WO2006042939A1 - Conduite flexible stabilisee pour le transport des hydrocarbures - Google Patents

Conduite flexible stabilisee pour le transport des hydrocarbures Download PDF

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WO2006042939A1
WO2006042939A1 PCT/FR2005/002526 FR2005002526W WO2006042939A1 WO 2006042939 A1 WO2006042939 A1 WO 2006042939A1 FR 2005002526 W FR2005002526 W FR 2005002526W WO 2006042939 A1 WO2006042939 A1 WO 2006042939A1
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WO
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armor
flexible pipe
son
ply
wires
Prior art date
Application number
PCT/FR2005/002526
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English (en)
Inventor
Alain Coutarel
Fabrice Bectarte
Original Assignee
Technip France
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Publication date
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Priority to NO20071837A priority patent/NO339955B1/no

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L11/00—Hoses, i.e. flexible pipes
    • F16L11/04—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics
    • F16L11/08—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with reinforcements embedded in the wall
    • F16L11/081—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with reinforcements embedded in the wall comprising one or more layers of a helically wound cord or wire

Definitions

  • the present invention relates to a stabilized flexible pipe for the transport of hydrocarbons. More particularly, the invention relates to the armor son of the flexible pipe which in particular to limit the lateral buckling traction armor plies of the flexible pipe.
  • Flexible lines as defined in the API 17 J recommendation of the American Petroleum Institute generally include one or more polymeric layers and metallic reinforcing layers such as tensile armor plies, a carcass and / or a pressure vault. .
  • the nature, number, sizing and organization of these layers are essentially related to the conditions of use of the flexible pipes concerned and their implementation, as defined in the API 17 J. recommendation.
  • a first cause of damage to the armor is a state of excessive stress resulting from excessive forces and / or deformations that lead to the rupture and / or plasticization of the armor. son. This mode of ruin can occur in case of reverse background effect but also in other situations.
  • a second cause of damage is buckling, that is to say a phenomenon of instability that can lead to strong movements (and deformations) of the armor.
  • This mode of ruin can only exist if there is a longitudinal compressive force in the armor threads, that is to say in particular in a situation of inverse background effect.
  • Instability occurs as soon as the axial compression exceeds a so-called critical load level. This depends on the nature of the armor wire (modulus of the material, width, thickness) and on the overall state of the armor (imposed deformation such as transverse deviations, friction on the other layers, resistance of the other layers, etc.). In general, at the moment when the critical load is reached, the armor would in fact be considered healthy in view of other criteria such as, for example, stresses lower than the elastic limit of the material.
  • Buckling instability is certainly a potential cause of damage but in some cases there may be buckling without damage to the armor. This occurs when (although the wire is intrinsically unstable) the amplitude of its deformations is sufficiently limited elsewhere so that it is not reached a state of ruin, for example, by exceeding the elastic limit. Such a limitation of the deformations can be envisaged, for example, by resting on the neighboring wires (limited lateral instability thanks to very weak side clearances) or by pressing on another layer (as in the case of radial instability). In the opposite case, the displacements being not sufficiently limited, the lateral buckling will lead to the overlap and / or the plasticization of the armor wires but this is in fact only a consequence of the instability of buckling.
  • a third cause of damage is the disruption of armor by overlapping wires.
  • the games lateral threads are resorbed at least for a part of the length of an arming step.
  • the plies of armor of the pipe can be damaged according to the following modes of damage: excessive stresses (exceeding of elastic limit), instability overlapping buckling and / or disorganization.
  • the wires of the armor plies move with respect to the underlying core.
  • the amplitude of these longitudinal and transverse displacements depends on numerous parameters such as bending radius, characteristics of the armor plies (armoring angle, inter-wire clearance, nature of the wires), state of the outer sheath (waterproof or not) applied forces (traction, compression, internal pressure, external pressure, friction within the structure).
  • the movements of son generally lead to play between son of the same sheet which have a variable amplitude along a step of arming.
  • the armor movements are accompanied by deformations son whose amplitude depends on the importance of friction forces.
  • the armor wires can flare in a radial fashion and take the form of a "bird cage".
  • Another mode of damage to the tensile armor due to the compressive stress that they undergo with the inverse bottom effect is so-called lateral buckling ("lateral buckling" in English) that may occur during the bending of the flexible pipe.
  • Lateral buckling means all the lateral damage modes of the armor wires described above: excessive stresses (elastic limit overshoot), lateral buckling instability and / or overlap disorganization.
  • the pressure in the ring where the tensile armor is arranged is equal to the hydrostatic pressure. .
  • the migration of armor wires, under the effect of dynamic stresses and less friction can cause lateral buckling or also a phenomenon of radial buckling.
  • one of the solutions used against lateral damage is the use of thicker armor. This solution increases the resistance to buckling instability of the wires while not penalizing them for lateral damage due to excessive stress due to their migration. Risks can also be reduced by increasing the angle of arming.
  • Another solution envisaged is to increase the number of armor plies. However, all of these solutions are generally penalizing because they are heavy, expensive and inefficient.
  • a problem that arises and that aims to solve the present invention is then to provide a flexible pipe whose armor is not damaged under the effect of reverse background in particular, and also that can be achieved at an advantageous cost especially for the pipes with a large diameter.
  • the present invention proposes a flexible pipe for the transport of hydrocarbons comprising from inside to outside, a cylindrical structural assembly adapted to withstand radial forces and at least a first layer of armor, said first web of armor comprising a plurality of armor yarns, said armor yarns being formed and flattened metal yarns, said armor yarns having a width greater than a thickness e being wound in parallel and helically with a long pitch around said structural assembly, said wires forming an angle less than 60 ° with the generatrices of said structural assembly; according to the invention said armor son have a ratio, width over thickness I / e, greater than or equal to four.
  • a feature of the invention lies in the use of wide armor wires whose width is greater than or equal to four times the thickness, to achieve the armor of the flexible pipes, these son of wide armor are obtained by drawing and rolling and heat treatments of round shaped wires. In this way, lateral buckling is prevented and the number of wires to be wound simultaneously in a helix is reduced to form the pipe, since they cover a larger area.
  • the armor plies comprise less than 40 threads, which are wound simultaneously in order to carry out the driving, whereas generally a quantity much more important is required, which induces the assembly of a large number of coils of son on the machines or armourers.
  • the wide armor wires according to the invention whose width is greater than or equal to four times the thickness, not only make it possible to produce flexible pipes at an advantageous cost but also to produce flexible pipes. whose armor wires resist side buckling.
  • the invention makes it possible to propose a flexible pipe having an increased resistance to the combination of the external pressure and the dynamic stresses, but it also makes it possible for given depth and stress conditions to propose an optimized flexible pipe design. .
  • the armor wires have an ultimate tensile strength in excess of 900 MPa.
  • This embodiment is particularly advantageous for hoses intended for large depths which must therefore be able to withstand strong axial compression when installed on the seabed, but also endure high dynamic stresses in traction and flexion, including during installation or in service in the case of risers.
  • the choice of yarns having a high tensile strength makes it possible to improve the resistance of the armor plies to lateral buckling and to dynamic stresses, in particular because these yarns also have a fortiori a yield strength constraint.
  • the average roughness Ra of the faces situated on the edges of said wires is less than 1, 6.
  • the edges of the son have a good surface condition, which has the effect of improving the fatigue resistance of the armor plies.
  • the edges of the son are areas particularly stressed in fatigue, because of the transverse curvatures imposed on the son when the flexible pipe undergoes variations in curvature.
  • a good surface condition contributes to reducing the risk of initiation of fatigue cracks.
  • the armor wires seen in cross-section, have on their two edges substantially flat bearing faces perpendicular to their large faces.
  • the height of the bearing faces is greater than 30% of the thickness of the son.
  • the armor threads seen in cross-section, have in their four corners substantially rounded shape of the connecting fillet and average radius greater than 0.5 mm.
  • the presence of these leaves avoids the stress concentrations at the corners, the corners being areas particularly stressed fatigue, which improves the fatigue resistance of the armor plies. Then, these leaves prevent sharp burrs and edges that could damage the adjacent layers, particularly if it is layers of polymer material.
  • the flexible pipe comprises a second armor ply, the armor plies of said second armor ply being wound in a long-pitch reverse helix around said first ply of plywood.
  • armor and the ratio of the width on the thickness of the armor yarns of said second ply is less than said width-to-thickness ratio of the yarns of said first ply.
  • FIG. 1 is a partial schematic perspective view of a flexible pipe according to the invention.
  • FIG. 1 is a partial schematic perspective view of detail of an element shown in Figure 1.
  • FIG. 3 is a diagrammatic cross-sectional view of a detail of an element represented in FIG. 1.
  • FIG. 1 illustrates a pipe 10 comprising, from the inside to the outside, a carcass 12 in formed and stapled sheet, a polymeric internal sealing sheath 14, a metal vault 16 formed by the helical winding, which is not short of at least one metal wire of form, here in self-agraphic zeta, an assembly 18 consisting of a pair of crossed armor plies, an inner 20 and an outer coil 22, have a long pitch in opposite directions less than 60 °, and a polymeric outer sealing sheath 24.
  • the internal armor ply 20 is made up of a plurality of armor wires 26, wound parallel helically with a long pitch around the metal vault 16.
  • a particularity of these armor wires 26, a partial illustration of which is shown in perspective in FIG. 2, is that, on the one hand, they are obtained by drawing and rolling round shaped yarns, and secondly in that their width I is at least four times their thickness e, for example 4.25 times.
  • Figure 3 shows a particularly advantageous wire geometry.
  • the edges of the wire have symmetrically faces 32, 33 substantially flat and perpendicular to the large faces 30, 31.
  • the presence of these flat faces 32,33 makes it possible to improve the behavior of the armor ply subjected to a compressive force, by reducing the risk of overlapping of the threads that bear against each other.
  • these faces 32,33 serve as support during contacts between adjacent son. Their orientation perpendicular to the forces and lateral displacements generated by the compression allows the son to bear on each other without risk of overlap.
  • the height h of these faces 32, 33 is greater than 30% of the thickness of the threads, advantageously 40% so as to improve supports between neighboring wires to avoid the risk of overlap.
  • the height h of the faces 32, 33 is advantageously less than 70% of the thickness of the threads, and preferably less than 60%, the remainder of the thickness being occupied by the connecting fillets 34, 35, 36 , 37 with the large faces 30, 31.
  • These yarns are manufactured, in one or more steps, between at least two pairs of rolling rolls substantially perpendicular to one another and successive, a first pair for shaping the large faces 30, 31, and a second pair perpendicular to the first to shape the faces 32, 33 of said edges of the wire.
  • the average roughness Ra of the faces situated on the edges of said wires 32, 33, 34, 35, 36, 37, measured according to the ISO 4287 standard is less than 1, 6.
  • the edges of the son have a good surface condition, which has the effect of improving the fatigue resistance of the armor plies.
  • the large faces 30, 31 also have an average roughness Ra of less than 1.6. In this way the friction forces between superposed layers are reduced.
  • the wires are previously completely controlled with a non-destructive eddy current testing device (Eddy Current Testing) which makes it possible to detect surface defects of the crack, fold or straw type, said apparatus being calibrated to detect unacceptable size defects for the mechanical strength of the wire.
  • Eddy Current Testing non-destructive eddy current testing device
  • the armor threads seen in cross-section, have in their four corners loops of connection 34, 35, 36, 37 of substantially rounded shape and of average radius greater than 0.5 mm, advantageously 1mm.
  • the outer armor ply 22, shown in FIG. 1, has a plurality of armor wires 28 also coiled helically and not long around the inner armor ply 20 in a counter-directional direction at a lower angle. at 60 ° compared to the generators.
  • the armor wires 28 of the outer armor ply 22 are either identical to the armor plies 26 of the inner ply web 20 or of different sizes, for example of a lower I / e ratio.
  • the armor wires 26, 28 of the two armor plies 20, 22 have, for example, a thickness of between two and nine millimeters and a width of between eight and thirty-six millimeters.
  • the son have a section of 3 x 20, 5 x 20 or 5 x 22, in millimeters.
  • the use of armor having the width-to-thickness ratio of greater than or equal to 4 advantageously makes it possible to produce a pipe whose number of wires per layer of armor is less than at 40.
  • a layer of the aramid type for example in the form of kevlar strips wound helically along the pipe.

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Abstract

L'invention concerne une conduite flexible pour le transport des hydrocarbures comprenant de l'intérieur vers l'extérieur, un ensemble structurel cylindrique (12, 14, 16) adapté à résister aux efforts radiaux et au moins une première nappe d'armures (20), ladite première nappe d'armures comportant une pluralité de fils d'armure (26), lesdits fils d'armure étant constitués de fils métalliques formés et aplatis, lesdits fils d'armure qui présentent une largeur I supérieure à une épaisseur e étant enroulés parallèlement en hélice à pas long autour dudit ensemble structurel (12, 14, 16), lesdits fils (26) formant un angle inférieur à 60° avec les génératrices (G) dudit ensemble structurel ; et, lesdits fils d'armure (26) présentant un rapport, largeur sur épaisseur l/e, supérieur à quatre.

Description

Conduite flexible stabilisée pour le transport des hydrocarbures
La présente invention se rapporte à une conduite flexible stabilisée pour le transport des hydrocarbures. Plus particulièrement, l'invention concerne les fils d'armure de la conduite flexible qui permettent notamment de limiter le flambage latéral des nappes d'armures de traction de la conduite flexible.
Les conduites flexibles telles que définies dans la recommandation API 17 J de l'American Petroleum Institute comprennent généralement une ou plusieurs couches polymériques et des couches de renfort métalliques telles que des nappes d'armures de traction, une carcasse et/ou une voûte de pression. La nature, le nombre, le dimensionnement et l'organisation de ces couches sont essentiellement liés aux conditions d'utilisation des conduites flexibles concernées ainsi qu'à leur mise en place, comme cela est défini dans la recommandation API 17 J.
Lorsque la conduite flexible, quelle que soit sa nature, est soumise à une pression externe Pe qui est plus élevée que la pression interne, il se produit une compression axiale qui est connue comme étant l'effet de fond inverse. L'effet de fond inverse a tendance à induire un effort longitudinal de compression dans les armures et à raccourcir la longueur de la conduite flexible. De plus, la conduite flexible est également soumise à des sollicitations dynamiques notamment lors de l'installation ou en service dans le cas des conduites montantes (riser en anglais). L'ensemble de ces contraintes peut provoquer un endommagement d'un ou de plusieurs fils d'armure et provoquer ainsi à terme la ruine de la conduite flexible. Une nappe d'armure est considérée endommagée lorsque certains fils sont rompus et/ou présentent une importante déformation permanente (plastification) et/ou sont chevauchés.
Une première cause d'endommagement des armures est un état de contraintes excessives résultant d'efforts et/ou de déformations imposés trop grands et conduisant à la rupture et/ou à la plastification des fils. Ce mode de ruine peut se produire en cas d'effet de fond inverse mais aussi dans d'autres situations.
Une deuxième cause d'endommagement est le flambement, c'est- à-dire un phénomène d'instabilité pouvant conduire à de forts déplacements (et déformations) des armures. Ce mode de ruine ne peut exister que s'il y un effort longitudinal de compression dans les fils d'armures, c'est-à-dire en particulier en situation d'effet de fond inverse. L'instabilité se produit dès que la compression axiale dépasse un niveau dit charge critique. Celle-ci dépend de la nature du fil d'armure (module du matériau, largeur, épaisseur) et de l'état d'ensemble des armures (déformation imposée telle que déviations transverses, frottement sur les autres couches, résistance des autres couches, etc.). De manière générale, au moment où la charge critique est atteinte, l'armure serait en fait considérée saine au vu d'autres critères tel que par exemple des contraintes inférieures à la limite élastique du matériau.
L'instabilité de flambement est certes une cause potentielle d'endommagement mais dans certains cas il peut y avoir flambement sans endommagement des armures. Ceci se produit lorsque (bien que le fil soit intrinsèquement instable) l'amplitude de ses déformations est suffisamment limitée par ailleurs pour que ne soit pas atteint un état de ruine, par exemple, par dépassement de limite élastique. Une telle limitation des déformations peut être envisagée, par exemple, par appui sur les fils voisins (instabilité latérale limitée grâce à des jeux latéraux très faibles) ou bien par appui sur une autre couche (comme dans le cas d'instabilité radiale). Dans le cas contraire, les déplacements n'étant pas suffisamment limités, le flambement latéral conduira au chevauchement et/ou à la plastification des fils d'armure mais ceci n'est en fait qu'une conséquence de l'instabilité de flambement.
Une troisième cause d'endommagement est la désorganisation des armures par chevauchement de fils. Suivant les types de conduite flexible et les contraintes dynamiques subies, il y a des situations où les jeux latéraux entre fils sont résorbés au moins sur une partie de la longueur d'un pas d'armage. Il existe alors un seuil pour l'amplitude des forces de contact latéral au-delà duquel un chevauchement de fil peut se produire. Ce seuil dépend de plusieurs facteurs dont la géométrie des fils (épaisseur du fil, concavité des champs), l'importance des frottements, la plus ou moins grande liberté de mouvement radial.
En résumé, en effet de fond inverse et lorsque la conduite subit des sollicitations dynamiques telle que du cintrage, les nappes d'armures de la conduite peuvent être endommagés selon les modes d'endommagement suivants : contraintes excessives (dépassement de limite élastique), instabilité de flambement et/ou désorganisation par chevauchement. Une fois l'endommagement initié suivant l'un de ces modes pour au moins un fil, l'équilibre de la structure peut être perturbé au point que les autres fils périssent par effet de cascade suivant le même mode d'endommagement ou bien suivant d'autres modes.
Lors du cintrage d'une conduite flexible, les fils des nappes d'armures se déplacent vis-à-vis du noyau sous-jacent. L'amplitude de ces déplacements longitudinaux et transversaux dépend de nombreux paramètres tels que rayon de cintrage, caractéristiques des nappes d'armures (angle d'armage, jeux entre fils, nature des fils), état de la gaine externe (étanche ou non), efforts appliqués (traction, compression, pression interne, pression externe, frottements au sein de la structure). Les déplacements de fils conduisent généralement à des jeux entre fils d'une même nappe qui présentent une amplitude variable le long d'un pas d'armage. De plus, les déplacements d'armures s'accompagnent de déformations des fils dont l'amplitude dépend de l'importance des forces de frottement.
Dans certaines conditions, par exemple en gaine externe non étanche et que la conduite soit droite ou cintrée, les fils d'armures peuvent flamber selon un mode radial et prendre la forme d'une "cage d'oiseau". Un autre mode d'endommagement des armures de traction dû à la sollicitation en compression qu'elles subissent avec l'effet de fond inverse est le flambage dit latéral ("latéral buckling" en anglais) qui peut survenir lors du cintrage de la conduite flexible et ce, quel que soit l'état de la gaine externe. On appellera flambage latéral l'ensemble des modes d'endommagements latéraux des fils d'armures décrits précédemment : contraintes excessives (dépassement de limite élastique), instabilité de flambement latéral et/ou désorganisation par chevauchement.
Lorsque la gaine externe est étanche, les effets de la pression externe sont susceptibles d'engendrer d'importantes forces de frottement entre les diverses nappes de la structure. Ces forces de frottement combinées aux sollicitations dynamiques sont susceptibles d'entraîner une migration des fils c'est-à-dire un accroissement localisé des déplacements, des déformations transverses et des jeux latéraux entre les fils d'une même nappe d'armure. Ces phénomènes sont ainsi susceptibles de conduire à un flambage latéral des fils d'armure notamment par une plastification progressive de leurs bords.
Lorsque la gaine externe polymérique de la conduite flexible est non étanche que cela soit volontaire ou bien qu'elle ait été endommagée pour une raison quelconque, la pression régnant dans l'annulaire où sont disposées les armures de traction, est égale à la pression hydrostatique. La migration des fils d'armure, sous l'effet des contraintes dynamiques et d'un frottement moins important peut provoquer un flambage latéral ou également un phénomène de flambement radial.
Une des solutions adoptée et décrite dans le brevet WO 03/083343 pour réduire les risques de flambement radial en "cage d'oiseau" et/ou de flambage latéral ainsi que pour réduire le gonflement des armures lié à l'effet de fond inverse notamment lorsque la gaine externe est non étanche, est d'enrouler des rubans ou couches renforcées par exemple de fibres aramides tels que du "KEVLAR" autour de la dernière nappe d'armures et des nappes sous jacentes. De cette manière, on contrôle d'une part le gonflement de chacune des nappes d'armures tout en réduisant d'autre part le risque d'endommagement par chevauchement des nappes d'armures. Toutefois, si cette solution permet de résoudre les problèmes liés au flambement radial, elle permet seulement de limiter le risque de flambage latéral qui perdure.
Dans l'art antérieur, une des solutions utilisées contre l'endommagement latéral est l'utilisation d'armures plus épaisses. Cette solution augmente la résistance à l'instabilité de flambement des fils tout en ne les pénalisant pas pour l'endommagement latéral par contrainte excessive du à leur migration. On peut également réduire les risques en augmentant l'angle d'armage. Une autre solution envisagée consiste à augmenter le nombre de nappes d'armure. Toutefois l'ensemble de ces solutions sont généralement pénalisantes car lourdes, chères et peu efficaces.
Lorsqu'un fil d'armure se déplace latéralement par suite d'un flambage latéral, il peut dans certaines conditions entraîner les autres fils d'armures de la nappe. Le résultat est que la conduite flexible est sinon détruite du moins rendue inutilisable et il faut procéder à son changement car une réparation de la conduite flexible n'est pas envisageable économiquement parlant.
Un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est alors de fournir une conduite flexible dont les armures ne sont pas endommagées sous l'effet de fond inverse notamment, et également qui puisse être réalisée à un coût avantageux en particulier pour les conduites à fort diamètre.
Dans ce but, la présente invention propose une conduite flexible pour le transport des hydrocarbures comprenant de l'intérieur vers l'extérieur, un ensemble structurel cylindrique adapté à résister aux efforts radiaux et au moins une première nappe d'armures, ladite première nappe d'armures comportant une pluralité de fils d'armure, lesdits fils d'armure étant constitués de fils métalliques formés et aplatis, lesdits fils d'armure qui présentent une largeur I supérieure à une épaisseur e, étant enroulés parallèlement et en hélice à pas long autour dudit ensemble structurel, lesdits fils formant un angle inférieur à 60° avec les génératrices dudit ensemble structurel ; selon l'invention lesdits fils d'armure présentent un rapport, largeur sur épaisseur l/e, supérieur ou égal à quatre.
Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans l'utilisation de fils d'armure larges dont la largeur est supérieure ou égale à quatre fois l'épaisseur, pour réaliser les armures des conduites flexibles, ces fils d'armures larges sont obtenus par tréfilage et laminage et traitements thermiques de fils de forme ronds. De la sorte, on prévient le flambage latéral et, on diminue le nombre de fils à enrouler simultanément en hélice pour former la conduite, puisqu'ils couvrent une surface plus importante. Par exemple, grâce aux fils d'armure larges conformes à l'invention sur une grande partie des conduites flexibles fabriquées, les nappes d'armures comportent moins de 40 fils, lesquels sont enroulés simultanément afin de réaliser la conduite, alors que généralement une quantité bien plus importante est nécessaire, ce qui induit le montage d'un grand nombre de bobines de fils sur les machines ou armeuses.
En revanche, il existe des • préjugés importants à rencontre de l'utilisation des fils d'armures larges. Compte tenu des frottements entre les nappes d'armures, le déplacement des fils n'est pas totalement libre de sorte que les fils peuvent être soumis à des courbures transverses imposées. Il en résulte alors, pour des fils d'armure larges des contraintes sur les bords plus élevées qu'avec des fils étroits et ces contraintes peuvent sous certaines conditions, induire la plastification des bords des fils, ce qui compromet alors la tenue au flambage latéral des armures. De plus, l'utilisation de fils larges présente également d'autres inconvénients et notamment des problèmes de fabrication du fil large ainsi que des problèmes concernant sa mise en œuvre sur la conduite flexible (préformation des fils lors de Tannage).
Toutefois, contre toute attente, il s'avère que l'on bénéficie davantage de l'augmentation d'inertie des fils larges que l'on ne pâtit de l'augmentation des contraintes sur les bords pour lutter contre les phénomènes de flambage latéral. Ainsi, malgré ces préjugés, les fils d'armure larges selon l'invention, dont la largeur est supérieure ou égale à quatre fois l'épaisseur, permettent non seulement de réaliser des conduites flexibles à un coût avantageux mais aussi de réaliser des conduites flexibles dont les fils d'armure résistent au flambage latéral. De cette façon, l'invention permet de proposer une conduite flexible ayant une résistance accrue à la combinaison de la pression externe et des sollicitations dynamique, mais elle permet également pour des conditions données de profondeur et de sollicitations de proposer un design de conduite flexible optimisé.
Selon une autre caractéristique, les fils d'armure ont une contrainte à la rupture en traction (ultimate tensile strength en anglais) supérieure à 900 MPa. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour les flexibles destinés aux grandes profondeurs qui doivent de ce fait pouvoir résister à de fortes compressions axiales lorsqu'ils sont installés sur le fond marin, mais aussi endurer de fortes sollicitations dynamiques en traction et en flexion, notamment lors de l'installation ou en service dans le cas des conduites montantes. Le choix de fils présentant une contrainte à la rupture élevée permet d'améliorer la résistance des nappes d'armures au flambage latéral et aux sollicitations dynamiques, notamment du fait que ces fils ont aussi a fortiori une contrainte à la limite élastique (yield strength en anglais) élevée, si bien que les contraintes statiques et dynamiques appliquées en service auxdits fils restent nettement inférieures à ladite contrainte à la limite élastique, ce qui permet en particulier d'éviter la plastification des bords des fils et d'assurer une bonne résistance à la fatigue dans le cas de sollicitations dynamiques. L'augmentation des caractéristiques mécaniques permet aussi, à chargement égal, de réduire la section des fils, et par conséquent le poids de la conduite flexible, ce qui a généralement une grande importance pour les applications en mer profonde, du fait des limites de capacité des moyens d'installation ou de production. Un préjugé à rencontre de l'utilisation de fils larges à hautes caractéristiques mécaniques est lié à la difficulté accrue de préformer et d'enrouler à froid des fils à la fois plus résistant et présentant une plus grande section. Toutefois, malgré ces préjugés, il est possible de mettre en oeuvre ces fils pour fabriquer une conduite flexible.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la rugosité moyenne Ra des faces situées sur les bords desdits fils, mesurée selon la norme ISO 4287, est inférieure à 1 ,6. De la sorte, les bords des fils présentent un bon état de surface, ce qui a pour effet d'améliorer la tenue en fatigue des nappes d'armures. En effet, les bords des fils sont des zones particulièrement sollicitées en fatigue, du fait des courbures transverses imposées aux fils lorsque la conduite flexible subit des variations de courbure. De plus, un bon état de surface contribue à la réduction du risque d'initiation de fissures de fatigue.
Selon une autre caractéristique avantageuse, les fils d'armure, vus en section droite, présentent sur leurs deux bords des faces d'appui sensiblement planes et perpendiculaires à leurs grandes faces. Dans un mode de réalisation avantageux, la hauteur des faces d'appui est supérieure à 30% de l'épaisseur des fils.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les fils d'armure, vus en section droite, ont dans leurs quatre coins des congés de raccordement de forme sensiblement arrondie et de rayon moyen supérieur à 0,5mm. Tout d'abord, la présence de ces congés permet d'éviter les concentrations de contrainte au niveau des coins, les coins étant des zones particulièrement sollicitées en fatigue, ce qui améliore la tenue en fatigue des nappes d'armures. Ensuite, ces congés permettent d'éviter les bavures et arrêtes tranchantes qui pourraient endommager les couches adjacentes, particulièrement s'il s'agit de couches, en matériau polymère.
Selon un mode de mise en œuvre de l'invention, la conduite flexible comprend une seconde nappe d'armure, les fils d'armure de ladite seconde nappe d'armure étant enroulés en hélice inverse à pas long autour de ladite première nappe d'armure, et le rapport de la largeur sur l'épaisseur des fils d'armure de ladite seconde nappe est inférieur audit rapport largeur sur épaisseur des fils de ladite première nappe. De la sorte, la résistance aux contraintes qui s'exercent sur la conduite flexible est compensée de manière totalement symétrique par l'enroulement croisé des fils d'armure des deux nappes, et cela permet d'utiliser des fils plus étroits sur l'une des nappes occasionnant une réduction de coût potentielle.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- La Figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'une conduite flexible conforme à l'invention ; et,
- La Figure 2 est une vue schématique partielle en perspective de détail d'un élément représenté sur la Figure 1.
- La Figure 3 est une vue schématique en section droite de détail d'un élément représenté sur la Figure 1.
La Figure 1 illustre une conduite 10 comprenant de l'intérieur vers l'extérieur une carcasse 12 en feuillard formé et agrafé, une gaine d'étanchéité interne polymérique 14, une voûte métallique 16 constituée par l'enroulement en hélice a pas à court d'au moins un fil métallique de forme, ici en zêta auto-agraphé, un ensemble 18 constitué d'une paire de nappe d'armures croisées, une interne 20 et une externe 22, d'enroulement a pas long en sens inverse inférieur à 60°, et une gaine d'étanchéité externe polymérique 24.
Ainsi, alors que les nappes d'armure croisées 20, 22 que l'on détaillera ci-après, permettent à la conduite 10 de résister aux efforts de traction axiale dans le sens longitudinal de la conduite 10, l'ensemble structurel cylindrique, de la carcasse 12 à Ia voûte métallique 16, permet lui, à la conduite de résister aux efforts radiaux. La nappe d'armure interne 20 est constituée d'une pluralité de fils d'armure 26, enroulés parallèlement en hélice à pas long autour de la voûte métallique 16. Les fils d'armures 26 ici au nombre de 32, forment un angle a inférieur à 60° avec les génératrices G de la voûte métallique 16. Une particularité de ces fils d'armure 26 dont on retrouve une illustration partielle en perspective sur la Figure 2 réside en ce que, d'une part ils sont obtenus par tréfilage et laminage de fils de forme ronds, et d'autre part en ce que leur largeur I est au moins de quatre fois leur épaisseur e, par exemple 4,25 fois.
Ainsi, à partir de fils de forme ronds tréfilés et laminés on obtient en une seule passe à un coût très avantageux des fils d'armure larges dont le rapport l/e est supérieur à quatre. En outre, grâce au tréfilage on obtient aussi des fils dont les propriétés mécaniques sont accrues notamment en termes de dureté et de résistance contrairement à un ruban métallique par exemple obtenu par refendage d'un feuillard. Ce procédé combinant les opérations de tréfilage, de traitement thermique et de laminage à froid permet l'obtention et l'utilisation de fils d'armure larges dont la contrainte à la rupture en traction est supérieure à 900 MPa, avantageusement 1100 MPa, ou de préférence 1400 MPa.
La Figure 3 présente une géométrie de fil particulièrement avantageuse. De part et d'autre des grandes faces 30, 31 , les bords du fil présentent de façon symétrique des faces 32,33 sensiblement planes et perpendiculaires aux grandes faces 30,31. La présence de ces faces planes 32,33 permet d'améliorer le comportement de la nappe d'armures soumise à un effort de compression, en réduisant le risque de chevauchement des fils qui prennent appui les uns contre les autres. En effet, ces faces 32,33 servent d'appui lors des contacts entre fils adjacents. Leur orientation perpendiculaire aux forces et aux déplacements latéraux générés par la compression permet aux fils de prendre appui les uns sur les autres sans risque de chevauchement. De plus, préférentiellement, la hauteur h de ces faces 32,33 est supérieure à 30% de l'épaisseur des fils, avantageusement 40% de façon à améliorer les appuis entre fils voisins pour éviter les risques de chevauchement. En outre, la hauteur h des faces 32, 33 est avantageusement inférieure à 70% de l'épaisseur des fils, et de préférence inférieure à 60%, le restant de l'épaisseur étant occupé par les congés de raccordement 34, 35, 36, 37 avec les grandes faces 30, 31.
Ces fils sont fabriqués, en une ou plusieurs étapes, entre au moins deux paires de cylindres de laminage sensiblement perpendiculaires entre elles et successives, une première paire pour façonner les grandes faces 30, 31 , et une seconde paire perpendiculaire à la première pour façonner les faces 32, 33 desdits bords du fil.
Avantageusement, la rugosité moyenne Ra des faces situées sur les bords desdits fils 32, 33, 34, 35, 36, 37, mesurée selon la norme ISO 4287, est inférieure à 1 ,6. De la sorte, les bords des fils présentent un bon état de surface, ce qui a pour effet d'améliorer la tenue en fatigue des nappes d'armures.
Avantageusement, les grandes faces 30,31 présentent elles aussi une rugosité moyenne Ra inférieure à 1 ,6. De la sorte les efforts de frottement entre couches superposées sont réduits.
Selon un autre mode de réalisation, les fils sont préalablement contrôlés en totalité avec un appareil de contrôle non destructif du type courants de Foucault (Eddy Current Testing en anglais) permettant de détecter des défauts de surface du type fissure, repliure ou paille, ledit appareil étant étalonné pour détecter les défauts de taille inacceptable pour la tenue mécanique du fil.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les fils d'armure, vus en coupe transversale, ont dans leurs quatre coins des congés de raccordement 34, 35, 36, 37 de forme sensiblement arrondie et de rayon moyen supérieur à 0,5mm, avantageusement 1mm.
La nappe d'armures externe 22, représentée sur la Figure 1 , comporte une pluralité de fils d'armures 28 enroulés également parallèlement en hélice et a pas long autour de la nappe d'armures interne 20 dans un sens contraire en formant un angle inférieur à 60° par rapport aux génératrices. Les fils d'armure 28 de la nappe d'armures externe 22 sont, soit identiques aux fils d'armure 26 de la nappe d'armures interne 20 soit de dimensions différentes, par exemple d'un rapport l/e inférieur.
En outre, les fils d'armure 26, 28 des deux nappes d'armures 20, 22, présentent, par exemple, une épaisseur comprise entre deux et neuf millimètres et une largeur comprise entre huit et trente-six millimètre. À titre d'illustration, pour les conduites flexibles adaptées aux eaux dites profondes dont le diamètre intérieur est supérieur à neuf pouces, les fils présentent une section de 3 x 20, 5 x 20 ou de 5 x 22, en millimètres. De plus, sur ce type de conduite donné à titre d'exemple, l'utilisation d'armures présentant le rapport largeur sur épaisseur supérieur ou égale à 4 permet avantageusement de réaliser une conduite dont le nombre de fils par nappe d'armures est inférieur à 40.
Par ailleurs, il est disposé entre les nappes d'armures une couche du type aramide, par exemple sous formé de bandes de kevlar enroulées en hélice le long de la conduite.

Claims

REVENDICATIONS
1. Conduite flexible pour le transport des hydrocarbures comprenant de l'intérieur vers l'extérieur, un ensemble structurel cylindrique (12, 14, 16) adapté à résister aux efforts radiaux et au moins une première nappe d'armures (20) adaptée à résister aux efforts de traction axiale, ledit ensemble structurel cylindrique comprenant un enroulement métallique en hélice à pas court et une gaine d'étanchéité interne polymérique (14), ladite première nappe d'armures comportant une pluralité de fils d'armure (26), lesdits fils d'armure étant constitués de fils métalliques formés et aplatis, lesdits fils d'armure qui présentent une largeur I supérieure à une épaisseur e étant enroulés parallèlement en hélice à pas long autour dudit ensemble structurel (12, 14, 16), lesdits fils (26) formant un angle inférieur à 60° avec les génératrices (G) dudit ensemble structurel ; caractérisée en ce que lesdits fils d'armure (26) présentent un rapport, largeur sur épaisseur l/e, supérieur ou égal à quatre.
2. Conduite flexible selon la revendication 1 , caractérisée en ce que lesdits fils (26) présentent une contrainte à la rupture en traction supérieure à 900 MPa.
3. Conduite flexible selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la rugosité moyenne Ra des faces (32, 33, 34, 35, 36, 37) situées sur les bords desdits fils (26), présente une valeur inférieure à 1 ,6.
4. Conduite flexible selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que lesdits fils (26), vus en section droite, présentent sur leurs deux flancs des faces d'appui (32, 33) sensiblement planes et perpendiculaires à leurs grandes faces (30, 31 ).
5. Conduite flexible selon la revendication 4, caractérisée en ce que la hauteur h des faces d'appui (32, 33) est inférieure à 60% de l'épaisseur desdits fils (26).
6. Conduite flexible selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que lesdits fils (26), vus en section droite, ont dans leurs quatre coins des congés de raccordement (34, 35, 36, 37) de forme sensiblement arrondie et de rayon moyen supérieur à 0,5mm.
7. Conduite flexible selon l'une quelconque des revendications 1 à
6, caractérisée en ce que ladite nappe d'armures (20) comprend moins de quarante fils d'armure (26).
8. Conduite flexible selon l'une quelconque des revendications 1 à
7, caractérisée en ce qu'elle comprend une seconde nappe d'armures (22), les fils d'armure (28) de ladite seconde nappe d'armures étant enroulés en hélice inverse à pas long autour de ladite première nappe d'armure (20), et en ce que le rapport de la largeur sur l'épaisseur des fils d'armure (28) de ladite seconde nappe (22) est inférieur audit rapport largeur sur épaisseur des fils (26) de ladite première nappe (20).
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