FR3042577A1 - Procede de pose d'un pipeline et barge pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de pose d'un conduit de transport d'hydrocarbures sur le fond marin dans lequel des tronçons droits (3a, 3b) sont soudés sur une barge de pose, et dans lequel : - on positionne un manchon droit (11a) de raideur déterminée de part et d'autre de cette soudure avec un jeu déterminé entre le diamètre intérieur du manchon et le diamètre extérieur du tronçon, - on applique un organe de déformation (6) sur la portion de conduit de part et d'autre de ladite soudure (9a), - on fige la déformation du conduit en injectant un matériau (13) déterminé sous le manchon (11a) se solidifiant tandis que l'organe de déformation reste appliqué. On répète ces étapes pour que le conduit (1), posé sur le fond marin, présente une ligne moyenne essentiellement droite et des ondulations régulièrement espacées. L'invention concerne également une barge pour la mise en œuvre du procédé.

Description

Le secteur technique de la présente invention est celui des conduits sous-marins pour le transport d'hydrocarbures.

Le brevet US-4992001 enseigne une méthode de pose en S d'un conduit sous-marin. Il existe également des méthodes de pose en J notamment pour les grandes profondeurs.

Les pipelines sont soumis à des pressions et des températures importantes pouvant causer d'importantes contraintes mécaniques auxquelles le pipeline doit pouvoir résister. Le brevet GB-2287297 enseigne des vérins hydrauliques disposés de part et d'autre d'un conduit et commandés alternativement, lors de la pose, de façon à déformer le pipeline qui présente alors une forme ondulée.

Le brevet US-6910830 enseigne également la pose d'un pipeline enroulé, déroulé et redressé selon différentes déformations plastiques ou élastiques afin de réaliser des zones de déformation présentant des déviations spécifiques par rapport à la ligne moyenne du pipeline.

Les multiples ondulations du pipeline posé sur le fond marin ont pour but de contrôler les déformations dans le cas de pressions ou de températures importantes.

Il apparaît cependant le besoin de simplifier la mise en œuvre d'un pipeline depuis une barge en surface permettant un contrôle de la déformation du pipeline posé sur le fond marin.

La présente invention a pour but de pallier les inconvénients de l'art antérieur en fournissant un procédé simplifié pour la pose d'un conduit de transport d'hydrocarbures sur le fond marin depuis une barge de pose.

Cet objectif est atteint grâce à un procédé de pose d'un conduit de transport d'hydrocarbures sur le fond marin dans lequel des tronçons droits sont soudés bout à bout sur une barge de pose, caractérisé en ce que après avoir réalisé une soudure d'au moins un des tronçons droits : - on positionne un manchon droit de raideur déterminée de part et d'autre de cette soudure avec un jeu déterminé entre le diamètre intérieur du manchon et le diamètre extérieur du tronçon, - on positionne la portion de conduit formée par rapport à un organe de déformation, - on applique l'organe de déformation sur la portion de conduit de part et d'autre de ladite soudure pour former au moins une partie déformée, - on fige la déformation du conduit en injectant un matériau déterminé sous le manchon, ce matériau se solidifiant autour de ladite partie déformée tandis que l'organe de déformation reste appliqué sur la portion de conduit.

Selon une particularité de l'invention, la raideur en flexion du manchon est au moins égale à 50% de la raideur de chaque tronçon sollicité dans sa partie médiane.

Selon une autre particularité de l'invention, les tronçons sont du type à double enveloppe comprenant une enveloppe intérieure et une enveloppe extérieure délimitant entre elles un espace annulaire, les extrémités de l'enveloppe extérieure étant rabattues sur l'enveloppe intérieure à distance des extrémités de l'enveloppe intérieure, deux tronçons droits étant soudés bout à bout en soudant leur enveloppe intérieure bout à bout.

Selon une autre particularité de l'invention, l'organe de déformation est appliqué sur deux enveloppes extérieures adjacentes de la portion de conduit, de part et d'autre de ladite soudure, le manchon s'étendant de part et d'autre de ladite soudure et joignant ces deux enveloppes extérieures.

Selon une autre particularité de l'invention, le manchon est positionné autour de ladite soudure par glissement jusqu'à venir au niveau d'une marque ou contre une butée solidaire d'un des tronçons.

Selon une autre particularité de l'invention, la pose est réalisée en S, l'organe de déformation se présentant sous la forme d'une rampe incurvée vers le haut et s'inclinant vers le bas.

Selon une autre particularité de l'invention, la pose est réalisée en J, l'organe de déformation se présentant sous la forme d'au moins deux vérins hydrauliques décalés l'un par rapport à l'autre et appliquant un effort sur le conduit à l'opposé l'un de l'autre.

Selon une autre particularité de l'invention, on répète les étapes de positionnement de manchons autour de chaque soudure, d'application de l'organe de déformation pour former des parties déformées à intervalles réguliers et d'injection dudit matériau sous chaque manchon droit se solidifiant pour figer ladite partie déformée, de façon à ce que le conduit de transport disposé sur le fond marin présente une ligne moyenne essentiellement droite et des ondulations régulièrement espacées.

Un autre objet de la présente invention concerne une barge de pose d'un conduit de transport d'hydrocarbures sur le fond marin comprenant au moins une station de travail de soudage de tronçons droits soudés bout à bout, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins: - un système de positionnement d'une portion de conduit en construction, - une station de travail de positionnement d'au moins un manchon droit de raideur déterminée autour d'au moins une soudure entre deux tronçons avec un jeu déterminé entre le diamètre intérieur du manchon et le diamètre extérieur du tronçon, - un organe de déformation appliqué sur la portion de conduit de part et d'autre de ladite soudure pour former au moins une partie déformée, l'organe de déformation étant disposé au moins en partie en aval de, la station de travail de soudage et une station de travail d'injection d'un matériau déterminé sous chaque manchon se solidifiant autour de ladite partie déformée tandis que l'organe de déformation est appliqué simultanément sur la portion de conduit pour figer la déformation.

Un tout premier avantage est que des déformations nombreuses et régulièrement espacées peuvent aisément être introduites le long du pipeline, permettant ainsi de répartir un allongement global important pouvant être dû à des contraintes thermiques, des contraintes mécaniques ou à une combinaison de contraintes thermiques et mécaniques. Les contraintes et déplacements axiaux s'exerçant en bout de ligne ou sur des structures intermédiaires sont avantageusement fortement diminués.

La présente invention a également comme avantage de pouvoir être mise en œuvre sans augmenter les temps de montage et de pose du pipeline, voire même en réduisant les temps de montage en libérant une station de travail en amont de la rampe puisque le manchon peut être installé et solidarisé au niveau de la rampe voire notamment au moins en partie dans une zone courbée de la rampe de pose.

Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait que le matériau solidifié autour de chaque déformation venant en appui contre le manchon, peut être utilisé pour réaliser une précontrainte et également pour participer à la distribution régulière des déplacements dans le cas où le pipeline est soumis à des températures ou des pressions importantes qui, sans cette modification, mènerait à l'apparition de déformations moins nombreuses mais de plus forte amplitude.

Un avantage est aussi que le procédé de pose de pipelines présentant des déformations contrôlées peut être mis en œuvre avec des aménagements relativement réduits des barges de pose en S existantes. D'autres caractéristiques, avantages et détails de l'invention seront mieux compris à la lecture du complément de description qui va suivre de modes de réalisation donnés à titre d'exemple en relation avec des dessins sur lesquels : - la figure 1 représente une barge de pose en S ; - la figure 2 représente un exemple de procédé de pose ; - la figure 3 représente un exemple de tronçon droit ; - la figure 4 représente un exemple de déformations entre des tronçons droits ; - la figure 5 représente une barge de pose en J. L'invention va à présent être décrite avec davantage de détails. La figure 1 représente une barge de pose en S. La barge de pose 4a comprend une station de travail de soudage 20 des tronçons droits soudés bout à bout. Les tronçons sont positionnés sur un système de positionnement 21 des tronçons les faisant passer devant différentes stations de travail jusqu'à une rampe 6 s'inclinant vers le fond marin 2. Le conduit de transport d'hydrocarbures 1 présente ici un profil en S entre la barge 4a et le fond marin 2.

La barge 4a comprend, en aval de la station de travail 20 de soudage : - une station de travail 25 de contrôle des soudures, - une station de travail 24 d'application d'un revêtement anticorrosion, - une station de travail 22 de positionnement de manchons autour des soudures, - un organe de déformation 6 pouvant être appliqué sur la portion de conduit pour réaliser des parties déformées, - une station de travail 23 d'injection, sous chaque manchon, d'un matériau tel que de la résine, se solidifiant autour d'une partie déformée simultanément à l'action de l'organe de déformation 6. L'organe de déformation se présente ici sous la forme d'une rampe 6 incurvée vers le haut et s'inclinant vers le bas.

Un exemple de procédé de pose d'un conduit va maintenant être décrit en relation avec la figure 2. Un tronçon est tout d'abord soudé à la station de travail 20 de soudage à la partie de conduit déjà montée. Les tronçons comprennent leur tube de transport en acier soudés bout à bout.

Après la soudure, la partie de conduit montée peut être déplacée, jusqu'à ce que la soudure se positionne au niveau de la station de travail 25 de contrôle de la soudure.

Après le contrôle de la soudure, un nouveau déplacement peut être ensuite effectué jusqu'à la station de travail 24 de traitement anticorrosion.

Après le traitement anticorrosion, la partie de conduit peut être déplacée jusqu'à ce que la soudure vienne en face d'une station de travail 22 pour la mise en place d'un manchon recouvrant la soudure.

Des manchons droits 29 sont ici disposés chacun autour d'un tronçon et en amont d'une soudure, en attente d'être mis en place. La mise en place du manchon s'effectue par exemple en glissant le manchon droit jusqu'à venir au niveau d'un marquage réalisé sur le tronçon adjacent ou contre une butée solidaire du tronçon adjacent.

On déplace ensuite la partie de conduit pour que la soudure vienne au niveau de la rampe 6 inclinée et au niveau d'une station de travail 23 d'injection d'un matériau déterminé. L'organe de déformation, qui se présente ici sous la forme d'une rampe 6, courbe la partie de conduit de part et d'autre de la soudure.

On injecte alors le matériau déterminé sous le manchon. L'organe de déformation 6 reste appliqué sur la portion de conduit jusqu'à ce que ce matériau se soit solidifié sous le manchon et autour de la partie déformée ainsi figée.

Après solidification du matériau injecté autour de la soudure et autour de la partie déformée, cette portion déformée peut être avancée vers le fond marin.

Le procédé de pose peut avantageusement être mis en œuvre pour un conduit simple enveloppe ou pour un conduit double enveloppe, également désigné par pipe-in-pipe.

En répétant les étapes de positionnement de manchons autour de chaque soudure, d'application de l'organe de déformation pour former des parties déformées à intervalles réguliers et d'injection du matériau sous chaque manchon se solidifiant sous chaque manchon et autour de chaque partie déformée, le conduit de transport peut avantageusement présenter des déformations permanentes régulièrement espacées une fois disposé sur le fond marin.

Ainsi il est avantageusement possible d'obtenir de nombreuses déformations d'amplitude précise et en des endroits déterminés. Les déformations sont par exemple régulièrement espacés afin d'inciter le conduit à se déformer en ces endroits déterminés en cas dilatation thermique ou de contrainte mécanique.

La combinaison d'une amplitude et d'un espacement déterminé des déformations imposées permet de distribuer la dilatation totale du pipeline entre de nombreux points de déformation. Les déformations se présentent par exemple sous la forme de petites courbures imposées au pipeline autour de sa ligne moyenne.

Chacun des points de déformation peut ainsi voir apparaître un déplacement réduit, ce qui est avantageux en comparaison d'un pipeline posé en ligne droite qui verrait l'apparition de zones de déformations plus espacées où le déplacement serait plus important et pourrait conduire à l'apparition d'instabilités géométriques pouvant mettre en danger l'intégrité du conduit.

On peut aussi ne pas imposer ces changements de courbure à toutes les soudures offshore, mais seulement à certaines de ces soudures à des emplacements déterminés, par exemple à proximité des extrémités du conduit ou à proximité des structures sous-marines susceptibles d'être affectées par les efforts de dilatation axiaux.

La figure 3 représente un exemple de tronçon droit du type à double enveloppe. Le tronçon 3 comprend une enveloppe intérieure 14 en acier de transport du fluide et une enveloppe extérieure 15 en acier délimitant entre elles un espace annulaire 16. Un matériau thermiquement isolant peut être disposé dans l'espace annulaire, comme par exemple un matériau microporeux ou un matériau à base de silice pyrogénée.

Les extrémités 17a et 17b de l'enveloppe extérieure sont rabattues et soudées à l'enveloppe intérieure 14 à distance des extrémités 18a et 18b de l'enveloppe intérieure. L'espace annulaire est ainsi étanche et peut être mis à pression réduite pour optimiser l'isolation thermique.

Les tronçons double enveloppe sont préfabriqués à terre et peuvent présenter chacun une longueur de 12m, 24m ou 48m.

Le tronçon 3 comprend sur sa surface extérieure, un élément de positionnement du manchon, par exemple une marque ou une butée 19 métallique servant pour l'arrêt du manchon positionné par glissement.

La figure 4 représente un exemple de déformation entre des tronçons droits double enveloppe 3a et 3b. Les deux tronçons droits 3a et 3b sont joints par soudure bout à bout de leur enveloppe intérieure. L'organe de déformation 6 est appliqué ici sur les deux enveloppes extérieures 15a et 15b adjacentes de la portion de conduit, de part et d'autre de la soudure 9a. Le manchon droit lia s'étend de part et d'autre de la soudure 9a et joint les deux enveloppes extérieures 15a et 15b.

Cette structure des tronçons droits double enveloppe permet un raboutage aisé offshore puisqu'il suffit de souder les extrémités 18a et 18b de l'enveloppe intérieure pour réaliser la continuité du conduit. L'intégrité mécanique d'une zone s'étendant radialement autour de la soudure offshore est réalisée par l'ajout du manchon droit lia ou 11b dont la rigidité et la longueur permettent de transférer un moment de flexion significatif entre deux tronçons adjacents. Le manchon réalise ainsi une liaison mécanique entre les enveloppes extérieures des tronçons, tandis que la résine comble l'espace sous le manchon permettant ainsi une reprise des efforts par le manchon au niveau de la jonction entre les deux tronçons adjacents.

Pour pouvoir imposer une courbure localisée au conduit, la rigidité du manchon peut représenter par exemple au moins 50% de la rigidité du conduit double enveloppe dans sa partie courante. Cette partie courante correspond aux zones médianes des tronçons double enveloppe. Dans la zone médiane 33 de chaque tronçon double enveloppe, la rigidité de l'enveloppe extérieure s'ajoute à la rigidité de l'enveloppe intérieure.

Afin d'assurer une intégrité thermique, le manchon peut être réalisé à double paroi, un matériau thermiquement isolant étant disposé dans l'espace entre les deux parois formant la double paroi.

Le manchon peut avantageusement être monté par glissement. Le manchon est conçu avec un jeu déterminé entre son diamètre intérieur et le diamètre extérieur de l'enveloppe extérieure afin de pouvoir garantir un glissement aisé quelle que soit le montage du tronçon double enveloppe et la réalisation de la soudure entre deux tronçons, compte tenu des tolérances dimensionnelles des enveloppes intérieure et extérieure ainsi que de leurs ajustements respectifs. Le jeu entre le diamètre interne du manchon et le diamètre externe d'un tronçon est également choisi en fonction de la courbure imposée entre deux tronçons, le manchon restant droit autour de la courbure avant l'injection du matériau à solidification rapide. Le jeu entre le diamètre interne du manchon et le diamètre externe d'un tronçon est par exemple compris entre 5mm et 20mm. Le manchon lia est fixé définitivement en position par l'injection du matériau 13 et sa solidification. Ce matériau 13 est choisi à prise rapide, avec un temps de solidification préférentiellement inférieur à 15 minutes voire inférieur à 5 minutes. Le manchon est ainsi bloqué et solidarisé avec le conduit qui se trouve ainsi acquérir une isolation thermique et une résistance en flexion accrue autour de la soudure.

Avantageusement on exploite ici le changement de courbure le long de la rampe 6 de pose et la variation d'inertie de flexion du pipeline au niveau de la soudure offshore, avant le positionnement du manchon. Le conduit glisse ainsi le long de la rampe et suit globalement sa courbure.

Le conduit double enveloppe pris selon sa longueur présente majoritairement deux enveloppes alors qu'il n'est constitué que d'une seule enveloppe de part et d'autre de la soudure sur une zone réduite. Cette zone réduite disposée de part et d'autre de la soudure va donc concentrer la déformation. Le conduit de transport peut ainsi présenter une alternance de zones double enveloppe longues et droites et de zones simple enveloppe courtes et courbées, qui seront maintenues courbées dans le manchon.

Le manchon présente ici une longueur permettant de recouvrir entièrement la zone simple enveloppe courbée du pipeline. L'injection du matériau à prise rapide permet de figer cette courbure et d'imposer une déformation locale au pipeline double enveloppe. Cette déformation locale se retrouve ensuite lorsque le pipeline double enveloppe est posé au fond de la mer.

Par rapport aux processus de pose habituel le manchon est choisi de plus grand diamètre et on prévoit également une légère augmentation du volume de matériau d'injection pour notamment s'adapter à la courbure du conduit.

La méthode peut en outre être économiquement avantageuse pour l'installateur du pipeline en permettant d'une part de décaler la station d'injection au niveau de la rampe, ce qui permet de mieux répartir en amont les stations de travail de soudage, de contrôle et de traitement anticorrosion. L'installation du pipeline peut ainsi s'effectuer plus rapidement. D'autre part l'installateur peut installer le pipeline selon une voie directe sans nécessiter des changements de direction lors de la pose dans le but d'imposer des zones de dilatation le long du pipeline. L'installation s'effectue ainsi sans nécessiter de sur-longueurs engendrées par ces changements de direction. L'assemblage offshore des conduits est représenté selon la méthode de la pose en S mais il est également possible d'appliquer la méthode de pose en J comme décrit par la suite en relation avec la figure 5.

La figure 5 représente une barge 4b de pose en J. La barge 4b comprend une tour 32 supportant une mâchoire mobile 31 permettant de positionner la portion de conduit. Les tronçons droits sont assemblés à la verticale. Une même station de travail 30 réalise par exemple des opérations de soudage, de contrôle des soudures, de traitement anticorrosion, de positionnement des manchons et d'injection de matériau se solidifiant sous le manchon.

Les tronçons droits peuvent comprendre des manchons en attente 29 disposé en amont d'une soudure et autour du tronçon. L'organe de déformation se présente par exemple sous la forme d'au moins deux vérins hydrauliques 7 et 8 appliquant un effort sur le conduit à l'opposé l'un de l'autre. Ces vérins hydrauliques peuvent être des organes spécialement aménagés sur la barge de pose. Pour réaliser ces vérins hydrauliques, on peut aussi prévoir d'utiliser une mâchoire inférieure de façon active et des rouleaux de guidage de façon active.

Il doit être évident pour l'homme du métier que la présente invention permet d'autres variantes de réalisation. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés comme illustrant l'invention.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   1. Procédé de pose d'un conduit (1) de transport d'hydrocarbures sur le fond marin (2) dans lequel des tronçons droits (3) sont soudés bout à bout sur une barge de pose (4a) , caractérisé en ce que après avoir réalisé une soudure (9a) d'au moins un des tronçons droits : on positionne un manchon droit (lia) de raideur déterminée de part et d'autre de cette soudure avec un jeu déterminé entre le diamètre intérieur du manchon et le diamètre extérieur du tronçon, - on positionne la portion de conduit formée par rapport à un organe de déformation (6), - on applique l'organe de déformation (6) sur la portion de conduit de part et d'autre de ladite soudure (9a) pour former au moins une partie déformée, - on fige la déformation du conduit en injectant un matériau (13) déterminé sous le manchon (lia), ce matériau se solidifiant autour de ladite partie déformée tandis que l'organe de déformation (6) reste appliqué sur la portion de conduit.
2. 2. Procédé de pose selon la revendication 1, caractérisé en ce que la raideur en flexion du manchon (lia) est au moins égale à 50% de la raideur de chaque tronçon sollicité dans sa partie médiane (33).
3. 3. Procédé de pose selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les tronçons sont du type à double enveloppe comprenant une enveloppe intérieure (14) et une enveloppe extérieure (15) délimitant entre elles un espace annulaire (16), les extrémités (17a, 17b) de l'enveloppe extérieure étant rabattues sur l'enveloppe intérieure à distance des extrémités (18a, 18b) de l'enveloppe intérieure, deux tronçons droits (3a, 3b) étant soudés bout à bout en soudant leur enveloppe intérieure bout à bout.
4. 4. Procédé de pose selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de déformation (6) est appliqué sur deux enveloppes extérieures (15a, 15b) adjacentes de la portion de conduit, de part et d'autre de ladite soudure (9a), le manchon (lia) s'étendant de part et d'autre de ladite soudure (9a) et joignant ces deux enveloppes extérieures (15a, 15b).
5. 5. Procédé de pose selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le manchon est positionné autour de ladite soudure par glissement jusqu'à venir au niveau d'une marque ou contre une butée (19) solidaire d'un des tronçons.
6. 6. Procédé de pose selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pose est réalisée en S, l'organe de déformation se présentant sous la forme d'une rampe (6) incurvée vers le haut et s'inclinant vers le bas.
7. 7. Procédé de pose selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pose est réalisée en J, l'organe de déformation se présentant sous la forme d'au moins deux vérins hydrauliques (7, 8) décalés l'un par rapport à l'autre et appliquant un effort sur le conduit à l'opposé l'un de 1'autre.
8. 8. Procédé de pose selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on répète les étapes de positionnement de manchons (lia, 11b) autour de chaque soudure, d'application de l'organe de déformation (6) pour former des parties déformées à intervalles réguliers et d'injection dudit matériau (13) sous chaque manchon droit (lia, 11b) se solidifiant pour figer ladite partie déformée, de façon à ce que le conduit de transport (1) disposé sur le fond marin présente une ligne moyenne essentiellement droite et des ondulations régulièrement espacées.
9. 9. Barge (4a) de pose d'un conduit de transport d'hydrocarbures (1) sur le fond marin (2) comprenant au moins une station de travail de soudage (20) de tronçons droits soudés bout à bout, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins : - un système de positionnement (21) d'une portion de conduit en construction, - une station de travail de positionnement (22) d'au moins un manchon droit (lia) de raideur déterminée autour d'au moins une soudure entre deux tronçons (3a, 3b) avec un jeu déterminé entre le diamètre intérieur du manchon et le diamètre extérieur du tronçon, - un organe de déformation (6) appliqué sur la portion de conduit de part et d'autre de ladite soudure (lia) pour former au moins une partie déformée, l'organe de déformation étant disposé au moins en partie en aval de la station de travail de soudage (20) et - une station de travail d'injection (23) d'un matériau déterminé (13) sous chaque manchon (lia) se solidifiant autour de ladite partie déformée tandis que l'organe de déformation (6) est appliqué simultanément sur la portion de conduit pour figer la déformation.