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Patent Searching and Data


Title:
BUNDLE OF OIL PIPES WITH IMPROVED THERMAL PERFORMANCE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/144828
Kind Code:
A1
Abstract:
The bundle of pipes comprises a number of pipes (1), (2) and (3) surrounded with a layer of insulant (4). Exchanges of heat between the pipes are encouraged by the presence of a conducting material (6) in contact with the pipes so as to allow heat to be transferred from a pipe that is producing to a pipe in which production is shut down, thus limiting the cooling of the fluid in the pipe that is shut down while at the same time allowing relative movements between pipes caused by the temperature gradient.

Inventors:
MARTINEZ, Mickaël (2 place du Platre, Saint Syphorien d'Ozon, Saint Syphorien d'Ozon, F-69360, FR)
AVERBUCH, Daniel (979 chemin de la Rossignole, Vernaison, Vernaison, F-69390, FR)
Application Number:
FR2011/000304
Publication Date:
November 24, 2011
Filing Date:
May 19, 2011
Export Citation:
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Assignee:
IFP ENERGIES NOUVELLES (1 et 4, avenue de Bois Préau, Rueil Malmaison Cedex, F-92852, FR)
MARTINEZ, Mickaël (2 place du Platre, Saint Syphorien d'Ozon, Saint Syphorien d'Ozon, F-69360, FR)
AVERBUCH, Daniel (979 chemin de la Rossignole, Vernaison, Vernaison, F-69390, FR)
International Classes:
F16L53/00; E21B36/00; F16L59/153; F17D1/18
Attorney, Agent or Firm:
ELMALEH, Alfred (IFP Energies Nouvelles, 1 et 4 avenue de Bois Préau, Rueil-Malmaison Cedex, F-92852, FR)
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Claims:
14

REVENDICATIONS

1) Faisceau de conduites pour le transport d'hydrocarbures en mer, comportant un tube en matériau isolant ayant un coefficient de conductivité thermique inférieur à 0,3 W/(m.K), ledit tube formant un espace intérieur, au moins deux conduites étant disposées dans l'espace intérieur, caractérisé en ce que l'espace intérieur comporte en outre un matériau conducteur de chaleur en contact avec lesdites au moins deux conduites, le matériau conducteur ayant un coefficient de conductivité thermique supérieur à 0,5 W/(m.K).

2) Faisceau de conduites selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le matériau conducteur de chaleur est un liquide.

3) Faisceau de conduites selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau conducteur est choisi parmi des matériaux polymères comportant une charge métallique. 4) Faisceau de conduites selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau isolant est choisi parmi une mousse polymère, une mousse syntactique polymère, un élastomère.

5) Faisceau de conduites selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux conduites sont en contact.

6) Faisceau de conduites selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau isolant est contenu dans une enveloppe. 7) Faisceau de conduites selon la revendication 6, dans lequel l'enveloppe forme une paroi tubulaire disposée entre le tube en matériau isolant et le matériau conducteur de chaleur. 8) Faisceau de conduites selon la revendication 6, dans lequel l'enveloppe forme au moins une enceinte fermée contenant le matériau conducteur, l'enceinte étant en contact avec les deux conduites.

9) Faisceau de conduites selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau comporte un moyen pour communiquer à l'espace intérieur la pression externe appliquée au matériau isolant.

10) Faisceau de conduites selon la revendication 9, caractérisé en ce ledit moyen comporte au moins un orifice pratiqué dans ledit tube pour mettre l'espace intérieur en communication avec l'extérieur du faisceau de conduites.

11) Faisceau de conduites selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un système de chauffage est disposé dans l'espace intérieur. 12) Faisceau de conduites selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau conducteur de chaleur est confiné dans ledit espace intérieur.

Description:
FAISCEAU DE CONDUITES PÉTROLIÈRES À PERFORMANCE THERMIQUE AMÉLIORÉE

La présente invention a trait au domaine des faisceaux de conduites mises en œuvre pour l'exploitation pétrolière de gisement en mer très profonde.

L'invention s'applique à l'exploitation de champs pétroliers en mer profonde, c'est-à-dire des installations pétrolières installées en pleine mer, dans lesquelles les équipements de surface sont en général situés sur des structures flottantes, les têtes de puits étant au fond de la mer. Les développements de gisement pétrolier en mer profonde sont effectués par des profondeurs d'eau atteignant actuellement 1500 m. Les développements futurs sont envisagés par des profondeurs d'eau jusqu'à 3000 m et au delà. Un champ sous-marin est souvent constitué de champs secondaires qui peuvent être éloignés les uns des autres, mais trop petits pour justifier une installation de surface pour chacun. Les lignes de production d'un champ secondaire sont alors regroupées et amenées jusqu'aux équipements de surface, et éventuellement jusqu'à des installations à terre, sur des distances pouvant dépasser plusieurs dizaines de kilomètres. En général, les conduites sont rassemblées soit en une conduite unique de plus gros diamètre, soit en un faisceau de conduites si les fluides ne peuvent pas être mélangés. L'organisation en faisceau de conduites permet d'améliorer l'isolation thermique des conduites et de limiter l'encombrement du champ, en particulier pour traverser la tranche d'eau entre le fond et la surface de la mer. Les faisceaux de conduites sont couramment nommés "pipe bundle".

Les produits pétroliers transportés par conduite dans la mer sont soumis à un refroidissement sous l'effet de la température de l'eau environnante, surtout à grande profondeur, où elle est aux alentours de 4°C. Un trop grand refroidissement serait problématique aussi bien en régime de production normale qu'en cas d'arrêt de production. En effet dans ce type d'applications, de nombreux problèmes se posent si la température des produits pétroliers diminue d'une valeur significative par rapport à leur température de production qui est souvent au-delà de 60°C à 80°C. Si les produits pétroliers se refroidissent par exemple en dessous de 40°C pour une température initiale de 70°C à 150°C, on observe, suivant la nature du fluide transporté :

- une forte augmentation de la viscosité du produit pétrolier qui diminue le débit dans la conduite,

- une précipitation de paraffine dissoute qui augmente la viscosité du produit et dont le dépôt peut diminuer le diamètre intérieur utile de la conduite,

- la floculation des asphaltènes induisant les mêmes problèmes.

Si la température des produits pétroliers descend par exemple en dessous de 20°C, tout en restant à haute pression (notamment à la suite d'un arrêt de production planifié ou non), il peut y avoir une formation soudaine, compacte et massive, d'hydrates de gaz, obstruant ainsi brusquement la conduite.

Paraffines et asphaltènes restent accrochés à la paroi et nécessitent alors un nettoyage par raclage de l'intérieur de la conduite. Les bouchons d'hydrates sont plus difficiles, voire même parfois impossibles à éliminer.

Pour éviter ou limiter le refroidissement, les "pipe bundle" sont souvent pourvus d'un dispositif d'isolation thermique passif, éventuellement complété par un chauffage actif. L'isolation thermique de telles conduites a donc pour fonction de retarder le refroidissement des effluents pétroliers véhiculés non seulement en régime de production établi, pour que leur température soit par exemple d'au moins 40°C en arrivant en surface, pour une température de production à l'entrée de la conduite de 70°C à 80°C, mais également en cas de diminution ou même d'arrêt de la production, afin d'éviter que la température des effluents ne descende par exemple en dessous de 20°C ou 30°C, afin de limiter les problèmes mentionnés ci-dessus, ou tout au moins de permettre de les rendre réversibles. On peut ainsi définir une durée de refroidissement critique, au-delà de laquelle, le fluide atteint la température de formation des hydrates de gaz (par exemple 20°C) lors d'un arrêt de production. Dans certains cas, et notamment lorsque la durée des opérations de maintenance ou de réparation nécessaires ou redémarrage de la production est trop importante, on peut être amené à remplacer les effluents par une "huile morte", couramment nommée "dead oil displacement", non susceptible de former des hydrates. La substitution de l'effluent par une "huile morte" nécessite de disposer classiquement d'une boucle de production et d'installations de pompage.

La réalisation d'un bundle doit également permettre un certain mouvement relatif des conduites, de façon à ce que les différences de chargement thermique entre conduites ne se traduisent pas par des chargements mécaniques trop importants.

Le document WO 00/40886 décrit un matériau d'isolation à changement de phase solide-liquide et chaleur latente de fusion, capable de restituer des calories à la conduite interne afin de limiter le refroidissement du fluide dans les conduites.

Dans la pratique courante, comme indiqué dans le document "Pipe bundle - a smart solution for infield transportation" de R.Song et al., Proceedings of the ASME 2009 28th International Conférence on Océan, Offshore and Arctic Engineering OMAE2009, la présence du matériau isolant au sein du bundle implique de plus, que lors d'un arrêt de production d'une des conduites, la quantité de chaleur transmise par les autres conduites encore en fonctionnement, est très réduite.

La présente invention décrit une structure d'un faisceau de conduites qui propose de favoriser l'échange thermique entre les conduites afin de permettre le transfert de chaleur d'une conduite en production vers une conduite en arrêt de production et limiter le refroidissement du fluide dans la conduite en arrêt.

De manière générale, la présente invention concerne un faisceau de conduites pour le transport d'hydrocarbures en mer, comportant un tube en matériau isolant ayant un coefficient de conductivité thermique inférieur à 0,3 W/(m.K), ledit tube formant un espace intérieur, au moins deux conduites étant disposées dans l'espace intérieur. Le faisceau de conduite est caractérisé en ce que l'espace intérieur comporte en outre un matériau conducteur de chaleur en contact avec lesdites au moins deux conduites, le matériau conducteur ayant un coefficient de conductivité thermique supérieur à 0,5 W/(m.K).

Selon l'invention, le matériau conducteur de chaleur peut être un liquide. Alternativement, le matériau conducteur peut être choisi parmi des matériaux polymères comportant une charge métallique.

Le matériau isolant peut être choisi parmi une mousse polymère, une mousse syntactique polymère, un élastomère.

Les deux conduites peuvent être en contact.

Le matériau isolant peut être contenu dans une enveloppe.

L'enveloppe peut former une paroi tubulaire disposée entre le tube en matériau isolant et le matériau conducteur de chaleur.

L'enveloppe peut former au moins une enceinte fermée contenant le matériau conducteur, l'enceinte étant en contact avec les deux conduites.

Le faisceau peut comporter un moyen pour communiquer à l'espace intérieur la pression externe appliquée au matériau isolant. Par exemple, au moins un orifice est pratiqué dans ledit tube pour mettre l'espace intérieur en communication avec l'extérieur du faisceau de conduites.

Un système de chauffage peut être disposé dans l'espace intérieur.

Le matériau conducteur de chaleur peut être confiné dans ledit espace intérieur.

Le faisceau de conduites selon l'invention permet de rendre thermiquement solidaires les conduites, ce qui permet d'augmenter largement, voire de rendre infini, la durée de refroidissement critique d'une des conduites, dans le cas où l'autre partie des conduites restent en production.

De plus la structure interne du faisceau de conduites selon l'invention est compacte est donc plus facile à isoler à l'extérieur.

Par ailleurs, lorsque le faisceau de conduites est immergé dans la mer, la pression hydrostatique peut s'appliquer à l'intérieur du faisceau de conduites, ce T/F 2011/000304

5 qui permet de rendre la pression appliquée sur les conduites indépendantes de l'isolation et donc d'utiliser de grandes épaisseurs d'isolant.

En outre, la structure du faisceau de conduites selon l'invention autorise les mouvements relatifs entre conduites dus au gradient thermique, ce qui évite des déformations du faisceau de conduites.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront clairement à la lecture de la description faite ci-après en se référant aux dessins parmi lesquels :

- la figure 1 représente un schéma d'exploitation d'un champ pétrolier,

- la figure 2 représente une vue en coupe d'un faisceau de conduites selon l'invention,

- les figures 3, 4 et 5 schématisent différentes structures de faisceau de conduites selon l'invention,

- la figure 6 schématise un mode de réalisation de l'invention,

La figure 7 représente une conduite isolée.

En référence à la figure 1 , un champ pétrolier sous-marin est exploité par trois puits dont les têtes de puits sont référencées A, B et C. Les puits sont respectivement prolongés par trois conduites CA, CB et CC qui se rejoignent et sont rassemblées pour former un faisceau de conduites PB1 , PB2. Le faisceau de conduites permet de raccorder les conduites CA, CB et CC jusqu'au support flottant SF situé à la surface de la mer. Le faisceau comporte une première partie PB1 reposant sur le fond marin et une deuxième PB2 qui traverse la tranche d'eau entre le fond et la mer. La première partie PB1 couramment nommée "flow line" peut avoir une longueur de plusieurs dizaines de kilomètre, tandis que la deuxième partie PB2, couramment nommée "riser", peut avoir une longueur plus faible pouvant varier entre 1000 et 4000 mètres.

Une coupe du faisceau de conduites PB1-PB2 de la figure 1 est schématisée par la figure 2. Le faisceau de conduites comporte les conduites 1 , 2 et 3 qui sont rassemblées dans un même ensemble. Chacune des conduites 1 , 2 et 3 consiste en un tube métallique par exemple de l'acier, dont l'épaisseur est déterminée pour résister notamment à la tenue à la pression interne et, éventuellement, à la pression externe. Les conduites 1 , 2 et 3 sont entourées par une couche de matériau isolant 4 pour limiter le refroidissement des fluides contenus dans les conduites. Par exemple la couche de matériau isolant 4 a la forme d'un tube, les conduites 1 , 2 et 3 étant disposées dans le tube de matériau isolant 4. La section du tube 4 peut être de différente forme, par exemple circulaire telle que représentée par la figure 3, rectangulaire telle que représentée par la figure 4, afin d'optimiser l'espace intérieur en fonction du nombre et de la taille des conduites. En référence à la figure 3, la section rectangulaire du tube 4 est bien adaptée pour contenir quatre conduites. En référence à la figure 4, la section circulaire du tube 4 est bien adaptée pour contenir trois conduites. Le tube de matériau isolant 4 forme un espace intérieur thermiquement isolé par rapport à l'extérieur du faisceau de conduites. De préférence, le coefficient de conductivité thermique du matériau isolant 4 est inférieur à 0,3 W/(m.K), de préférence inférieur à 0,25 W7(m.K), voire inférieur à 0,2 W/(m.K). Un excellent matériau isolant 4 présente un coefficient de conductivité thermique inférieur à 0,15 VW(m.K). Par exemple, le matériau isolant 4 peut être une mousse polymère, par exemple un polypropylène, un polyuréthane, une mousse syntactique polymère telle qu'un polypropylène, un polyuréthane ou une époxyde, comportant des billes de verre, un élastomère tel que le caoutchouc, ou un gel constitué d'un mélange de Kraton et d'iso-paraffine, de Kérosène et d'iso-polyuréthane, ou un élastomère silicone avec une huile silicone. Le tube 4 en matériau isolant peut être extrudé. Alternativement, le tube 4 peut être réalisé sous forme de secteurs (par exemple tel que schématisé sur les figures 3 et 4) qui sont assemblés, par exemple par un système vis-écrou, pour former un tube. En référence à la figure 3, le tube 4 en matériau isolant est composé de quatre portions 4a, 4b, 4c et 4d qui sont assemblées par les systèmes 10a, 10b, 10c et 10d. En référence à la figure 4, le tube 4 est composé des deux demi-coquilles 4e et 4f assemblées par les systèmes 0e et 10f. En référence à la figure 1 , la surface extérieure de la couche de matériau isolant 4 peut être recouverte par une couche 5 supplémentaire qui permet de protéger la couche 4 par rapport à des agressions mécaniques par chocs, entailles, ou d'agression chimique par l'eau salée, les rayons ultraviolets, ou encore d'assurer l'étanchéité de la couche 4 si celle-ci est sensible à l'eau. Par exemple, la couche 5 est en matériau polymère déformable, comme du polyéthylène, du polyéthylène haute densité, du polyuréthane.

Selon l'invention, on favorise les échanges thermiques entre les conduites du faisceau pour permettre les échanges de chaleur entre les conduites. Selon l'invention, les conduites 1 , 2 et 3 sont en contact avec un matériau 6 conducteur de chaleur. Le matériau 6 remplit en partie, voire totalement, l'espace confiné défini à l'intérieur de la couche de matériau isolant 4. Les conduites 1 , 2 et 3 peuvent échanger de la chaleur par l'intermédiaire du matériau conducteur de chaleur 6 et donc d'homogénéiser la température entre les conduites. Néanmoins, le faisceau de conduite reste isolé : la chaleur reste confinée dans l'espace isolé thermiquement par la couche 4. Ainsi, dans le cas d'arrêt de production dans l'une des conduites, le fluide immobile dans la conduite risque de se refroidir. Par contre, du fait du matériau 6, les autres conduites en production cèdent de la chaleur à la conduite en arrêt et évite ainsi un trop grand refroidissement. Le matériau 6 est confiné dans l'espace intérieur de la couche de matériau isolant 4, c'est-à-dire que le matériau 6 est statique et est maintenu dans l'espace intérieur de la couche de matériau isolant 4, sans être renouvelé. L'espace défini à l'intérieur de la couche de matériau isolant 4 est fermé, voire étanche, pour maintenir le matériau 6 à l'intérieur de cet espace.

Selon l'invention, le matériau conducteur de chaleur 6 présente un coefficient de conductivité thermique supérieur à celui du matériau isolant de la couche 4. Par exemple, le matériau 6 a un coefficient de conductivité thermique supérieur à 0,5 W/(m.K). Par exemple, le matériau conducteur de chaleur 6 peut être un liquide, comme de l'eau, de l'eau de mer, de l'eau avec un additif anti- corrosion. Alternativement, le matériau conducteur de chaleur 6 peut-être un solide comme un polymère tel qu'un polypropylène, un polyuréthane, un caoutchouc, comportant éventuellement des charges conductrices de chaleur, par exemple des oxydes de fer ou d'aluminium, un gel comportant éventuellement des charges conductrices de chaleur ou du carbone. De préférence, le matériau 6 est liquide, dans les conditions d'utilisation du faisceau de conduite, par exemple entre 5°C et 150°C et à une pression relative variant entre 0 et 100 MPa.

Pour augmenter l'échange de chaleur entre les conduites 1 , 2 et 3, elles peuvent être en contact les unes avec les autres. Par exemple, une conduite peut être en contact avec une ou plusieurs conduites du faisceau de tube. Le fait de disposer les conduites proches les unes des autres permet également une structure interne du faisceau de conduites qui est compacte, qui est plus facile à isoler par la couche 4. La forme de la couche 4 peut également être optimisée pour favoriser la compacité.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le faisceau de conduite selon l'invention peut ne pas comporter d'enveloppe 7, dans ce cas la couche d'isolant 4 est juxtaposée au matériau conducteur 6.

Alternativement, le matériau 6 peut être entouré par une couche 7 qui permet de renforcer mécaniquement, d'envelopper et de protéger le matériau 6. En référence à la figure 1 , la couche 7 forme un tube, le matériau 6 étant contenu dans le tube 7. La couche 7 peut également être utilisée pour confiner le matériau 6 dans l'axe du faisceau comme représenté sur la figure 5 qui schématise une coupe axiale d'un faisceau de conduites. Le matériau isolant 6 est contenu dans des poches formée par l'enveloppe 7, afin de limiter ou supprimer la convection du matériau 6 dans cette direction, ou, en cas de perte locale du matériau 6, de limiter la zone affectée. Par exemple, l'enveloppe 7 est un matériau polymère déformable, comme du polyéthylène, du polyéthylène haute densité, du polyuréthane. Dans ce cas, le matériau 6 est soumis aux efforts dus à la pression externe appliquée au faisceau de conduite. Alternativement, l'enveloppe 7 peut être un matériau rigide, par exemple un métal (acier, aluminium). Dans ce cas l'enveloppe 7 supporte les efforts dus à la pression externe appliquée au faisceau de conduites et le matériau 6 ne supporte pas la pression externe. La position des conduites par rapport à la couche de matériau isolant 4 peut être fixée par des dispositifs de centrage, couramment appelés "spacer", qui sont disposés régulièrement le long du faisceau de tube. Ces "spacers" peuvent également être adaptés pour confiner le matériau 6 dans l'axe du faisceau, afin de limiter ou supprimer la convection du matériau 6 dans cette direction, ou, en cas de perte locale du matériau 6, de limiter la zone affectée. Par exemples les "spacers" forment des cloisons qui s'étendent dans la direction radiale par rapport à l'axe de la conduite. Ainsi le matériau 6 est maintenu dans plusieurs tronçons d'espaces annulaires situés à l'intérieur du tube 4, chaque tronçon étant délimité à ses extrémités par deux cloisons formées par deux "spacers". La distance séparant deux cloisons contigues peut être comprise entre 1 m et 50 m, notamment dans le cas où le faisceau de conduites est déposé sur un terrain plat. De préférence, la distance séparant deux cloisons contigùes peut être comprise entre 1 m et 5 m, notamment dans le cas où le faisceau de conduites est déposé sur un terrain en pente.

Les conduites peuvent être liées mécaniquement entre elles, par exemple avec des bagues serties autour d'elles, ou par les "spacers". Cependant ce lien doit rester suffisamment souple pour autoriser les mouvements relatifs entre conduites, notamment celui dû au gradient thermique.

Selon l'invention, en référence à la figure 1 , l'espace situé à l'intérieur de la couche tubulaire 4 peut communiquer avec l'extérieur du faisceau par un orifice 8, par exemple une fente ou un perçage pratiqué à travers la couche 4. Plusieurs orifices 8 peuvent être répartis le long de la conduite. Ces orifices permettent de laisser la pression, en particulier la pression hydrostatique imposée à l'extérieur du faisceau de conduites, s'appliquer sur la surface interne du matériau isolant 4. Ainsi, la couche d'isolant 4 ne transmet aucune pression sur la surface extérieure du faisceau de conduites et, donc, le faisceau de conduites selon l'invention peut comporter une grande épaisseur d'isolant couche 4. Dans le cas où le faisceau de conduites comporte une enveloppe 7, les orifices 8 permettent de mettre en contact l'interface entre l'enveloppe 7 et la couche 4 avec le milieu extérieur au faisceau de conduites. Dans le cas où le faisceau de conduites ne comporte pas 2011/000304

10 d'enveloppe 7, les orifices 8 permettent de mettre en contact le matériau 6 avec le milieu extérieur au faisceau de tube. Le nombre et la dimension des orifices 8 sont réduits de manière à limiter les débits de fluides et des échanges thermiques entre l'intérieur et l'extérieur de la couche 4 à des valeurs négligeables.

Le faisceau de conduite selon l'invention peut également comporter un système de chauffage actif, par exemple par résistance électrique. Le chauffage actif 9a peut être noyé dans le matériau 6 pour réchauffer le matériau 6 qui transmet la chaleur aux conduites 1 à 3 grâce à ses propriétés de conduction thermique. Alternativement, le chauffage actif 9b est disposé sur la surface extérieure de la conduite 1 pour chauffer spécifiquement la conduite 1 , le matériau 6 distribue ensuite la chaleur aux autres conduites 2 et 3.

Les exemples présentés ci-après, en référence à la figure 3, permettent d'illustrer le fonctionnement et les avantages d'un faisceau de conduites selon l'invention.

Le faisceau de conduite de la figure 6 est composé de trois conduites 1 , 2 et 3 de diamètre externe OD = 6" (c'est-à-dire 0,1683 m). Les conduites 6" ont une épaisseur de 10 mm soit une pression de collapse de 490 bars pour un acier X65 (selon la norme DNV OS-F101 ). Les conduites sont prises dans une enveloppe isolante de forme tubulaire circulaire de diamètre interne Denv et de coefficient d'échange thermique Uenv. L'espace entre les trois conduites et l'enveloppe est occupé par un matériau conducteur de chaleur selon l'invention.

Le faisceau de conduites s'étend sur une longueur de 10 km, et transporte un débit d'huile en production de 4 000 barils/jours dans chacune des trois conduites. La température de l'huile en sortie de puits est de 70°C et la température de l'eau environnant le faisceau de conduites est de 4°C. Les caractéristiques de l'huile sont une masse volumique de p=850 kg/m 3 et une capacité calorifique Cp=2000 J/(kg.K).

En comparaison au faisceau de conduites décrit ci-dessus, on considère trois conduites, dont une conduite est représentée par la figure 7, munies chacune d'un revêtement isolant distinct caractérisé par un coefficient d'échange thermique Urev.

Les coefficients d'échange thermiques Uenv et Urev sont exprimés en W/(m 2 K) et sont calculés par unité de la surface interne de l'isolant (celle-ci correspond respectivement au diamètre Denv et OD).

La température de formation des paraffines est de 40°C et la température de formation des hydrates est de 20°C. Les coefficients Uenv du faisceau et Urev des conduites isolées sont calculés pour avoir une température minimale en service normal supérieure à 40°C (pas de formation de paraffines) et un temps de refroidissement critique, à 20°C en cas d'arrêt d'au moins 24 heures (pas de formation d'hydrates avant 24 heures d'arrêt).

On s'intéresse dans la suite à plusieurs situations opérationnelles de la vie du bundle : la production, puis l'arrêt d'une ou plusieurs lignes. Les résultats de calcul présentés correspondent à une hypothèse ou les échanges thermiques au sein du matériau 6 sont très rapides par rapport aux phénomènes de conduction dans le reste du bundle. Ils sont comparés au cas de conduites indépendantes.

Production

En production, les conduites ont le même débit et la même température à l'entrée du faisceau de conduites : 4000 barils/j et 70°C.

La valeur maximale de Uenv (faisceau) est de 1 ,9 W/(m 2 .K), ce qui correspond à une température de l'huile de 41 ,1 °C à la sortie du faisceau (c'est-à- dire après avoir parcouru les 10km du faisceau de conduites).

La valeur maximale de Urev (conduites isolées) est de 1 ,6 W/(m 2 .K) , ce qui correspond à une température de l'huile de 40,4°C à la sortie des conduites (c'est-à-dire après avoir parcouru les 10km dans les conduites isolées).

L'utilisation du faisceau de conduites selon l'invention permet d'améliorer la performance thermique en régime permanent car il implique une augmentation d'environ 20% du coefficient d'échange thermique. Ce coefficient caractérise les performances d'isolation. Ainsi le gain de,,20% permet d'utiliser des isolants plus 00304

12 simples à mettre en œuvre et bon marché. Cela est dû à la meilleure compacité de l'ensemble des conduites rassemblées en un faisceau qui a une surface d'échange thermique plus faible que trois lignes séparées. Arrêt de production dans la conduite 1 du faisceau de conduites

Les conduites 2 et 3 ont toujours un débit de 4000 barils/jour, par contre la conduite 1 a un débit nul.

Pour un coefficient Uenv de 1 ,9 W/(m 2 .K), l'équilibre des températures est atteint au bout de 10h. La température minimale atteinte dans les conduites descend à 32°C, et reste donc toujours supérieure au minimum de formation des hydrates qui est de 20°C. Le temps de refroidissement critique est donc infini.

Arrêt de production dans les conduites 1 et 2 du faisceau de conduites

La conduite 3 a toujours un débit de 4000 barils/jour, par contre les conduites 2 et 3 ont un débit nul.

Pour un coefficient Uenv de 1 ,9 W/(m 2 .K), l'équilibre des températures est atteint au bout de 20h environ. La température minimale atteinte dans les conduites descend à 16°C. La température seuil de 20°C est atteinte au bout de 14h, ce qui est inférieur aux 24h spécifiées.

Pour respecter la contrainte d'une température minimale de 20°C, il faut réduire la valeur de Uenv à 1 ,5 W/(m 2 .K). Dans ce cas la température d'équilibre atteinte dans les conduites du faisceau au bout de 20h est de 21 °C, et reste donc supérieure au minimum de formation des hydrates qui est de 20°C. Le temps de refroidissement critique est donc infini.

Arrêt de productions des conduites 1, 2 et 3 du faisceau de conduites

Les conduites n'ayant plus d'apport de chaleur, leur température d'équilibre est la température extérieure soit 4°C sur toute leur longueur.

Pour un coefficient Uenv de 1 ,5 W/(m 2 .K), le "cool down time" est de 12h. Pour obtenir un "cool down time" de 24h comme spécifié, il faut réduire la valeur de Uenv à 1 ,0 W/(m 2 .K)

Arrêt de production dans les conduites séparées

En cas d'arrêt de production, étant donné que chacune des conduites est thermiquement indépendante des autres conduites, la conduite n'a plus d'apport de chaleur, sa température d'équilibre est la température extérieure, c'est-à-dire 4°C sur toute sa longueur.

Avec un coefficient Urev de 1 ,6 W/(m 2 .K), le "cool down time" est de 8h. Pour obtenir un "cool down time" de 24h comme spécifié, il faut utiliser une isolation thermique ayant un coefficient Urev de 0,8 W/(m 2 .K).

Les exemples comparatifs montrent clairement les gains en terme d'isolation apportés par le faisceau de conduites selon l'invention.

En plus des gains sur l'isolation, le faisceau de conduites selon l'invention procure des avantages supplémentaires. Même si l'isolation du faisceau de conduites est dimensionnée pour un arrêt de toutes les conduites, il peut arriver que seulement une ou deux conduites soient à l'arrêt. Dans ce cas, leur température ne peut pas descendre en dessous de 20°C et l'opérateur n'a pas de contrainte de temps pour redémarrer. Dans le cas de conduites séparées, même l'arrêt d'une seule ligne impose un redémarrage dans les 24 heures.