WO1997047856A2 - Systeme et procede de liaison entre deux ensembles mobiles l'un par rapport a l'autre, notamment dans des installations sous-marines - Google Patents

Systeme et procede de liaison entre deux ensembles mobiles l'un par rapport a l'autre, notamment dans des installations sous-marines Download PDF

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WO1997047856A2
WO1997047856A2 PCT/FR1997/001016 FR9701016W WO9747856A2 WO 1997047856 A2 WO1997047856 A2 WO 1997047856A2 FR 9701016 W FR9701016 W FR 9701016W WO 9747856 A2 WO9747856 A2 WO 9747856A2
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receptacle
connection
movable
connection system
fixed
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Alain Coutarel
Vincent Merrien
David Andrew Inggall
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Coflexip
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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
    • F16L1/00—Laying or reclaiming pipes; Repairing or joining pipes on or under water
    • F16L1/26—Repairing or joining pipes on or under water
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/01—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells specially adapted for obtaining from underwater installations
    • E21B43/013—Connecting a production flow line to an underwater well head
    • E21B43/0135—Connecting a production flow line to an underwater well head using a pulling cable
    • 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
    • F16L23/00—Flanged joints
    • F16L23/02—Flanged joints the flanges being connected by members tensioned axially
    • F16L23/036—Flanged joints the flanges being connected by members tensioned axially characterised by the tensioning members, e.g. specially adapted bolts or C-clamps

Definitions

  • the present invention relates to a connection system between a fixed or momentarily fixed assembly and a mobile assembly, in particular in underwater installations, as well as a method for sealingly connecting two ends of two separate and movable conduits, one relative to the other. to the other.
  • fixed assembly means any stationary assembly such as an oil wellhead, a collector which is connected to a set of wellheads, or even a part of a fixed installation anchored in the seabed, such as for example a flexible type pipe which is considered to be fixed at the time of connection, these elements being cited by way of example.
  • mobile assembly any assembly which is initially located at a certain distance, more or less large from the fixed assembly to which it must be connected.
  • the mobile assembly can be constituted, for example, by the end of a flexible pipe resting on the seabed or on a sleigh (sied in English) and the other end of which is connected, for example, to a device under - production sailor, or an intermediate connection pipe (spoolpiece in English).
  • connection systems exist, such as that sold by the company SON SUB, under the reference DFCS (Diverless Flowline Connection System).
  • the DFCS uses a ROV and a traction cable for guiding the moving element towards the fixed element.
  • the known connection systems are made so that the connection means are mounted in an end device which is integral with the fixed assembly.
  • connection means must be dimensioned specifically on a case-by-case basis as a function of the particular characteristics of the members to be connected, such as the ends of the hoses and the flanges.
  • the present invention aims to remedy the aforementioned drawbacks and to propose a connection device which can operate in the open air or in a marine environment, in particular for connecting one end of a pipe, considered to be mobile, to one end of a pipe considered to be fixed, and the other end of which can be connected, for example, to a well head or to a manifold assembly (manifold in English) submarines considered as fixed elements or at the very least as being temporarily fixed at the time of connection.
  • the connection device can, in particular, be used in the case of a fixed pipe, such as a rigid tube, mounted on a fixed underwater structure, such as a wellhead, a manifold or the lower part.
  • the device can be used to connect the ends of two pipes of greater or lesser length, in particular, laid on the bottom, one being considered to be mobile and the other considered to be fixed, its end preferably being , at least temporarily anchored in the seabed by various means known per se.
  • a movable pipe is constituted either by an effectively mobile pipe, or by a pipe capable of being deformed and displaced, such as a so-called flexible pipe or a metallic pipe that can be curved.
  • the device of the present invention has the particularity of being self-guided and centered as soon as the connection head of the flexible pipe is fairly close to the connection head of the fixed element.
  • connection device characterized in that it comprises, a receptacle integral with said fixed end and comprising an inlet opening for the movable end, and an interface connecting member disposed in a floating manner in said receptacle and provided with a central centering orifice and centering surfaces for mutual and progressive centering of said ends of the pipes.
  • an advantage of the present invention lies in the fact that a first terminal connection member at the end of the movable pipe, for example constituted by a flange of the connection head of a movable flexible pipe, is guided in the receptacle and moves the interface connecting element to a centered position which is determined by a second end member at the end of the fixed pipe, in which locking means are actuated to lock the two connecting members in their final position.
  • the interface connecting member comprises the locking means, known per se, such as at least two jaws mounted in or on the interface connecting member, and actuating means making it possible to cause the jaws to move so as to tighten or loosen the two connecting members.
  • the interface connecting element consists of a movable casing such as a removable cassette which has an external profile adapted to that of the internal of the receptacle, so as to allow progressive guidance up to a waiting position.
  • the receptacle has an upper access face, open or capable of being opened, for introducing the cassette therefrom from the outside, the displacement and guiding of the cassette in the receptacle preferably taking place under the action of the gravity.
  • the receptacle includes a cover making it possible to close the access face, the cover being removable or mounted so as to be able to be alternately open to introduce or take out the cassette, or closed to protect the cassette and the organs which it contains.
  • the inclination relative to the horizontal of the axis of the terminal member of the fixed assembly and the facing profiles of the cassette and of the receptacle are determined so as to allow the self-guiding of the cassette in the receptacle under the sole action of its weight.
  • the cassette comprises the sealing means which are constituted by an annular seal known per se.
  • all the other active and mobile elements participating in the connection are arranged in the cassette. In this way, the cassette can be removed from the receptacle and replaced with another if necessary, without difficulty, an ROV which can easily carry out such a setting-up, removal and / or substitution operation.
  • the device according to the invention comprises guide means and means for centering the mobile assembly relative to the fixed assembly.
  • the guide means ensure a preliminary positioning of the end of the movable pipe in the central orifice of the face front of the receptacle with sufficient precision so that the centering means can begin to operate.
  • the guide means comprise complementary elements respectively integral with the fixed assembly and the movable assembly.
  • the guide means comprise at least one assembly constituted by a more or less elongated element and a receiving element capable of receiving and guiding the elongated element, said two elements each having a longitudinal axis parallel, respectively, to the longitudinal axis of the fixed connection member and of the mobile connection member.
  • the guide means comprise at least one, and preferably two guide assemblies each consisting of a spindle and a funnel.
  • the guide means may include a guide surface, for example conical, at the periphery of the end of the fixed pipe, and an annular guide surface forming part of the edge of the front orifice of the receptacle.
  • the centering means ensure the progressive alignment of the axis X of the end of the movable pipe with the axis Y of the end of the fixed pipe, the axes X and Y forming an angle ⁇ between them at the start of the centering. They comprise at least the centering surfaces of the interface connecting member which are distributed in two coaxial zones acting in cooperation with corresponding centering surfaces disposed at the periphery of the ends respectively fixed and mobile. According to an advantageous embodiment, the centering means further comprise at least one preferably cylindrical bearing surface disposed at the periphery of the end of the movable pipe cooperating with a centering bearing forming part of the edge of the front orifice of the receptacle.
  • the centering means comprise members such as two assemblies each consisting of a spindle and a funnel, these members being, in a first phase, at the start of the penetration of the pins into the funnels, used as means and being produced so as to produce a more precise relative positioning and thus participate in centering in a second phase, when the spindle enters the cylindrical part furthest from the funnel.
  • the guiding, centering and tight connection functions are performed according to the following successive phases:
  • the cassette In a first phase, the cassette is placed in the receptacle, in a waiting position;
  • a second phase the mobile assembly is brought close to the fixed assembly, the ends of the movable guide members, for example pins, being arranged at the entrance to the guide members of the receptacle, for example funnels ;
  • the guidance of the movable assembly is ensured by the start of the movement of the movable guide members relative to the members of the receptacle guide;
  • the guide spindles-funnels is completed by centering a part of the movable assembly through the inlet port of the receptacle, or alternatively, by another embodiment, by centering achieved by a prolonged action of the means previously used to perform the preliminary guidance;
  • the movable assembly is moved with a small amplitude, while being kept centered, by the centering of the movable element, preferably in the inlet orifice of the receptacle, possibly supplemented by the centering of the seal in the appropriate housings in the two facing flanges; and
  • the sealed connection is completed by closing the jaws of the locking means around the two flanges so as to tighten the seal.
  • the interface connecting member is brought into a final position which is offset radially relative to the standby position.
  • the receptacle comprises an open access face for the interface connecting member and lateral faces with stepped profile which cooperates with a corresponding profile of the lateral faces of the interface connecting member.
  • the receptacle comprises a cover adapted to close off the access face through which the interface connecting member is inserted.
  • the system comprises means for guiding the mobile assembly beforehand relative to the receptacle.
  • the collar is mounted to rotate freely around the movable end.
  • the movable end comprises a part ensuring the centering of said movable end relative to the bearing surfaces of the receptacle, said part being constituted by at least two distinct zones and separated by a certain distance, said zones being of different diameters, the larger diameter area improving the centering initially performed by the smaller diameter area.
  • the method for sealingly connecting two ends of two separate and movable pipes with respect to each other is characterized in that it consists in:
  • the method consists in using a sled provided with guide pins and a sleeve which makes it possible to connect the movable pipe to said sled, said pins being intended to be inserted and guided in guide tubes integral with the receptacle.
  • the method consists in using a remote controlled robot (ROV), and equipped with traction means such as a winch, traction cables or jacks and handling means such as at least one arm manipulator, said robot performing the functions of: - gripping the interface link member,
  • ROV remote controlled robot
  • FIG. 1 is an overall view of the device according to a first embodiment of the invention and of the means for moving the mobile assembly
  • FIG. 2 represents an intermediate position of the device of FIG. 1
  • FIG. 3 is a perspective view of the receptacle and of the terminal part of the fixed assembly
  • FIG. 4 is a perspective view of the terminal part of the movable pipe mounted on a support sled
  • FIG. 5 is a partial perspective view of the interface link member arranged in the receptacle and secured to the end part of the movable pipe
  • FIG. 6a to 6d are representations of the relative positions between the link member and the receptacle
  • FIG. 7 is a representation of the assemblies to be connected when the interface connecting member is placed in the receptacle
  • FIG. 8 is a representation of the fixed and mobile assemblies at the time of the winching of the mobile assembly
  • FIG. 9 represents the position of the mobile assembly when the guide pins begin to penetrate the guide funnels
  • FIG. 10 represents a position in which the connection flange of the movable assembly enters the inlet opening of the receptacle
  • FIG. 11 represents a position in which the connection flange enters the interface connecting member
  • FIG. 12 represents the start of the centering phase of the mobile assembly relative to the fixed assembly
  • FIG. 13 represents a position in which the terminal part of the mobile assembly and the interface connecting member are in mutual support against each other
  • FIG. 14 represents another intermediate position of the assemblies to be connected
  • FIG. 15 is an enlarged view in the position where the interface connection member is centered around the fixed connection flange
  • FIG. 16 is an enlarged view of the centering of the seal in the corresponding housings formed in the flanges to be connected
  • FIG. 17 is an enlarged view of the position of the flanges to be connected when the locking means are actuated
  • FIG. 18 is an enlarged view, partially in section, of the locking of the connected flanges
  • FIG. 19 is a schematic view showing the interface connecting member centered in the receptacle
  • FIGS. 21 to 24 schematically represent a second embodiment of the invention
  • FIG. 25 represents the type of seal and flange that can be used in a third embodiment of the invention.
  • FIG. 1 The device according to the invention as shown in FIG. 1 is used to connect a mobile assembly 1 to a fixed assembly 2 which is mounted on any suitable fixed structure, designated by the reference 3.
  • the interface link member 5 is brought and introduced into the receptacle 4 by means of a ROV 8 to which is attached a tool unit 9 (tool rack in English).
  • Most of the weight of the interface connecting member 5 is compensated by buoyancy members 10, the ROV being remotely controlled from the surface by an umbilical 11 and comprising at least one handling arm.
  • the ROV has two arms 12 and 13; the arm 12 is used to transport the interface connecting member 5 and the arm 13 is used for other functions.
  • FIG. 2 represents the situation in which: - the interface connecting member 5 is arranged in the receptacle
  • the arm 13 has hooked the end of at least one traction cable 14 to the receptacle 4 unwound from at least one winch 15 housed in the tool unit 9; preferably two cables are used traction 14, the tool unit comprising two winches 15 arranged on either side of the movable pipe 6;
  • the ROV 8 after the cable 14 has been fixed, has moved towards the end or end part 16 of the movable pipe 6 and it has been fixed on a support sled 17 which is integral with said end part 16.
  • the receptacle 4 (FIG. 3) consists of a housing 18 open on its upper face 18a and comprising a front face 19 in which is formed a circular inlet opening of revolution 20 for the passage and the centering of the terminal part 16 of the movable pipe 6, and a rear face 21 in which is formed a circular orifice of revolution 22 for accommodating the end or end portion 23 of the fixed pipe 7.
  • the fixed end 23 is constituted by a sleeve 24 extending the pipe fixed 7 to which it is connected by one of its ends, a revolution connection flange 25 mounted at the other end of the sleeve 24, an external fixing flange 26 by means of which the receptacle 4 is mounted on the fixed end 23, and one or more intermediate bearings 27 whose centering function will be described later.
  • the receptacle 4 are also formed guide passages in the form of funnels 28 having a long cylindrical part passing through the receptacle 4 and intended to receive guide pins 29 integral with the support sled 17 ( Figures 1 and 4).
  • the funnels 28 are arranged in the receptacle 4 so that their respective axes and the axis of the end portion 23 are contained in the same plane, the three axes obviously being mutually parallel.
  • FIG. 4 is shown a part of the movable assembly 1 and more particularly the end portion 16 of the movable pipe 6, said end portion 16 comprising a revolution connection flange 30 intended to be connected to the flange 25 of the fixed assembly 2, said flange 30 constituting the front end of an end piece 31 of the movable pipe 6.
  • a collar 32 is mounted on and around the end piece 31 and it comprises, in the case of the variant shown in FIG. 4 several centering surfaces 61, 58, 68 and a shoulder 64, the function of which will be described later, said collar 32 being used for fixing the support sled 17.
  • an adapter ring is provided to adapt the same collar 32 to various dimensions of the end piece 31; in an advantageous embodiment, the rotation of the support sled 17 relative to the end piece 31 is made possible, for example by means of appropriate bearings arranged either between the collar 32 and the adapter ring, or between the ring adaptation and end piece 31.
  • the end part 16 can be produced in a simpler manner from a nozzle 31 integrally comprising an annular external part, one of which part of the outer surface which forms a centering surface and an axial stop and which also fulfills the same functions as the collar 32.
  • FIG. 5 illustrates the device in its final connection position, the interface connection member 5 being in the position ready for final locking of the mobile and fixed assemblies to be connected.
  • the interface connecting member 5 consists of a rigid housing, called a cassette (FIGS. 6a to 6d), in which are housed: a) a seal 33 which is fixed in the housing by positioning members such as radial arms 34; b) locking members comprising at least two jaws 35, said locking members constituting, in combination with the seal and the flanges to be connected 25 and 30, a connection system marketed by various manufacturers such as VETCO-GRAY and
  • the jaws 35 are driven in a rotational and / or translational movement to clamp the flanges together; c) means for controlling and driving said jaws, these means being activated hydraulically and / or electrically from ROV 8.
  • the cassette 5 (FIGS. 6a to 6d) has an external profile 36 which corresponds to the internal profile of the receptacle 4, the width of the lower part 37 being significantly smaller than the width of the opening 18a of receptacle 4 and ending in a chamfer 38 to facilitate the introduction of said cassette 5 into receptacle 4.
  • the width in the direction perpendicular to the previous width of the cassette 5 is substantially less than the width of the opening 18a in the axial direction of the device (FIG. 5), the difference between these two widths corresponding to the displacement of the cassette in the direction of the longitudinal axis of the device between its initial waiting position bearing on the front wall 19 of the receptacle and its final position such that it makes it possible to carry out the tight connection and locking.
  • Shoulders 39 are formed on the lateral faces of the cassette 5 and have oblique surfaces 40.
  • the internal lateral faces 41 of the receptacle 4 have a general stepped profile, which narrows from the top to the bottom and in particular comprises an oblique surface 42 of support for the oblique surfaces 40 of the cassette 5 (FIG. 6a).
  • the cassette 5 and the receptacle 4 respectively have an axis 43 and 44.
  • FIG. 6b shows the introduction of the cassette 5 into the receptacle 4 at the moment when the shoulders 39 pass through the access face 18a, the lower part 37 being engaged in the lower part 45 of the receptacle 4.
  • FIG. 6c shows the cassette 5 in the standby position in the receptacle 4, the shoulders 39 being in abutment on the oblique surfaces 42 of the stepped profile which are preferably provided with pads 46.
  • the axes 43 and 44 are in the same vertical plane, with the axis 43 of the cassette 5 located slightly below the axis 44 of the receptacle 4, the axis 44 coinciding with the longitudinal axis Y of the flange of connection 25.
  • the locking members consist of three jaws 35 which are hinged together by articulation pivots 47, the free ends
  • FIGS. 7 to 9 The initial approach from the mobile pipe 6 to the fixed pipe 7 is illustrated by FIGS. 7 to 9, the displacements of the mobile assembly taking place under the action of the traction means which comprises, in the case of the example illustrated by FIGS. 2 and 8 at least one and preferably two traction cables 14 driven by the winches 15.
  • the movable pipe 6 rests on the seabed 50 by means of the sled 17, in a waiting zone (target area in English).
  • the axis Y of the fixed assembly 2 and consequently of the receptacle 4 which is associated with it is preferably inclined towards the bottom in the direction of the movable assembly 1, the angle of inclination possibly being any, and, preferably less than 45 °.
  • the Y axis can be oriented obliquely upwards.
  • a low or average value of the angle of inclination preferably less than or equal to 30 ° (FIG.
  • the device may, in addition, include elastic means such as springs, mounted on the cassette or the receptacle, to press the cassette 5 against the front wall 19 of the receptacle 4, so as to ensure correct positioning of the cassette in the standby position, as illustrated in FIG. 6c and, for example, in FIG. 9, in particular in the case where the Y axis of the fixed assembly is oriented obliquely to the top.
  • elastic means such as springs
  • the end part 51 (FIG. 7) of the fixed pipe 7 and of which the fixed connection flange 25 is a part, is made integral by bolts 52 both of the receptacle 4 and of the structure 3.
  • bolts 53 join the terminal part 51 to a corresponding flange which constitutes the fixed end of the pipe 7.
  • the fixed assembly may comprise a single fixing assembly such as a flange 26 and bolts, as illustrated in the figure
  • FIG. 8 represents the movement by winching of the mobile assembly in an intermediate position, the sled 17 and the pipe 6 being lifted above the seabed 50.
  • FIG. 9 represents the device at the moment when the heads 29a of the pins 29 enter the guide funnels 28 of the receptacle
  • the movable flange 30 approaches the inlet orifice 20 but has not yet reached it and the cassette 4 is in the standby position, supported by its front wall 57 on the internal side of the front face 19 of the receptacle 4.
  • the sectional view of the pins 29 and funnels 28 is shown offset above, while the axes of the pins and of the movable pipe are preferably , located in the same plane as clearly shown in Figures 4 and 5.
  • FIG. 10 represents a position in which the mobile connection flange 30 has penetrated into the inlet orifice 20, the conical heads 29a having passed a non-return pawl 54 which prevents the pins 29 from coming out of the funnels 28.
  • This allows , for example in the event of an emergency in anticipation of a storm, temporarily suspend operations leaving all the equipment at the bottom.
  • the guidance provided by the pins 29 and the funnels 28 being still approximate, the difference in diameter between the flange 30 and the orifice 20 is sufficient to avoid contact between them.
  • FIG. 11 represents the position in which the connection flange 30 has penetrated inside a passage orifice 55 formed in an intermediate wall 56, set back from the front wall 57 of the cassette 5.
  • FIG. 12 represents the start of the centering phase of the mobile assembly relative to the fixed assembly.
  • centering is meant the operation consisting in reducing both the lateral and angular deviations ⁇ of the axis X of the movable assembly relative to the axis Y of the fixed set.
  • a bearing surface 58 of the collar 32 is supported on a conical ramp 59 of the inlet orifice 20 which centers the collar 32 gently and without shock, so that the collar is subsequently supported on the bearing cylindrical 60 of the orifice 20.
  • the centering is completed by the engagement and centering of the cassette 5 around the collar 32, a bearing surface 61 of the collar 32 coming to bear on a cylindrical bearing surface 62 formed between the walls 56 and 57 of the cassette 5.
  • the range 61 is in front and of smaller diameter compared to the range 58. It results from the cooperation of the ranges 61 and 62, that the cassette
  • the improved precision of the radial positioning of the cassette 5 ensures that there is no frontal contact between the flange 30 and the seal 33.
  • the movement of the mobile assembly brings into abutment (FIG. 13) a shoulder 64, better visible in FIG. 15, which bears on the front wall 57 of the cassette 5, the latter and the mobile assembly being made integral l of each other.
  • the progression of the movement moves the cassette 5 inside the receptacle 4, at the same time as the collar 32.
  • the seal 33 is henceforth positioned and locked effortlessly in the housing 63.
  • FIG. 15 represents the moment when the cassette 5 is at the level of the fixed flange 25.
  • the cassette 5 comprises a recessed wall 66, in its rear face, in which is formed an opening 65 for the passage of the fixed flange 25. In this position, the fixed flange 25 is wrapped without contact, through the opening 65.
  • the surface 68 is preferably of revolution.
  • bearing surfaces 58 and 68 instead of two bearing surfaces 58 and 68 preferably cylindrical, it is possible to use a single continuous bearing surface having a gradual variation in diameter, in particular of frustoconical shape; it is important to note that we are in the presence of two distinct zones, of different diameters and separated by a certain distance included in the centering part, the zone of larger diameter which is necessarily the furthest from the front face of the movable end improving the centering previously carried out by the zone of smaller diameter, this prior centering taking over from the prior guiding carried out by the pins and the funnels.
  • the centering of the mobile assembly relative to the fixed assembly is ensured by the mutual support of the ranges 69 and 27, on the one hand, and by the mutual support of the ranges 68 and 60, on the other hand , the cassette 5 remaining secured to the movable assembly thanks to the mutual support of the ranges 62 and 61.
  • the precision of this centering makes it possible to ensure that the seal 33 is positioned correctly and without shock in the housing 71 formed in the flange fixed 25.
  • the housings 63 and 71 have conical access faces of relatively small angle (FIG. 16).
  • the annular seal used in the case of the example illustrated is a metal seal of the lip seal type, self-tightening (Self Energized in English), having a radial central part in the shape of a disc clamped between the faces of the two. flanges, and two lateral parts in the form of lips tapering on either side of the central part.
  • seals such as those used in the "GRAYLOC® Clamp Connector” connection systems from VETCO-GRAY, or in the connection systems of the company TECHLOK, are particularly well suited to their use in accordance with the invention
  • other types of known metal seals can be used, such as seals defined in API 6A standards under the designation "API type RX (or even BX) Pressure Energized Ring Gasket”, or seals of type “ API type R Ring Gasket ".
  • API type RX or even BX Pressure Energized Ring Gasket
  • seals of type “ API type R Ring Gasket” In the position shown in FIG. 17, the flanges to be connected 25 and 30 are in axial abutment, one against the other, through the thickness of the seal 33. Until the device reaches the position illustrated by FIG.
  • the displacements of the movable end part 16 as well as those of the cassette 5 are produced under the action of traction means acting on the movable part 16.
  • the traction means thus ensuring the progressive displacement of the movable end inside the receptacle 4 to the position illustrated in Figure 17 are the same as the traction means used during the initial approach phases illustrated in FIG. 8, said traction means comprising, in the case of the example illustrated in FIG. 8, two cables 14 unwound from winches 15 secured to a means of integration rvention independent of the device, such as a ROV 8.
  • the device further comprises second traction means also acting on the mobile part 16, so as to ensure the progressive displacement of the movable end inside the receptacle 4 after the completion of the first initial approach phase which is effected by the action of the first traction means.
  • the final phases of movement of the mobile assembly to the position illustrated in FIG. 17 where the flanges 25 and 30 are in abutment can thus be carried out under the action of said second traction means acting alone or in combination with the first traction means used for the initial approach phases.
  • the device can comprise, in particular to play the role of said second traction means, traction and thrust means, preferably constituted by at least one or advantageously two jacks, for example hydraulic cylinders.
  • One end of the cylinders can be mounted, preferably in an articulated manner, on a support integral with the ROV 8, the other end being fixed, preferably in an articulated manner, to the receptacle 4 or to any other fixed support integral with the fixed assembly 2.
  • the advantage of such a device is that the jacks can, moreover, be used not only in traction but also in compression which facilitates the subsequent disconnection of the movable end (16) if necessary.
  • the device being in the position illustrated in FIG. 17, one can then proceed to the locking by progressively moving the jaws 35 towards the flanges to be connected.
  • the first contact of each jaw 35 is made by an inclined part 72 on the inclined part 73 of the fixed flange 25.
  • the device according to the invention uses for this purpose the conventional and known principle of the tight connection of flanges by a collar ( clamp in English) comprising jaws whose mutual radial tightening induces the axial tightening of the flanges by wedge effect.
  • FIG. 19 shows that the respective axes 43 and 44 of the cassette 5 and of the receptacle 4 now coincide and the cassette 5 is no longer in contact with the receptacle 4.
  • the ROV 8 can, in a simple way and in the event of boredom, come and recover the cassette 5.
  • the recovery operation begins with the opening of the locking means, followed by a movement of withdrawal of the mobile assembly.
  • this operation can be facilitated by the use of thrust means, such as jacks, as described above.
  • the sled 17 can comprise guide tubes similar to the funnels 28, in which pins similar to the pins 29 are capable of engaging which are integral with the receptacle 4.
  • FIGS. 21 to 24 describe a variant according to which, the first phases of initial approach having been carried out as illustrated in FIGS. 7 to 9, the centering of the mobile assembly during the following phases corresponding to the progression of the mobile terminal part 16 in the receptacle 4 is provided continuously and gradually by a prolonged action of the means, such as two sets of pins 29 and funnels 28, which provided guidance during the first phases of initial approach and which thus constitute combined means guiding and centering.
  • the means such as two sets of pins 29 and funnels 28, which provided guidance during the first phases of initial approach and which thus constitute combined means guiding and centering.
  • the positioning of the collar 32 being determined by the relatively small difference between the external diameter of the bearing surface 58 of the collar 32 and the internal diameter of the bearing surface 60 of the front orifice 20.
  • FIG. 21 shows the device at the moment when the flange 30 having penetrated inside the front orifice 20 of the receptacle 4 arrives near the front wall 57 of the cassette 5.
  • FIG. 22 represents the moment when the front orifice 20 of the cassette 5 is engaged and centered around the collar 32, the cylindrical bearing surface 62 delimiting the orifice 20 being positioned around the cylindrical bearing surface 61 at the periphery of the collar 32 , and the shoulder 64 of the collar coming to bear on the front face of the cassette.
  • the cylindrical zone 75 at the periphery of the collar 32 which is located opposite the cylindrical bearing surface 60 delimiting the passage opening of the front orifice 20 has a diameter substantially less than the diameter of the bearing surface 60, from which it follows that the collar does not exert a centering effect on the movable assembly, this effect being determined by two assemblies of the funnel-spindle type, not illustrated in FIGS. 21 to 24.
  • FIG. 23 illustrates the moment when the cassette arrives at the level of the fixed flange 25. In this position, the centering remains ensured by the guiding and centering assemblies of the funnel-spindle type, the zone of the collar 32 which is at the level of the orifice 20 having a diameter too small to cooperate with the bearing 60 of the orifice 20.
  • the centering bearing 69 of the rear wall of the cassette has a diameter greater than the outside diameter of the fixed flange 25 , the difference being sufficient to prevent contact between the bearing surface 69 and the flange 25 taking into account the precision of the centering allowed by the funnel-spindle assemblies.
  • FIG. 24 illustrates the moment when the centering surface 69 of the rear wall of the cassette 5 begins to be positioned around the centering surface 27 of the fixed end 23, the flanges 25 and 30 being adjacent to each other.
  • the guiding and centering means such as the funnel-spindle assemblies cease to intervene in the centering of the mobile assembly, the centering being obtained by the combined action of a part of the cassette 5 which is positioned both by its rear face relative to the bearing surface 27 of the fixed end 23, and by its front face relative to the collar 32, and on the other hand by the positioning of the bearing surface 68 of the collar 32 relative to the surface 60 of the front orifice 20 of the receptacle 4, the diameter of the surface 68 being substantially greater than that of the peripheral zone 75 of the collar and very slightly less than that of the surface 60.
  • the movable flange 30 In this position, which roughly corresponds to that illustrated in FIG. 16 in the case of the first example above, the movable flange 30 is very close to and very close to being coaxial with the fixed flange 25, so that the seal 33, not shown, which had been engaged in the corresponding housing of the movable flange 30 in the position illustrated in FIG. 22, begins to engage in the corresponding housing of the fixed flange 25.
  • the end of operation is used in the same way as in the previous example. It can be seen, by progressively passing from the positions shown in FIGS. 21 to 24, that there is a progressive reduction in the lateral deviation and the angular deviation ⁇ between the axes X and Y.
  • the cassette 5 contains the locking means such as jaws 35 as well as their control and drive means, but it does not contain a seal 33.
  • the seal d the seal can be mounted in advance in the corresponding housing of the movable flange 30 or of the fixed flange 25. It is thus possible to use a known type of flange connection system by jaw collar with metallic lip seal self-tightening, the flanges having a configuration with lip and groove, such as the connection systems sold by VETCO-GRAY with "tongue groove aligned mechanism".
  • FIG. 25a shows schematically the two separate flanges 25 and 30.
  • One of the flanges, the flange 30 for example, has a lip 76 delimiting with the radial face of the flange a space in which the external radial part of the seal 33 can be housed.
  • the other flange 25, in the example illustrated, has an annular groove 77 of shape corresponding to the contour of the lip 76.
  • the seal 33 can thus be mounted in advance on the movable flange 30 as shown in FIG. 25a, and it is kept locked in position thanks to an elastic retaining seal 78.
  • FIG. 25b illustrates the same connection members when the device is connected and locked by clamping the jaws 35.
  • the centering effect is reinforced by the penetration of the lip 76 into the groove 77, and the retaining joint 78 is erased in a housing arranged on the internal face of the lip 76, according to a conventional principle.
  • the device according to the invention applies particularly well to the connection of a flexible movable pipe with high mechanical strength of the type of those manufactured by the applicant company, it can be used with various types of tubular pipes, including metal tubes commonly referred to as rigid tubes. It can also be used in the case of a multiple pipe, that is to say a pipe formed by a more or less large number of assembled elementary pipes, such as the umbilicals used in particular for the remote control and the underwater well control.
  • the two multiple pipes respectively fixed and mobile, each comprise at their end a connection box provided with a connection end piece for each of the elementary pipes or lines, some of the elementary pipes possibly being electric cables.
  • the connections of the elementary pipes or lines can be done by plugging (stabbing in English), with possibly a seal carrier plate.
  • the role that the end piece 31 plays in the case of a simple tubular pipe is played in this case by the connection box of the movable multiple pipe, in cooperation with a corresponding box terminating the fixed multiple pipe, each of the boxes comprising a terminal flange similar to flanges 30 and 25.
  • the device also includes an annular seal so as to protect and preferably seal the space delimited by the two connection boxes when they are connected.
  • such a device is equipped with means orientation, known per se, which are either passive of the polarizing type, or activated from the ROV, making it possible to ensure, relative to the longitudinal axis of the fixed multiple pipe, a correct angular orientation of the mobile pipe, so that there is an exact correspondence between mobile pipe and fixed pipe for the various elementary pipes.

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Abstract

Système et procédé de liaison entre deux ensembles mobiles l'un par rapport à l'autre, notamment dans des installations sous-marines. Il est du type comprenant des moyens (8, 14, 15) pour déplacer une desdites extrémités (16) d'une première position vers une deuxième position pour un raccordement entre lesdites extrémités desdits ensembles, un desdits ensembles (2) étant fixe au moins pendant le raccordement, des moyens de verrouillage (35) desdites extrémités et des moyens d'étanchéité (33) entre lesdites extrémités, lesdits moyens de verrouillage et d'étanchéité constituant des moyens de raccordement et il est caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un réceptacle (4) solidaire de ladite extrémité fixe (51) et comportant une ouverture d'entrée (20) pour l'extrémité mobile (16), et un organe de liaison interface (5) disposé de manière flottante dans ledit réceptacle et pourvu d'un orifice central (55, 65) de révolution et de portées de guidage (62, 69) pour un guidage mutuel et progressif desdites extrémités des conduites.

Description

Système et procédé de liaison entre deux ensembles mobiles l'un par rapport à l'autre, notamment dans des installations sous-marines
La présente invention concerne un système de liaison entre un ensemble fixe ou momentanément fixe et un ensemble mobile, notamment dans des installations sous-marines ainsi qu'un procédé pour raccorder de façon étanche deux extrémités de deux conduites distinctes et mobiles l'une par rapport à l'autre.
Par ensemble fixe, on entend tout ensemble stationnaire tel qu'une tête de puits d'exploitation pétrolière, un collecteur qui est relié à un ensemble de têtes de puits, ou encore une partie d'une installation fixe ancrée dans le fond marin, comme par exemple une conduite du type flexible qui est considéré comme étant fixe au moment du raccordement, ces éléments étant cités à titre d'exemple.
Par ensemble mobile, on entend tout ensemble qui est situé initialement à une certaine distance, plus ou moins grande de l'ensemble fixe auquel il doit être relié. L'ensemble mobile peut être constitué, par exemple, par l'extrémité d'une conduite flexible reposant sur le fond marin ou sur un traîneau (sied en anglais) et dont l'autre extrémité est raccordée, par exemple, à un dispositif sous-marin de production, ou une conduite de liaison intermédiaire (spoolpiece en anglais).
Dans l'industrie pétrolière et plus particulièrement dans l'exploitation pétrolière en mer, loin des côtes, les installations sous- marines sont parfois à de grandes profondeurs atteignant 1 000 m et même davantage. Pour réaliser des connexions entre divers ensembles des installations sous-marines, sans faire appel à des plongeurs ou à des techniques similaires, on utilise, de plus en plus, certains types de robots télécommandés depuis la surface (ROV en anglais, acronyme de Remotely Operated Véhicule) qui sont capables de transporter et/ou de déplacer des charges plus ou moins lourdes et d'effectuer des opérations diverses et variées telles que des connexions entre des éléments et des installations sous-marines. Un des systèmes de connexion les plus connus est celui qui est dénommé DMaC (acronyme de Diverless Maintained Cluster) et décrit dans le Journal OFFSHORE ENGINEER, Avril 1990, p. 71-74 : OC 6720, p. 209-220. D'autres systèmes de connexion existent, comme celui commercialisé par la société SON SUB, sous la référence DFCS (Diverless Flowline Connection System). Le DFCS utilise un ROV et un câble de traction permettant le guidage de l'élément mobile en direction de l'élément fixe. Les systèmes de connexion connus sont réalisés de sorte que les moyens de raccordement sont montés dans un dispositif d'extrémité qui est solidaire de l'ensemble fixe. Lorsque les essais de vérification d'étanchéité effectués avant l'utilisation opérationnelle de la canalisation ou périodiquement en cours d'utilisation, sont défectueux, il est nécessaire de réparer ou changer les moyens de raccordement et, en particulier, les organes d'étanchéité. Dès lors, une ou plusieurs interventions compliquées et très onéreuses sont indispensables du fait que les organes nécessitant la ou les interventions sont disposés à l'intérieur de l'ensemble fixe.
En outre, les moyens de guidage de l'ensemble mobile sont complexes et les moyens de raccordement doivent être dimensionnés spécifiquement au cas par cas en fonction des caractéristiques particulières des organes à raccorder tels que les embouts de flexibles et les brides.
De plus, les opérations de guidage étant particulièrement délicates, il en résulte, en particulier dans le cas où l' étanchéité métal sur métal est assurée par un joint métallique annulaire de section spécifique et d'une très grande précision, qu'il y a un risque important d'endomma- gement du joint car ce dernier peut heurter l'un des éléments fixe ou mobile du dispositif, avant de se loger correctement dans le logement correspondant, ménagé dans les brides à raccorder. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de proposer un dispositif de raccordement qui peut fonctionner à l'air libre ou en milieu marin, notamment pour raccorder une extrémité d'une conduite, considérée comme mobile, à une extrémité d'une conduite considérée comme fixe, et dont l'autre extrémité peut être reliée, par exemple, à une tête de puits ou à un ensemble collecteur (manifold en anglais) sous-marins considérés comme des éléments fixes ou à tout le moins comme étant momentanément fixes lors du raccordement. Le dispositif de raccordement peut, en particulier, être utilisé dans le cas d'une conduite fixe, telle qu'un tube rigide, montée sur une structure sous-marine fixe, telle qu'une tête de puits, un manifold ou la partie basse d'une plateforme de production, cette structure fixe constituant un support résistant pour amener et supporter la conduite mobile à raccorder. Alternativement, le dispositif peut être utilisé pour raccorder les extrémités de deux conduites de longueur plus ou moins importante, en particulier, posées sur le fond, l'une étant considérée comme mobile et l'autre considérée comme fixe, son extrémité étant, de préférence, au moins provisoirement ancrée dans le fond sous-marin par divers moyens connus en soi. Une conduite mobile est constituée soit par une conduite effectivement mobile, soit par une conduite susceptible d'être déformée et déplacée, telle qu'une conduite dite flexible ou une conduite métallique pouvant être incurvée. Le dispositif de la présente invention présente la particularité d'être auto-guidé et centré dès que la tête de raccordement de la conduite flexible est assez proche de la tête de raccordement de l'élément fixe. La présente invention a pour objet un dispositif de raccordement caractérisé en ce qu'il comprend, un réceptacle solidaire de ladite extrémité fixe et comportant une ouverture d'entrée pour l'extrémité mobile, et un organe de liaison interface disposé de manière flottante dans ledit réceptacle et pourvu d'un orifice central de centrage et de portées de centrage pour un centrage mutuel et progressif desdites extrémités des conduites.
Un avantage de la présente invention réside dans le fait qu'un premier organe terminal de raccordement à l'extrémité de la conduite mobile, par exemple constitué par une bride de la tête de raccordement d'une conduite flexible mobile, est guidé dans le réceptacle et déplace l'élément de liaison interface vers une position centrée qui est déterminée par un second organe terminal à l'extrémité de la conduite fixe, dans laquelle des moyens de verrouillage sont actionnés pour verrouiller les deux organes de raccordement dans leur position finale. Selon une caractéristique de l'invention, l'organe de liaison interface comprend les moyens de verrouillage, connus en soi, tels qu'au moins deux mâchoires montées dans ou sur l'organe de liaison interface, et des moyens d'actionnement permettant de provoquer le déplacement des mâchoires de façon à serrer ou desserrer les deux organes de raccordement.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, l'élément de liaison interface est constitué par un boîtier mobile tel qu'une cassette amovible qui présente un profil extérieur adapté à celui interne du réceptacle, de manière à permettre un guidage progressif jusqu'à une position d'attente. De préférence, le réceptacle présente une face supérieure d'accès, ouverte ou pouvant être ouverte, pour y introduire la cassette depuis l'extérieur, le déplacement et le guidage de la cassette dans le réceptacle se faisant de préférence sous l'action de la pesanteur. De préférence, le réceptacle comporte un couvercle permettant d'obturer la face d'accès, le couvercle étant amovible ou monté de façon à pouvoir être alternativement ouvert pour introduire ou sortir la cassette, ou fermé pour protéger la cassette et les organes qu'elle contient.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, l'inclinaison par rapport à l'horizontale de l'axe de l'organe terminal de l'ensemble fixe et les profils en regard de la cassette et du réceptacle sont déterminés de façon à permettre l' auto-guidage de la cassette dans le réceptacle sous la seule action de son poids.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, la cassette comprend les moyens d'étanchéité qui sont constitués par un joint annulaire connu en soi. De plus, tous les autres éléments actifs et mobiles participant au raccordement sont disposés dans la cassette. De cette manière, on peut retirer la cassette du réceptacle et en remettre une autre si besoin était et ce, sans difficulté, un ROV pouvant aisément effectuer une telle opération de mise en place, de retrait et/ou de substitution.
Le dispositif selon l'invention comporte des moyens de guidage et des moyens de centrage de l'ensemble mobile par rapport à l'ensemble fixe.
Les moyens de guidage assurent un positionnement préliminaire de l'extrémité de la conduite mobile dans l'orifice central de la face frontale du réceptacle avec une précision suffisante pour que les moyens de centrage puissent commencer à entrer en action. Les moyens de guidage comportent des éléments complémentaires respectivement solidaires de l'ensemble fixe et de l'ensemble mobile. Typiquement, les moyens de guidage comportent au moins un ensemble constitué par un élément plus ou moins allongé et un élément récepteur apte à recevoir et guider l'élément allongé, lesdits deux éléments ayant chacun un axe longitudinal parallèle, respectivement, à l'axe longitudinal de l'organe de raccordement fixe et de l'organe de raccordement mobile. De façon avantageuse, les moyens de guidage comportent au moins un, et, de préférence, deux ensembles de guidage constitués chacun par une broche et un entonnoir. Alternativement, les moyens de guidage peuvent comporter une portée de guidage, par exemple conique, à la périphérie de l'extrémité de la conduite fixe, et une portée de guidage annulaire formant une partie du bord de l'orifice frontal du réceptacle.
Les moyens de centrage assurent l'alignement progressif de l'axe X de l'extrémité de la conduite mobile avec l'axe Y de l'extrémité de la conduite fixe, les axes X et Y faisant entre eux un angle α au début du centrage. Ils comportent au moins les portées de centrage de l'organe de liaison interface qui sont réparties en deux zones coaxiales agissant en coopération avec des portées de centrage correspondantes disposées à la périphérie des extrémités respectivement fixe et mobile. Selon un mode de réalisation avantageux, les moyens de centrage comportent en outre au moins une portée de préférence cylindrique disposée à la périphérie de l'extrémité de la conduite mobile coopérant avec une portée de centrage formant une partie du bord de l'orifice frontal du réceptacle. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de centrage comportent des organes tels que deux ensembles constitués chacun par une broche et un entonnoir, ces organes étant, dans une première phase, au début de la pénétration des broches dans les entonnoirs, utilisés comme moyen de guidage et étant réalisés de façon à produire un positionnement relatif plus précis et participer ainsi au centrage dans une deuxième phase, lorsque la broche pénètre dans la partie cylindrique la plus éloignée de l'entonnoir. Dans une forme particulière de mise en oeuvre de l'invention, les fonctions de guidage, centrage et connexion étanche (verrouillage et joint étanche) sont réalisées suivant les phases successives suivantes :
- dans une première phase, la cassette est mise en place dans le réceptacle, dans une position d'attente ;
- dans une deuxième phase, l'ensemble mobile est amené à proximité de l'ensemble fixe, les extrémités des organes de guidage mobiles, par exemple des broches, étant disposées à l'entrée des organes de guidage du réceptacle, par exemple des entonnoirs ; - dans une troisième phase, le guidage de l'ensemble mobile est assuré par le début du déplacement des organes de guidage mobiles par rapport aux organes du guidage du réceptacle ;
- dans une quatrième phase, le guidage broches-entonnoirs est complété par le centrage d'une partie de l'ensemble mobile à travers l'orifice d'entrée du réceptacle, ou bien, selon un autre mode de mise en oeuvre, par le centrage réalisé grâce à une action prolongée des moyens utilisés préalablement pour effectuer le guidage préalable ;
- dans une cinquième phase et en combinaison avec le centrage précédent, l'ensemble mobile est centré par rapport à l'ensemble fixe par l'intermédiaire de la cassette ;
- dans une sixième phase, l'ensemble mobile est déplacé avec une faible amplitude, tout en étant maintenu centré, par le centrage de l'élément mobile, de préférence dans l'orifice d'entrée du réceptacle, éventuellement complété par le centrage du joint d'étanchéité dans les logements appropriés ménagés dans les deux brides en regard ; et
- dans une septième phase, la connexion étanche est achevée en fermant les mâchoires des moyens de verrouillage autour des deux brides de façon à serrer le joint d'étanchéité.
Selon une autre caractéristique, l'organe de liaison interface est amené dans une position finale qui est décalée radialement par rapport à la position d'attente.
Selon une autre caractéristique, le réceptacle comprend une face ouverte d'accès pour l'organe de liaison interface et des faces latérales à profil en gradins qui coopère avec un profil correspondant des faces latérales de l'organe de liaison interface. Selon une autre caractéristique, le réceptacle comprend un couvercle adapté pour obturer la face d'accès à travers laquelle est inséré l'organe de liaison interface.
Selon une autre caractéristique, le système comprend des moyens de guidage préalables de l'ensemble mobile par rapport au réceptacle.
Selon une autre caractéristique, le collier est monté à rotation libre autour de l'extrémité mobile.
Selon une autre caractéristique, l'extrémité mobile comprend une partie assurant le centrage de ladite extrémité mobile par rapport aux portées du réceptacle, ladite partie étant constituée par au moins deux zones distinctes et séparées par une certaine distance, lesdites zones étant de diamètres différents, la zone de plus grand diamètre améliorant le centrage opéré initialement par la zone de plus petit diamètre.
Selon une autre caractéristique, le procédé pour raccorder de façon étanche deux extrémités de deux conduites distinctes et mobiles l'une par rapport à l'autre, est caractérisé en ce qu'il consiste à :
- monter un réceptacle sur une desdites conduites qui est momentanément fixe pendant la phase de raccordement,
- incorporer dans un organe de liaison interface des moyens d'étanchéité et de verrouillage des conduites à raccorder,
- amener l'organe de liaison dans le réceptacle et le maintenir dans une position d'attente,
- déplacer la conduite mobile vers la conduite momentanément fixe, de sorte que l'extrémité de la conduite mobile s'engage dans un orifice central de révolution ménagé dans ledit organe de liaison interface, ledit organe de liaison interface étant ainsi centré sur ladite extrémité mobile,
- poursuivre le déplacement axial de la conduite mobile de manière à provoquer le déplacement de l'organe de liaison interface dans le réceptacle en direction axiale de l'extrémité de la conduite fixe, une portée de l'extrémité mobile étant centrée dans l'orifice d'entrée du réceptacle jusqu'à une position telle que l'organe de liaison interface peut être centré autour d'une portée de centrage solidaire de ladite extrémité fixe,
- poursuivre le déplacement axial de la conduite mobile jusqu'à une position telle que les moyens d'étanchéité sont en position correcte dans des logements appropriés ménagés respectivement dans ladite extrémité fixe et dans ladite extrémité mobile, le déplacement axial pouvant alors être poursuivi jusqu'à ce que les brides se trouvent en appui mutuel, et
- actionner les moyens de verrouillage pour verrouiller les deux extrémités fixe et mobile dans la position finale de raccordement. Selon une autre caractéristique, le procédé consiste à utiliser un traîneau pourvu de broches de guidage et d'un manchon qui permet de relier la conduite mobile audit traîneau, lesdites broches étant destinées à être introduites et guidées dans des tubes de guidage solidaires du réceptacle. Selon une autre caractéristique, le procédé consiste à utiliser un robot commandé à distance (ROV), et équipé de moyens de traction tels qu'un treuil, des câbles de traction ou des vérins et des moyens de manipulation tels qu'au moins un bras manipulateur, ledit robot assurant les fonctions de : - préhension de l'organe de liaison interface,
- déplacement de l'organe de liaison interface jusqu'au réceptacle,
- introduction de l' organe de liaison interface dans le réceptacle, - fixation des moyens de traction sur le réceptacle,
- fixation du robot sur le traîneau,
- halage de l'ensemble mobile de traction jusqu'à d'abord l'introduction des moyens de guidage dans les organes de réception correspondant du réceptacle et ensuite le positionnement des moyens d'étanchéité entre les deux extrémités des conduites à raccorder,
- commande de moyens d'actionnement montés sur ledit robot et permettant la mise en oeuvre des moyens de verrouillage de l'organe de liaison interface.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de plusieurs modes de réalisation, donnés à titre d'exemple, ainsi que des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue d'ensemble du dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention et des moyens de déplacement de l'ensemble mobile, - la figure 2 représente une position intermédiaire du dispositif de la figure 1 ,
- la figure 3 est une vue en perspective du réceptacle et de la partie terminale de l'ensemble fixe, - la figure 4 est une vue en perspective de la partie terminale de la conduite mobile montée sur un traîneau support,
- la figure 5 est une vue en perspective partielle de l'organe de liaison interface disposé dans le réceptacle et solidaire de la partie terminale de la conduite mobile, - les figures 6a à 6d sont des représentations des positions relatives entre l'organe de liaison et le réceptacle,
- la figure 7 est une représentation des ensembles à raccorder lorsque l' organe de liaison interface est disposé dans le réceptacle,
- la figure 8 est une représentation des ensembles fixe et mobile au moment du treuillage de l'ensemble mobile,
- la figure 9 représente la position de l'ensemble mobile lorsque les broches de guidage commencent à pénétrer dans les entonnoirs de guidage,
- la figure 10 représente une position dans laquelle la bride de raccordement de l'ensemble mobile pénètre dans l' orifice d'entrée du réceptacle,
- la figure 11 représente une position dans laquelle la bride de raccordement pénètre dans l'organe de liaison interface,
- la figure 12 représente le début de la phase de centrage de l'ensemble mobile par rapport à l'ensemble fixe,
- la figure 13 représente une position dans laquelle la partie terminale de l'ensemble mobile et l'organe de liaison interface sont en appui mutuel l'un contre l'autre,
- la figure 14 représente une autre position intermédiaire des ensembles à raccorder,
- la figure 15 est une vue agrandie dans la position où l'organe de liaison interface est centré autour de la bride fixe de raccordement,
- la figure 16 est une vue agrandie du centrage du joint d'étanchéité dans les logements correspondants ménagés dans les brides à raccorder, - la figure 17 est une vue agrandie de la position des brides à raccorder au moment de l'actionnement des moyens de verrouillage,
- la figure 18 est une vue agrandie et partiellement en coupe du verrouillage des brides raccordées, - la figure 19 est une vue schématique représentant l'organe de liaison interface centré dans le réceptacle,
- la figure 20 représente schématiquement le moment où le ROV a quitté le side après le raccordement final des ensembles mobile et fixe. Les figures 21 à 24 représentent schématiquement un deuxième mode de réalisation de l'invention,
La figure 25 représente le type de joint d'étanchéité et de bride utilisables dans un troisième mode de réalisation de l'invention.
Le dispositif selon l'invention tel que représenté sur la figure 1, est utilisé pour raccorder un ensemble mobile 1 à un ensemble fixe 2 qui est monté sur toute structure fixe appropriée, désignée par la référence 3.
Le dispositif de raccordement de l'invention entre deux canalisations 6 et 7 constituant chacune une partie des ensembles mobile et fixe 1 et 2, comprend notamment un réceptacle 4 qui est fixé sur la structure 3, et un organe de liaison interface 5. L'organe de liaison interface 5 est amené et introduit dans le réceptacle 4 au moyen d'un ROV 8 auquel est accroché une unité d'outillage 9 (tool rack en anglais). La majeure partie du poids de l'organe de liaison interface 5 est compensée par des organes de flottabilité 10, le ROV étant télécommandé de la surface par un ombilical 11 et comportant au moins un bras de manipulation. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, le ROV comporte deux bras 12 et 13 ; le bras 12 est utilisé pour transporter l'organe de liaison interface 5 et le bras 13 est utilisé pour d'autres fonctions. La figure 2 représente la situation dans laquelle : - l'organe de liaison interface 5 est disposé dans le réceptacle
4 ;
- le bras 13 a accroché l'extrémité d'au moins un câble de traction 14 au réceptacle 4 déroulé à partir d'au moins un treuil 15 logé dans l'unité d'outillage 9 ; de préférence, on utilise deux câbles de traction 14, l'unité d'outillage comportant deux treuils 15 disposés de part et d'autre de la conduite mobile 6 ;
- le ROV 8, après la fixation du câble 14, s'est déplacé vers l'extrémité ou partie terminale 16 de la conduite mobile 6 et il s'est fixé sur un traîneau de support 17 qui est solidaire de ladite partie terminale 16.
Le réceptacle 4 (figure 3) est constitué par un boîtier 18 ouvert sur sa face supérieure 18a et comportant une face frontale 19 dans laquelle est ménagé un orifice d'entrée circulaire de révolution 20 pour le passage et le centrage de la partie terminale 16 de la conduite mobile 6, et une face arrière 21 dans laquelle est ménagé un orifice circulaire de révolution 22 pour y loger l'extrémité ou partie terminale 23 de la conduite fixe 7. L'extrémité fixe 23 est constituée par un manchon 24 prolongeant la conduite fixe 7 à laquelle il est raccordé par l'une de ses extrémités, une bride de raccordement de révolution 25 montée à l'autre extrémité du manchon 24, une bride externe de fixation 26 par l'intermédiaire de laquelle le réceptacle 4 est monté sur l'extrémité fixe 23, et une ou plusieurs portées intermédiaires 27 dont la fonction de centrage sera décrite ultérieurement. Dans le réceptacle 4 sont également ménagés des passages de guidage en forme d'entonnoirs 28 comportant une longue partie cylindrique traversant le réceptacle 4 et destinés à recevoir des broches de guidage 29 solidaires du traîneau support 17 (figures 1 et 4). De préférence, les entonnoirs 28 sont disposés dans le réceptacle 4 de sorte que leurs axes respectifs et l'axe de la partie terminale 23 sont contenus dans un même plan, les trois axes étant évidemment parallèles entre eux.
Sur la figure 4 est représentée une partie de l'ensemble mobile 1 et plus particulièrement la partie terminale 16 de la conduite mobile 6, ladite partie terminale 16 comprenant une bride de raccordement de révolution 30 destinée à être raccordée à la bride 25 de l'ensemble fixe 2, ladite bride 30 constituant l'extrémité avant d'un embout 31 de la conduite mobile 6. Un collier 32 est monté sur et autour de l'embout 31 et il comporte dans le cas de la variante représentée sur la figure 4 plusieurs portées de centrage 61 , 58, 68 et un épaulement 64, dont la fonction sera décrite ultérieurement, ledit collier 32 étant utilisé pour la fixation du traîneau support 17. De préférence, une bague d'adaptation, non représentée, est prévue pour adapter un même collier 32 à des dimensions variées de l'embout 31 ; dans un mode de réalisation avantageux, la rotation du traîneau support 17 par rapport à l'embout 31 est rendue possible, par exemple au moyen de paliers appropriés disposés soit entre le collier 32 et la bague d'adaptation, soit entre la bague d'adaptation et l'embout 31. La rotation permet l'orientation angulaire du traîneau support 17 et donc des broches 29 pour les aligner par rapport aux entonnoirs de guidage 28 et ce, indépendamment des couples de torsion qui peuvent affecter la conduite mobile 6 ; alternativement, en particulier dans le cas où la conduite mobile 6 est un flexible ayant une faible raideur en torsion, la partie terminale 16 peut être réalisée de façon plus simple à partir d'un embout 31 comportant de façon intégrante une partie extérieure annulaire dont une partie de la surface extérieure forme portée de centrage et butée axiale et qui remplit aussi les mêmes fonctions que le collier 32.
La figure 5 illustre le dispositif dans sa position finale de raccordement, l'organe de liaison interface 5 étant dans la position prête au verrouillage finale des ensembles mobile et fixe à raccorder. L'organe de liaison interface 5 est constitué par un boîtier rigide, appelé cassette (figures 6a à 6d), dans lequel sont logés : a) un joint d'étanchéité 33 qui est fixé dans le boîtier par des organes de positionnement tels que des bras radiaux 34 ; b) des organes de verrouillage comportant au moins deux mâchoires 35, lesdits organes de verrouillage constituant, en combinaison avec le joint d'étanchéité et les brides à raccorder 25 et 30, un système de connexion commercialisé par divers fabricants tels que VETCO-GRAY et
TECHLOK ; les mâchoires 35 sont animées d'un mouvement de rotation et/ou de translation pour serrer les brides entre elles ; c) des moyens de commande et d'entraînement desdites mâchoires, ces moyens étant activés hydrauliquement et/ou électriquement à partir du ROV 8.
La cassette 5 (figures 6a à 6d) présente un profil extérieur 36 qui correspond au profil intérieur du réceptacle 4, la largeur de la partie inférieure 37 étant nettement plus petite que la largeur de l'ouverture 18a du réceptacle 4 et se terminant par un chanfrein 38 pour faciliter l'introduction de ladite cassette 5 dans le réceptacle 4.
La largeur dans la direction perpendiculaire à la précédente largeur de la cassette 5 (en d'autres termes l'épaisseur de la cassette) est sensiblement inférieure à la largeur de l'ouverture 18a dans le sens axial du dispositif (figure 5), la différence entre ces deux largeurs correspondant au déplacement de la cassette dans le sens de l'axe longitudinal du dispositif entre sa position initiale d'attente en appui sur la paroi frontale 19 du réceptacle et sa position finale telle qu'elle permet d'effectuer le raccordement étanche et le verrouillage.
Des épaulements 39 sont ménagés sur les faces latérales de la cassette 5 et comportent des surfaces obliques 40.
Les faces latérales internes 41 du réceptacle 4 présentent un profil général en gradins, qui se rétrécit du haut vers le bas et comporte en particulier une surface oblique 42 d'appui pour les surfaces obliques 40 de la cassette 5 (figure 6a).
La cassette 5 et le réceptacle 4 présentent respectivement un axe 43 et 44.
La figure 6b représente l'introduction de la cassette 5 dans le réceptacle 4 au moment où les épaulements 39 passent à travers la face d'accès 18a, la partie inférieure 37 étant engagée dans la partie basse 45 du réceptacle 4.
La figure 6c représente la cassette 5 en position d'attente dans le réceptacle 4, les épaulements 39 étant en appui sur les surfaces obliques 42 du profil en gradin qui sont, de préférence, munies de patins 46. Dans cette position d'attente, les axes 43 et 44 sont dans un même plan vertical, avec l'axe 43 de la cassette 5 situé légèrement au-dessous de l'axe 44 du réceptacle 4, l'axe 44 coïncidant avec l'axe longitudinal Y de la bride de raccordement 25. Dans un mode de réalisation illustré sur la figure 6d, les organes de verrouillage sont constitués de trois mâchoires 35 qui sont articulées entre elles par des pivots d'articulation 47, les extrémités libres
35a comportant des broches 48 ; les pivots 47 et les broches 48 peuvent se déplacer dans des trous oblongs 49 ménagés sur des surfaces appropriées de la cassette et qui servent à supporter les mâchoires. L'approche initiale de la conduite mobile 6 vers la conduite fixe 7 est illustrée par les figures 7 à 9, les déplacements de l'ensemble mobile se faisant sous l'action des moyens de traction qui comporte, dans le cas de l'exemple illustré par les figures 2 et 8 au moins un et de préférence deux câbles de traction 14 entraînés par les treuils 15. La conduite mobile 6 repose sur le fond marin 50 par l'intermédiaire du traîneau 17, dans une zone d'attente (target area en anglais). L'axe Y de l'ensemble fixe 2 et par conséquent du réceptacle 4 qui lui est associé est, de préférence, incliné vers le fond en direction de l'ensemble mobile 1, l'angle d'inclinaison pouvant être quelconque, et, de préférence, inférieur à 45°. Eventuellement, l'axe Y peut être orienté obliquement vers le haut. En particulier, une valeur faible ou moyenne de l'angle d'inclinaison, de préférence inférieure ou égale à 30° (figure 7), permet, de façon particulièrement avantageuse, d'effectuer par auto-guidage les opérations de déplacement et de mise en place en position d'attente de la cassette 5 dans le réceptacle 4, ceci étant en même temps rendu possible par une configuration adéquate du profil 36 de la cassette et du profil en gradins du réceptacle, ainsi qu'illustré par les figures 6a-6b-6c. Dans ce cas, le déplacement de la cassette, après son introduction initiale dans l'ouverture 18a du réceptacle, par exemple grâce à un ROV, se fait simplement sous l'action de son poids apparent dans l'eau compte tenu de la poussée d'Archimède des organes de flottabilité 10. Le dispositif peut, en outre, comporter des moyens élastiques tels que des ressorts, montés sur la cassette ou le réceptacle, pour plaquer la cassette 5 contre la paroi frontale 19 du réceptacle 4, de manière à assurer une mise en place correcte de la cassette en position d'attente, ainsi qu'illustré par la figure 6c et, par exemple, par la figure 9, en particulier dans le cas où l'axe Y de l'ensemble fixe est orienté obliquement vers le haut. Alternativement, une réalisation faisant appel à des moyens mécaniques complémentaires d'actionnement pour déplacer la cassette ne sortiraient pas du cadre de l'invention, de tels moyens pouvant être actionnés à partir du ROV.
Dans l'exemple représenté, la partie terminale 51 (figure 7) de la conduite fixe 7 et dont fait partie la bride de raccordement fixe 25, est rendue solidaire par des boulons 52 à la fois du réceptacle 4 et de la structure 3. En outre, des boulons 53 réunissent la partie terminale 51 à une bride correspondante qui constitue l'extrémité fixe de la conduite 7. Alternativement, l'ensemble fixe peut comporter un seul ensemble de fixation tel qu'une bride 26 et des boulons, ainsi qu'illustré par la figure
3, pour fixer la partie terminale 51 et le réceptacle 4 par rapport à la conduite fixe 7 et à la structure 3.
La figure 8 représente le déplacement par treuillage de l'ensemble mobile dans une position intermédiaire, le traîneau 17 et la conduite 6 étant soulevés au-dessus du fond marin 50.
La figure 9 représente le dispositif au moment où les têtes 29a des broches 29 pénètrent dans les entonnoirs de guidage 28 du réceptacle
4. Dans cette position, la bride mobile 30 approche de l'orifice d'entrée 20 mais ne l'a pas encore atteint et la cassette 4 est en position d'attente, en appui par sa paroi avant 57 sur le côté interne de la face frontale 19 du réceptacle 4. Pour des raisons de clarté et de simplification, la vue en coupe des broches 29 et entonnoirs 28 est représentée de manière décalée au-dessus alors que les axes des broches et de la conduite mobile sont, de préférence, situés dans un même plan comme cela apparaît clairement sur les figures 4 et 5.
La figure 10 représente une position dans laquelle la bride de raccordement mobile 30 a pénétré dans l'orifice d'entrée 20, les têtes coniques 29a ayant dépassé un cliquet anti-retour 54 qui empêche les broches 29 de sortir des entonnoirs 28. Cela permet, par exemple en cas d'urgence en prévision d'une tempête, de suspendre provisoirement les opérations en laissant tout l'équipement au fond . Le guidage assuré par les broches 29 et les entonnoirs 28 étant encore approximatif, la différence de diamètre entre la bride 30 et l'orifice 20 est suffisant pour éviter tout contact entre eux.
La figure 11 représente la position dans laquelle la bride de raccordement 30 a pénétré à l'intérieur d'un orifice de passage 55 ménagé dans une paroi intermédiaire 56, en retrait de la paroi avant 57 de la cassette 5.
La figure 12 représente le début de la phase de centrage de l'ensemble mobile par rapport à l'ensemble fixe. De façon générale, on entend par centrage l'opération consistant à réduire à la fois les écarts latéral et angulaire α de l'axe X de l'ensemble mobile par rapport à l'axe Y de l'ensemble fixe. Dans cette phase, une portée 58 du collier 32 est en appui sur une rampe conique 59 de l'orifice d'entrée 20 ce qui centre doucement et sans choc le collier 32, de façon qu'ultérieurement le collier soit en appui sur la portée cylindrique 60 de l'orifice 20. De plus, le centrage est complété par l'engagement et le centrage de la cassette 5 autour du collier 32, une portée 61 du collier 32 venant en appui sur une portée cylindrique 62 ménagée entre les parois 56 et 57 de la cassette 5. La portée 61 est en avant et de diamètre plus faible par rapport à la portée 58. II résulte de la coopération des portées 61 et 62, que la cassette
5 est soulevée par rapport à sa position d'attente sous l'effet de la progression de l'ensemble mobile provoquée par le treuillage. En outre, la bride 30 a pénétré entre les mâchoires 35. La précision améliorée du centrage permise par le contact entre la portée 58 et les portées 59 et 60 de l'orifice 20, autorise le positionnement de la bride entre les mâchoires 35 et ce, sans aucun contact. Enfin, le logement 63 ménagé dans la bride 30 pour le positionnement du joint d'étanchéité 33 est amené en regard dudit joint 33.
La précision améliorée du positionnement radial de la cassette 5 fait en sorte qu'il n'y ait pas de contact frontal entre la bride 30 et le joint 33.
Le mouvement de l'ensemble mobile amène en butée (figure 13) un épaulement 64, mieux visible sur la figure 15, qui vient en appui sur la paroi avant 57 de la cassette 5, cette dernière et l'ensemble mobile étant rendus solidaires l'un de l'autre. La progression du mouvement déplace la cassette 5 à l'intérieur du réceptacle 4, en même temps que le collier 32. Le joint 33 se trouve dorénavant positionné et bloqué sans effort dans le logement 63.
Dans la position intermédiaire suivante, représentée sur la figure 14, la surface extérieure du collier 32, dont la portée 58 constitue une partie antérieure reste en appui constant sur la portée cylindrique 60 de l'orifice 20.
La figure 15 représente le moment où la cassette 5 est au niveau de la bride fixe 25. La cassette 5 comprend une paroi en retrait 66, dans sa face arrière, dans laquelle est ménagée une ouverture 65 pour le passage de la bride fixe 25. Dans cette position, la bride fixe 25 se trouve enveloppée sans contact, par l'ouverture 65. On peut voir sur cette figure un perçage radial 67 pour le passage des entretoises 34 du joint 33.
Une portée 68, du collier 32, de diamètre légèrement supérieur à la portée 58, vient en appui sur la portée 60 de l'orifice d'entrée 20, ce qui entraîne le centrage et le soulèvement du collier 32 et de la cassette 5 de sorte qu'une portée de centrage arrière 69 de la cassette vient en appui sur une portée cylindrique 27 de la partie terminale 23 (figure 16). De même que les autres portées de guidage et de centrage, la portée 68 est de préférence de révolution. Alternativement, au lieu de deux portées 58 et 68 de préférence cylindriques, on peut utiliser une portée continue unique présentant une variation progressive du diamètre, en particulier de forme tronconique ; il est important de noter qu'on est en présence de deux zones distinctes, de diamètres différents et séparées par une certaine distance incluse dans la partie de centrage, la zone de plus grand diamètre qui est nécessairement la plus éloignée de la face frontale de l'extrémité mobile améliorant le centrage opéré préalablement par la zone de plus petit diamètre, ce centrage préalable prenant le relais du guidage préalable effectué par les broches et les entonnoirs. Dorénavant, le centrage de l'ensemble mobile par rapport à l'ensemble fixe est assuré par l'appui mutuel des portées 69 et 27, d'une part, et par l'appui mutuel des portées 68 et 60, d'autre part, la cassette 5 restant solidarisée avec l'ensemble mobile grâce à l'appui mutuel des portées 62 et 61. La précision de ce centrage permet d'assurer que le joint 33 se positionne correctement et sans choc dans le logement 71 ménagé dans la bride fixe 25. Il faut noter que les logements 63 et 71 présentent des faces d'accès coniques d'angle relativement faible (figure 16). Le joint annulaire d'étanchéité utilisé dans le cas de l'exemple illustré est un joint métallique du type joint à lèvres, auto-serrant (Self Energized en anglais), présentant une partie centrale radiale en forme de disque serrée entre les faces des deux brides, et deux parties latérales en forme de lèvres s 'amincissant de part et d'autre de la partie centrale. Bien que de tels joints, comme ceux utilisés dans les systèmes de raccordement "GRAYLOC® Clamp Connector" de VETCO- GRAY, ou dans les systèmes de raccordement de la société TECHLOK, soient particulièrement bien adaptés à leur utilisation conformément à l'invention, d'autres types de joints métalliques connus sont utilisables, tels que les joints définis dans les standards API 6A sous la désignation "API type RX (ou encore BX) Pressure Energized Ring Gasket", ou encore les joints du type "API type R Ring Gasket". Dans la position représentée sur la figure 17, les brides à raccorder 25 et 30 sont en butée axiale, l'une contre l'autre, à travers l'épaisseur du joint 33. Jusqu'au moment où le dispositif atteint la position illustrée par la figure 17, les déplacements de la partie terminale mobile 16 ainsi que ceux de la cassette 5 sont réalisés sous l'action de moyens de traction agissant sur la partie mobile 16. Selon un premier mode de réalisation correspondant à l'exemple illustré par les figures 1 et 2 et les figures 7 à 17, les moyens de traction assurant ainsi le déplacement progressif de l'extrémité mobile à l'intérieur du réceptacle 4 jusqu'à la position illustrée par la figure 17 sont les mêmes que les moyens de traction utilisés pendant les phases d'approche initiale illustrées par la figure 8, lesdits moyens de traction comportant, dans le cas de l'exemple illustré par la figure 8, deux câbles 14 déroulés à partir de treuils 15 solidaires d'un moyen d'intervention indépendant du dispositif, tel qu'un ROV 8. Selon un autre mode de réalisation, non illustré, le dispositif comporte en outre des seconds moyens de traction agissant également sur la partie mobile 16, de façon à assurer le déplacement progressif de l'extrémité mobile à l'intérieur du réceptacle 4 postérieurement à l'accomplissement de la première phase d'approche initiale qui est effectuée par l'action des premiers moyens de traction. Les phases finales de déplacement de l'ensemble mobile jusqu'à la position illustrée par la figure 17 où les brides 25 et 30 sont en butée peuvent ainsi être réalisées sous l'action desdits seconds moyens de traction agissant seuls ou en combinaison avec les premiers moyens de traction utilisés pour les phases d ' approche initiale . Dans un autre mode de réalisation, non illustré, le dispositif peut comporter, en particulier pour jouer le rôle desdits seconds moyens de traction, des moyens de traction et de poussée, constitués de préférence par au moins un ou avantageusement deux vérins, par exemple des vérins hydrauliques. Une extrémité des vérins peut être montée, de préférence de façon articulée, sur un support solidaire du ROV 8, l'autre extrémité étant fixée, de préférence de façon articulée, au réceptacle 4 ou à tout autre support fixe solidaire de l'ensemble fixe 2. L'avantage d'un tel dispositif est que les vérins peuvent, en outre être utilisés non pas seulement en traction mais aussi en compression ce qui facilite la déconnexion ultérieure de l'extrémité mobile (16) si nécessaire. Après avoir déverrouillé et desserré les moyens de verrouillage et écarté les mâchoires 35, à partir du ROV 8, il est possible, par exemple, d'écarter la bride mobile 30 suffisamment pour laisser passer la cassette 5 entre les brides 25 et 30, l'ensemble mobile 1 pouvant rester retenu par rapport à l'ensemble fixe 2 grâce aux moyens de retenue tels que les cliquets anti- retour 54. On peut ainsi procéder facilement et rapidement à la récupération puis à la remise en place ou au remplacement de la cassette 5, par exemple avec l'aide du bras 12 du ROV, en particulier pour inspecter ou remplacer le joint d'étanchéité 33 ou un autre des organes mécaniques, hydrauliques ou autres disposés dans la cassette.
Le dispositif se trouvant dans la position illustrée sur la figure 17, on peut alors procéder au verrouillage en déplaçant progressivement les mâchoires 35 vers les brides à raccorder. Le premier contact de chaque mâchoire 35 est effectué par une partie inclinée 72 sur la partie inclinée 73 de la bride fixe 25. Le dispositif selon l'invention utilise à cet effet le principe conventionnel et connu de la connexion étanche de brides par un collier (clamp en anglais) comportant des mâchoires dont le serrage radial mutuel induit le serrage axial des brides par effet de coin.
Dans la position finale de raccordement, les mâchoires 35 serrent fortement les brides 25 et 30, le dispositif étant maintenant prêt pour les essais de vérification de tenue en pression (figure 18). On notera que le serrage final des mâchoires, de façon symétrique autour des deux brides provoque un déplacement axial ultime de la cassette 5. Dans ces conditions, la face arrière 74 de la cassette 5, présente un jeu diminué par rapport à la partie terminale 23 et un jeu apparaît entre la face frontale 57 et l'épaulement 64 du collier 32.
La résistance mécanique de la canalisation par rapport, en particulier, à l'effet de fond de la pression interne, aux effets de dilatation thermique et aux moments de flexion, est assurée simplement par les organes de verrouillage sans faire appel à la cassette 5 et au réceptacle 4. La figure 19 montre que les axes respectifs 43 et 44 de la cassette 5 et du réceptacle 4 coïncident maintenant et la cassette 5 n'est plus en contact avec le réceptacle 4.
Dès que le raccordement et les essais de pression sont terminés (figure 20), le ROV 8 peut, de manière simple et en cas d'ennui, venir récupérer la cassette 5. Ceci démontre à l'évidence la réversibilité du dispositif selon l'invention. L'opération de récupération commence par l'ouverture des moyens de verrouillage, suivie d'un mouvement de retrait de l'ensemble mobile. En fonction de l'inclinaison de l'axe longitudinal du dispositif par rapport à l'horizontale, cette opération peut être facilitée par l'utilisation de moyens de poussée, tels que des vérins, ainsi que décrit ci- dessus.
Suivant une autre forme de réalisation, non représentée, le traîneau 17 peut comprendre des tubes de guidage analogues aux entonnoirs 28, dans lesquels sont susceptibles de s'engager des broches analogues aux broches 29 qui sont solidaires du réceptacle 4.
Les figures 21 à 24 décrivent une variante selon laquelle, les premières phases d'approche initiale ayant été effectuées comme illustré sur les figures 7 à 9, le centrage de l'ensemble mobile pendant les phases suivantes correspondant à la progression de la partie terminale mobile 16 dans le réceptacle 4 est assuré de façon continue et progressive par une action prolongée des moyens, tels que deux ensembles de broches 29 et entonnoirs 28, qui ont assuré le guidage pendant les premières phases d'approche initiale et qui constituent ainsi des moyens combinés de guidage et de centrage. Le positionnement du collier 32 par rapport à l'orifice frontal 20 du réceptacle 4 prend ensuite le relais de ces moyens de guidage et de centrage du type broche-entonnoir pour assurer la fonction de centrage de l'ensemble mobile à la fin du déplacement axial de ce dernier dans le réceptacle, lorsque le dispositif se trouve dans une position correspondant à celle illustrée sur la figure 16, la portée de centrage 69 de la face postérieure de la cassette se trouvant centrée autour de la portée de centrage 27 de l'extrémité fixe 23, et les brides 30 et 25 se trouvant alors voisines l'une de l'autre. Par comparaison, dans le cas du premier exemple illustré par les figures 9 à 18, la même action de centrage de l'ensemble mobile effectuée par le positionnement du collier 32 dans l'orifice frontal 20 est engagée à partir d'une étape antérieure de l'opération de connexion, illustrée par la figure 12, c'est-à-dire à partir d'un moment ou la pénétration des broches 29 dans les entonnoirs est encore très partielle, et où la cassette 5 est encore dans sa position d'attente initiale en appui sur la paroi frontale du réceptacle, le positionnement du collier 32 étant déterminé par la différence relativement faible entre le diamètre externe de la portée 58 du collier 32 et le diamètre interne de la portée 60 de l'orifice frontal 20.
La figure 21 représente le dispositif au moment où la bride 30 ayant pénétré à l'intérieur de l'orifice frontal 20 du réceptacle 4 arrive à proximité de la paroi frontale 57 de la cassette 5.
La figure 22 représente le moment où l'orifice frontal 20 de la cassette 5 se trouve engagée et centrée autour du collier 32, la portée cylindrique 62 délimitant l'orifice 20 se trouvant positionnée autour de la portée cylindrique 61 à la périphérie du collier 32, et l'épaulement 64 du collier venant en appui sur la face frontale de la cassette. On notera que, dans cette position, la zone cylindrique 75 à la périphérie du collier 32 qui se trouve en regard de la portée cylindrique 60 délimitant l'ouverture de passage de l'orifice frontal 20 présente un diamètre sensiblement inférieur au diamètre de la portée 60, de quoi il résulte que le collier n'exerce pas d'effet de centrage de l'ensemble mobile, cet effet étant déterminé par deux ensembles du type entonnoir-broche, non illustrés sur les figures 21 à 24.
La figure 23 illustre le moment où la cassette arrive au niveau de la bride fixe 25. Dans cette position, le centrage reste assuré par les ensembles de guidage et de centrage du type entonnoir-broche, la zone du collier 32 qui se trouve au niveau de l'orifice 20 présentant un diamètre trop faible pour coopérer avec la portée 60 de l'orifice 20. On notera également que la portée de centrage 69 de la paroi postérieure de la cassette présente un diamètre supérieur au diamètre extérieur de la bride fixe 25, la différence étant suffisante pour empêcher le contact entre la portée 69 et la bride 25 compte tenu de la précision du centrage permis par les ensembles entonnoir-broche.
La figure 24 illustre le moment où la portée de centrage 69 de la paroi postérieure de la cassette 5 commence à être positionnée autour de la portée de centrage 27 de l'extrémité fixe 23, les brides 25 et 30 étant voisines l'une de l'autre. Dans cette position, les moyens de guidage et de centrage tels que les ensembles entonnoir-broche cessent d'intervenir dans le centrage de l'ensemble mobile, le centrage étant obtenu par l'action combinée d'une part de la cassette 5 qui est positionnée à la fois par sa face arrière par rapport à la portée 27 de l'extrémité fixe 23, et par sa face avant par rapport au collier 32, et d'autre part par le positionnement de la portée 68 du collier 32 par rapport à la portée 60 de l'orifice frontal 20 du réceptacle 4, le diamètre de la portée 68 étant sensiblement supérieur à celui de la zone périphérique 75 du collier et très légèrement inférieure à celui de la portée 60.
Dans cette position, qui correspond à peu près à celle illustrée par la figure 16 dans le cas du premier exemple ci-dessus, la bride mobile 30 se trouve très voisine et très près d'être coaxiale avec la bride fixe 25, de sorte que le joint d'étanchéité 33, non illustré, qui s'était trouvé engagé dans le logement correspondant de la bride mobile 30 dans la position illustrée par la figure 22, commence à s'engager dans le logement correspondant de la bride fixe 25. La fin de l'opération est utilisée de la même façon que dans le cas de l'exemple précédent. On peut voir, en passant progressivement des positions représentées sur les figures 21 à 24, qu'il y a une réduction progressive de l'écart latéral et de l'écart angulaire α entre les axes X et Y.
Selon un autre mode de réalisation, la cassette 5 contient le moyens de verrouillage tels que des mâchoires 35 ainsi que leurs moyens de commande et d'entraînement, mais elle ne contient pas de joint d'étanchéité 33. Dans ce cas, le joint d'étanchéité peut être monté à l'avance dans le logement correspondant de la bride mobile 30 ou de la bride fixe 25. On peut ainsi utiliser un type connu de système de raccordement de brides par collier à mâchoires avec joint d'étanchéité métallique à lèvres auto-serrant, les brides présentant une configuration avec lèvre et rainure, tel que les systèmes de raccordement vendus par VETCO-GRAY avec "tongue groove alignaient mechanism".
Un tel système de raccordement est illustré par les figures 25. La figure 25a montre schématiquement les deux brides 25 et 30 séparées. Une des brides, la bride 30 par exemple, présente une lèvre 76 délimitant avec la face radiale de la bride un espace dans lequel peut être logée la partie radiale extérieure du joint 33. L'autre bride 25, dans l'exemple illustré, présente une rainure annulaire 77 de forme correspondant au contour de la lèvre 76. Le joint d'étanchéité 33 peut ainsi être monté à l'avance sur la bride mobile 30 comme cela est représenté sur la figure 25a, et il est maintenu bloqué en position grâce à un joint de maintien élastique 78.
La figure 25b illustre les mêmes organes de raccordement lorsque le dispositif est connecté et verrouillé par le serrage des mâchoires 35. L'effet de centrage est renforcé par la pénétration de la lèvre 76 dans la rainure 77, et le joint de maintien 78 est effacé dans un logement disposé sur la face interne de la lèvre 76, selon un principe classique.
Bien que le dispositif selon l'invention s'applique particu¬ lièrement bien au raccordement d'une conduite mobile flexible à haute résistance mécanique du type de celles fabriquées par la société déposante, il peut être utilisé avec divers types de conduites tubulaires, y compris des tubes métalliques désignés couramment comme étant des tubes rigides. Il peut être également utilisé dans le cas d'une conduite multiple, c'est-à-dire d'une canalisation constituée par un nombre plus ou moins important de conduites élémentaires assemblées, telle que les ombilicaux utilisés en particulier pour la télécommande et le contrôle des puits sous-marin. Dans ce cas, les deux conduites multiples respectivement fixe et mobile comportent chacune à leur extrémité un boîtier de raccordement doté d'un embout de connexion pour chacune des conduites ou lignes élémentaires, certaines des conduites élémentaires pouvant être des câbles électriques. Les connexions des conduites ou lignes élémentaires peuvent se faire par enfichage (stabbing en anglais), avec éventuellement une plaque porte- joint. Le rôle que joue l'embout 31 dans le cas d'une conduite tubulaire simple est joué dans ce cas par le boîtier de raccordement de la conduite multiple mobile, en coopération avec un boîtier correspondant terminant la conduite multiple fixe, chacun des boîtiers comportant une bride terminale analogue aux brides 30 et 25. Le dispositif comporte également un joint annulaire de façon à assurer la protection et de préférence l' étanchéité de l'espace délimité par les deux boîtiers de raccordement lorsqu'ils sont connectés. De préférence, un tel dispositif est équipé de moyens d'orientation, en soi connus, qui sont soit passifs du type détrompeur, soit activés à partir du ROV, permettant d'assurer, par rapport à l'axe longitudinal de la canalisation multiple fixe, une orientation angulaire correcte de la canalisation mobile, de sorte qu'il y a correspondance exacte entre conduite mobile et conduite fixe pour les diverses conduites élémentaires.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de liaison entre un premier ensemble (1) et un deuxième ensemble (2) mobiles l'un par rapport à l'autre et comprenant chacun une des deux extrémités (16, 51) d'au moins une conduite (6, 7), et comprenant des moyens (8, 14, 15) pour déplacer une desdites extrémités (16) d'une première position vers une deuxième position pour un raccordement entre lesdites extrémités desdits ensembles, un desdits ensembles (2) étant fixe au moins pendant le raccordement, des moyens de verrouillage (35) desdites extrémités et des moyens d'étanchéité (33) entre lesdites extrémités, lesdits moyens de verrouillage et d'étanchéité constituant des moyens de raccordement, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un réceptacle (4) solidaire de ladite extrémité fixe (51) et comportant une ouverture d'entrée (20) pour l'extrémité mobile (16), et un organe de liaison interface (5) disposé de manière flottante dans ledit réceptacle, et qui est pourvu d'un orifice central (55, 65) de centrage ainsi que de portées de guidage et de centrage (62, 69) pour un guidage et un centrage mutuel et progressif desdites extrémités des conduites.
2. Système de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de liaison comprend les moyens de verrouillage (35).
3. Système de liaison selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'organe de liaison comprend les moyens d'étanchéité (33).
4. Système de liaison selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité (33) sont constitués par un joint métallique.
5. Système de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble mobile comporte au moins une portée annulaire (61) coopérant avec une première portée de guidage (62) de l'organe de liaison interface, ménagée autour de l'orifice central (55).
6. Système de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble fixe comporte au moins une portée annulaire (27) coopérant avec une deuxième portée de guidage (69) de l'organe de liaison interface.
7. Système de liaison selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'orifice d'entrée (20) du réceptacle comporte une portée de guidage (59, 60) coopérant avec au moins une surface (58, 68) constituée par une partie de la surface extérieure de l'ensemble mobile (32).
8. Système de liaison selon les revendications 1, caractérisé en ce que le réceptacle (4) comporte des zones d'appui (42) pour supporter l'organe de liaison interface (5) dans une position d'attente.
9. Système de liaison selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'organe de liaison interface (5) est amené dans une position finale qui est décalée radialement par rapport à la position d'attente.
10. Système de liaison selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait que l'organe de liaison interface (5) est déplacé à l'intérieur du réceptacle (4) et mis en place en position d'attente en appui sur des surfaces obliques (42) du réceptacle sous l'action de son propre poids.
11. Système de liaison selon l'une des revendications 1, 8, 9, ou 10, caractérisé en ce que le réceptacle (4) comprend une face ouverte d'accès (18a) pour l'organe de liaison interface (5) et des faces latérales à profil en gradins (42, 45) qui coopère avec un profil correspondant (36) des faces latérales de l'organe de liaison interface.
12. Système de liaison selon la revendication 11, caractérisé en ce que le réceptacle comprend un couvercle adapté pour obturer la face d'accès (18a) à travers laquelle est inséré l'organe de liaison interface.
13. Système de liaison selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de guidage préalables de l'ensemble mobile (1) par rapport au réceptacle (4).
14. Système de liaison selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de guidage préalables sont constitués par au moins un couple d'éléments broche (29)-entonnoir (28) disposés l'un solidaire de l'ensemble mobile (1) et l'autre du réceptacle (5).
15. Système de liaison selon les revendications 1 et 13, caractérisé en ce qu'il comprend un traîneau (17) solidaire de l'ensemble mobile (1) et pourvu d'un des éléments de guidage préalables.
16. Système de liaison selon les revendications 1 et 15, caractérisé en ce qu'il comprend un collier (32) disposé autour de l'extrémité mobile de manière à assurer la liaison entre le traîneau et ladite extrémité mobile, ledit collier (32) comportant au moins deux parties distinctes, une desdites parties (61) coopérant avec la première portée (62) de l'organe de liaison interface et la surface externe de l'autre partie (58, 68) coopérant avec les portées (59, 60) de l'orifice d'entrée (20) du réceptacle (4).
17. Système de liaison selon la revendication 16, caractérisé en ce que le collier est monté à rotation libre autour de l'extrémité mobile.
18. Système de liaison selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'axe de l'extrémité (51) de l'ensemble fixe (2) est incliné vers le fond en direction de l'ensemble mobile (1), l'angle d'inclinaison étant compris entre 0° et 45° .
19. Système de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que l'extrémité mobile (16) comprend une partie assurant le centrage de ladite extrémité mobile par rapport aux portées (59, 60) du réceptacle (4), ladite partie étant constituée par au moins deux zones distinctes (58, 68) et séparées par une certaine distance, lesdites zones étant de diamètres différents, la zone de plus grand diamètre améliorant le centrage opéré initialement par la zone de plus petit diamètre.
20. Système de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 et 15 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de guidage et de centrage, de préférence du type broche-entonnoir, qui assurent le guidage préalable et ensuite le début du centrage de l'ensemble mobile
(1).
21. Système de liaison selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la conduite à extrémité mobile est un flexible.
22. Système de liaison selon l'une des revendications 1 à 20 caractérisé par le fait que la conduite à extrémité mobile est constituée par un faisceau de canalisations élémentaires.
23. Procédé pour raccorder de façon étanche deux extrémités de deux conduites distinctes (6, 7) et mobiles l'une par rapport à l'autre, du système selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il consiste à : do
- monter un réceptacle (4) sur une desdites conduites (7) qui est momentanément fixe pendant la phase de raccordement,
- incorporer dans un organe de liaison interface (5) des moyens d'étanchéité (33) et de verrouillage (35) des conduites à raccorder, - amener l'organe de liaison (5) dans le réceptacle (4) et le maintenir dans une position d'attente,
- déplacer la conduite mobile (6) vers la conduite momentanément fixe (7), de sorte que l'extrémité de la conduite mobile s'engage dans un orifice central de révolution (20) ménagé dans ledit organe de liaison interface (5), ledit organe de liaison interface étant ainsi centré sur ladite extrémité mobile,
- poursuivre le déplacement axial de la conduite mobile de manière à provoquer le déplacement de l'organe de liaison interface dans le réceptacle en direction axiale de l'extrémité de la conduite fixe, une portée (58) de l'extrémité mobile étant centrée dans l'orifice d'entrée du réceptacle jusqu'à une position telle que l'organe de liaison interface peut être centré autour d'une portée de centrage solidaire de ladite extrémité fixe,
- poursuivre le déplacement axial de la conduite mobile jusqu'à une position telle que les moyens d'étanchéité sont en position correcte dans des logements appropriés ménagés respectivement dans ladite extrémité fixe et dans ladite extrémité mobile, le déplacement axial pouvant alors être poursuivi jusqu'à ce que les brides (25, 30) se trouvent en appui mutuel, et - actionner les moyens de verrouillage pour verrouiller les deux extrémités fixe et mobile dans la position finale de raccordement.
24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un traîneau pourvu de broches de guidage et d'un manchon qui permet de relier la conduite mobile audit traîneau, lesdites broches étant destinées à être introduites et guidées dans des tubes de guidage solidaires du réceptacle.
25. Procédé selon les revendications 23 et 24, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un robot commandé à distance (ROV), et équipé de moyens de traction tels qu'un treuil, des câbles de traction ou des vérins et de moyens de manipulation tels qu'au moins un bras manipulateur, ledit robot assurant les fonctions de :
- préhension de l'organe de liaison interface,
- déplacement de l'organe de liaison interface jusqu'au réceptacle,
- introduction de l'organe de liaison interface dans le réceptacle,
- fixation des moyens de traction sur le réceptacle,
- fixation du robot sur le traîneau, - halage de l'ensemble mobile de traction jusqu'à d'abord l'introduction des moyens de guidage dans les organes de réception correspondant du réceptacle et ensuite le positionnement des moyens d'étanchéité entre les deux extrémités des conduites à raccorder,
- commande de moyens d'actionnement montés sur ledit robot et permettant la mise en oeuvre des moyens de verrouillage de l'organe de liaison interface.
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