FR3014165A1 - FLEXIBLE DRIVING CONNECTION TIP WITH ANCHORING OF ENHANCED ARMOR YARNS - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un embout de connexion pour conduite flexible, pour lequel l'ancrage des fils d'armure est réalisé par coincement entre au moins deux mors. Les mors ont sensiblement une forme conique et sont formés de telle sorte que les armures présentent un rayon de courbure continu. Ainsi, l'armure ne présente pas de point singulier dans l'embout.The present invention relates to a connector for flexible pipe, for which the anchoring armor son is made by wedging between at least two jaws. The jaws have a substantially conical shape and are shaped such that the armor has a continuous radius of curvature. Thus, the armor does not have a singular point in the mouthpiece.
Description
La présente invention concerne un embout de connexion d'une conduite flexible, notamment pour le transport d'un fluide en milieu marin. Elle concerne plus particulièrement une conduite flexible de type non-lié ("unbonded" en anglais) utilisée pour l'exploitation offshore de gisement pétrolier et/ou gazier.The present invention relates to a connector for connecting a flexible pipe, in particular for transporting a fluid in a marine environment. It relates more particularly to a flexible pipe of unbound type ("unbonded" in English) used for the offshore exploitation of oil and / or gas fields.
Ces conduites flexibles, généralement tubulaires, formées d'un ensemble de différentes couches de fils d'armure concentriques et superposées, sont dites de type non lié dès lors que les armures et les couches présentent une certaine liberté de se déplacer les unes par rapport aux autres. Ces conduites flexibles peuvent satisfaire, entre autres, aux recommandations des documents normatifs API 17J "Specification for Unbonded Flexible Pipe" et API RP 17B "Recommended Pratice for Flexible Pipe" établis par l'Americain Petroleum Institute. D'une manière générale, les couches constitutives comprennent notamment des gaines en matériau polymère assurant généralement une fonction d'étanchéité, et des couches de renfort destinées à la reprise des efforts mécaniques. Ces couches de renfort sont formées par des enroulements de feuillards, de fils métalliques, de bandes diverses ou de profilés en matériaux composites. La figure 1 illustre une conduite flexible de type de non lié utilisée pour l'exploitation offshore de gisements pétroliers et gaziers. Une telle conduite flexible comprend généralement, de l'intérieur vers l'extérieur, une carcasse interne (1) constituée d'un feuillard agrafé qui sert à résister à l'écrasement de la conduite sous l'effet de la pression externe, une gaine de pression interne (2), une voûte de pression (3) constituée d'au moins un fil métallique de forme agrafé et enroulé hélicoïdalement à pas court, ladite voûte de pression (3) servant à reprendre les efforts radiaux liés à la pression interne, au moins une nappe d'armures de traction (4) (quatre nappes telles qu'illustrées en figure 1) formées d'enroulements hélicoïdaux à pas long de fils, de feuillards, de bandes métalliques ou composites, lesdites nappes d'armures (4) étant destinées à reprendre les efforts longitudinaux que subit la conduite, et une gaine externe d'étanchéité (5) destinée à protéger de l'eau de mer les couches de renfort. La conduite illustrée en figure 1 est dite à passage interne non lisse ("rough-bore" en anglais), c'est à dire que le fluide circulant dans la conduite est en contact avec la carcasse interne (1), ladite carcasse interne (1) étant en effet la première couche en partant de l'intérieur. Cependant, la conduite flexible peut être également à passage interne lisse ("smooth-bore" en anglais), dans ce cas, la première couche de la conduite en partant de l'intérieur est une gaine d'étanchéité supplémentaire, par exemple en matériau polymère.These flexible pipes, generally tubular, formed of a set of different layers of concentric and superimposed weave wires, are said to be of unbound type when the armor and the layers have a certain freedom to move relative to each other. other. These flexible pipes can satisfy, among others, the recommendations of the normative documents API 17J "Specification for Unbounded Flexible Pipe" and API RP 17B "Recommended Pratice for Flexible Pipe" established by the American Petroleum Institute. In general, the constituent layers include sheaths of polymer material generally providing a sealing function, and reinforcing layers for the recovery of mechanical forces. These reinforcing layers are formed by windings of strips, metal son, various bands or profiles of composite materials. Figure 1 illustrates a flexible pipe of unbound type used for the offshore exploitation of oil and gas fields. Such a flexible pipe generally comprises, from the inside to the outside, an internal carcass (1) consisting of an interlocked strip which serves to resist the crushing of the pipe under the effect of external pressure, a sheath internal pressure (2), a pressure vault (3) consisting of at least one metal wire of stapled form and wound helically with a short pitch, said pressure vault (3) serving to take up the radial forces related to the internal pressure at least one tensile armor ply (4) (four plies as illustrated in FIG. 1) formed of helical windings with a long pitch of threads, strips, metal or composite strips, said plies of armor ( 4) being intended to take up the longitudinal forces experienced by the pipe, and an outer sealing sheath (5) for protecting the seawater reinforcing layers. The pipe illustrated in FIG. 1 is said to have a non-smooth internal passage ("rough-bore" in English), that is to say that the fluid flowing in the pipe is in contact with the internal carcass (1), said inner carcass ( 1) being indeed the first layer starting from the inside. However, the flexible pipe may also be smooth-bore, in this case, the first layer of the pipe from the inside is an additional sealing sheath, for example material polymer.
Les conduites tubulaires flexibles comportent, à chaque extrémité, un embout de connexion destiné à assurer le raccordement des conduites entres elles, ou avec des équipements terminaux. Ces embouts doivent être réalisés dans des conditions assurant à la fois une bonne solidarisation et une bonne étanchéité. En effet, les embouts de connexion doivent assurer plusieurs fonctions qui sont, notamment l'ancrage des armures de traction ainsi que le sertissage et l'étanchéité des extrémités libres des différentes gaines, et en particulier le sertissage au niveau de l'extrémité libre de la gaine de pression interne. Une fonction essentielle d'un embout rigide d'une conduite flexible est de transmettre un effort de tension, et parmi les différentes couches qui composent le flexible, ce sont les couches d'armures qui reprennent cet effort, par conséquent l'ancrage des armures conditionne la résistance statique et en fatigue du système. Un exemple d'embout de connexion est décrit notamment dans la demande de brevet FR 2816389 A1. Pour cette réalisation, les armures sont pliées et dépliées et l'ancrage des armures est réalisé au moyen d'une résine du type époxy. La mise en forme générale des fils d'armures induit des facteurs de concentrations due à la géométrie particulières et à ses déformations plastiques et élastique locales. Lorsque les conditions d'utilisation sont sévères la résistance à la fatigue de ce système n'est pas suffisante. En effet, pour cet embout, la fabrication et la réalisation (notamment avec pliage/ dépliage) induisent en fonctionnement une sollicitation importante des fils dans une zone proche de l'entrée dans l'embout (au niveau du décollement des armures) ; le fil est soumis à un effort de traction, de flexion normale et transverse avec un état de contraintes résiduelles importantes. Pour palier cet inconvénient, la présente invention concerne un embout de connexion pour conduite flexible, pour lequel l'ancrage des fils d'armure est réalisé par coincement entre deux mors. Les mors ont sensiblement une forme conique et sont formés de telle sorte que les armures présentent un rayon de courbure continu. Ainsi, l'armure ne présente pas de point singulier dans l'embout et garantit une bonne résistance à la fatigue. De plus la forme géométrique requise des fils dans l'embout est préférentiellement proche de sa forme libre pour éviter d'introduire au maximum des contraintes résiduelles plastiques et élastiques (notamment dues à l'étape de pliage / dépliage). Le dispositif selon l'invention L'invention concerne un embout de connexion d'une conduite flexible, ladite conduite flexible étant du type non lié et comprenant notamment une gaine de pression interne et au moins une nappe d'armures de traction enroulés autour de ladite gaine de pression, chacune desdites nappes d'armures de traction comprenant une longueur d'extrémité ancrée dans ledit embout. L'ancrage de chacune desdites extrémités est réalisé par coincement de ladite extrémité entre deux mors de telle sorte que ladite longueur d'extrémité ne présente pas de point singulier, lesdits mors étant disposés dans ledit embout et étant sensiblement coniques..The flexible tubular pipes comprise, at each end, a connection piece for connecting the pipes between them, or with terminal equipment. These tips must be made in conditions ensuring both a good connection and a good seal. Indeed, the connection ends must perform several functions which are, in particular the anchoring of the tensile armor as well as the crimping and sealing of the free ends of the different sheaths, and in particular the crimping at the free end of the internal pressure sheath. An essential function of a rigid end of a flexible pipe is to transmit a tension force, and among the various layers that make up the hose, it is the layers of armor that take up this effort, therefore the anchoring of the armor conditions the static and fatigue resistance of the system. An example of connection tip is described in particular in the patent application FR 2816389 A1. For this embodiment, the armor is folded and unfolded and the anchoring of the armor is made by means of an epoxy resin. The general shaping of the armor wires induces concentration factors due to the particular geometry and its local plastic and elastic deformations. When the conditions of use are severe, the fatigue resistance of this system is not sufficient. Indeed, for this tip, the manufacture and realization (including folding / unfolding) induce in operation a significant stress of the son in an area near the entrance to the tip (at the detachment of armor); the wire is subjected to tensile stress, normal and transverse bending with a state of significant residual stresses. To overcome this drawback, the present invention relates to a connector for a flexible pipe, for which the anchoring of the armor son is made by wedging between two jaws. The jaws have a substantially conical shape and are shaped such that the armor has a continuous radius of curvature. Thus, the armor does not have a singular point in the tip and ensures good resistance to fatigue. In addition, the required geometrical shape of the wires in the end piece is preferably close to its free form in order to avoid introducing maximum residual plastic and elastic stresses (in particular due to the folding / unfolding step). The invention relates to a connecting end of a flexible pipe, said flexible pipe being of the unbound type and comprising in particular an inner pressure sheath and at least one layer of tensile armor wound around said pressure sheath, each of said tensile armor plies comprising an end length anchored in said tip. The anchoring of each of said ends is achieved by wedging said end between two jaws so that said end length has no singular point, said jaws being disposed in said tip and being substantially conical.
Selon l'invention, ladite longueur d'extrémité présente un rayon de courbure sensiblement continu. Avantageusement, lesdits mors ont une forme d'un cône de révolution dont la génératrice est sensiblement une droite faisant un angle avec l'axe de révolution de ladite conduite flexible inférieure à 20°, de préférence inférieure à 10° et de manière préférentielle sensiblement égale à 5°, un arc de cercle ou une portion d'ellipse, de parabole ou d'hyperbole ou formée par deux rayons de courbures consécutifs. Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite conduite flexible comprend au moins deux nappes d'armures de traction enroulées autour de ladite gaine de pression, lesdites extrémités desdites nappes d'armures de traction étant disposées les unes au- dessus des autres et coincées entre deux mors. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, ladite conduite flexible comprend au moins deux nappes d'armures de traction enroulées autour de ladite gaine de pression, chaque extrémité desdites nappes d'armures de traction étant coincée individuellement entre deux mors.According to the invention, said end length has a substantially continuous radius of curvature. Advantageously, said jaws have a shape of a cone of revolution whose generatrix is substantially a straight line at an angle to the axis of revolution of said flexible pipe less than 20 °, preferably less than 10 ° and preferably substantially equal to at 5 °, an arc of a circle or a portion of ellipse, parabola or hyperbole or formed by two consecutive radii of curvature. According to one embodiment of the invention, said flexible pipe comprises at least two traction armor plies wrapped around said pressure sheath, said ends of said traction armor plies being arranged one above the other and stuck between two jaws. According to another embodiment of the invention, said flexible pipe comprises at least two traction armor plies wrapped around said pressure sheath, each end of said armor plies being stuck individually between two jaws.
De préférence, ladite conduite flexible comprend deux nappes d'armures de traction enroulées autour de ladite gaine de pression et ledit embout comprend trois mors, parmi lesquels un mors intermédiaire en contact avec chacune desdites extrémités desdites nappes d'armures de traction. De manière avantageuse, au moins un desdits mors est déplacé au moyen d'au moins une tige filetée. Selon un aspect de l'invention, au moins un desdits mors est réalisé en acier doux. De plus, au moins un desdits mors peut comporter une épaisseur de polymère au niveau du contact avec ladite longueur d'extrémité d'une desdites nappes d'armures de traction.Preferably, said flexible pipe comprises two plies of tensile armor wound around said pressure sheath and said tip comprises three jaws, among which an intermediate jaw in contact with each of said ends of said plies of tensile armor. Advantageously, at least one of said jaws is moved by means of at least one threaded rod. According to one aspect of the invention, at least one of said jaws is made of mild steel. In addition, at least one of said jaws may include a polymer thickness at the contact with said end length of one of said tensile armor plies.
De préférence, ladite épaisseur de polymère est réalisée dans un matériau élastomère. Avantageusement, un desdits mors est fixé sur ledit embout ou sur une des couches de ladite conduite flexible. Selon une variante de réalisation de l'invention, au moins un desdits mors est rainuré pour le pré-positionnement de ladite longueur d'extrémité d'une nappe d'armures de traction.Preferably, said polymer thickness is made of an elastomeric material. Advantageously, one of said jaws is fixed on said tip or on one of the layers of said flexible pipe. According to an alternative embodiment of the invention, at least one of said jaws is grooved for the pre-positioning of said end length of a sheet of tensile armor.
De manière avantageuse, la pression de serrage exercée par lesdits mors sur ladite longueur d'extrémité est comprise entre 3 et 100 MPa, de préférence sensiblement égale à 50 MPa.Advantageously, the clamping pressure exerted by said jaws on said end length is between 3 and 100 MPa, preferably substantially equal to 50 MPa.
En outre, l'invention concerne une conduite flexible du type non lié comprenant notamment une gaine de pression interne et au moins une nappe d'armures de traction enroulés autour de ladite gaine de pression. Ladite conduite flexible comporte à au moins une de ces extrémités un embout de connexion selon l'invention.In addition, the invention relates to a flexible pipe of the unbound type comprising in particular an inner pressure sheath and at least one layer of tensile armor wound around said pressure sheath. Said flexible pipe comprises at least one of these ends a connection tip according to the invention.
Présentation succincte des figures D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après. La figure 1, déjà décrite, illustre une conduite flexible.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other characteristics and advantages of the method according to the invention will appear on reading the following description of nonlimiting examples of embodiments, with reference to the appended figures and described below. Figure 1, already described, illustrates a flexible pipe.
La figure 2 illustre une vue en coupe d'un embout selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 3 illustre une vue en coupe d'un embout de connexion selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 4 représente une vue tridimensionnelle en coupe d'un embout de connexion selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 5 représente une vue en coupe du deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 6 illustre les efforts exercés sur une armure dans un embout selon l'invention. La figure 7 illustre une étape préalable à la fabrication de l'embout selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 8 illustre les zones d'étanchéité de l'embout selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 9 illustre une variante de réalisation des mors pour les deux modes de réalisation de l'invention.Figure 2 illustrates a sectional view of a nozzle according to a first embodiment of the invention. Figure 3 illustrates a sectional view of a connection tip according to a second embodiment of the invention. FIG. 4 represents a three-dimensional cross-sectional view of a connector end according to the second embodiment of the invention. Figure 5 shows a sectional view of the second embodiment of the invention. Figure 6 illustrates the forces exerted on an armor in a mouthpiece according to the invention. Figure 7 illustrates a step prior to the manufacture of the tip according to the second embodiment of the invention. FIG. 8 illustrates the sealing zones of the nozzle according to the second embodiment of the invention. Figure 9 illustrates an embodiment of the jaws for the two embodiments of the invention.
La figure 10 illustre l'angle d'enroulement d'un fil d'armure. Description détaillée de l'invention La présente invention porte sur un embout de connexion d'une conduite flexible, dans lequel l'embout rigide a notamment pour fonction de reprendre la tension mécanique axiale à laquelle est sollicitée la conduite flexible. Pour cela, l'invention consiste à ancrer dans l'embout de connexion des nappes d'armures comprises dans la conduite flexible, en coinçant (pinçant) les extrémités des nappes d'armures entre des mors afin de réaliser leurs accroches à la partie rigide de l'embout. Selon l'invention, les mors sont sensiblement coniques et présentent une forme de coincement de telle sorte que le fil ne présente pas de point singulier dans l'embout pour éviter de solliciter les armures au niveau de leur ancrage. On appelle point singulier, un point de l'armure pour lequel la forme (trajectoire tridimensionnelle) de l'armure varie brusquement, c'est à dire un point pour lequel la dérivée de la forme (trajectoire) n'est pas continue. Au niveau d'un point singulier, l'armure est fortement contrainte (concentration de contraintes), ce qui génère une réduction de la résistance statique et de la résistance à la fatigue. Les points singuliers peuvent être dus à la forme de l'armure (par exemple une discontinuité, ou un retournement tel que décrit dans la demande de brevet FR 2816389 Al) ou au procédé de fabrication. Un angle important formé par deux segments de droite est un exemple de point singulier . En effet, un avantage de l'invention est la progressivité de l'ancrage qui est possible par le système de pincement et une géométrie ne présentant pas de point singulier. Ceci est possible avec une géométrie présentant les caractéristiques suivantes : la géométrie (tridimensionnelle) du fil est continue, la dérivée de la fibre moyenne du fil d'armure étant continue, la surface de pose du fil ne présente pas de point d'inflexion, la dérivée seconde de l'équation de la courbe de pose du fil f(x) est toujours être du même signe, f"(x) 0 ou f "(x) O. La figure 11 donne un exemple de réalisation de la géométrie G du fil d'armure dans l'ancrage, en fonction de la profondeur d'ancrage. Ce profil est constitué de deux rayons de courbures successifs.Figure 10 illustrates the winding angle of a weave wire. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a connecting end of a flexible pipe, in which the rigid endpiece serves in particular to take up the axial mechanical tension to which the flexible pipe is urged. For this, the invention consists in anchoring in the connection tip armor plies included in the flexible pipe, by pinching (pinching) the ends of the armor plies between jaws to make their hooks to the rigid part of the mouthpiece. According to the invention, the jaws are substantially conical and have a form of jamming so that the wire does not have a singular point in the tip to avoid soliciting the armor at their anchor. A singular point is a point of the armor for which the shape (three-dimensional trajectory) of the armor varies abruptly, that is to say a point for which the derivative of the form (trajectory) is not continuous. At a singular point, the armor is strongly constrained (stress concentration), which generates a reduction in static resistance and fatigue resistance. The singular points may be due to the shape of the armor (for example a discontinuity, or a reversal as described in the patent application FR 2816389 A1) or to the manufacturing process. An important angle formed by two line segments is an example of a singular point. Indeed, an advantage of the invention is the progressivity of the anchoring which is possible by the pinch system and a geometry that does not have a singular point. This is possible with a geometry having the following characteristics: the geometry (three-dimensional) of the wire is continuous, the derivative of the average fiber of the armor wire being continuous, the laying surface of the wire has no point of inflection, the second derivative of the equation of the laying curve of the thread f (x) is always of the same sign, f "(x) 0 or f" (x) O. FIG. 11 gives an example of embodiment of the geometry G of the armor wire in the anchor, depending on the depth of anchorage. This profile consists of two successive radii of curvature.
Dans le cas où l'enveloppe de pose du fil est constituée par un assemblage de surfaces raccordées de manière tangente, les raccords vont induire des sauts de courbure normale. Cependant, ces sauts de courbure engendrent une contrainte de flexion supplémentaire qui doit être limitée. Cette contrainte va venir s'additionner à la contrainte de traction due à la sollicitation normale du flexible. Selon l'invention, la sur contrainte Acy générée par le saut de courbure AC, ne doit pas être élevée, et préférentiellement cette contrainte n'excède pas 10 % de la contrainte maximale acceptable par le fil d'armure en longueur courante (6'x = 0.55 qe, avec qe la limite élastique du fil d'armure). On peut écrire la relation suivante :2 ACn avec E le module de Young, et e l'épaisseur de l'armure. Pour ne pas avoir de sur-contraintes trop élevées, les sauts de courbure sont minimaux à l'entrée de l'ancrage où la contrainte dans le fil est maximale. Il est possible de modifier la trajectoire du fil de la longueur courante avec une modification mineure de la courbure locale du fil d'armure. De plus, dans l'ancrage, des sauts de courbure plus important sont admissibles tant que la sur-contrainte n'excédent pas la contrainte maximale de la longueur courante.In the case where the laying envelope of the wire is constituted by an assembly of surfaces connected in a tangent manner, the connections will induce jumps of normal curvature. However, these bending breaks generate an additional bending stress which must be limited. This stress will come to add to the tensile stress due to the normal stress of the hose. According to the invention, the stress on Acy generated by the jump of curvature AC, must not be high, and preferably this stress does not exceed 10% of the maximum acceptable stress by the weave wire in current length (6 ' x = 0.55 qe, with qe the elastic limit of the armor wire). We can write the following relation: 2 ACn with E the Young's modulus, and e the thickness of the armor. To avoid over-stressing, bending jumps are minimal at the entrance of the anchor where the stress in the wire is maximum. It is possible to change the thread path of the current length with a minor modification of the local curvature of the armor wire. In addition, in the anchor, larger jumps of curvature are admissible as long as the over-stress does not exceed the maximum stress of the current length.
Selon l'invention pour ne pas présenter de sur-contrainte, la courbure normale du fil dans l'ancrage ne subit de variation de courbure brutale. Avantageusement, la variation de courbure ACn du fil d'armure dans l'ancrage peut être limitée, préférentiellement de telle sorte que ACn < n/ avec C, exprimée en mm-1. La courbure normale en longueur 700 courante pour un flexible de diamètre D et enroulé (armé) avec un angle a s'exprime : Cn = 2 . Sin a Cette courbure pour des flexibles de 2" (environ 5,08 cm) à 20" (environ D 50,8 cm) armés entre 20 et 55° est comprise entre : 4,6.10-3 Cn 26.10-3mm-1. Par exemple, pour un flexible de 4" (environ 10,16 cm) armé à 35°, la courbure en longueur courante est égale à C, = 6,5.10-3 mm-1. Par conséquent, selon le critère ci-dessus, la variation de courbure ne doit pas excéder : ACn 9.10-6 mm-2 Avantageusement, les mors ont une forme d'un cône de révolution dont les bases sont sensiblement circulaires et dont la génératrice peut être une droite, un arc de cercle, une portion d'ellipse, de parabole ou d'hyperbole ou formé par deux rayons de courbure consécutifs. De cette façon, la trajectoire du fil d'armure dans l'embout peut être une droite, mais est, de préférence, une courbe située entre la géodésique (courbure transverse nulle dans l'armure) et la loxodromie (angle d'armage constant) qui permet d'avoir une retenue additionnelle par effet cabestan. Ainsi, le rayon de courbure de la longueur d'extrémité de l'armure est sensiblement continu, ce qui permet une bonne répartition des contraintes du fil au sein de l'ancrage et ce qui permet d'éviter les points singuliers dans l'embout (limitation des concentrations de contraintes en un point de la longueur d'extrémité). En effet, cette géométrie de mors permet d'avoir : une pression de serrage progressive de l'entrée des mors jusqu'à la terminaison finale, une immobilisation progressive des armures, et une bonne résistance à la fatigue. Le niveau de tension dans le fil d'armure est progressivement réduit par le transfert de charge dû au frottement ente le fil et les mors. La figure 10 représente l'angle d'enroulement d'un fil d'armure (4) sur un tronc conique. Le fil d'armure (4) est donc enroulé sur un tronc conique (mors). L'angle )6 entre la tangente (t) au fil et l'axe (A) du tronc conique est compris préférentiellement entre 10 et 60°. Cet enroulement permet de plaquer le fil contre la surface du tronc conique (création d'un effort normal fil / mors). L'intensité de l'effort normal dépend de l'effort de traction appliqué sur le fil. En considérant un coefficient de frottement à l'interface fil / mors, un effort est transmissible à l'interface par frottement (effet cabestan). On note que la longueur de prise des mors peut être assez réduite (entre 100 mm et 500 mm). Selon une variante de réalisation de l'invention, l'angle de cône (demi-angle au sommet) des mors est de préférence compris entre 2 et 30° et préférentiellement sensiblement de 5°, afin de limiter le rayon de courbure des armures. L'ancrage des armures peut être commun (cf. premier mode de réalisation de la figure 2) ou non commun (cf. deuxième mode de réalisation de la figure 3) aux deux nappes entre deux mors (système complètement indépendant). La suite de la description et les figures sont données pour une conduite flexible qui comporte une carcasse, une gaine interne, une voûte de pression, et deux nappes d'armures, toutefois l'invention est adaptée pour tous les types de conduites flexibles comprenant au moins une gaine de pression interne et au moins une nappe d'armures de traction enroulés autour de la gaine de pression. En particulier, l'invention est adaptée pour tous les nombres de nappes d'armures, notamment pour quatre nappes d'armures. Avantageusement, les nappes d'armures sont disposées par paires pour avoir un équilibre en torsion puisque deux nappes d'armures de traction sont câblées en sens opposé. Pour le premier mode de réalisation de l'invention illustré en figure 2, la conduite flexible est composée de l'intérieur vers l'extérieur d'une carcasse (1), d'une gaine interne (2), d'une voûte de pression (3) et de deux nappes d'armures de traction (4) et les nappes d'armures (4) sont ancrées dans l'embout (6) par coincement au moyen de deux mors (7, 8). Les mors (7, 8) sont déplaçables l'un vers l'autre dans la direction axiale du flexible, de manière à générer un effort de serrage pour l'ancrage des armures (4). Pour ce premier mode de réalisation de l'invention, les nappes d'armures (4) sont disposées l'une au-dessus de l'autre entre les mors (7, 8). Ainsi, l'ancrage des deux nappes d'armures (4) est réalisé simultanément. Un des mors (8) est en contact avec le capot de l'embout (6) et l'autre mors (7) est en contact avec les couches internes (voûte ou gaine) de la conduite flexible. Les mors (7, 8) peuvent glisser sur les pièces internes (couches sous les armures) ou externes (capot). Alternativement, un des mors est mécaniquement solidaire de la pièce qui le supporte par vis, filetage, soudure ou par fabrication. Le serrage des mors (7, 8) peut être réalisé au moyen d'une tige filetée ou d'une bague filetée ou par tout autre moyen analogue. Un pré serrage provisoire hydraulique peut être utilisé. Pour le deuxième mode de réalisation de l'invention illustré à partir de la figure 3, la conduite flexible est composée de l'intérieur vers l'extérieur d'une carcasse (1), d'une gaine interne (2), d'une voûte de pression (3) et de deux nappes d'armures de traction (4) et les nappes d'armures (4) sont ancrées dans l'embout (6) par coincement au moyen de trois mors (7, 9, 10). Les mors (7, 9, 10) sont déplaçables dans la direction axiale du flexible les uns dans les autres, de manière à générer un effort de serrage pour l'ancrage des armures (4). Pour ce deuxième mode de réalisation de l'invention, les nappes d'armures (4) sont disposées individuellement entre deux mors : une première armure est coincée entre un mors (7) disposé sur la conduite flexible et un mors intermédiaire (9) et la deuxième armure (4) est coincée entre le mors intermédiaire (9) et un mors (8) disposé dans le capot de l'embout (6). Les mors (7, 10) peuvent glisser sur les pièces internes (voûte ou gaine de la conduite flexible) ou externes (capot) ou être solidaires de la pièce qui le supporte par vis, filetage, soudure ou par fabrication. Ce deuxième mode de réalisation consiste donc à dissocier l'ancrage de chaque nappe pour optimiser les efforts d'ancrage (deux surfaces frottantes) et à pincer chaque nappe d'armures dans un mors qui permet au fil d'armure d'avoir un rayon de courbure continu de la partie courante à son extrémité d'accroche.According to the invention not to present over-stress, the normal curvature of the wire in the anchor undergoes a sudden change in curvature. Advantageously, the curvature variation ACn of the armor wire in the anchor may be limited, preferably such that ACn <n / with C, expressed in mm-1. The normal curvature in current length 700 for a hose of diameter D and wound (armed) with an angle is expressed: Cn = 2. This curvature for hoses from 2 "(about 5.08 cm) to 20" (about D 50.8 cm) armored between 20 and 55 ° is between: 4.6.10-3 Cn 26.10-3mm-1. For example, for a 4 "hose (about 10.16 cm) armed at 35 °, the curvature in current length is equal to C = 6.5.10-3 mm-1, therefore according to the above criterion , the variation of curvature must not exceed: ACn 9.10-6 mm-2 Advantageously, the jaws have a shape of a cone of revolution whose bases are substantially circular and whose generator may be a straight line, an arc of a circle, a portion of an ellipse, parabola or hyperbola or formed by two consecutive radii of curvature In this way, the trajectory of the armor wire in the tip may be a straight line, but is preferably a curve located between the geodesic (zero transverse curvature in the armor) and the loxodromia (constant arming angle) which allows to have an additional capstan effect restraint.Thus, the radius of curvature of the end length of the armor is substantially continuous, which allows a good distribution of the constraints of the wire within the anc rage and which avoids the singular points in the tip (limitation of stress concentrations at a point of the end length). Indeed, this jaw geometry allows to have: a progressive clamping pressure of the entry of the jaws to the final termination, a progressive immobilization of the armor, and a good resistance to fatigue. The level of tension in the armor yarn is progressively reduced by the load transfer due to friction between the yarn and the jaws. Figure 10 shows the winding angle of a weave wire (4) on a tapered trunk. The armor wire (4) is thus wound on a conical trunk (jaws). The angle 6 between the tangent (t) to the wire and the axis (A) of the conical trunk is preferably between 10 and 60 °. This winding makes it possible to press the wire against the surface of the conical trunk (creation of a normal force wire / jaw). The intensity of the normal force depends on the tensile force applied to the wire. Considering a coefficient of friction at the wire / jaw interface, a force is transmissible to the interface by friction (capstan effect). Note that the grip length of the jaws can be quite reduced (between 100 mm and 500 mm). According to an alternative embodiment of the invention, the cone angle (half-angle at the top) of the jaws is preferably between 2 and 30 ° and preferably substantially 5 °, in order to limit the radius of curvature of the armor. The anchoring of the armor may be common (see first embodiment of FIG. 2) or non-common (see second embodiment of FIG. 3) to the two plies between two jaws (completely independent system). The remainder of the description and the figures are given for a flexible pipe which comprises a carcass, an inner sheath, a pressure vault, and two layers of armor, but the invention is suitable for all types of flexible pipes comprising at least one internal pressure sheath and at least one layer of tensile armor wound around the pressure sheath. In particular, the invention is suitable for all numbers of armor plies, in particular for four plies of armor. Advantageously, the plies of armor are arranged in pairs to have a balance in torsion since two plies of tensile armor are cabled in opposite directions. For the first embodiment of the invention illustrated in FIG. 2, the flexible pipe is composed of the interior towards the outside of a carcass (1), of an inner sheath (2), of a roof of pressure (3) and two plies of tensile armor (4) and the plies of armor (4) are anchored in the tip (6) by wedging by means of two jaws (7, 8). The jaws (7, 8) are movable towards each other in the axial direction of the hose, so as to generate a clamping force for anchoring the armor (4). For this first embodiment of the invention, the armor plies (4) are arranged one above the other between the jaws (7, 8). Thus, the anchoring of the two layers of armor (4) is performed simultaneously. One of the jaws (8) is in contact with the cap of the tip (6) and the other jaw (7) is in contact with the inner layers (arch or sheath) of the flexible pipe. The jaws (7, 8) can slide on the internal parts (layers under the armor) or external (hood). Alternatively, one of the jaws is mechanically secured to the part that supports it by screw, thread, welding or by manufacture. Clamping of the jaws (7, 8) can be achieved by means of a threaded rod or a threaded ring or by any other similar means. Hydraulic pre-clamping can be used. For the second embodiment of the invention illustrated from FIG. 3, the flexible pipe is composed of the interior towards the outside of a carcass (1), of an inner sheath (2), of a pressure vault (3) and two traction armor plies (4) and the plies of armor (4) are anchored in the end piece (6) by wedging by means of three jaws (7, 9, 10). ). The jaws (7, 9, 10) are displaceable in the axial direction of the hose into each other, so as to generate a clamping force for anchoring the armor (4). For this second embodiment of the invention, the armor plies (4) are arranged individually between two jaws: a first armor is wedged between a jaw (7) disposed on the flexible pipe and an intermediate jaw (9) and the second armor (4) is wedged between the intermediate jaw (9) and a jaw (8) disposed in the cap of the end piece (6). The jaws (7, 10) can slide on the internal parts (vault or sheath of the flexible pipe) or external (hood) or be integral with the part that supports it by screw, thread, welding or by manufacturing. This second embodiment therefore consists of dissociating the anchoring of each sheet to optimize the anchoring forces (two friction surfaces) and pinching each layer of armor in a jaw which allows the armor wire to have a radius continuous curvature of the current part at its hook end.
La figure 4 est une vue tridimensionnelle de ce mode de réalisation. On peut observer notamment la réalisation de l'embout (6) en deux parties : le capot (6a) assurant l'étanchéité et la bride de raccordement (6b) permettant le raccordement de la conduite flexible à un embout d'une autre conduite flexible ou avec des équipements terminaux. Le serrage des mors (7, 9, 10) peut être réalisé au moyen d'au moins une tige filetée ou d'une bague filetée ou par tout autre moyen analogue. Un pré serrage provisoire hydraulique peut être utilisé. La figure 5 représente une variante de ce mode de réalisation de l'invention, pour laquelle le serrage commun des mors (7, 9, 10) est mis en oeuvre par une tige filetée (11) traversant les trois mors. Alternativement, le serrage des mors (7, 9, 10) peut être indépendant de manière à réaliser séparément l'ancrage des armures (4).Figure 4 is a three-dimensional view of this embodiment. It can be seen in particular the embodiment of the nozzle (6) in two parts: the hood (6a) ensuring the seal and the connecting flange (6b) for connecting the flexible pipe to a tip of another flexible pipe or with terminal equipment. Clamping of the jaws (7, 9, 10) can be achieved by means of at least one threaded rod or ring or by any other similar means. Hydraulic pre-clamping can be used. FIG. 5 represents a variant of this embodiment of the invention, for which the common clamping of the jaws (7, 9, 10) is implemented by a threaded rod (11) passing through the three jaws. Alternatively, the clamping of the jaws (7, 9, 10) may be independent so as to separately perform the anchoring of the armor (4).
Les trois mors du deuxième mode de réalisation sont présentés comme des pièces mono bloc. Toutefois, pour aider au montage en évitant les reprises d'usinage, on peut utiliser des mors en plusieurs pièces (découpage dans le sens de la longueur) afin d'ajuster le positionnement des armures par serrage. Le deuxième mode de réalisation de l'invention peut être adapté pour des conduites flexibles avec des nombres paires d'armures : pour chaque paire de nappes d'armures, on réalise l'ancrage au moyen de trois mors.The three jaws of the second embodiment are presented as single-block pieces. However, in order to help the assembly by avoiding reworking, it is possible to use multi-piece jaws (cutting in the length direction) in order to adjust the positioning of the armor by tightening. The second embodiment of the invention can be adapted for flexible pipes with even numbers of armor: for each pair of armor plies, the anchoring is carried out by means of three jaws.
Les mors peuvent être réalisés en acier doux afin d'obtenir une déformation plastique au niveau de la surface de contact pour améliorer le sertissage. Le montage est alors démontable mais les pièces en acier doux sont à remplacer. La figure 9 illustre une variante de réalisation des mors selon l'invention. Dans certains cas, les contacts acier / acier peuvent être évités de manière à limiter les problèmes de corrosion et/ou de fatigue de contact (fretting). Une épaisseur de polymère (13) peut être installée entre le fil d'armure (4) et le mors (7, 8, 9 ,10). L'utilisation de mors avec une couche de polymère (13) permet de limiter les glissements à l'interface avec le fils d'armure (4) car ces mors (7, 8, 9, 10) se déforment sous contrainte. L'épaisseur de cet élément non acier (13) peut être comprise en 1 et 50 mm. Le polymère peut être choisi parmi les élastomères. Afin de garantir l'ancrage des armures, on peut réaliser une préformation des armures avant leur montage. Un serrage hydraulique des mors peut être prévu pour mettre en place le montage.The jaws may be made of mild steel to provide plastic deformation at the contact surface to improve crimping. The assembly is then removable but the mild steel parts are to be replaced. FIG. 9 illustrates an embodiment variant of the jaws according to the invention. In some cases, the steel / steel contacts can be avoided so as to limit the problems of corrosion and / or contact fatigue (fretting). A polymer thickness (13) may be installed between the armor wire (4) and the jaw (7, 8, 9, 10). The use of jaws with a polymer layer (13) limits the slippage at the interface with the armor son (4) because these jaws (7, 8, 9, 10) deform under stress. The thickness of this non-steel element (13) can be between 1 and 50 mm. The polymer may be chosen from elastomers. To ensure the anchoring of the armor, it is possible to preform the armor before assembly. A hydraulic clamping of the jaws can be provided to set up the assembly.
Pour améliorer les performances de l'ancrage, on peut augmenter le niveau de frottement à l'interface fil d'armure/mors. Pour cela, un collage structural et/ou une texturation de surface peuvent être utilisés. Une surface des mors peut être rainurée pour pré-positionner le fil d'armure. Le mors non rainuré est alors mobile et permet le sertissage.To improve the performance of the anchor, it is possible to increase the level of friction at the armor / jaw interface. For this, structural bonding and / or surface texturing may be used. A surface of the jaws may be grooved to pre-position the armor wire. The non-grooved jaw is then mobile and allows crimping.
Un système de pré positionnement des fils d'armure peut être utilisé lors du montage de l'embout. La pression de serrage exercée par les mors sur ladite longueur d'extrémité des fils d'armure est comprise entre 3 et 100 MPa, de préférence sensiblement égale à 50 MPa, afin d'assurer un serrage suffisant sans créer une concentration de contraintes dans les armures. 25 Selon un exemple de réalisation de l'invention, les dimensions approximatives de l'invention sont : - la longueur hors tout (longueur totale) de l'embout est de l'ordre 1 400 mm, - le diamètre du capot (6a) est de 300 mm. 30 - la partie de l'ancrage a un encombrement d'environ 400 mm de longueur (par nappes) et de 250 mm de diamètre. Exemple de pré-dimensionnement: 35 La figure 6 représente différents efforts mis en jeu lors du serrage. Pour réaliser un calcul de pré-dimensionnement les éléments considérés sont : - une géométrie cône/cône (demi-angle au sommet) à 5°. les armures sont pincées entre deux mors plans. un coefficient de frottement à l'interface fil/mors est de 0,3 soit un angle de frottement de 17°. le système de mors est auto coinçant mais cet effet n'est pas pris en compte. - la reprise d'effort par effet cabestan n'est pas considérée. - une longueur d'ancrage de 300 mm. - la largeur de fil considérée en contact est de 10 mm pour prendre en compte les coins arrondis. - un effort de tension Ften de 1000 kN.A prepositioning system for armor wires can be used when mounting the tip. The clamping pressure exerted by the jaws on said end length of the armor wires is between 3 and 100 MPa, preferably substantially equal to 50 MPa, in order to ensure sufficient clamping without creating a concentration of stresses in the wires. armor. According to an exemplary embodiment of the invention, the approximate dimensions of the invention are: the overall length (total length) of the end piece is of the order 1 400 mm, the diameter of the cover (6a) is 300 mm. The part of the anchor has a footprint of approximately 400 mm in length (in layers) and 250 mm in diameter. Pre-Sizing Example: Figure 6 shows different forces involved in clamping. To perform a pre-dimensioning calculation the considered elements are: - a cone / cone geometry (half-angle at the top) at 5 °. the armor is pinched between two flat jaws. a coefficient of friction at the wire / jaw interface is 0.3 or a friction angle of 17 °. the jaw system is self jamming but this effect is not taken into account. - the recovery of effort by capstan effect is not considered. an anchor length of 300 mm. - The wire width considered in contact is 10 mm to take into account the rounded corners. a tensile force Ften of 1000 kN.
L'effort normal FN à exercer sur chaque face de nappe d'armure est de 1 666 kN (= 1000/0,3/2) pour retenir les armures par frottement. L'effort de bridage axial doit être de 145 kN (= 1 666 x sin (17°+5°)). Ce bridage peut être réalisé par des tiges filetées, par exemple deux vis M12. L'allongement en sortie de connexion peut être estimé en considérant un blocage à son extrémité, si la contrainte maximale est atteinte, 1 200 MPa, alors l'allongement maximal csad.L '._., 1200.300 sera d'environ 2 mm ( = ). L'allongement en sortie d'embout dépendra de E 210 000 la longueur libre d'armure présente dans l'embout (entre la sortie des mors et la sortie de l'embout). Cette distance est de l'ordre de 400 mm donc augmente l'allongement en sortie d'embout à environ 4 mm.The normal force FN to exert on each armor ply face is 1 666 kN (= 1000 / 0.3 / 2) to retain the armor by friction. The axial clamping force must be 145 kN (= 1666 x sin (17 ° + 5 °)). This clamping can be achieved by threaded rods, for example two M12 screws. The elongation at the connection output can be estimated by considering a blockage at its end, if the maximum stress is reached, 1200 MPa, then the maximum elongation csad.L '., 1200.300 will be about 2 mm ( =). The elongation at the tip end will depend on E 210 000 the armor free length present in the tip (between the jaws output and the end of the tip). This distance is of the order of 400 mm, thus increasing the elongation at the tip end to about 4 mm.
Ce système de mors permet d'encastrer le fil d'armure à son extrémité et de le libérer progressivement. L'effort de frottement va permettre de retenir le fil sur la longueur de prise des mors et de limiter ses déplacements / allongements. En outre l'invention concerne une conduite flexible comprenant au moins une gaine de pression, au mois une nappe d'armures et au moins un embout tel que décrit ci-dessus à une de ces extrémités. Au moyen de l'embout, la conduite flexible selon l'invention peut être raccordée à une autre portion de conduite flexible ou à un équipement terminal. Par exemple, la constitution de la conduite flexible peut être celle de la conduite flexible de la figure 1.This jaw system allows embedding the armor wire at its end and release it gradually. The friction force will allow to retain the wire over the grip length of the jaws and limit movement / elongation. In addition, the invention relates to a flexible pipe comprising at least one pressure sheath, at least one armor ply and at least one end piece as described above at one of these ends. By means of the nozzle, the flexible pipe according to the invention can be connected to another portion of flexible pipe or to a terminal equipment. For example, the constitution of the flexible pipe may be that of the flexible pipe of Figure 1.
La conduite flexible selon l'invention peut être utilisée notamment pour l'exploitation offshore d'un gisement pétrolier et/ou gazier. La conduite flexible selon l'invention peut satisfaire, entre autres, aux recommandations des documents normatifs API 17J "Specification for Unbonded Flexible Pipe" et API RP 17B "Recommended Pratice for Flexible Pipe" établis par l'Americain Petroleum Institute.The flexible pipe according to the invention can be used in particular for the offshore exploitation of a petroleum and / or gas field. The flexible pipe according to the invention can satisfy, among others, the recommendations of normative documents API 17J "Specification for Unbounded Flexible Pipe" and API RP 17B "Recommended Pratice for Flexible Pipe" prepared by the American Petroleum Institute.
L'invention présente donc de nombreux avantages : La géométrie spécifique des mors (circulaire, elliptique, parabolique...) permet un blocage progressif des armures et d'éviter tout point singulier (avantage par rapport au concept actuel). L'ancrage est adapté pour offrir une bonne résistance sous une sollicitation en fatigue. Les armures ne nécessitent pas de mise en forme spécifique (pas de pliage / dépliage, crochet). De plus, la préformation des fils n'est pas forcement obligatoire (simplification du montage). Cependant, la préformation peut être une voie d'amélioration de l'invention pour réduire les contraintes maximales ou faciliter le montage. Pour le deuxième mode de réalisation de l'invention, l'immobilisation des armures est réalisée nappe par nappe avec un montage en série qui permet de brider l'ensemble avec le même système. La figure 7 illustre une étape préalable à l'assemblage de l'embout (6). La mise en place des cônes (7, 9, 10) nécessite de découper les armures (4) à la longueur adéquate, les couches extérieures sont les plus courtes ce qui facilite l'opération de préparation. Un collier temporaire (12) d'immobilisation des armures permet de conserver l'organisation des nappes (4) pour le montage. De préférence, il est ensuite démonté. L'assemblage de l'embout de connexion (6) selon l'invention est donc facilité. Le système est démontable. Si des mors en acier doux ou si un collage structural des armures est utilisé, le démontage nécessite des outillages spécifiques et un changement de certaines pièces au remontage. La reprise d'effort mécanique de l'invention est renforcée par l'effet auto coinçant des cônes et par l'effet cabestan. Que ce soit par vissage avec clef dynamométrique ou par serrage avec un système hydraulique, l'invention assure une parfaite maîtrise des compressions de bridages, et cela indépendamment de l'opérateur L'accès aux zones d'étanchéité n'est pas dépendant de la technologie d'ancrage. En effet la figure 8 montre les zones d'étanchéité (Ze) qui ne sont pas dépendantes du moyen d'ancrage.The invention therefore has many advantages: The specific geometry of the jaws (circular, elliptical, parabolic ...) allows a progressive locking of the armor and avoid any singular point (advantage over the current concept). The anchor is adapted to provide good resistance under stress fatigue. Armor does not require specific shaping (no folding / unfolding, hook). In addition, pre-forming the wires is not necessarily mandatory (simplification of the assembly). However, the preform may be an improvement route of the invention for reducing maximum stress or facilitating assembly. For the second embodiment of the invention, the immobilization of the armor is made tablecloth by a sheet with a series connection which allows to clamp together with the same system. Figure 7 illustrates a step prior to the assembly of the tip (6). The introduction of the cones (7, 9, 10) requires cutting the armor (4) to the appropriate length, the outer layers are the shortest which facilitates the preparation operation. A temporary armor immobilization collar (12) makes it possible to preserve the organization of the plies (4) for mounting. Preferably, it is then dismounted. The assembly of the connection tip (6) according to the invention is thus facilitated. The system is removable. If mild steel jaws or if a structural bonding of the armor is used, dismantling requires specific tools and a change of some parts to reassembly. The mechanical stress recovery of the invention is reinforced by the self-jamming effect of the cones and the capstan effect. Whether by screwing with a torque wrench or by tightening with a hydraulic system, the invention ensures perfect control of the clamping compressions, independently of the operator Access to the sealing zones is not dependent on the anchoring technology. Indeed, Figure 8 shows the sealing zones (Ze) which are not dependent on the anchoring means.
Claims (14)
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| FR1362031A FR3014165B1 (en) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | FLEXIBLE DRIVING CONNECTION TIP WITH ANCHORING OF ENHANCED ARMOR YARNS |
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| PCT/EP2014/075648 WO2015082275A1 (en) | 2013-12-03 | 2014-11-26 | Connection end-fitting of a flexible pipe with the armour threads anchored by trapping |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1362031A FR3014165B1 (en) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | FLEXIBLE DRIVING CONNECTION TIP WITH ANCHORING OF ENHANCED ARMOR YARNS |
Publications (2)
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