WO2010070250A1 - Dispositif d'isolation d'un tube de transport de fluide - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'isolation de tubes de transport de fluide pour l'exploitation de gisements pétroliers ou gaziers, comprenant : une pluralité de noyaux (28) réunis de façon jointive et disposés coaxialement, réalisés en un matériau thermoplastique, de préférence en polypropylène, chaque noyau présentant une section intérieure en forme de contour d'un huit, formant deux cavités circulaires ouvertes l'une sur l'autre; une couche (30) de polytétrafluoroéthylène (PTFE) disposée autour des noyaux et réalisée par enroulement d'un ruban; une gaine (32) réalisée en matière thermoplastique ou élastomère et agencée autour de la couche en PTFE.

Description

Dispositif d'isolation d'un tube de transport de fluide

La présente invention concerne un dispositif d'isolation thermique de tube de transport de fluides, en particulier dans le domaine de l'exploitation de gisements pétroliers ou gaziers sous-marins.

Les tubes de transport de fluide utilisés dans ce domaine sont de deux types : flexibles ou rigides. L'invention concerne plus particulièrement les tubes rigides et leur isolation.

De tels tubes rigides sont généralement constitués par des segments rigides aboutés deux à deux, grâce notamment à des joints formant, entre les segments, des articulations permettant aux tubes de suivre une courbure nécessaire à leur pose et au suivi d'un tracé sur le fond sous-marin.

Les tubes servent généralement au transport de fluide extrait, qui peut être par exemple du gaz liquide ou du pétrole brut, mais aussi de gaz issus du dégazage du puits. Ainsi, il est connu dans l'état de la technique de donner à la section d'un tube une forme en 8 (huit en chiffre arabe), chaque boucle du 8 constituant un conduit. L'un de ces conduits sert alors au transport du fluide extrait tandis que l'autre sert à la récupération des gaz.

Les deux tubes sont soudés l'un sur l'autre par une ligne de soudure longitudinale parallèle à l'axe du tube. Le conduit des gaz est en général plus petit que le conduit transportant le fluide extrait. Des dimensions connues sont de 10 ou 12 pouces (soit entre 25,4 cm ou 30,5 cm) pour le conduit de fluide extrait.

Ces tubes à double conduit doivent respecter un cahier des charges d'isolation thermique précis, justifié par le fait qu'ils sont placés dans l'eau, voire posés sur le fond marin à environ 1 km en-dessous du niveau de la mer, dans une eau à une température d'environ 4°C. Le fluide extrait pénètre dans le tube à environ 58°C et ne doit pas se refroidir trop vite, notamment pour conserver sa fluidité. Après 18h dans le conduit, il doit se trouver encore à au moins 13,9°C.

Les tubes doivent donc comporter une isolation thermique efficace. La présente invention propose un dispositif d'isolation thermique à cet effet.

L'invention a pour objet un dispositif d'isolation thermique de tubes de transport de fluide pour l'exploitation de gisements pétroliers ou gaziers, comprenant au moins un tronçon tubulaire présentant : une pluralité de noyaux réunis de façon jointive et disposés coaxialement, réalisés en un matériau thermoplastique, de préférence en polypropylène, chaque noyau présentant une section intérieure en forme de contour d'un huit, formant deux cavités circulaires ouvertes l'une sur l'autre, une couche de polytétrafluoroéthylène (PTFE), notamment en polytétrafluoroéthylène basse densité (PTFEBD) disposée autour des noyaux et réalisée de préférence par enroulement d'un ruban, une gaine réalisée en matière thermoplastique ou élastomère et agencée autour de la couche en PTFE.

Ce dispositif d'isolation permet d'assurer une isolation efficace des conduits d'extraction. Ce dispositif d'isolation est en outre robuste et facile à installer sur les conduits d'extraction.

En effet, les noyaux en matériau expansé permettent l'isolation thermique des conduits. Le fait que la couche d'isolation est constituée de plusieurs noyaux aboutés permet d'obtenir un dispositif d'une longueur satisfaisante et adaptée à l'utilisation qui est faite du dispositif, par exemple 12 m de long lorsque le dispositif est mis en place sur une tour d'extraction, sans pour autant que la fragilité du dispositif ne soit augmentée et sa manipulation soit plus difficile.

En outre, la couche en PTFE augmente la résistance mécanique du dispositif et la cohésion entre les différents noyaux. De plus, la faible conductivité thermique de cette couche en PFTE, du fait du matériau dont elle est constituée permet de concourir à l'isolation thermique des conduits d'extraction.

Enfin, la gaine en matière thermoplastique, étanche, permet de protéger les autres couches du dispositif contre l'environnement extérieur auquel il est soumis, notamment contre les agressions mécaniques telles que les charges radiales subies du fait des courants marins. Du fait de la présence des noyaux, le ruban n'est de plus pas soumis aux charges axiales durant son montage et sa mise en service autour des conduits de fluide.

Ainsi, le dispositif selon l'invention offre une isolation efficace et une bonne tenue mécanique durant son installation ou en service.

Le dispositif selon l'invention peut également comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques de la liste suivante : les noyaux forment des anneaux présentent une section extérieure circulaire, ce qui permet notamment de faciliter l'enroulement du ruban autour des noyaux, les noyaux sont réalisés en un matériau thermoplastique expansé, par exemple en polypropylène expansé, Ia gaine est une gaine thermorétractable. Une telle gaine est placée sur l'ensemble des noyaux et du ruban dans un état relâché dans lequel elle ne serre pas l'ensemble. Ensuite, elle est soumise à un traitement thermique qui entraîne la compression de la gaine, jusqu'à ce qu'elle compresse radialement l'ensemble du ruban et des noyaux. Une telle gaine est avantageuse car elle permet d'appliquer sur les noyaux et le ruban des forces radiales satisfaisantes et d'augmenter ainsi la tenue du ruban, tout en étant facile à installer sur l'ensemble des noyaux et du ruban, les noyaux sont directement reliés entre eux, de préférence par encliquetage. De cette façon, les noyaux étant reliés entre eux autrement que par le seul ruban, la tenue du dispositif est améliorée. En outre, la fixation par encliquetage permet un montage facile des noyaux, sans devoir faire appel à des outils ou des matériaux supplémentaires et est de ce fait très avantageuse, la couche en PTFE est agencée directement autour des noyaux et/ou la gaine est agencée directement sur la couche en PTFE, un noyau d'extrémité étant agencé à au moins une extrémité du tronçon. Le noyau d'extrémité est au moins partiellement réalisé en un matériau plastique apte à être lié par collage ou soudage. Le noyau d'extrémité permet la liaison d'un tronçon du dispositif d'isolation avec un tronçon voisin du dispositif d'isolation ou un joint dit « joint long » si la géométrie des tubes nécessite la présence d'un tel joint. Une telle liaison permet d'éviter l'infiltration d'eau jusqu'au conduit entre les joints et les dispositifs d'isolation. Grâce à de tels noyaux d'extrémité, qui peuvent être réalisés partiellement ou intégralement en d'autres matériaux qu'un matériau expansé, l'isolation des conduits est améliorée, le noyau d'extrémité comprend au moins une partie de diamètre supérieur aux autres noyaux de la pluralité et non recouverte par la couche de PTFE. Cette partie est plus particulièrement l'extrémité libre du noyau externe, qui n'est liée à aucun autre noyau. Ainsi, la dimension de l'extrémité libre du noyau externe n'est pas limitée par la présence du ruban. Le diamètre sur lequel ce noyau est relié au noyau voisin ou au joint long est donc susceptible d'être plus important. Ainsi, la liaison entre les différents éléments a une meilleure tenue dans le temps. De plus, même à l'interface -A- des différents tronçons du dispositif d'isolation, la distance entre le conduit et l'eau de l'environnement extérieur reste de ce fait plus importante, en particulier, le noyau d'extrémité est conformé en champignon et comprend un corps, de dimensions sensiblement égale à celles d'un noyau voisin, et une tête de diamètre supérieur au corps, la gaine étant agencée sur une surface latérale de la tête du noyau d'extrémité. De cette façon, le ruban est complètement protégé de l'environnement extérieur. Le ruban est en effet agencé uniquement autour du corps du noyau d'extrémité et est protégé par la tête du noyau d'extrémité selon la dimension longitudinale du dispositif et par la gaine selon la dimension radiale de celui-ci. Ainsi, l'étanchéité du dispositif est améliorée et même à l'extrémité de celui-ci, il n'y a pas d'infiltrations entre les rubans. Il est pour cela préférable que le matériau de la tête du noyau d'extrémité soit étanche et que la gaine soit agencé sur celui-ci de sorte qu'elle exerce une forte pression radiale.

La présente invention a également pour objet un dispositif d'isolation thermique de tubes de transport de fluides pour l'exploitation de gisements pétroliers ou gaziers, composé d'un tronçon tubulaire présentant les caractéristiques suivantes: intérieurement, il est constitué d'une succession d'anneaux en polypropylène expansé réunis de façon jointive et disposés coaxialement, chaque anneau présentant une section intérieure en forme de contour d'un huit, formant deux cavités circulaires, ouvertes l'une sur l'autre, et une section extérieure circulaire, autour de ces anneaux, directement sur l'enveloppe tubulaire circulaire des anneaux, une couche de polytétrafluoroéthylène basse densité (PTFEBD) par exemple obtenue par enroulement croisé d'un ruban de PTFEBD, autour de la couche de PTFEBD, directement sur celle-ci, une gaine en matière thermoplastique, de préférence thermorétractable.

La présente invention a également pour objet une tour d'extraction de fluide de fluide pour l'exploitation de gisements pétroliers, comprenant un tube de transport de fluide comportant deux conduits coaxiaux et au moins un dispositif d'isolation du tube selon l'invention dans lequel la section intérieure des noyaux est agencée sur le tube et est de section interne complémentaire de la section externe du tube.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels : Ia figure 1 représente une vue en coupe d'une tour d'extraction selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue en perspective d'un tube de transport de fluide muni de dispositifs d'isolation selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3A est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif d'isolation selon la figure 2, la figure 3B est une vue détaillée de l'extrémité du dispositif de la figure 3A, la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un dispositif d'isolation selon un mode de réalisation de l'invention, mis en place sur un tube de transport de fluide.

On a représenté sur la figure 1 une tour d'extraction 10. Une telle tour comprend un premier tube 12 qui ne sera pas décrit ici et permettant l'injection d'un fluide dans le gisement. Elle comprend également une deuxième tube 14 d'extraction, relié au premier tube à l'aide de gabarits de guidage 16. Le deuxième tube 14 comprend plus particulièrement un premier conduit 18 et un deuxième conduit 20, de diamètre inférieur à celui du premier conduit 18. Le premier conduit 18 permet le transport du fluide extrait, notamment du pétrole alors que le deuxième conduit permet le transport des gaz issus du dégazage du puits. Ils sont soudés l'un à l'autre le long d'une ligne de soudure s'étendant selon la direction longitudinale des conduits 18, 20. Le tube 14 présente donc une section externe transversale en 8, comme on le voit mieux sur la figure 4.

Comme on le voit sur la figure 1 , le tube est entouré d'un dispositif d'isolation 22. Ce dispositif d'isolation est représenté plus particulièrement à la figure 2. Il est composé d'une pluralité de tronçons d'isolation 24 sous forme de module reliés entre eux et également de joints longs tels que 26 placés entre les tronçons d'isolation, agencés notamment au niveau des changements de direction du tube. On ne décrira pas plus avant les joints longs dans cette demande.

On va maintenant décrire un tronçon d'isolation 24 plus en détails en référence à la figure 3. Un tel tronçon comprend une pluralité de noyaux intérieurs 28 réalisés en matériau plastique expansé, notamment en polypropylène expansé, et identiques. Ces noyaux présentent une section interne en forme de 8, comprenant deux cavités ouvertes l'une sur l'autre, de façon à former un conduit longitudinal pour permettre le passage du tube 14. Sa section interne est de forme complémentaire de celle des tubes, comme on peut le voir sur la figure 4. La section externe des noyaux 28 est circulaire. Les noyaux internes 28 sont disposés coaxialement de façon jointive et sont reliés entre eux à l'aide de moyens mécaniques ménagés dans ceux-ci, notamment par encliquetage de leurs extrémités, à l'aide d'éléments de forme complémentaire classiques, non représentés sur les figures. Ils présentent ainsi une bonne résistance à la séparation en cas de sollicitation axiale par l'intérieur.

Chaque tronçon 24 comprend également une couche 30 directement agencée sur les noyaux 28 et réalisée en PTFE (polytétrafluoroéthylène), notamment en PTFEBD (polytétrafluoroéthylène basse densité) par enroulement d'un ruban de PTFEBD. Un tel ruban est d'épaisseur supérieure à 50 micromètres, notamment égale à 500 micromètres, d'une largeur de 100mm et de densité égale à 0.9. Il est enroulé de façon à recouvrir plusieurs fois chaque noyau 28. Pour accroître la rigidité du dispositif, un croisement des enroulements, avec un angle d'enroulement du ruban déterminé par l'homme du métier en fonction de la rigidité recherchée, peut être avantageux.

Chaque tronçon 24 du dispositif 22 comprend également une gaine thermorétractable 32, réalisée en matériau thermoplastique et entourant directement la couche 30, de façon à assurer la protection de l'ensemble comprenant la couche 30 et les noyaux 28.

Chaque tronçon 24 comprend également des noyaux d'extrémités 34, à chacune de ses extrémités longitudinale. Chaque noyau d'extrémité 34 est de forme différente des noyaux 28. Il est conformé en champignon et comprend un corps 36 de même dimension radiale que les noyaux 28 et une tête 38 ayant les mêmes dimensions que les dimensions extérieures du tronçon 24.

Le corps 36 et la tête 38 du noyau d'extrémité sont séparés par un épaulement 40 et le corps est recouvert de la couche 30, contrairement à la tête 38 de ce noyau. L'épaulement 40 marque la limite de la couche 30 selon la direction longitudinale du dispositif.

Comme on le voit mieux sur la figure 3B, la gaine 32 est mise en place de façon à recouvrir partiellement une surface latérale de la tête 38 du noyau d'extrémité 34. Cet agencement permet une meilleure tenue de la gaine 32 sur le dispositif ainsi qu'une meilleure étanchéité et une meilleure isolation du dispositif.

Le noyau d'extrémité 38 est réalisé en un matériau à bon pouvoir soudable ou collable physiquement ou mécaniquement. Il peut ainsi être facilement relié à un noyau identique d'un autre tronçon 24 ou à un joint long 26.

Le tronçon présente une dimension selon la direction longitudinale correspondant à 12m environ et présente un diamètre externe compris entre 400 et 600 mm en fonction de la dimension transversale du tube. L'épaisseur minimale du tronçon, correspondant à la distance minimale entre la section interne et la section externe de celui-ci peut être comprise entre 30 et 80 mm selon le type du tube et les dimensions de celui-ci.

Un tronçon est fabriqué en reliant les noyaux entre eux puis en entraînant l'ensemble des noyaux en rotation sur un mandrin de section extérieure de même forme, au jeu d'enroulement près, que la section intérieure des noyaux, pour l'enroulement des rubans. La section en 8 des noyaux permet l'entraînement en rotation de l'ensemble des noyaux, facilitant ainsi la mise en place du ruban sur celui-ci. La gaine 32 est ensuite placée sur l'ensemble des noyaux muni des rubans enroulés et est soumise à un traitement thermique entraînant sa rétractation de façon à compresser l'ensemble. Le dispositif selon l'invention n'est pas limité au dispositif tel que décrit ci-dessus.

Les matériaux des noyaux ne sont en effet pas limités à ce qui a été décrit ci- dessus. Les noyaux peuvent par exemple être réalisés en un matériau thermoplastique non expansé. De même, les dimensions et la forme des tronçons du dispositif ne sont pas limitées à ce qui a été décrit ci-dessus. Le dispositif peut également ne pas comprendre de joints longs.

En outre, le dispositif peut ne pas comprendre des noyaux d'extrémités tels que ceux décrits. De tels noyaux d'extrémités peuvent également être de structure différente de celle décrite.

Les noyaux 28 peuvent en outre ne pas être reliés directement entre eux mais uniquement par l'intermédiaire du ruban. Ils peuvent également être reliés entre eux à l'aide de moyens de fixation autre que par encliquetage.

La gaine 32 peut également ne pas être thermorétractable. Elle peut également être réalisée en un matériau autre que celui décrit, par exemple en un matériau élastomère.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif (22) d'isolation thermique de tubes (14) de transport de fluide pour l'exploitation de gisements pétroliers ou gaziers, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un tronçon tubulaire présentant : une pluralité de noyaux (28) réunis de façon jointive et disposés coaxialement, réalisés en un matériau thermoplastique, de préférence en polypropylène, chaque noyau présentant une section intérieure en forme de contour d'un huit, formant deux cavités circulaires ouvertes l'une sur l'autre, une couche (30) de polytétrafluoroéthylène (PTFE), notamment de polytétrafluoroéthylène basse densité (PTFEBD), disposée autour des noyaux et réalisée de préférence par enroulement d'un ruban, une gaine (32) réalisée en matière thermoplastique ou élastomère et agencée autour de la couche en PTFE.

2. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les noyaux (28) forment des anneaux présentent une section extérieure circulaire.

3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la gaine (32) est une gaine thermorétractable.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les noyaux (28) sont reliés directement entre eux, de préférence par encliquetage.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche (30) en PTFE est agencée directement autour des noyaux (28).

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la gaine (32) en matière thermoplastique est agencée directement sur la couche (30) en

PTFE.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un noyau d'extrémité (34) est agencé à au moins une extrémité du tronçon, le noyau d'extrémité étant au moins partiellement réalisé en un matériau plastique apte à être lié par collage ou soudage.

8. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le noyau d'extrémité (34) comprend au moins une partie (36), de préférence l'extrémité libre de celui-ci, de diamètre supérieur aux autres noyaux (28) de la pluralité et non recouverte par la couche de PTFEBD.

9. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le noyau d'extrémité (34) est conformé en champignon comprenant un corps (36), de dimensions sensiblement égale à celles d'un noyau voisin, et une tête (38) de diamètre supérieur au corps, la gaine (32) étant agencée sur une surface latérale de la tête du noyau d'extrémité.

10. Tour d'extraction de fluide pour l'exploitation de gisements pétroliers, comprenant un tube (14) de transport de fluide comportant deux conduits (18, 20) coaxiaux et au moins un dispositif d'isolation (22) du tube (14) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la section intérieure des noyaux est agencée sur le tube et est de section interne complémentaire de la section externe du tube.