP) et/ou éthylène et éventuellement des motifs VF2 et ou VF3, et avantageusement le PVDF et les copoiymères ayant au moins 50 % en poids de motifs fluorure de vinylidene dans l'enchaînement polymérique, lesdits polymères rétractables pouvant être seuls en mélange avec d'autres polymères, lesdits polymères rétractables étant présents à raison d'au moins 70% en poids dans le mélange.
5. Procédé de fabrication d'un tube métallique flexible gainé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on extrude simultanément la couche intermédiaire d'élastomère et la gaine d'étanchéité de polymère rétractable sur le tube flexible.
6. Procédé de fabrication d'un tube métallique flexible gainé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on gaine dans un premier temps l'élastomère sur le tube flexible, par extrusion, enduction, pulvérisation, projection ou passage dans un bain liquide ou fluidise, puis l'ensemble est ensuite revêtu d'une couche de polymère rétractable par extrusion.
7. Procédé de fabrication d'un tube métallique flexible gainé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élastomère est mis en place sur le tube flexible par rubanage tel que par enroulement hélicoïdal d'un jonc ou d'une bande continue, l'élastomère étant soit à l'état vulcanisé, soit thermoplastique.
8. Procédé de fabrication d'un tube métallique flexible gainé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élastomère est mis en place sur le tube flexible sous forme d'enveloppe tubulaire continue en enroulant hélicoïdalement à bords jointifs une bande en élastomère.
9. Procédé de fabrication d'un tube métallique flexible gainé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élastomère est mis en place sur le tube flexible sous forme de jonc disposé dans l'interstice (5).
10. Procédé de fabrication d'un tube métallique flexible gainé selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'on interpose un nappe de faible épaisseur contituée par l'enroulement en une ou plusieurs couches d'une bande, par exemple de tissu, de fibres, de matière plastique, éventuellement renforcée par des fibres, entre le tube métallique flexible (1) et la couche intermédiaire d'élastomère (8).
11. Procédé de fabrication d'un tube métallique flexible gainé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on ajoute une certaine quantité de polymère rétractable à la couche intermédiaire élastomère et/ou ajoute une certaine quantité d'élastomère au polymère rétractable avant de les
FEUILLE RECTIFIEE (REGLE 91) coextruder, ou en ce qu'on interpose, entre la couche intermédiaire d'élastomère et la gaine de polymère rétractable, une couche constituée d'un mélange d'élastomère et de polymère rétractable et coextrude le tricouche élastomère/élastomère+polymère rétractable/polymère rétractable.
12. Conduite tubulaire flexible comportant un tube gainé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, de préférence armée, utilisable pour le transport de fluides, notamment sous pression et/ou haute température.
13. Conduite tubulaire flexible selon la revendication 12 utilisable pour la production de pétrole et/ou de gaz off-shore.
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