La présente invention se rapporte aux manchons de protection destinés à préserver les conduites flexibles utilisées pour le transport de fluides tels des hydrocarbures et notamment du gaz, entre les installations offshore.

De telles conduites sont dites non liées ou liées selon leur structure, faite de couches superposées enroulées. On retrouvera les définitions précises de ces structures dans les « Recommandée! Practice for flexible pipe » de l'American Petroleum Institute : API . Plus particulièrement, l'invention porte sur un manchon raidisseur destiné à être monté autour d'une portion longitudinale de conduite flexible, usuellement près d'un embout de la conduite, pour résister à la flexion de ladite portion longitudinale selon une courbure quelconque de manière à préserver celle-ci de tout endommagement irréversible. L'endommagement peut résulter soit d'une flexion excessive de la portion de conduite flexible selon un faible rayon de courbure ou bien de la répétition des flexions, provoquées par les mouvements de la houle ou des courants marins.

Des manchons raidisseurs connus et largement utilisés dans le domaine des conduites pétrolières flexibles sont constitués d'un corps conique moulé dans un matériau plastique, généralement du polyuréthane. Ces manchons raidisseurs ou « bend stiffener » en langue anglaise, sont alors montés autour de la conduite flexible avant l'installation de l'embout. Ils présentent une masse relativement importante de plusieurs centaines de Kg, par exemple 900 Kg. Aussi, la manipulation et l'installation de ce type de manchon sont relativement mal aisées. De plus, ils sont réalisés d'une seule pièce d'un matériau polymérique dont le coût est relativement important et qui requière une technique de moulage adaptée. Un autre inconvénient est celui du remplacement de ce type de manchon raidisseur qui ne peut s'effectuer sans sectionner la section de conduite flexible qui le porte. Pour pallier les inconvénients des manchons raidisseurs précités, il a été imaginé d'engager la portion de conduite à travers un ensemble de colliers, lesquels sont distribués à intervalles réguliers sur la longueur de la portion de conduite flexible à renforcer. Ces colliers comprennent des perçages axiaux destinés à recevoir des tiges métalliques flexibles régulièrement distribuées autour de la conduite.

Le document WO2006/033579 divulgue un tel manchon raidisseur pour conduite flexible de transport des hydrocarbures. Les propriétés élastiques des tiges métalliques et leurs espacements sur le pourtour de la portion de conduite flexible définissent la raideur du manchon et par conséquent la résistance à la flexion subie par la portion de conduite flexible.

Cependant, lorsque les efforts de flexion exercés sur la portion de conduite sont trop importants les tiges métalliques flambent et le manchon raidisseur se courbe finalement en deçà d'un rayon de courbure acceptable par la conduite, et elle se dégrade.

Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir un manchon de protection qui permette non seulement de résister à la flexion de la conduite flexible, mais au-delà, qui permette d'interdire le fléchissement en deçà d'un rayon de courbure limite.

Dans le but de résoudre ce problème, la présente invention propose un manchon de protection apte à être installé autour d'une portion longitudinale de conduite flexible destinée au transport des hydrocarbures, pour résister à la flexion de ladite portion longitudinale selon une courbure quelconque. Ledit manchon comprend un ensemble d'anneaux présentant chacun deux flancs opposés, les anneaux dudit ensemble étant successivement maintenus ensemble coaxialement et les flancs respectivement en regard par une pluralité d'éléments de liaison axiaux élastiquement déformables répartis circulairement entre les flancs desdits anneaux. La flexion de ladite portion longitudinale est alors apte à provoquer la contraction des éléments de liaison situés vers l'intérieur de la courbure et simultanément, l'allongement des éléments de liaison opposés situés vers l'extérieur de la courbure pour résister à la flexion de ladite portion longitudinale de conduite flexible. Selon l'invention, chaque élément de liaison présente deux parties de fixation rigides opposées et un corps élastique déformable interposé entre lesdites deux parties de fixation pour autoriser le mouvement relatif desdites deux parties de fixation en engendrant des forces de rappel sur lesdites parties de fixation ; et lesdites parties de fixation de chaque élément de liaison sont respectivement fixées dans les flancs en regard desdits anneaux, de façon que la flexion de ladite portion longitudinale de conduite soit apte à provoquer la compression dudit corps élastique déformable des éléments de liaison axiaux de l'intérieur de la courbure et la traction des éléments de liaison axiaux de l'extérieur de la courbure pour transmettre les forces de rappels auxdits anneaux.

Ainsi, une caractéristique avantageuse de l'invention réside dans la mise en œuvre d'éléments de liaison en trois parties, deux parties de fixation rigides, situées aux deux extrémités opposées dudit élément de liaison, et une partie constituée d'un corps élastique déformable, par exemple en matériau polymère, interposé entre lesdites deux parties rigides. De la sorte, lorsque la portion longitudinale fléchie, sous l'effet des mouvements de la mer, les anneaux solidaires de la conduite sont entraînés en mouvement et les portions d'anneaux orientés vers l'intérieur de la courbure se rapprochent les uns des autres et partant, les parties de fixation de chaque élément de liaison se rapprochent l'une de l'autre en comprimant le corps élastique. Ce dernier, en se déformant oppose une résistance à la compression et induit des forces opposées sur les parties de fixation. A l'extrême, le corps élastique comprimé devient également rigide et contribue au blocage des parties de fixation l'une vers l'autre. Ainsi, pour certaines applications, par exemple lorsque la conduite flexible transporte du gaz naturel liquéfié, et pour laquelle de fortes contraintes tendant à provoquer sa flexion s'exercent, il est avantageux de pourvoir la conduite d'un manchon de protection conforme à l'invention, lequel permet de limiter le rayon de courbure de la portion de conduite flexible sur laquelle il est emmanché, à une valeur minimale.

Un tel manchon de protection est relativement peu coûteux et aussi plus léger que les manchons raidisseurs coniques en polyuréthane usuels. Il est par exemple constitué de modules comprenant un nombre déterminé d'anneaux, assemblables ensuite, ce qui rend plus aisés, son montage sur la conduite et le remplacement de l'un de ses modules comparativement aux solutions de l'art antérieur.

Selon un mode de mise en œuvre de l'invention particulièrement avantageux, lesdits flancs de chaque anneau présentent un rebord circulaire interne situé vers le centre dudit anneau et qui s'étend sensiblement perpendiculairement audit flanc, et lesdits anneaux dudit ensemble d'anneaux sont maintenus rapprochés les uns des autres de façon que la flexion de ladite portion longitudinale soit apte à provoquer, en outre, la mise en contact respectivement des portions de rebord circulaire internes desdits anneaux situés vers l'intérieur de la courbure pour bloquer la flexion de ladite portion longitudinale de conduite. Ainsi, la mise en contact des portions de rebord circulaire internes, permet un blocage mécanique des anneaux vers l'intérieur de la courbure et interdit le fléchissement de la portion de conduite au-delà d'une certaine limite et en deçà d'un rayon de courbure limite. De la sorte, grâce au manchon de protection objet de l'invention, le contrôle de la courbure de la portion de conduite engagé à l'intérieur, est double. La résistance à la flexion du manchon de protection et la limitation de sa courbure permet déjà grâce aux éléments de liaison, de préserver la portion de conduite d'une courbure excessive et au surplus, la forme particulière des anneaux, permet leur contact et un blocage de la flexion du manchon et par conséquent de la conduite.

Avantageusement, les flancs desdits anneaux présentent une bordure circulaire externe située à l'opposé du centre dudit anneau par rapport audit rebord circulaire interne, et lesdites parties de fixation de chaque élément de liaison sont respectivement fixées dans lesdites bordures circulaires externes. Ainsi, les rebords circulaires internes des anneaux consécutifs sont susceptibles de venir en contact, tandis que les bordures circulaires externes demeurent espacées les une des autres en laissant un espace entre anneaux permettant de recevoir les éléments de liaison axiaux. Préférentiellement, lesdits anneaux sont respectivement formés de deux bagues concentriques encastrées l'une dans l'autre. L'une d'entre elle, la bague interne est plus large et elle est encastrée dans l'autre pour en être totalement solidaire pour former l'anneau. De manière préférée, lesdits éléments de liaison sont constitués de silentblocs et lesdites deux parties de fixation rigides opposées comprennent d'une part, une douille de réception présentant un fond et une ouverture et d'autre part, un organe sensiblement tronconique adapté à être engagé à travers ladite ouverture de façon que la pointe dudit organe tronconique soit orienté vers ledit fond, tandis que ledit corps élastique déformable comprend un organe cylindrique creux apte à être engagé à l'intérieur de ladite douille et à recevoir ledit organe tronconique. De plus cet organe cylindrique creux en PU est collé à l'intérieur de la douille, tandis que l'organe tronconique est collé lui à l'intérieur de l'organe cylindrique creux. Le mode de collage, acier sur PU, est suffisamment résistant pour supporter une déformation en traction de l'organe cylindrique creux, lorsque la douille et l'organe tronconique sont écartés l'un de l'autre, sans pour autant provoquer de désolidarisation des trois éléments.

Selon un mode préféré de mise en œuvre de l'invention, ladite douille de réception présente une tige de douille solidaire dudit fond et qui s'étend à l'extérieur de ladite douille et à l'opposé de ladite ouverture, ladite tige de douille étant destinée à être engagée à travers lesdits anneaux selon une direction axiale pour solidariser ladite douille auxdits anneaux. Par exemple, comme on l'expliquera plus en détail dans la suite de la description, ladite tige de douille traverse ledit anneau de part en part et son extrémité libre est filetée pour recevoir un écrou qui prend appui contre le flanc opposé à celui qui reçoit la douille en appui. De la même façon, ledit organe tronconique présente avantageusement une tige d'organe tronconique solidaire dudit organe tronconique et qui s'étend à l'opposé de ladite pointe, ladite tige d'organe tronconique étant destinée à être engagée à travers lesdits anneaux selon une direction axiale pour solidariser ledit organe tronconique auxdits anneaux.

En outre, les anneaux dudit ensemble sont chacun avantageusement constitué de deux demi-coquilles assemblées par boulonnage, de manière à pouvoir être remplacés sans démonter l'ensemble du manchon.

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la Figure 1 est une vue schématique en perspective d'un élément constitutif du manchon de protection selon l'invention; - la Figure 2 est une vue schématique en vue de côté de deux éléments constitutifs appariés;

- la Figure 3 est une vue schématique en perspective des moyens permettant l'appariement des deux éléments représentés sur la Figure 2; - la Figure 4 est une vue schématique de côté illustrant un manchon de protection selon l'invention en vue de côté et dans une première position ; et,

- la Figure 5 est une vue schématique de côté du manchon de protection tel qu'illustré sur la Figure 4 dans une seconde position.

La Figure 1 illustre un anneau 10 d'axe de symétrie A et de centre O, formant une seule pièce et constitué de deux bagues concentriques, une bague externe 12 et une bague interne 14 encastrée à l'intérieur de la bague externe 12. Préférentiellement, les deux bagues concentriques sont solidarisées par soudage. L'anneau 10 présente deux flancs opposés 16, 18. La bague interne 14 présente un diamètre de 0,6 m par exemple, et une largeur axiale U4 bien supérieure à son épaisseur radiale e14; par exemple une largeur axiale U4 de 0,1 m pour une épaisseur radiale de 5 mm. La bague externe 12 présente un diamètre interne voisin du diamètre externe de la bague interne 14 de manière à pouvoir recevoir cette dernière en l'enserrant. La bague externe 12 présente une largeur axiale M_2 inférieure à la largeur axiale U4 de la bague interne 14, par exemple 0,08 m, de manière à ce que la bague interne 14 forme deux rebords circulaires internes opposés 20, 22 symétriques l'un de l'autre par rapport au plan moyen Pm défini par la bague externe 12. Ainsi, la bague externe 12 forme deux épaulements opposés 24, 26 présentant respectivement une bordure circulaire 28. En outre, la bague externe 12 présente une épaisseur radiale e12, voisine de sa largeur axiale 112. Dans cette bordure circulaire 28, sont ménagés des perçages axiaux 30 traversant de part en part la bague externe 12. Sur la Figure 1 ces perçages axiaux 30 sont au nombre de seize et ils sont régulièrement répartis dans la bordure circulaire 28. Ainsi, dans l'exemple illustré ici, les perçages axiaux 30 sont espacés d'une distance voisine de 0,134 m.

Le manchon de protection conforme à l'invention est constitué d'un ensemble d'anneaux 10 du type illustré sur la Figure 1. Les anneaux 10 étant alors successivement maintenus ensemble et coaxialement, les flancs respectivement en regard, par une pluralité d'éléments de liaison axiaux élastiquement déformables constitués de silentblocs. À titre d'illustration, la Figure 2 montre deux anneaux 10 maintenus coaxialement par des éléments de liaison 32 formés de silentblocs que l'on va décrire d'abord en détail en référence à la Figure 3.

Ces éléments de liaison 32 présentent deux parties de fixation rigides opposées 34, 36 et un corps élastique déformable 38 destiné à être interposé entre les deux parties de fixation 34, 36. L'une des parties de fixation rigide 34 comporte une douille de réception 40 présentant un fond 42 et à l'opposé une ouverture 44. En outre, la douille de réception 40 est munie d'une tige de douille 46 destinée à être solidarisée axialement au fond 42 et à l'opposé de l'ouverture 44. La tige de douille 46 présente une longueur sensiblement supérieure à la largeur axiale M_2 de la bague externe 12 et au surplus, son extrémité libre 48 est filetée de manière à pouvoir recevoir un écrou 50. De la sorte, elle peut être engagée à l'intérieur des perçages axiaux 30 de manière à solidariser la douille de réception 40 et la bague externe 12.

L'autre partie rigide 36 comporte un organe tronconique 52 présentant à la base une collerette 54 et à l'opposé une partie formant pointe 56. L'organe tronconique 52 est également muni d'une tige d'organe tronconique 58 montée solidaire coaxialement dans la base au niveau de la collerette 54. La tige d'organe tronconique 58 s'étend à l'opposé de la partie formant pointe 56 et son extrémité libre 60 est également filetée pour recevoir un second écrou 62. La tige d'organe tronconique 58 présente également une longueur sensiblement supérieure à la largeur axiale M_2 de la bague externe 12 et elle est adaptée à être engagée à l'intérieur des perçages axiaux 30 pour solidariser l'organe tronconique 52 à la bague externe 12.

En outre, le corps élastique déformable 38 est constitué d'un organe cylindrique creux en matériau polymérique de type élastomère, par exemple en polyuréthane. L'organe cylindrique creux du corps élastique déformable 38 présente une ouverture d'entrée 64 et une paroi de fond opposée 66 le refermant. L'ouverture d'entrée 64 se prolonge par un espace 68 sensiblement tronconique, la base de cet espace étant orientée vers l'ouverture d'entrée 64, tandis que la pointe de cet espace est elle, orientée vers la paroi de fond 66. L'espace 68 sensiblement tronconique, présente des dimensions voisines de celles de l'organe tronconique 52 de manière à pouvoir le recevoir.

On se reportera à nouveau sur la Figure 2 pour décrire le mode d'appariement des anneaux 10. Les deux anneaux représentés sur la Figure 2 sont appariés au moyen de huit éléments de liaison 32 du type illustré sur la Figure 3. Apparaissent sur cette Figure, cinq éléments de liaison seulement, les trois autres étant situés en arrière de la Figure. En outre, les deux anneaux 10 sont ajustés coaxialement et leurs flancs 18,16 en regard, tandis que leurs seize perçages axiaux 30 respectifs sont situés en vis-à-vis. Les éléments de liaison 32 comprenant leurs deux parties de fixation rigide 34, 36 et leur corps élastique déformable 38, sont en revanche installés de proche en proche toutes les deux paires de perçages axiaux 30. Ainsi, on retrouve par exemple, au centre de la Figure, un élément de liaison 32. La tige de douille 46 est alors engagée dans un perçage axial 30, tandis que la tige d'organe tronconique 58 est engagée dans le perçage axial 30 en regard. Les écrous 50, 62 sont respectivement vissées sur les extrémités libres respectives 48, 60 des tiges pour d'une part maintenir la douille 40 en appui contre la bordure circulaire 28 de l'un des anneaux 10, et d'autre part maintenir l'organe tronconique 52 correspondant en appui contre la bordure circulaire 28 de l'autre anneau 10. Aussi, l'organe tronconique 52 est engagé à l'intérieur de l'espace 68 tronconique du corps élastique déformable 38. Les sept autres éléments de liaison 32 sont ajustés de la même manière pour finalement maintenir ensemble les deux anneaux 10. À l'équilibre, lorsque le corps élastique déformable 38 de chaque élément de liaison 32 est au repos et n'est ni comprimé ni étiré, les deux rebords en regard 20, 22 des bagues internes 14 sont espacés axialement l'un de l'autre d'une distance déterminée de l'ordre du millimètre, par exemple 4 mm.

On observera que les huit autres perçages axiaux 30 sont destinés à recevoir, pour l'anneau 10 situé à droite sur la Figure 2, la tige de douille 46 d'une seconde série d'éléments de liaison 32 pour le relier à un troisième anneau non représenté.

On se reportera à présent sur les Figures 4 et 5, illustrant un embout 70 d'une conduite tubulaire flexible 72 d'axe de symétrie X. L'embout 70 et alors équipé d'un manchon de protection 74 conforme à l'invention comportant ici un ensemble de huit anneaux 10 successifs et reliés ensemble d'une manière telle qu'illustrée sur la Figure 2. Ainsi, dans cette position les anneaux 10 sont ajustés coaxialement autour d'une portion 71 de la conduite flexible 72. Tous les anneaux 10 sont appariés deux à deux au moyen de huit éléments de liaison 32 et ainsi, les éléments de liaison 32 sont ajustés en quinconce par rapport à la surface cylindrique définie par les bagues externes 12.

Lorsque la conduite tubulaire flexible 72 s'étend longitudinalement selon l'axe X, le manchon de protection 74 est à l'équilibre, et les corps élastiques déformables 38 de chacun des éléments de liaison 32, ne sont ni comprimés ni étirés.

Lorsque la conduite tubulaire flexible 72 est fléchie, comme illustrée sur la Figure 5, l'embout 70 demeurant en position fixe, les portions internes 76 d'anneaux 10 situées vers l'intérieur de la courbure tendent à se rapprocher axialement les unes des autres, tandis que les portions externes 78 d'anneaux 10 situées vers l'extérieur de la courbure s'écartent les unes des autres. Le fléchissement de la portion de conduite 71 s'opère selon un plan ici verticale, de sorte que l'axe de symétrie X de la conduite tubulaire flexible 72 tend à se courber également dans ce plan vertical. L'axe de symétrie X est alors contenu dans une surface moyenne Sm courbée et perpendiculaire au plan vertical. À la manière d'une fibre neutre d'une poutre déformable, tous les éléments de liaison 32 situés au niveau de la surface moyenne Sm demeurent sensiblement au repos, tandis que tous les éléments de liaison 32 situés vers l'intérieur de la courbure en dessous de la surface moyenne Sm tendent à se contracter, et les éléments de liaison 32 situés à l'opposé par rapport à la surface moyenne Sm tendent au contraire à s'allonger. Dans une telle position des anneaux, on considérera qu'ils sont toujours maintenus ensemble coaxialement, même si l'axe de symétrie X se courbe.

Ainsi, pour les éléments de liaison 32 situés vers l'intérieur de la courbure, leur organe tronconique 72 tend à venir comprimer le corps élastique déformable 38 à l'intérieur de la douille de réception 40 en autorisant un mouvement axial des anneaux 10 les uns par rapport aux autres. En revanche, du fait de cette contraction, le corps élastique déformable 38 engendre une force de réaction qui tend à l'opposé, à écarter les anneaux 10 les uns des autres. C'est ce qui permet d'offrir une résistance à la flexion de la portion de conduite 71. À l'opposé, vers l'extérieur de la courbure, au dessus de la surface moyenne Sm, l'organe tronconique 72 des éléments de liaison 32 tend à ressortir de la douille de réception 40 et à étirer le corps élastique déformable 38 qui à l'inverse offre également une force de résistance à la traction.

Ainsi, grâce à ces forces antagonistes, vers l'intérieur de la courbure qui tendent à éloigner les anneaux 10 les uns des autres et vers l'extérieur qui tende à les rapprocher, le manchon de protection 74 permet d'offrir une résistance à la flexion de la portion de conduite 71.

Un autre avantage de l'invention, réside dans la mise en contact des rebords 20, 22 des anneaux 10 successifs vers l'intérieur de la courbure, lorsque celle-ci devient trop importante et que les éléments de liaison 32 ne suffisent plus à contrôler cette courbure. Ainsi, les rebords 20 22, au niveau des portions internes 76 d'anneaux 10 viennent successivement en butée les uns contre les autres et bloquent alors la flexion de la portion 71 de conduite flexible 72 emmanchée dans le manchon de protection 74. Ainsi le manchon de protection conforme à l'invention, présente toutes les fonctions d'un raidisseur et au surplus, celle d'un limiteur de courbure au-delà de laquelle la portion de conduite qu'il entoure ne peut être fléchie.

Par ailleurs, le manchon de protection conforme à l'invention n'est nullement limité à huit anneaux. Il est ainsi prévu de former des manchons de protection incluant bien plus d'anneaux de manière à limiter la courbure de plus longues portions de conduite. Au surplus, le nombre des éléments de liaison 32 pour apparier deux anneaux n'est pas non plus limitatif. On prévoit par exemple d'apparier les anneaux deux à deux au moyen de dix éléments de liaison. Quant au diamètre du manchon de protection, il est bien évidemment adapté au diamètre externe de la conduite flexible à préserver. En conséquence, il est prévu des diamètres d'anneaux inférieurs, par exemple de 0,4 m.

En outre un câble 80 s'étend dans la direction axiale le long du manchon de protection. Une première extrémité du câble est fixée sur l'embout de la conduite flexible, tandis que d'autres points d'accrochage sont également distribués le long du manchon de protection. Sur la figure 4 par exemple, apparait des points de fixation tous les 3 anneaux. Lors de la manipulation du manchon de protection ou de l'installation de la conduite flexible munie du manchon de protection, ce câble permet d'éviter qu'une élongation excessive ne se produise et endommage les anneaux du manchon de protection. Ainsi, la manipulation du manchon de protection est plus sécurisée.

En outre, on prévoit des anneaux constitués de deux demi-anneaux ajustables et maintenus ensemble par boulonnage afin de pouvoir remplacer plus aisément les anneaux détériorés de l'ensemble d'anneaux constituant le manchon de protection.

Le mode de réalisation décrit n'est nullement limitatif de l'invention. Notamment, il pourrait être avantageux de prévoir un manchon de protection avec une distribution de raideur répartie le long du manchon différente. Ceci est réalisable aisément en modulant l'espacement entre les anneaux de l'ensemble de protection. Pour cela, il suffit simplement de fournir des éléments de liaisons avec des éléments élastiquement déformables de longueurs différentes. A titre d'exemple, des éléments déformables de courtes longueurs pourraient être installés sur les anneaux les plus proches de l'embout. Puis des éléments de liaisons avec des corps élastiques de plus grandes longueurs pourraient être placés sur les anneaux les plus éloignés de l'embout.