WO2015189291A1 - Raidisseur de courbure pour un élément allongé destiné a être introduit dans une étendue d'eau - Google Patents

Raidisseur de courbure pour un élément allongé destiné a être introduit dans une étendue d'eau Download PDF

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WO2015189291A1
WO2015189291A1 PCT/EP2015/062973 EP2015062973W WO2015189291A1 WO 2015189291 A1 WO2015189291 A1 WO 2015189291A1 EP 2015062973 W EP2015062973 W EP 2015062973W WO 2015189291 A1 WO2015189291 A1 WO 2015189291A1
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WO
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stiffener
deformation
assembly
sensor
measuring sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/062973
Other languages
English (en)
Inventor
Pedro QUEIROS
Henri Morand
Original Assignee
Technip France
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Filing date
Publication date
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Priority to BR112016028951-0A priority patent/BR112016028951B1/pt
Priority to EP15727676.7A priority patent/EP3155204B1/fr
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Classifications

    • 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
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/01—Risers
    • E21B17/017—Bend restrictors for limiting stress on risers

Definitions

  • Curvature stiffener for an elongated element intended to be introduced into a body of water
  • the present invention relates to a curvature stiffener for an elongated member for insertion into a body of water, comprising:
  • a body delimiting a central passageway through the elongated element, with a central axis
  • a reinforcement assembly of the body at least partially received in the body, the reinforcement assembly including at least one circumferential region extending around the central axis;
  • At least one sensor for measuring a deformation within the stiffener.
  • the stiffener is intended to be mounted around an elongated element intended to be introduced at least partially into a body of water, to limit the local curvature of a region of this element.
  • the elongated element is for example a flexible pipe, in particular an unbonded flexible pipe intended for the transport of hydrocarbons across an expanse of water, such as an ocean, a sea or a lake. or a river.
  • a flexible pipe is for example made according to the normative documents API 17J (Specification for Unbounded Flexible Pipe) and API RP 17B (Recommended Practice for Flexible Pipe) established by the American Petroleum Institute.
  • the flexible pipe is generally formed of a set of concentric and superimposed layers. It is considered as "unbound" in the sense of the present invention since at least one of the layers of the pipe is able to move longitudinally relative to the adjacent layers during bending of the pipe.
  • an unbonded pipe is a pipe devoid of binding materials connecting layers forming the pipe.
  • the conduit is generally disposed across an expanse of water between a bottom assembly for collecting fluid operated in the bottom of the body of water and a floating surface assembly for collecting and delivering fluid.
  • the surface assembly may be a semi-submersible platform, an FPSO or other floating assembly.
  • a stiffener formed for example by a polymer body, is mounted around the pipe.
  • the stiffener locally limits the displacements of the pipe and guarantees the absence of local deformation beyond an acceptable limit.
  • An object of the invention is to provide a non-intrusive system for monitoring the deformations of a stiffener disposed around an elongate element and / or an elongate element at a stiffener.
  • the subject of the invention is a stiffener of the aforementioned type, characterized in that the or each deformation measuring sensor is carried by the reinforcement assembly of the body.
  • the tip according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination:
  • the reinforcing assembly comprises a frame at least partially embedded in the body, the frame comprising longitudinal reinforcing members, the longitudinal reinforcing members being advantageously connected to each other by a circumferential connecting member, at least one measuring sensor. deformation being carried by the frame;
  • At least one longitudinal reinforcing member carries a deformation measuring sensor
  • the reinforcing assembly defines a receiving orifice of the deformation measuring sensor, the deformation measuring sensor being disposed in the receiving orifice;
  • At least two deformation measuring sensors are spaced longitudinally in the reinforcement assembly; at least two deformation measuring sensors are spaced radially or angularly with respect to the central axis in the reinforcement assembly;
  • the or each deformation measuring sensor comprises a strain gauge suitable for being powered electrically
  • the reinforcement assembly is metallic
  • it comprises at least one sensor for measuring the temperature carried by the reinforcing assembly.
  • the invention also relates to a method of monitoring the behavior of a stiffener disposed around an elongated element, the method comprising the following steps:
  • determining a local curvature of the stiffener on the basis of the stress determined from the measurements made by the or each strain measurement sensor.
  • the method according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination:
  • the stiffener comprises a plurality of spaced deformation measuring sensors spaced in the reinforcement assembly, the method comprising the measurement of the deformation undergone by each deformation measuring sensor;
  • the strain measurement sensors comprises a step of dividing the stress obtained from the measurements made by the strain measurement sensors into three stress components comprising a membrane component, a flexural component, and a peak component, advantageously by a mathematical method constraint linearization;
  • it comprises a step of validating a curvature profile of the stiffener determined on the basis of the stresses obtained from the deformation measurements carried out with the aid of the or each deformation measuring sensor, the validation step comprising the determining a type of load applied to the stiffener from at least one of the stress components obtained at the dividing step; it comprises a step of filtering the stress values obtained from the measurements made by the or each strain measurement sensor, to obtain filtered values of stress, then a step of determining a local deformation of the stiffener on the basis of filtered values of constraint.
  • FIG. 1 is a partial view, taken in section along a median axial plane, of the relevant parts of a fluid operating system having a curvature stiffener according to the invention
  • FIG. 2 is a partial perspective view of the internal framework of the curvature stiffener of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a side view of a longitudinal reinforcement member of the frame of FIG. 2, provided with a plurality of deformation measuring sensors spaced longitudinally from each other;
  • FIG. 4 is a section along a transverse plane of the longitudinal reinforcement members of the frame of Figure 2, each provided with a plurality of deformation measuring sensors angularly spaced about the longitudinal axis;
  • FIG. 5 is a view similar to FIG. 4, in which each longitudinal member is provided with a plurality of deformation measuring sensors spaced radially around the longitudinal axis;
  • FIG. 6 illustrates a deformation measurement sensor formed by an electric macroscopic strain gauge
  • FIG. 7 illustrates a strain measurement sensor formed by a micrometric or nanometric stress gauge
  • FIG. 8 illustrates the division of the stress calculated from the measurements made by a series of three-component strain measurement sensors, using a stress linearization method, in a first treatment method according to FIG. invention
  • FIG. 9 is a partial view, taken in section along a median axial plane, of the relevant parts of a fluid operating system having a curvature stiffener, according to an alternative embodiment of the invention.
  • FIG. 1 The relevant parts of a first fluid operating installation 10 according to the invention through a body of water 12 are illustrated in FIG.
  • the body of water 12 is, for example, a sea, a lake or an ocean.
  • the depth of the water extent 12 to the right of the fluid operating installation 10 is for example between 500 m and 3000 m.
  • the fluid operating installation 10 comprises a set of surface, in particular floating, and a set of bottom (not shown).
  • the installation 10 comprises an elongate element 14 connecting the bottom assembly to the surface assembly and at least one curvature stiffener 16 according to the invention, mounted around a section of the elongated element 14.
  • the surface assembly comprises a connector (not shown) for connecting the elongated element 14, and advantageously, as illustrated in FIG. 1, a mounting element 18 of the stiffener 16, on which the stiffener 16 is intended to be fixed.
  • the mounting element 18 is for example a guide tube of the elongate element 14, such as an I-tube or a J-tube, projecting downwards in the body of water 12.
  • the elongated element 14 is a flexible pipe.
  • the flexible pipe delimits a plurality of concentric layers around the axis A-A ', in particular at least a first sheath based on polymeric material advantageously constituting a pressure sheath and at least one layer of tensile armor disposed externally relative to at the first sheath.
  • the curvature stiffener 16 comprises a body 20 of revolution about an axis A-A 'of the elongated element 14.
  • the curvature stiffener 16 further comprises a flange 26 for connection to the mounting element 18, fixed on the internal framework 22 and on the insert 24.
  • the curvature stiffener 16 comprises an instrumentation 27 for monitoring the local deformation of the body 20, carried partially by the reinforcing assembly.
  • the body 20 is made of a more rigid material than the elongated element 14. It is for example made of plastic material, especially polyurethane.
  • the body 20 is intended to limit the bending amplitude of the elongated element 14 at the section received in the body 20, to define a minimum radius of curvature without plastic deformation (or "MBR") minimum at this section .
  • the minimum radius of curvature is for example greater than 3 m.
  • the body 20 here comprises a substantially cylindrical upper section 28 and a frustoconical lower section 30 of decreasing cross-section away from the upper section 28.
  • the length of the body 20 taken along the axis A-A ' is for example between 500 mm and 8 m.
  • the body 20 delimits an axial through-hole through which the elongate element 14 passes, opening at the axial ends of the body 20.
  • the frame 22 is at least partially embedded in the body 20. It is made of metal.
  • the frame 22 comprises a plurality of longitudinal reinforcement members 34 held in position relative to one another by being fixed to the connection flange 26.
  • the reinforcing members 34 are angularly separated from one another. They delimit between them intermediate spaces folded by the body 20.
  • the frame 22 further comprises a circumferential connecting member 36 connecting the longitudinal members 34 between them.
  • Each longitudinal member 34 extends along an axis B-B '(visible in Figure 3) substantially parallel to the axis ⁇ - ⁇ '. It is preferably arranged in the cylindrical portion 28 of the body 20.
  • Each longitudinal member 34 comprises a base 38, a longitudinal frame 40, and a head 42 for assembling the flange 26, delimiting the free end of the longitudinal member 34.
  • the base 38 tapers away from the connection flange 26.
  • the longitudinal chord 40 is embedded in the body 20, away from the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the body 20.
  • the head 42 protrudes from the frame 40 out of the body 20. It advantageously comprises a thread, to allow the attachment of a bolt 44 retaining the flange 26, visible in Figure 1.
  • the circumferential connecting member 36 comprises a closed torus of axis A-A '.
  • the circumferential connecting member 36 forms a circumferential region of the reinforcement assembly.
  • the circumferential region extends around the axis AA 'over an angular extent greater than 90 °, in particular greater than 180 ° and here equal to 360 °. It is located radially away from the axis A-A '.
  • the circumferential connecting member 36 is here completely embedded in the body 20 being disposed away from the inner peripheral surface, the outer peripheral surface and the upper transverse surface of the body 20.
  • each longitudinal member 34 is integral with the circumferential member.
  • Each longitudinal member 34 protrudes axially from the circumferential member 36.
  • the peripheral insert 24 is advantageously metallic. It comprises an inner skirt 50 disposed in the body 20 at the periphery of the axial lumen 32, in the upper portion 28 of the body 20, an outer skirt 52 disposed on the outer peripheral surface of the body 20, and a transverse outer wall 54 connecting the inner skirt 50 to the outer skirt 52.
  • the skirts 50, 52 are of revolution about the axis A-A ', circumferentially around the axis A-A'.
  • the outer wall 54 is applied to the outer transverse surface of the body 20.
  • Each skirt 50, 52 forms a circumferential region of the reinforcement assembly.
  • the circumferential region extends around the axis A-A 'over an angular extent greater than 90 °, in particular greater than 180 ° and here equal to 360 °. It is located radially away from the axis A-A '.
  • connection flange 26 here comprises a cylindrical base 56 pressed against the inner skirt 50 of the insert 24, and a connecting collar 58, of revolution about the axis A-A '.
  • the cylindrical base 56 and the connecting flange 58 form only one piece.
  • the heads 42 of the longitudinal members 34 are inserted through the outer wall 54 and the flange 58.
  • the bolts 44 hold the insert 24 and the connecting flange 26 pressed against the outer transverse surface of the body 20.
  • connection flange 26 forms a circumferential connection member between the reinforcing members 34.
  • the instrumentation 27 comprises a plurality of deformation measuring sensors 60, which are here borne by the frame 22, and a processing unit 62 connected to the deformation measuring sensors 60.
  • the strain measurement sensors 60 are electrical or optical sensors. They are able to generate an electrical or optical signal representative of the local deformation generated by a (or) constraint (s) applying to the stiffener
  • each strain measurement sensor 60 is formed by a macroscopic strain gauge or resisitive strain gauge, of size greater than 1 mm, and advantageously smaller than 30 mm, which is received in an orifice formed in the frame 22.
  • the resistive strain gauge is a gauge with metal or semiconductor frames.
  • the sensors are microsensors or nanosensors which are integrated in the form of a metal layer on the surface or in the body of the framework 22.
  • the sensors are, for example, Wheatstone bridges 66 or resistors 68 with an integrated circuit.
  • each deformation measuring sensor 60 of the optical sensor type is for example an optical fiber sensor in which Bragg gratings are printed.
  • each strain measurement sensor 60 is an inductive type displacement sensor such as a sensor of the linear variation differential converter (LVDT) type (Linear Variable Differential Transformer), a frequency-type sensor. such as a vibrating wire sensor or a capacitive type sensor.
  • LVDT linear variation differential converter
  • a frequency-type sensor such as a vibrating wire sensor or a capacitive type sensor.
  • each of the sensors is mainly defined by its qualities of precision and resolution.
  • the accuracy of a sensor is defined by the percentage difference that can be obtained between the actual value and the measured value at the output of the sensor. The smaller the gap, the more accurate the sensor.
  • the resolution of a sensor corresponds to the smallest variation of the quantity to be measured, which the sensor is able to detect.
  • a deformation measurement sensor 60 of the vibrating wire type with regard to its limits of use as well as the mechanical properties of the element on or in which it is arranged, in our case, the body of the frame 22 or the longitudinal members 64, it is possible to deduce the accuracy and the resolution that can be obtained.
  • the quality of precision that can be obtained for this type of sensor is in a range of values of the order of ⁇ 0.5%, in particular ⁇ 0 , 25%.
  • the quality of the resolution that can be obtained is of the order of a few tenths of micrometers, in particular of the order of 1 micrometer.
  • the strain measurement sensors 60 are carried by the longitudinal members 34.
  • the deformation measuring sensors 60 are spaced longitudinally from each other along the axis BB 'of each longitudinal member 34.
  • the deformation measuring sensors 60 are further arranged next a line parallel or coincident with the axis B-B '.
  • the linear density of sensors 60 along the axis B-B ' is for example between 1 sensor per millimeter and 1 sensor per 10 millimeter.
  • the presence of a plurality of deformation measuring sensors 60 spaced longitudinally from each other enriches the information obtained with the aid of the instrumentation 27, to determine a stress profile applying along each longitudinal member 34.
  • strain measurement sensors 60 are further spaced angularly about the axis A-A 'in a cross section relative to the axis B-B', as illustrated in FIG. 4.
  • strain measurement sensors 60 are spaced radially with respect to the axis A-A 'in a cross section relative to the axis B-B', as illustrated by FIG. 5.
  • At least one first group of deformation measuring sensors 60 located at a first height along the axis B-B ', is arranged in the configuration of FIG. 4, with an angular spacing around the axis A-A '.
  • At least a second group of strain measuring sensors 60 located at a second height along the axis B-B ', is arranged in the configuration of FIG. 5, with a radial spacing between the sensors 60.
  • strain measurement sensors 60 are carried by the circumferential connecting member 36.
  • the processing unit 62 comprises a processing processor and a memory containing a module 80 for receiving the instantaneous deformation measurements taken by the strain measurement sensors 60, a module 82 for storing the received measurements. , and a module 84 for calculating an instantaneous local curvature of the stiffener 16, on the basis of the measurements received.
  • the processing unit 62 furthermore advantageously comprises a strain linearization module 86 along the successive sections of each longitudinal member 34, and a module 88 for validating the data obtained by the calculation module 84 on the basis of the linearization of constraint carried out along the successive sections.
  • the receiving module 80 is adapted to receive, at a chosen frequency, for example between one measurement per second and one hundred measurements per second, the measurements received from each deformation measurement sensor 60 of the instrumentation 27. It is suitable for assigning to each of the measurements received a location information of the sensor 60 and information relating to the moment at which the measurement is made.
  • the storage module 82 is able to store all the instantaneous measurements received by the module 80, with a view to their instantaneous or subsequent processing.
  • the calculation module 84 is able to establish from the measurements made by each sensor 60 at a given moment a mapping of the stresses undergone by and along the longitudinal members 34 and therefore to determine the curvature profile of the stiffener 16 along each longitudinal member 34 at this given instant, on the basis of a mathematical model.
  • the calculation module 84 comprises a data filter, capable of eliminating measurements of amplitude less than a predefined constraint threshold, in order to limit the processing time by the processor, in particular for instantaneous processing.
  • the linearization module 86 is capable of dividing the total stress obtained from the measurements of each sensor 60 at a given instant into three components comprising a membrane component M, a flexural component B, and a peak component P (visible on Figure 8), by a mathematical method of constraint linearization.
  • the validation module 88 is able to determine the type of initial load applied at a given moment on the stiffener 16, on the basis of the values of the three components M, B, P obtained from the linearization module 86.
  • the validation module 88 is thus able to determine whether the applied load is axial or transverse.
  • a flat curvature profile dominated by the membrane component M is representative of an axial load.
  • a curvature profile curved and dominated by flexural component B is representative of a transverse load.
  • the validation module 88 is thus able to remove any ambiguity on the curvature profile calculated from the constraints established from the measurements made by each strain measurement sensor 60, in the case where several curvature profiles are susceptible to generate the same stress distribution, depending on the type of load applied.
  • this data is entered in the input parameters of a program of a software package. Finite Element Calculation (or Finite Element Analysis). Then we launch the program and wait for the results of the analysis, the results to model and calculate the deformations generated by the previously determined load and therefore the curvature profile of the stiffener 16.
  • the constraint linearization method works as a comparison and validation tool when used in parallel with finite element calculation software, as well as as a full-fledged tool for directly obtaining the curvature profile of the device.
  • stiffener 16 when used synergistically with the finite element calculation software.
  • a stiffener 16 as described above is provided and is installed around the elongated element 14.
  • the stiffener 16 is immobilized on the mounting element 18.
  • the elongated element 14 is connected to a connector on the surface assembly.
  • the method comprises, at each measurement instant at a frequency advantageously between one measurement per second and one hundred measurements per second, a step of measuring the local deformations undergone by the stiffener 16, with each deformation measuring sensor 60, and receiving each measurement made by the receiving module 80 of the processing unit 62.
  • the measurements received by the reception module 80 are then stored in the memory by the storage module 82 so that they can be used either instantaneously in real time or later on the ground, if all the measurements received by the module reception 80 is too large to be used in real time.
  • a data filtering step is advantageously carried out using a filter to retain the measurements of greater value for example at a given threshold of stress.
  • the calculation power required in the processor of the processing unit 62 is reduced.
  • a mathematical model is used by the calculation module 84 to determine a curvature profile of the stiffener 16 around the frame 22, advantageously along each longitudinal member 34, on the basis of a stress mapping established from the measurements. obtained by the strain measurement sensors 60 spaced along the longitudinal member 34.
  • the local curvature of the stiffener 16 is calculated, based on the individual values measured by each deformation measuring sensor 60 in each determined position along the longitudinal member 34.
  • each total stress obtained from the measurements made by a strain measurement sensor 60 is divided into several components M, B, P, by a mathematical method of stress linearization.
  • the linearization module 86 divides the total stress obtained into three components, namely a membrane component M, a flexural component B, and a peak component P, by a mathematical method of constraint linearization.
  • the linearization module 86 establishes a profile of each component M, B, P along the longitudinal member 34, as illustrated in FIG. 8.
  • the validation module 88 first establishes the type of load applied longitudinally on the stiffener 16.
  • each component M, B, P obtained by linearization at the division stage.
  • the value of each component M, B, P, as well as its distribution along the longitudinal member 34 is advantageously correlated with the type of initial charge.
  • the type of initial charge is chosen for example from an axial load and a transverse load.
  • An axial load generally has a membrane component M of greater value than the flexural components B and P, and a substantially flat distribution.
  • a transverse load generally has a flexural component B greater than the other components M, P and a curved distribution.
  • the validation module 88 thus assigns a type of load applied to the stress profile determined from the deformation measurements made by the strain measurement sensors 60, on the basis of the components M, B, P obtained by linearization at step of division. This removes any ambiguity on the possible curvature profile resulting from the measured stress profile.
  • the determination of the type of load applying to the longitudinal member 34 allows to differentiate between the different profiles of possible curvature.
  • the calculated curvature profile makes it possible to follow continuously the degree of stress applied to the stiffener 16, during the life of the stiffener 16, and to possibly deduce the fatigue of the stiffener and / or the elongated element 14 received in the stiffener 16, by modeling.
  • the stiffener 16 according to the invention is instrumented without changing the structure of the body 20 of the stiffener 16 or the structure of the elongated element 14.
  • the geometry and the dimensions of the stiffener 16 are kept constant, which facilitates the practical use stiffener and avoids at least some requalification steps.
  • the arrangement of the sensors 60 within the frame 22, and in particular in the longitudinal members 34 of the frame 22 allows an accurate determination of the stress field, and as a result of the variations of the curvature profile undergone over time by the stiffener 16.
  • the method according to the invention applies equally in any position of the stiffener 16, that the stiffener 16 is under water or on the surface.
  • the monitoring of the curvature variations of the stiffener 16 is advantageously validated by the determination of the linearized components M, B, P of the stress, by performing a linearization of stress.
  • the calculations for determining the curvature profile are made a posteriori, away from the stiffener 16 in a processing unit 62 that is offset from the stiffener 16.
  • the measurement data are not necessarily filtered. .
  • At least one temperature measuring sensor for example a vibrating wire sensor, a thermocouple or a resistive temperature sensor is disposed in the framework 22 and / or in the insert 50 in the vicinity of a strain measurement sensor 60 for providing temperature data to the mathematical model for calculating curvature profiles.
  • the temperature measurement sensor makes it possible to estimate from which temperature value the stiffener 16 begins to degrade.
  • the sensors 60 are arranged in the insert 50, in particular in the skirt 50, being spaced longitudinally and / or angularly about the axis AA '.
  • the curvature stiffener 16 mounted around the section of the elongate element 14 comprises at least one insert element 23 integral with the internal framework 22.
  • the insert element 23 is made of a material having good mechanical properties in bending and / or elongation, good fatigue resistance and which is resistant to the phenomenon of galvanic corrosion.
  • the metal has a coating.
  • the insert element 23 is integral with the internal framework 22 is for example fixed on the internal frame 22 by welding or by bolting.
  • the number of insert elements 23 that the curvature stiffener 16 comprises depends on its dimensions.
  • the curvature stiffener 16 comprises a minimum number of four insert elements 23.
  • the insert element 23 is for example a metal rod of any cross section.
  • the geometry of the rod is chosen so that it affects as little as possible the bending behavior of the curvature stiffener 16.
  • the metal rod has a circular cross section.
  • each insert element 23 extends linearly parallel to the axis A-A '.
  • Each insert member 23 is located radially between the axis A-A 'and a longitudinal member 34 to which it is attached.
  • the insert elements 23 carry a plurality of strain measurement sensors 60 '.
  • the strain measurement sensors 60 'carried by the insert elements 23 are spaced longitudinally and / or angularly and / or radially from the axis AA 'along each insert element 23.
  • the linear density of sensors 60 'along the insert elements 23 is for example between 1 sensor per millimeter and 1 sensor per 10 millimeters.
  • the strain measurement sensors 60 ' are identical to those of the aforementioned type.
  • the length of the insert element 23 is a function of the length of the curvature stiffener 16.
  • the minimum length chosen is such that it makes it possible to obtain exploitable deformation measurements.
  • the maximum length chosen is such that it does not disturb the bending behavior of the curvature stiffener.
  • the insert member 23 has a length greater than that of the longitudinal member on which it is fixed. It projects downwards beyond the longitudinal member into the body 20, advantageously into the lower section 30.
  • the presence of insert elements 23 comprising strain measurement sensors 60 'in addition to the sensors 60 carried by the longitudinal members 34 of the internal frame 22 does not change in any way the method used to determine the stress field, and consequently the variations of the curvature profile undergone over time by the stiffener 16.

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Abstract

Le raidisseur (16) comporte : - un corps (20) délimitant une lumière centrale (32) de passage de l'élément allongé (14), d'axe central (Α-Α'), - un ensemble (22; 24) de renfort du corps (20), au moins partiellement reçu dans le corps (20), l'ensemble de renfort (22; 24) comportant au moins une région circonférentielle s'étendant autour de l'axe central (Α-Α'), - au moins un capteur de mesure (60) d'une déformation au sein du raidisseur (16); Le ou chaque capteur de mesure de déformation (60) est porté par l'ensemble de renfort (22; 24) du corps (20).

Description

Raidisseur de courbure pour un élément allongé destiné à être introduit dans une étendue d'eau
La présente invention concerne un raidisseur de courbure pour un élément allongé destiné à être introduit dans une étendue d'eau, comportant :
- un corps délimitant une lumière centrale de passage de l'élément allongé, d'axe central ;
- un ensemble de renfort du corps, au moins partiellement reçu dans le corps, l'ensemble de renfort comportant au moins une région circonférentielle s'étendant autour de l'axe central ;
- au moins un capteur de mesure d'une déformation au sein du raidisseur.
Le raidisseur est destiné à être monté autour d'un élément allongé destiné à être introduit au moins partiellement dans une étendue d'eau, pour limiter la courbure locale d'une région de cet élément.
L'élément allongé est par exemple une conduite flexible, en particulier une conduite flexible de type non liée (« unbonded ») destinée au transport d'hydrocarbures à travers une étendue d'eau, tel qu'un océan, une mer, un lac ou une rivière.
Une conduite flexible est par exemple réalisée suivant les documents normatifs API 17J (Spécification for Unbonded Flexible Pipe) et API RP 17B (Recommended Practice for Flexible Pipe) établis par l'American Petroleum Institute.
La conduite flexible est généralement formée d'un ensemble de couches concentriques et superposées. Elle est considérée comme « non liée » au sens de la présente invention dès lors qu'au moins une des couches de la conduite est apte à se déplacer longitudinalement par rapport aux couches adjacentes lors d'une flexion de la conduite. En particulier, une conduite non liée est une conduite dépourvue de matériaux liants raccordant des couches formant la conduite.
La conduite est généralement disposée à travers une étendue d'eau, entre un ensemble de fond, destiné à recueillir le fluide exploité dans le fond de l'étendue d'eau et un ensemble de surface flottant destiné à collecter et à distribuer le fluide. L'ensemble de surface peut être une plateforme semi-submersible, un FPSO ou un autre ensemble flottant.
Lorsque la conduite est soumise aux effets de la houle et des courants marins, elle est susceptible de se déformer localement. Ceci est particulièrement le cas au niveau du raccordement de la conduite flexible sur l'ensemble de surface ou sur l'ensemble de fond, compte tenu des mouvements relatifs entre la conduite et l'ensemble sur laquelle elle est raccordée. Pour que la conduite conserve un rayon de courbure supérieur à son rayon de courbure minimal acceptable (« MBR » pour « minimum bending radius » en anglais), un raidisseur, formé par exemple par un corps en polymère est monté autour de la conduite.
Le raidisseur limite localement les déplacements de la conduite et garantit l'absence de déformation locale au-delà d'une limite acceptable.
Cependant, la conduite reste fortement sollicitée, même au niveau du raidisseur. Il est donc pertinent de suivre au cours du temps l'évolution des déformations subies par le raidisseur et par la conduite pour garantir l'intégrité de la conduite.
Pour suivre l'évolution des déformations subies par le raidisseur, il est connu par exemple de WO 2009/156486 de monter autour du raidisseur un chapelet de capteurs disposés dans un harnais.
Un tel montage est très fastidieux à mettre en œuvre, perturbe les opérations d'installation de la conduite et ne reflète pas toujours la déformation exacte du raidisseur, et encore moins de la conduite.
Un but de l'invention est de fournir un système peu intrusif de suivi des déformations d'un raidisseur disposé autour d'un élément allongé ou/et d'un élément allongé au niveau d'un raidisseur.
A cet effet, l'invention a pour objet un raidisseur du type précité, caractérisé en ce que le ou chaque capteur de mesure de déformation est porté par l'ensemble de renfort du corps.
L'embout selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
- l'ensemble de renfort comporte une ossature au moins partiellement noyée dans le corps, l'ossature comprenant des organes longitudinaux de renfort, les organes longitudinaux de renfort étant avantageusement raccordés entre eux par un organe de liaison circonférentielle, au moins un capteur de mesure de déformation étant porté par l'ossature ;
- au moins un organe longitudinal de renfort porte un capteur de mesure de déformation ;
- l'ensemble de renfort délimite un orifice de réception du capteur de mesure de déformation, le capteur de mesure de déformation étant disposé dans l'orifice de réception ;
- il comporte une pluralité de capteurs de mesure de déformation au sein du raidisseur, espacés les uns des autres dans l'ensemble de renfort ;
- au moins deux capteurs de mesure de déformation sont espacés longitudinalement dans l'ensemble de renfort ; - au moins deux capteurs de mesure de déformation sont espacés radialement ou angulairement par rapport à l'axe central dans l'ensemble de renfort ;
- il comporte au moins une ligne de capteurs de mesure de déformation s'étendant axialement, radialement ou circonférentiellement autour de l'axe central dans l'ensemble de renfort ;
- le ou chaque capteur de mesure de déformation comporte une jauge de déformation propre à être alimentée électriquement ;
- l'ensemble de renfort est métallique ;
- il comporte au moins un capteur de mesure de la température porté par l'ensemble de renfort.
L'invention a également pour objet un procédé de suivi du comportement d'un raidisseur disposé autour d'un élément allongé, le procédé comportant les étapes suivantes :
- fourniture d'un raidisseur tel que défini plus haut autour de l'élément allongé ; - mesure d'une déformation subie par le raidisseur à l'aide du ou de chaque capteur de mesure de déformation ;
- avantageusement, détermination d'une courbure locale du raidisseur, sur la base de la contrainte déterminée à partir des mesures effectuées par le ou par chaque capteur de mesure de déformation.
Le procédé selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
- le raidisseur comporte une pluralité de capteurs de mesure de déformation espacés dans l'ensemble de renfort, le procédé comportant la mesure de la déformation subie par chaque capteur de mesure de déformation ;
- il comporte une étape de division de la contrainte obtenue à partir des mesures effectuées par les capteurs de mesure de déformation en trois composantes de contrainte comprenant une composante de membrane, une composante de flexion, et une composante de pic, avantageusement par une méthode mathématique de linéarisation de contrainte ;
- il comporte une étape de validation d'un profil de courbure du raidisseur déterminé sur la base des contraintes obtenues à partir des mesures de déformation effectuées à l'aide du ou de chaque capteur de mesure de déformation, l'étape de validation comportant la détermination d'un type de charge appliquée sur le raidisseur à partir d'au moins une des composantes de contrainte obtenues à l'étape de division ; - il comporte une étape de filtrage des valeurs de contrainte obtenues à partir des mesures effectuées par le ou par chaque capteur de mesure de déformation, pour obtenir des valeurs filtrées de contrainte, puis une étape de détermination d'une déformation locale du raidisseur sur la base des valeurs filtrées de contrainte .
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 annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue partielle, prise en coupe suivant un plan axial médian, des parties pertinentes d'une installation d'exploitation de fluide comportant un raidisseur de courbure selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue partielle en perspective de l'ossature interne du raidisseur de courbure de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue de côté d'un organe longitudinal de renfort de l'ossature de la figure 2, muni d'une pluralité de capteurs de mesure de déformation espacés longitudinalement les uns des autres ;
- la figure 4 est une section suivant un plan transversal des organes longitudinaux de renfort de l'ossature de la figure 2, munis chacun d'une pluralité de capteurs de mesure de déformation espacés angulairement autour de l'axe longitudinal ;
- la figure 5 est une vue analogue à la figure 4, dans laquelle chaque organe longitudinal est muni d'une pluralité de capteurs de mesure de déformation espacés radialement autour de l'axe longitudinal ;
- la figure 6 illustre un capteur de mesure de déformation formé par une jauge électrique de contrainte macroscopique ;
- la figure 7 illustre un capteur de mesure de déformation formé par une jauge électrique de contrainte micrométrique ou nanométrique ;
- la figure 8 illustre la division de la contrainte calculée à partir des mesures effectuées par une série de capteurs de mesure de déformation en trois composantes, à l'aide d'une méthode de linéarisation de contrainte, dans un premier procédé de traitement selon l'invention ;
- la figure 9 est une vue partielle, prise en coupe suivant un plan axial médian, des parties pertinentes d'une installation d'exploitation de fluide comportant un raidisseur de courbure, selon une variante de réalisation de l'invention.
Les parties pertinentes d'une première installation 10 d'exploitation de fluide selon l'invention à travers une étendue d'eau 12 sont illustrées sur la figure 1 . L'étendue d'eau 12 est par exemple, une mer, un lac ou un océan. La profondeur de l'étendue d'eau 12 au droit de l'installation 10 d'exploitation de fluide est par exemple comprise entre 500 m et 3000 m.
L'installation d'exploitation de fluide 10 comporte un ensemble de surface, notamment flottant, et un ensemble de fond (non représentés).
L'installation 10 comprend un élément allongé 14 raccordant l'ensemble de fond à l'ensemble de surface et au moins un raidisseur de courbure 16 selon l'invention, monté autour d'un tronçon de l'élément allongé 14.
L'ensemble de surface comporte un connecteur (non représenté) destiné au raccordement de l'élément allongé 14, et avantageusement, comme illustré sur la figure 1 , un élément de montage 18 du raidisseur 16, sur lequel le raidisseur 16 est destiné à être fixé.
L'élément de montage 18 est par exemple un tube de guidage de l'élément allongé 14, tel qu'un tube en I ou un tube en J, faisant saillie vers le bas dans l'étendue d'eau 12.
Dans cet exemple, l'élément allongé 14 est une conduite flexible.
Des exemples de conduites flexibles sont décrits dans les documents normatifs publiés par l'American Petroleum Institute (API), API 17J, et API RP17B.
La conduite flexible délimite une pluralité de couches concentriques autour de l'axe A-A', notamment au moins une première gaine à base de matériau polymère constituant avantageusement une gaine de pression et au moins une couche d'armures de traction disposée extérieurement par rapport à la première gaine.
Le raidisseur de courbure 16 comporte un corps 20 de révolution autour d'un axe A-A' de l'élément allongé 14.
Il comprend en outre un ensemble de renfort du corps 20, comportant une ossature interne 22 métallique de renfort du corps 20, au moins partiellement noyée dans le corps 20, et avantageusement, un insert périphérique 24 disposé dans le corps 20.
Avantageusement, le raidisseur de courbure 16 comporte en outre une bride 26 de connexion à l'élément de montage 18, fixée sur l'ossature interne 22 et sur l'insert 24.
Selon l'invention, le raidisseur de courbure 16 comporte une instrumentation 27 de suivi de la déformation locale du corps 20, portée partiellement par l'ensemble de renfort.
Le corps 20 est réalisé en un matériau plus rigide que l'élément allongé 14. Il est par exemple réalisé en matière plastique, notamment en polyuréthane.
Le corps 20 est destiné à limiter l'amplitude de flexion de l'élément allongé 14 au niveau du tronçon reçu dans le corps 20, pour définir un rayon minimal de courbure sans déformation plastique (ou « MBR ») minimum au niveau de ce tronçon.
Le rayon de courbure minimum est par exemple supérieur à 3 m. Le corps 20 comporte ici un tronçon supérieur 28 sensiblement cylindrique et un tronçon inférieur 30 tronconique, de section transversale décroissante en s'écartant du tronçon supérieur 28.
La longueur du corps 20, prise le long de l'axe A-A' est par exemple comprise entre 500 mm et 8 m.
Le corps 20 délimite une lumière axiale 32 traversante de passage de l'élément allongé 14, débouchant aux extrémités axiales du corps 20.
L'ossature 22 est au moins partiellement noyée dans le corps 20. Elle est réalisée en métal. L'ossature 22 comporte une pluralité d'organes longitudinaux 34 de renfort maintenus en position les uns par rapport aux autres en étant fixés à la bride de connexion 26.
Les organes de renfort 34 sont séparés angulairement les uns des autres. Ils délimitent entre eux des espaces intermédiaires replis par le corps 20.
Optionnellement, dans l'exemple particulier illustré à la figure 2, l'ossature 22 comporte en outre un organe circonférentiel de liaison 36 raccordant les organes longitudinaux 34 entre eux.
Chaque organe longitudinal 34 s'étend suivant un axe B-B' (visible sur la figure 3) sensiblement parallèle à l'axe Α-Α'. Il est disposé de préférence dans la partie cylindrique 28 du corps 20.
Chaque organe longitudinal 34 comporte une base 38, une membrure longitudinale 40, et une tête 42 d'assemblage de la bride 26, délimitant l'extrémité libre de l'organe longitudinal 34.
Dans cet exemple, la base 38 s'amincit à l'écart de la bride de connexion 26.
La membrure longitudinale 40 est noyée dans le corps 20, à l'écart de la surface périphérique intérieure et de la surface périphérique extérieure du corps 20.
La tête 42 fait saillie à partir de la membrure 40 hors du corps 20. Elle comporte avantageusement un filetage, pour permettre la fixation d'un boulon 44 de retenue de la bride 26, visible sur la figure 1 .
Dans l'exemple de la figure 2, lorsqu'il est présent, l'organe circonférentiel de liaison 36 comporte un tore fermé d'axe A-A'.
L'organe circonférentiel de liaison 36 forme une région circonférentielle de l'ensemble de renfort.
La région circonférentielle s'étend autour de l'axe A-A' sur une étendue angulaire supérieure à 90°, notamment supérieure à 180° et ici égale à 360°. Elle est située à l'écart radialement de l'axe A-A'. L'organe circonférentiel de liaison 36 est ici totalement noyé dans le corps 20 en étant disposé à l'écart de la surface périphérique intérieure, de la surface périphérique extérieure et de la surface transversale supérieure du corps 20.
Dans ce cas particulier, la base 38 de chaque organe longitudinal 34 est solidaire de l'organe circonférentiel. Chaque organe longitudinal 34 fait saillie axialement à partir de l'organe circonférentiel 36.
L'insert périphérique 24 est avantageusement métallique. Il comporte une jupe intérieure 50 disposée dans le corps 20 à la périphérie de la lumière axiale 32, dans le tronçon supérieur 28 du corps 20, une jupe extérieure 52 disposée sur la surface périphérique extérieure du corps 20, et une paroi extérieure transversale 54 raccordant la jupe intérieure 50 à la jupe extérieure 52.
Les jupes 50, 52 sont de révolution autour de l'axe A-A', de manière circonférentielle autour de l'axe A-A'.
Elles sont raccordées entre elles par leurs bords extérieurs, par l'intermédiaire de la paroi extérieure 54. La paroi extérieure 54 est appliquée sur la surface transversale extérieure du corps 20.
Chaque jupe 50, 52 forme une région circonférentielle de l'ensemble de renfort.
La région circonférentielle s'étend autour de l'axe A-A' sur une étendue angulaire supérieure à 90°, notamment supérieure à 180° et ici égale à 360°. Elle est située à l'écart radialement de l'axe A-A'.
La bride de connexion 26 comporte ici une base cylindrique 56 plaquée contre la jupe intérieure 50 de l'insert 24, et une collerette de connexion 58, de révolution autour de l'axe A-A'. La base cylindrique 56 et la collerette de connexion 58 ne forment qu'une pièce.
Les têtes 42 des organes longitudinaux 34 sont insérées à travers la paroi extérieure 54 et la collerette 58. Les boulons 44 maintiennent l'insert 24 et la bride de connexion 26 plaquées contre la surface transversale extérieure du corps 20.
Comme précisé plus haut, la bride de connexion 26 forme un organe de liaison circonférentielle entre les organes de renfort 34.
L'instrumentation 27 comporte une pluralité de capteurs 60 de mesure de déformation, qui sont ici portés par l'ossature 22, et une unité de traitement 62 raccordée aux capteurs de mesure de déformation 60.
Les capteurs de mesure de déformation 60 sont des capteurs électriques ou optiques. Ils sont propres à engendrer un signal électrique ou optique représentatif de la déformation locale engendrée par une (ou des) contrainte(s) s'appliquant sur le raidisseur
16. Dans l'exemple illustré par la figure 6, chaque capteur de mesure de déformation 60 est formé par une jauge macroscopique de déformation ou jauge extensométrique résisitive, de taille supérieure à 1 mm, et avantageusement inférieure à 30 mm, qui est reçue dans un orifice ménagé dans l'ossature 22. Par exemple, la jauge extensométrique résistive est une jauge à trames métalliques ou bien à semiconducteurs.
Dans une variante représentée sur la figure 7, les capteurs sont des microcapteurs ou des nanocapteurs qui sont intégrés sous forme d'une couche métallique sur la surface ou dans le corps de l'ossature 22. Les capteurs sont par exemple des ponts de Wheatstone 66 ou des résistances 68 à circuit intégré.
En outre, chaque capteur de mesure de déformation 60 du type capteur optique est par exemple un capteur à fibres optiques dans lesquelles sont imprimés des réseaux de Bragg.
Dans une autre variante, chaque capteur de mesure de déformation 60 est un capteur de déplacement de type inductif tel qu'un capteur du type transformateur différentiel à variation linéaire ou LVDT (« Linear Variable Differential Transformer » en anglais), un capteur de type fréquentiel tel qu'un capteur à corde vibrante ou encore un capteur de type capacitif.
Les limites d'utilisation de chacun des capteurs sont principalement définies par ses qualités de précision et de résolution.
La précision d'un capteur est définie par l'écart en pourcentage que l'on peut obtenir entre la valeur réelle et la valeur mesurée en sortie du capteur. Plus cet écart est faible, plus le capteur est précis.
En outre, la résolution d'un capteur correspond à la plus petite variation de la grandeur à mesurer, que le capteur est capable de déceler.
Par exemple, si l'on considère un capteur de mesure de déformation 60 du type corde vibrante, eût égard de ses limites d'utilisation ainsi que des propriétés mécaniques de l'élément sur ou dans lequel il est disposé, dans notre cas, le corps de l'ossature 22 ou les organes longitudinaux 64, il est possible de déduire la précision ainsi que la résolution que l'on peut obtenir.
Selon le type de mesures que l'on souhaite acquérir, la qualité de précision qu'il est possible d'obtenir pour ce type de capteur est comprise dans une gamme de valeurs de l'ordre de ± 0,5%, notamment ± 0,25%. Par ailleurs, la qualité de la résolution qu'il est possible d'obtenir est de l'ordre de quelques dixièmes de micromètres, notamment de l'ordre de 1 micromètre.
Dans les modes de réalisation illustrés par les figures 3 à 5, les capteurs de mesure de déformation 60 sont portés par les organes longitudinaux 34. Dans l'exemple représenté sur la figure 3, les capteurs de mesure de déformation 60 sont espacés longitudinalement les uns des autres le long de l'axe B-B' de chaque organe longitudinal 34. Dans cet exemple, les capteurs de mesure de déformation 60 sont en outre disposés suivants une ligne parallèle ou confondue avec l'axe B-B'.
La densité linéique de capteurs 60 le long de l'axe B-B' est par exemple comprise entre 1 capteur par millimètre et 1 capteur par 10 millimètre.
La présence d'une pluralité de capteurs de mesure de déformation 60 espacés longitudinalement les uns des autres enrichit les informations obtenues à l'aide de l'instrumentation 27, pour déterminer un profil de contrainte s'appliquant le long de chaque organe longitudinal 34.
Avantageusement, les capteurs de mesure de déformation 60 sont en outre espacés angulairement autour de l'axe A-A' dans une section transversale par rapport à l'axe B-B', comme illustré par la figure 4.
Dans une variante, ou en complément, les capteurs de mesure de déformation 60 sont espacés radialement par rapport à l'axe A-A' dans une section transversale par rapport à l'axe B-B', comme illustré par la figure 5.
Avantageusement, au moins un premier groupe de capteurs de mesure de déformation 60, situés à une première hauteur le long de l'axe B-B', est agencé suivant la configuration de la figure 4, avec un espacement angulaire autour de l'axe A-A'. Au moins un deuxième groupe de capteurs de mesure de déformation 60, situés à une deuxième hauteur le long de l'axe B-B', est agencé suivant la configuration de la figure 5, avec un espacement radial entre les capteurs 60.
Dans une autre variante non représentée, les capteurs de mesure de déformation 60 sont portés par l'organe circonférentiel de liaison 36.
En référence à la figure 1 , l'unité de traitement 62 comporte un processeur de traitement et une mémoire contenant un module 80 de réception des mesures instantanées de déformation prises par les capteurs de mesure de déformation 60, un module 82 de stockage des mesures reçues, et un module 84 de calcul d'une courbure locale instantanée du raidisseur 16, sur la base des mesures reçues.
L'unité de traitement 62 comporte en outre avantageusement un module 86 de linéarisation de contrainte le long des sections successives de chaque organe longitudinal 34, et un module 88 de validation des données obtenues par le module de calcul 84 sur la base de la linéarisation de contrainte effectuée le long des sections successives.
Le module de réception 80 est propre à recevoir, à une fréquence choisie, comprise par exemple entre une mesure par seconde et cent mesures par seconde, les mesures reçues de chaque capteur de mesure de déformation 60 de l'instrumentation 27. Il est propre à attribuer à chacune des mesures reçues une information de localisation du capteur 60 et une information relative à l'instant auquel la mesure est effectuée.
Le module de stockage 82 est propre à stocker l'ensemble des mesures instantanées reçues par le module 80, en vue de leur traitement instantané ou ultérieur.
Le module de calcul 84 est propre à établir à partir des mesures effectuées par chaque capteur 60 à un instant donné une cartographie des contraintes subies par et le long des organes longitudinaux 34 et partant, à déterminer le profil de courbure du raidisseur 16 le long de chaque organe longitudinal 34 à cet instant donné, sur la base d'un modèle mathématique.
Avantageusement, le module de calcul 84 comporte un filtre de données, propre à éliminer les mesures d'amplitude inférieure à un seuil de contrainte prédéfinie, afin de limiter le temps de traitement par le processeur, notamment pour un traitement instantané.
Le module de linéarisation 86 est propre à diviser la contrainte totale obtenue à partir des mesures de chaque capteur 60 à un instant donné en trois composantes comprenant une composante de membrane M, une composante de flexion B, et une composante de pic P (visibles sur la figure 8), par une méthode mathématique de linéarisation de contrainte.
Le module de validation 88 est propre à déterminer le type de charge initiale appliqué à un instant donné sur le raidisseur 16, sur la base des valeurs des trois composantes M, B, P obtenues à partir du module de linéarisation 86.
Le module de validation 88 est ainsi apte à déterminer si la charge appliquée est axiale ou transverse. Par exemple, un profil de courbure plat et dominé par la composante de membrane M est représentatif d'une charge axiale. Au contraire, un profil de courbure incurvé et dominé par la composante de flexion B est représentatif d'une charge transverse.
Le module de validation 88 est ainsi apte à lever l'ambiguïté éventuelle sur le profil de courbure calculé à partir des contraintes établies à partir des mesures effectuées par chaque capteur de mesure de déformation 60, dans le cas ou plusieurs profils de courbure sont susceptibles d'engendrer une même distribution de contrainte, en fonction du type de charge appliquée.
Dans une variante, dès lors que le type de charge initial appliqué à un instant donné sur le raidisseur 16 a été déterminé par le module de validation 88, cette donnée est saisie dans les paramètres d'entrée d'un programme d'un logiciel de calcul par éléments finis (ou FEA « Finite Elément Analysis » en anglais). On lance ensuite le programme et on attend les résultats de l'analyse, les résultats permettant de modéliser et calculer les déformations engendrées par la charge déterminée auparavant et partant, le profil de courbure du raidisseur 16.
La méthode par linéarisation de contrainte fonctionne aussi bien comme un outil de comparaison et validation lorsqu'il est utilisé en parallèle d'un logiciel de calcul par éléments finis, que comme un outil à part entière permettant l'obtention directe du profil de courbure du raidisseur 16 lorsqu'il est utilisé de manière synergique avec le logiciel de calcul par éléments finis.
Un procédé de suivi du comportement d'un raidisseur 16 selon l'invention, disposé autour d'un élément allongé 14, va maintenant être décrit.
Initialement, un raidisseur 16 tel que décrit plus haut est fourni et est installé autour de l'élément allongé 14. Le raidisseur 16 est immobilisé sur l'élément de montage 18.
Avantageusement, l'élément allongé 14 est raccordé à un connecteur sur l'ensemble de surface.
Lors de l'installation, ou après celle-ci, le procédé comporte, à chaque instant de mesure à une fréquence avantageusement comprise entre une mesure par seconde et cent mesures par seconde, une étape de mesure des déformations locales subies par le raidisseur 16, à l'aide de chaque capteur de mesure de déformation 60, et la réception de chaque mesure effectuée par le module de réception 80 de l'unité de traitement 62.
Les mesures reçues par le module de réception 80 sont alors stockées dans la mémoire par le module de stockage 82 pour pouvoir être utilisées soit de manière instantanée en temps réel, soit ultérieurement, à terre, si l'ensemble des mesures reçues par le module de réception 80 est trop conséquent pour être utilisé en temps réel.
Si un traitement en temps réel est souhaité, une étape de filtrage des données est avantageusement effectuée à l'aide d'un filtre pour retenir les mesures de valeur supérieure par exemple à un seuil donné de contrainte. Ainsi, la puissance de calcul nécessaire dans le processeur de l'unité de traitement 62 est réduite.
Ensuite, une étape de calcul d'un profil de courbure du raidisseur 16 est mise en œuvre. Un modèle mathématique est utilisé par le module de calcul 84 pour déterminer un profil de courbure du raidisseur 16 autour de l'ossature 22, avantageusement le long de chaque organe longitudinal 34, sur la base d'une cartographie des contraintes établie à partir des mesures obtenues par les capteurs de mesure de déformation 60 espacés le long de l'organe longitudinal 34.
À cet effet, à au moins un instant de mesure donné, la courbure locale du raidisseur 16 est calculée, sur la base des valeurs individuelles mesurées par chaque capteur de mesure de déformation 60 dans chaque position déterminée le long de l'organe longitudinal 34.
Ceci permet d'obtenir un profil de courbure du raidisseur 16 le long de chaque organe longitudinal 34.
En parallèle, chaque contrainte totale obtenue à partir des mesures réalisée par un capteur de mesure de déformation 60 est divisée en plusieurs composantes M, B, P, par une méthode mathématique de linéarisation de contrainte.
Pour chaque position donnée d'un capteur de mesure de déformation 60, à l'instant donné, le module de linéarisation 86 divise la contrainte totale obtenue en trois composantes, à savoir une composante de membrane M, une composante de flexion B, et une composante de pic P, par une méthode mathématique de linéarisation de contrainte.
Ainsi, le module de linéarisation 86 établit un profil de chaque composante M, B, P le long de l'organe longitudinal 34, comme illustré par la figure 8.
Ensuite, une étape de validation du profil de courbure calculé par le module de calcul 84 à l'étape de calcul est effectuée.
Le module de validation 88 établit tout d'abord le type de charge appliquée longitudinalement sur le raidisseur 16.
Ce choix est effectué sur la base des composantes M, B, P obtenues par linéarisation à l'étape de division. La valeur de chaque composante M, B, P, ainsi que sa distribution le long de l'organe longitudinal 34 est avantageusement corrélée avec le type de charge initiale.
Le type de charge initiale est choisi par exemple parmi une charge axiale et une charge transverse.
Une charge axiale présente généralement une composante de membrane M de valeur supérieure à celle des composantes de flexion B et de pic P, et une distribution sensiblement plate.
À l'inverse, une charge transverse présente généralement une composante de flexion B supérieure aux autres composantes M, P et une distribution incurvée.
Le module de validation 88 attribue donc un type de charge appliquée au profil de contrainte déterminé à partir des mesures de déformation réalisées par les capteurs de mesure de déformation 60, sur la base des composantes M, B, P obtenues par linéarisation à l'étape de division. Ceci lève l'ambiguïté éventuelle sur le profil de courbure possible résultant du profil de contrainte mesuré.
Ainsi, même si différents profils de courbure peuvent résulter de la même distribution de contraintes le long de l'organe longitudinal 34, la détermination du type de charge s'appliquant sur l'organe longitudinal 34 permet de différencier entre les différents profils de courbure possible.
Le profil de courbure calculé, une fois validé, permet de suivre en continu le degré de contraintes appliquées sur le raidisseur 16, au cours de la vie du raidisseur 16, et d'en déduire éventuellement la fatigue du raidisseur et/ou de l'élément allongé 14 reçu dans le raidisseur 16, par modélisation.
Le raidisseur 16 selon l'invention est instrumenté sans changer la structure du corps 20 du raidisseur 16 ou la structure de l'élément allongé 14. Ainsi, la géométrie et les dimensions du raidisseur 16 sont gardées constantes, ce qui facilite l'utilisation pratique du raidisseur et évite au moins certaines étapes de requalification.
La disposition des capteurs 60 au sein de l'ossature 22, et notamment dans les organes longitudinaux 34 de l'ossature 22 autorise une détermination précise du champ de contrainte, et par suite des variations du profil de courbure subies au cours du temps par le raidisseur 16.
Le procédé selon l'invention s'applique indifféremment dans toute position du raidisseur 16, que le raidisseur 16 soit sous l'eau ou à la surface.
Le suivi des variations de courbure du raidisseur 16 est avantageusement validé par la détermination des composantes linéarisées M, B, P de la contrainte, en effectuant une linéarisation de contrainte.
Dans une variante, les calculs de détermination du profil de courbure sont effectués a posteriori, à l'écart du raidisseur 16 dans une unité de traitement 62 déportée par rapport au raidisseur 16. Dans ce cas, les données de mesure ne sont pas nécessairement filtrées.
Dans une variante, au moins un capteur de mesure de la température, par exemple un capteur à corde vibrante, un thermocouple ou encore un capteur de température résistif est disposé dans l'ossature 22 et/ou dans l'insert 50 au voisinage d'un capteur de mesure de déformation 60 pour fournir des données de température au modèle mathématique de calcul des profils de courbure. Le capteur de mesure de la température permet d'estimer à partir de quelle valeur de température le raidisseur 16 commence à se dégrader.
Dans une variante, les capteurs 60 sont disposés dans l'insert 50, en particulier dans la jupe 50, en étant espacés longitudinalement et/ou angulairement autour de l'axe A- A'.
Selon une variante de réalisation de l'installation 10 d'exploitation de fluide, visible sur la figure 9, le raidisseur de courbure 16 monté autour du tronçon de l'élément allongé 14 comporte au moins un élément d'insert 23 solidaire de l'ossature interne 22. L'élément d'insert 23 est réalisé à partir d'un matériau ayant de bonnes propriétés mécaniques en flexion et/ou allongement, une bonne résistance en fatigue et qui soit résistant au phénomène de corrosion galvanique.
De manière avantageuse, on choisit le même matériau que celui utilisé pour réaliser l'ossature 22, à savoir le métal. De préférence, le métal possède un revêtement.
L'élément d'insert 23 est solidaire de l'ossature interne 22 est par exemple fixé sur l'ossature interne 22 par soudage ou bien par boulonnage.
Le nombre d'éléments d'insert 23 que comporte le raidisseur de courbure 16 dépend de ses dimensions. Avantageusement, le raidisseur de courbure 16 comporte un nombre minimum de quatre éléments d'insert 23.
L'élément d'insert 23 est par exemple une tige métallique de section transversale quelconque. De préférence, la géométrie de la tige est choisie de sorte qu'elle affecte le moins possible le comportement en flexion du raidisseur de courbure 16.
Avantageusement, la tige métallique présente une section transversale circulaire. Dans l'exemple représenté sur la figure 9, chaque élément d'insert 23 s'étend linéairement parallèlement à l'axe A-A'. Chaque élément d'insert 23 est situé radialement entre l'axe A-A' et un organe longitudinal 34 sur lequel il est fixé.
De manière analogue aux organes longitudinaux 34 de l'ossature métallique 22, les éléments d'insert 23 portent une pluralité de capteurs de mesure de déformation 60'.
De la même manière que les capteurs de mesure de déformation 60 portés par les organes longitudinaux 34, les capteurs de mesure de déformation 60' portés par les éléments d'insert 23 sont espacés longitudinalement et/ou angulairement et/ou radialement par rapport à l'axe A-A' le long de chaque élément d'insert 23.
La densité linéique de capteurs 60' le long des éléments d'insert 23 est par exemple comprise entre 1 capteur par millimètre et 1 capteur par 10 millimètre.
La présence d'une pluralité de capteurs de mesure de déformation 60' espacés longitudinalement et/ou angulairement et/ou radialement par rapport à l'axe A-A' enrichit les informations obtenues à l'aide de l'instrumentation 27 et permet d'accroître encore un peu plus la précision de la méthode de détermination du profil de contrainte des efforts s'appliquant sur et le long de l'élément allongé 14.
Les capteurs de mesure de déformation 60' sont identiques à ceux du type précités.
La longueur de l'élément d'insert 23 est fonction de la longueur du raidisseur de courbure 16. La longueur minimale choisie est telle qu'elle permet l'obtention de mesures de déformation exploitables. En outre, la longueur maximale choisie est telle qu'elle ne perturbe pas le comportement en flexion du raidisseur de courbure. Dans l'exemple représenté sur la figure 9, l'élément d'insert 23 présente une longueur supérieure à celle de l'organe longitudinal sur lequel il est fixé. Il fait saillie vers le bas au-delà de l'organe longitudinal dans le corps 20, avantageusement jusque dans le tronçon inférieur 30.
Concernant le procédé de suivi du comportement du raidisseur 16, la présence d'éléments d'insert 23 comportant des capteurs de mesure de déformation 60' en sus des capteurs 60 portés par les organes longitudinaux 34 de l'ossature interne 22 ne modifie en rien la méthode utilisée pour déterminer le champ de contrainte, et par suite les variations du profil de courbure subies au cours du temps par le raidisseur 16.
Au contraire, leur présence permet d'accroître le nombre de mesures effectuées et par suite d'améliorer significativement la précision de la cartographie des contraintes subies par et le long des organes longitudinaux 34. Partant, le profil de courbure du raidisseur 16 déterminé à l'aide du modèle mathématique le long de chaque organe longitudinal 34 et de chaque élément d'insert 23 à chaque instant, est affiné et plus proche encore de la réalité

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Raidisseur (16) de courbure pour un élément allongé (14) destiné à être introduit dans une étendue d'eau (12) comportant :
- un corps (20) délimitant une lumière centrale (32) de passage de l'élément allongé (14), d'axe central (Α-Α') ;
- un ensemble (22 ; 24) de renfort du corps (20), au moins partiellement reçu dans le corps (20), l'ensemble de renfort (22 ; 24) comportant au moins une région circonférentielle s'étendant autour de l'axe central (Α-Α') ;
- au moins un capteur de mesure (60) d'une déformation au sein du raidisseur
(16) ;
caractérisé en ce que le ou chaque capteur de mesure de déformation (60) est porté par l'ensemble de renfort (22 ; 24) du corps (20).
2. - Raidisseur (16) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'ensemble de renfort (22 ; 24) comporte une ossature (22) au moins partiellement noyée dans le corps
(20), l'ossature (22) comprenant des organes longitudinaux (34) de renfort, les organes longitudinaux de renfort (34) étant avantageusement raccordés entre eux par un organe de liaison circonférentielle (26, 36), au moins un capteur de mesure de déformation (60) étant porté par l'ossature (22).
3. - Raidisseur (16) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins un organe longitudinal de renfort (34) porte un capteur de mesure de déformation (60).
4. - Raidisseur (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble de renfort (22 ; 24) délimite un orifice de réception du capteur de mesure de déformation (60), le capteur de mesure de déformation (60) étant disposé dans l'orifice de réception.
5. - Raidisseur (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de capteurs de mesure de déformation (60) au sein du raidisseur (16), espacés les uns des autres dans l'ensemble de renfort (22 ; 24).
6. - Raidisseur (16) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins deux capteurs de mesure de déformation (60) sont espacés longitudinalement dans l'ensemble de renfort (22 ; 24).
7. - Raidisseur (16) selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'au moins deux capteurs de mesure de déformation (60) sont espacés radialement ou angulairement par rapport à l'axe central (Α-Α') dans l'ensemble de renfort (22 ; 24).
8. - Raidisseur (16) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une ligne de capteurs de mesure de déformation (60) s'étendant axialement, radialement ou circonférentiellement autour de l'axe central (Α-Α') dans l'ensemble de renfort (22 ; 24).
9. - Raidisseur (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque capteur de mesure de déformation (60) comporte une jauge de déformation propre à être alimentée électriquement.
10. - Raidisseur (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur de mesure de la température porté par l'ensemble de renfort (22 ; 24).
1 1 . - Procédé de suivi du comportement d'un raidisseur (16) disposé autour d'un élément allongé (14), le procédé comportant les étapes suivantes :
- fourniture d'un raidisseur (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes autour de l'élément allongé (14) ;
- mesure d'une déformation subie par le raidisseur (16) à l'aide du ou de chaque capteur de mesure de déformation (60) ;
- avantageusement, détermination d'une courbure locale du raidisseur (16), sur la base de la contrainte déterminée à partir des mesures effectuées par le ou par chaque capteur de mesure de déformation (60).
12. - Procédé selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que le raidisseur (16) comporte une pluralité de capteurs de mesure de déformation (60) espacés dans l'ensemble de renfort (22 ; 24), le procédé comportant la mesure de la déformation subie par chaque capteur de mesure de déformation (60).
13. - Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de division de la contrainte obtenue à partir des mesures effectuées par les capteurs de mesure de déformation (60) en trois composantes de contrainte comprenant une composante de membrane, une composante de flexion, et une composante de pic, avantageusement par une méthode mathématique de linéarisation de contrainte.
14. - Procédé selon l'une des revendications 1 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de validation d'un profil de courbure du raidisseur (16) déterminé sur la base des contraintes obtenues à partir des mesures de déformation effectuées à l'aide du ou de chaque capteur de mesure de déformation (60), l'étape de validation comportant la détermination d'un type de charge appliquée sur le raidisseur (16) à partir d'au moins une des composantes de contrainte obtenues à l'étape de division.
15. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de filtrage des valeurs de contrainte obtenues à partir des mesures effectuées par le ou par chaque capteur de mesure de déformation (60), pour obtenir des valeurs filtrées de contrainte, puis une étape de détermination d'une déformation locale du raidisseur (16) sur la base des valeurs filtrées de contrainte .
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