CA1090593A

CA1090593A - Dispositif comportant une conduite flexible pour transferer un fluide a travers une masse liquide

Info

Publication number: CA1090593A
Application number: CA300,325A
Authority: CA
Inventors: Philippe Joubert; Michel Loupias; Pierre Durando
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1977-04-04
Filing date: 1978-04-03
Publication date: 1980-12-02
Also published as: JPS53148015A; NO781174L; NO148535B; US4263004A; FR2386757A1; NO148535C; ES468506A1; FR2386757B1; GB1579502A; BR7802060A; JPS6222036B2

Abstract

PRECIS DE LA DIVULGATION:

Dispositif pour transférer un fluide à travers une masse liquide. Il comporte une conduite flexible constituée de tronçons réunis bout à bout par des éléments de raccorde-ment, cette conduite étant, en service, immergée et soutenue par des d'éléments de flottaison maintenus en immersion par ancrage. Des éléments de raccordement sont reliés directement à un élément de flottaison et comportent des moyens de limita-tion des contraintes de flexion supportées par les tronçons de conduite flexible, au voisinage de l'élément de raccordement.

Description

~0~0593 La présente invention se rapporte à un dispositif comportant une conduite flexible pour transférer un fluide à travers une masse liquide.

En particulier, mais non limitativement, le dispositif selon l'inven-tion trouve des applications dans le transfert de produits pétroliers entre une première installation flottante (réservoir flottant, bouée de déchargement des pétroliers, plateforme flottante, etc...) nu immergée (réservoir pose sur le fond marin, collecteur d'un champ pétrolifère marin, etc...) et une seconde installation qui peut être située à la surface de l'eau (bouée de déchargement des pétroliers, réservoir flottant, etc...) ou à terre (terminal d'un pipe-line, etc...).

Actuellement, lorsque les installations marines sont situées en eaux peu profondes, on met en oeuvre des canalisations, le plus souvent rigides, déposées sur le fond de la mer ou maintenues à son voisinage immédiat par des supports rigides reposant sur le fond.

Lorsque les profondeurs d'eau deviennent importantes, la pose de cana-lisations sur le fond de l'eau s~avère de plus en plus difficile à réaliser dansdes conditions normales de sécurité pour le matériel. De plus, il faut noter :
.
- que l'irrégularité des fonds marins qui ne sont pas toujours très bien connus, accroit d'autant plus les difficultés de pose que les variations de profondeur sont importantes et rapides, car elles engendrent des con-traintes capables de détruire localement la canalisation, - que la présence de fosses marines très profondes rend impossible, dans certains cas, la pose de canalisations, et - que l'épaisseur de paroi de la canalisation doit être suffisante,pour sup-porter la pression ~drostatique correspondant à la plus grande profondeur atteinte par la canalisation, ce qui se manifeste par un accroissement de la raideur de la canalisation augmentant les difficultés de pose.

Pour remédier à ces inconvénients,on a proposé de maintenir les canalisations de transfert à une profondeur dlimmersion déterminée en utilisant ~- ~, y ~090S~3 des canalisations flottantes, lestées et ancrées localement, ou des canalisations non flottantes soutenues par des flotteurs ancrés.
Pour éviter que les forces extérieures variables, dues par exemple à des courants marins, ne modifient trop fortement le profil de l'ensemble de la canalisation, ce qui peut induire localement dans cette canalisation des contraintes variables de valeurs élevées et capables d'endommager la canalisation, on utilise selon l'art antérieur un ancrage complexe et coûteux, comprenant par exemple plusieurs lignes d'ancrage par flotteur, et qui nécessite des opérations longues et difficiles pour sa mise en oeuvre.
Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de transfert de fluide mettant en oeuvre une conduite immergée à une profondeur fonction du cas d'utilisation et ne présentant pas les inconvénients mentionnés plus haut.
Dans ce but, l'invention revendiquée ici vise un dis-positif pour transférer un fluide à travers une masse liquide, dispositif comportant une conduite flexible constituée de tronçons réunis bout à bout par des éléments de raccordement, cette conduite étant, en service, immergée et soutenue par une pluralité d'éléments de flottaison maintenue en immersion par des moyens d'ancrage. Ce dispositif a cecl de particulier qu'en ce que certains au moins des éléments de raccordement sont reliés directement à un élément de flottaison et comportent des moyens de limitation des contraintes de flexion supportées par lesdits tronçons de conduite flexible, au voisinage de l'élément de raccordement.
La présente invention pourra être bien comprise et ses avantages apparaîtront clairement, à la lecture de la des-cription qui suit d'une réalisation particulière, illustrée par les figures annexées parml lesquelles:

- La figure 1 représente schématiquement un cas parti-culier, mais non limitatif, d'utilisation d'une conduite de transfert de fluide selon l'invention, - la figure 2 montre plus en détail, un élément de raccordement suspendu à un element de flottaison, - la figure 3 montre un organe de liaison articule, - la figure 4 represente un exemple de realisation des connecteurs, et - les figures 5 a 6A illustrent des variantes possi-bles de réalisation de l'invention.
Sur la figure 1 on a représenté, a titre d'exemple seulement, le cas ou l'invention est utilisée pour le transfert de pétrole entre deux installations marines, ce pétrole prove-nant d'un champ de production immergé a grande profondeur.

109()593 La référence 1 désigne un collecteur de pétrole posé
sur le fond de l'eau et relié par des canalisations, telles que

2, aux différentes têtes de puits de production immergées (non représentées). Une canalisation verticale 3 connecte le col-lecteur 1 à une installation flottante schématisée en 4, mainte-nue en position par un dispositif d'ancrage non représenté.
La canalisation 3 peut être une canalisation rigide.
Elle peut également être constituée par une conduite flexible du type de celle comportant un élément tubulaire souple et étanche résistant au pétrole, et des armatures de renforcement capables de supporter les différences des pressions régnant à
l'intérieur et à l'extérieur de la conduite et les efforts de traction appliqués à la conduite.
L'installation flottante 4 peut comporter des moyens adaptés à soustraire la colonne montante 3 à l'action des dépla-cements verticaux (pilonnement~ de l'installation flottante.
Ces moyens ne faisant pas partie de l'invention, ne seront pas décrits en détail.
Dans le cas de la figure 1 l'installation flottante 4 est équipée d'un dispositif de traitement du pétrole brut pro-venant du collecteur 1, tel qu'un dispositif de dégazage non représenté.
Après traitement, le pétrole est stocké dans une seconde installation marine, telle qu'un réservoir flottant 5 ancré à
une certaine distance de l'installation 4 par des câbles d'ancrage non représentés.
Le transfert du fluide entre les deux installations marines 4 et 5 est assuré par le dispositif selon l'invention qui met en oeuvre une conduite flexible 6 maintenue immergée par des moyens appropriés, chacune des extrémités de la conduite flexible 6 étant fixée à l'une des installations flottantes.

~090593 Selon l'invention, la conduite flexible 6 est formée de tronçons 6a, 6b, 6c ... 6n reliés entre eux par des organes de raccordement7 suspendus à des éléments de flottaison 8 pré-sentant une flottabilité totale supérieure au poids apparent de la conduite flexible dans l'eau.
Chaque élément flottant 8 est solidaire d'un câble d'ancrage 8a relié à un élément fixe 9 tel qu'un point d'ancrage ou un corps pesant. La longueur de ces câbles d'ancrage 8a est ajustée à la valeur désirée pour que la conduite flexible 6 soit maintenue à la profondeur d'immersion désirée.
De préférence, la profondeur d'immersion est choisie pour que la canalisation 6 ne gêne pas la circulation maritime, mais aussi pour que l'action des vagues soit sinon nulle, du moins admissible. Bien entendu, on choisira la profondeur d'im-mersion en fonction du site d'installation de la canalisation, par exemple pour que cette canalisation ne soit pas soumise à
l'action des courants marins qui peuvent exister. De plus, la profondeur d'immersion pourra être différente pour deux portions de conduite différentes en vue par exemple, mais non exclusi-vement, de soustraire la conduite à l'action d'un courant marin, etc.
En général, on peut considérer que, par rapport au niveau de la mer, la profondeur h d'immersion des éléments flottants 8 doit être au moins égale à 50 mètres etde préférence comprise entre 50 et 150 mètres.
Les avantages paraissent alors à l'évidence pour l'homme de l'art:
- la pose d'une telle conduite est simplifiée et peut être ef-fectuée à partir de supports flottants non spécialisés, - la canalisation 6 est soumise sur toute sa longueur à une pression hydrostatique notablement inférieure à celle qui cor-respondrait à la pose de la canalisation sur le fond, - on voit sur la figure 1 que, quel que soit le profil du fond de la mer, la mise en place de la canalisation 6 n'est pas affectée même si dans la région de pose il existe des fosses marines de très grande profondeur H, comme schématisé en 10 sur la figure 1, - les opérations de surveillance et d'entretien peuvent être facilitées par l'intervention directe de plongeurs et, - il est possible de remonter en surface la canalisation 6 ou la partie de cette canalisation située entre deux flotteurs 7 pour sa surveillance, son entretien ou sa récupération.
Sur la figure 1 on a représenté une seconde canalisa-tion 6' alimentant en gaz une.torchère flottante 11 qui constitue aussi une installation marine flottante.
La figure 2 montre de façon plus détaillée un premier mode de réalisation des moyens de raccordement 7 de deux tronçons de conduite flexible successifs 6m et 6n, ces moyens qtant suspendus à un élément de flottaison 8.
L'élément de flottaison 8 comprend une capacité étanche 12 de volume déterminé et conçue pour résister à la pression hydrostatique de la profondeur h à laquelle l'élément flottant est immergé. Pendant les périodes d'utilisation, cette capacité
étanche 12 peut être remplie d'un gaz sous pression pour réduire la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de cette capacité. Eventuellement, des cloisons délimitent à l'in-térieur de cette capacité 12 des compartiments, dont certains au moins peuvent être remplis d'une quantité variable d'un liquide pour modifier la flottabilité de l'élément 8, par exemple au moment de sa mise en place. Des moyens d'introduction et/ou d'évacuation du liquide pourront être prévus et comporter des organes du type clapet actionnés hydrauliquement. La réalisation 1~)90593 de tels organes, à la portée de l'homme de l'art, ne sera pas décrite en détail.
Dans l'exemple illustré par la figure 2, la capacité
étanche 12 est entourée par une structure 13 qui constitue de fait un renforcement de cette capacité étanche.
Sous l'élément de flottaison 8 est suspendu, par l'intermédiaire d'un organe de liaison 14, un organe 7 de rac-cordement de deux tronçons successifs de conduite flexible tels que les tronçons 6m et 6n.
Cet organe de liaison 7 comprend un bâti ou élément support, constitué d'un treillis de barres ou tubes 15, soll-dairesde l'organe de liaison 14. Ce bâti porte des connecteurs 16 et 17 auxquels viennent se raccorder respectivement et de façon étanche les extrémités des tron~ons de conduite flexible 6m et 6n. Les connecteurs 16 et 17 communiquent entre eux par une canalisation de raccordement 18 qui peut être constituée par un tube rigide ou flexible.
Du côté opposé à la canalisation 18, les connecteurs 16 et 17 sont prolongés par des moyens permettant de supporter localement les contraintes de flexion s'exerçant sur les troncons de conduite flexible ou tout au moins d'en limiter les effets n~fastes.

Dans le mode de réalisation selon la figure 2,ces moyens sont cons-titués par des écubiers désignés respectivement par les références 19 et 20.

Ces écubiers sont disposés de telle sorte que leurs ax~s X forment avec la verticale des angles d déterminés en fonction de la distance prévue entre deux éléments de flottaison a successifs, de la longueur du troncon de conduite flexible reliant ces deux éléments de flottaison, des caractéristiques techniques du tronçon de conduite (raideur,etc.), de sorte que les axes des écubisrs soient sensiblement tangents aux profils moyens des tron~cons de con-duites 6m et 6n au niveau de leur raccordement avec les connecteurs 16 et 17qui ont même axe que les écubiers.

Le profil intérieur de ces écubiers ast déterminé pour empêcher que les variations de position relative de deux organes de flottaison successifs 9 ne provoquent une diminution dangereuse du rayon de courbure des portions de conduite flexible adjacentes aux connecteurs auxquels ella est reliée, la conduite prenant alors appui sur la surface intérieure de l'écubier qui, en tout point, a un rayon de courbure au moins égal au rayon de courbure minimal que peuvent supporte* sans destruction,les troncons de conduite flexible.
, Ainsi, les génératrices 19a ou 2ûa des écubiers 19 ou 20 situées à
l'intersection de la surface intérieure de l'écubier (dans sa position d'uti-lisation) par un plan vertical passant par l'axe de l'écubier, ont un profil tel que, lorsqu'on s'éloigne des connecteurs 16 ou 17, l'angle que les tangentesces profils font avec la verticale varie de fason continue, de la valeur ~
définie plus haut à une valeur (~ + ~ ) choisie par le technicien en fonction des variations maxima de positions relatives que peuvent subir les éléments de flottaison successifs. De la même facon les génératrices 19b et 20b, qui sont respectivement opposées aux génératrices 19a et 20a, ont un profil tei que, lorsqu'on s'éloigne des connecteurs 16 ou 17, l'angle que les Langentes à ces profils font avec la verticale varie de facon continue de la valeur o~ définie plus haut à une valeur sensiblement nulle.

~ l est aisé de comprendre que lbrsque sous l'action d'une influence extérieure ~courants marins, par exemple) la distance entre deux éléments de flottaisan 8 tend à augmenter fortemsnt, le tronçon de conduite flexible reliantces deux éléments 8 prend appui sur une portion plus ou moins grande d'une gene-ratrice supérieure telle que 20a. Inversement, le rapprochement de deux élémentsde flottaison 8 se traduit par une déformation de la conduite flexible qui prendalors appui contre une portion plus ou moins grande d'une génératrice inférieure, telle que 20b.

L'organe 14 reliant l'organe de raccordement 7 à l'élément de flot-taison 8 peut être de tout type connu permettant de réaliser une liaison rigi-de (boulons, soudures, etc...) mais on choisira de préférence un élément de liaison articulé.

La figure 3 représente un mode particulier de réalisation de l'organe de liaison qui comprend une chape 21 solidaire de l'élément 8, une chape 22 fixée sur l'organe 7 et une pièce intermédiaire 23 pouvant pivoter autour de deux axes distincts 24 et 25 placés hortogonalement et portés respectivement par les chapes 21 et 22. L'ensemble réalise ainsi une articulation du type cardan.

L'extrémité supérieure du câble d'ancrage 8a est articulée en un point 26 de l'organe de raccordement 7, ce point d'articulation étant aussi proche que possible de l'organe de liaison 14 aurtout lorsque ce dernier est un organe articulé.

La figure 4 représente, vu en coupe, un mode de réalisation du con-necteur 16 qui est constitué d'un élément tubulaire à l'intérieur duquel peut 8tre positionné le raccord rigide 6'm prolongeant la conduite flexible 6m. Du côté de la conduite flexible 6m le connecteur est prolongé par l'écubier 19 schematisés en fixé par des vis ou boulons/27 La solidarisation du raccord rigide 6'm et du connecteur 16 est obtenue par des goupilles 29 que l'on place dans un logement délimité conjointement par deux rainures complémentaires pratiquées dans le connecteur 16 et dans le raccord rigide 6'm. La canalisation 1 a est fixée à
l'extrémité du raccord 6'm par tout dispositif connu de raccordement,capable d'assurer l'étanchéité. Par exemple, la canalisation 18 et le raccord 6'm sont pourvus de brides complémentaires 29 et 30 assemblées par des boulons 31, l'~tanchéité étant assurée par un ioint 32.

-Les figures 5, 5A~ 6 et 6A représentent d'autres modes de réalisation de l'invention.

Dans le mode de réalisation illustré par la figure 5 les connecteurs 16 et 17 sont articulés sur la structure 7 par exemple au moyen d'un axe 33 qui, comme le montre la figure 5A, coopère avec un palier33a solidaire de la structure 7. De plu5, les connecteurs 16 et 17 sont reliés entre eux par une portion de conduite flexible 34 qui forme au moins une boucle. Ainsi, les variations de position relative de deux éléments de flottaison consécutifs se traduisent par une rotation des connecteurs 16 et/ou 17 autour de leurs axes, ce qui modif~e la forme de la boucle de la conduite 34. Celle-ci supporte donc toutes les contraintes dues à ces variations et pourra être remplacée pério-diquement en fonction de son degré d'usure.

Selon le mode de réalisation représenté par la figure 6, les connec-teurs 16 et 17 sont prolongés par des dispositifs 35 et 36 adaptés à faire varier la flexibilité des conduits 6m et 6n au voisinage immédiat des connec-teurs. Ces dispositifs pourront être de tout type connu comportant par exemple des ressorts hélico;daux entourant la conduite flexible. Comme le montre la figure 6A ce dispositif pourra aussi être constitué de barres rectilignes ~las-tiqUBS 37, dont une extrémite est solidaire du connecteur 16 ou 17, ces barres 37 étant maintenues autour de la conduite flexible 6m par des bagues ou circlips38 de sorte que toutes les barres supportent s multanément les efforts de f;exiDn appliqués à la conduite flexible 6m.

Des modifications pourront être apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Bien qu'il soit préférable de disposer un élé-ment de flottaison aux extrémités de chaque troncon, il n'est pas exclu de ne dis-poser ces flotteurs qu'au niveau de certains troncons, la portion de conduite fle-xible entre deux flotteurs consécutifs étant alors composée de plusieurs tron,cons.
De même bien qu'il s'avère plus pratique de mettre en oeuvre des conduites fle-xibles présentant dans l'eau une flottabilité négative il n'est pas exclu d'utiliser dans certains cas des conduites flexibles de flottabilité positive l'ancrage et les flotteurs étant déterminés en conséquence par le technicien et la conduite immergee à une profondeur telle qu'elle ne présente pas de danger pour la navigation.

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Dispositif pour transférer un fluide à travers une masse liquide, comportant une conduite flexible constituée de tronçons réunis bout à bout par des éléments de raccorde-ment, cette conduite étant, en service, immergée et soutenue par une pluralité d'éléments de flottaison maintenue en immersion par des moyens d'ancrage, caractérisé en ce que certains au moins des éléments de raccordement sont reliés directement à un élément de flottaison et comportent des moyens de limitation des contraintes de flexion supportées par lesdits tronçons de conduite flexible, au voisinage de l'élément de raccordement.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé
en ce que ledit élément de raccordement est relié à l'élément de flottaison par un organe de liaison comportant une articula-tion.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé
en ce que ladite articulation est du type cardan.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé
en ce que ledit élément de raccordement comporte un élément-support, deux connecteurs auxquels les extrémités des tronçons de conduites flexibles peuvent être solidarisées et qui sont reliés entre eux par une canalisation de raccordement.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé
en ce que lesdits connecteurs sont rigidement fixés audit élément-support et inclinés d'un angle prédéterminé sur la verticale.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé
en ce que lesdits moyens de limitation sont constitués par des organes de forme tubulaire fixés dans le prolongement des connecteurs, du côté opposé à ladite canalisation de raccorde-ment, l'aléage de ces organes ayant un profil déterminé, s'évasant vers son extrémité opposée audit connecteur, et dont le rayon de courbure est en tout point au moins égal au rayon de courbure minimal de la conduite flexible.

7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé
en ce que lesdits moyens de limitation sont constitués par un organe adapté à modifier localement la flexibilité de chaque tronçon de conduite flexible pour la faire passer pro-progressivement à une valeur sensiblement nulle à l'extrémité
du tronçon de conduite flexible.

8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé
en ce que lesdits connecteurs sont articulés sur ledit élément-support, ces articulations constituant lesdits moyens de limitation et en ce que ladite canalisation de raccordement est une conduite flexible.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé
en ce que ladite conduite de raccordement forme au moins une boucle entre lesdits connecteurs.