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WO2006120320A1 - Conduite tubulaire flexible à gaine anti-usure - Google Patents

Conduite tubulaire flexible à gaine anti-usure Download PDF

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WO2006120320A1
WO2006120320A1 PCT/FR2006/000992 FR2006000992W WO2006120320A1 WO 2006120320 A1 WO2006120320 A1 WO 2006120320A1 FR 2006000992 W FR2006000992 W FR 2006000992W WO 2006120320 A1 WO2006120320 A1 WO 2006120320A1
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WO
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plastic material
flexible tubular
tubular pipe
pipe according
armor
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PCT/FR2006/000992
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English (en)
Inventor
Jean Hardy
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Technip Energies France SAS
Original Assignee
Technip France SAS
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to flexible tubular conduits for the transport of hydrocarbons.
  • API American Petroleum Institute
  • This type of pipe comprises successive layers that are independent of one another and consist, on the one hand, of helical windings, strips and / or shaped wires and, on the other hand, of at least one sheath made of polymeric material. While the metal layers have a function of taking up mechanical stresses, both internal and external, the polymer sheaths have an internal or external sealing function.
  • the different layers are in a certain limit movable relative to each other so as to allow the pipe to flex.
  • the pressure vault located towards the inside of the pipe consists of a short-pitch helical winding of a shaped wire and the layers intended to take up axial forces located towards the outside of the pipe.
  • intermediate layers deteriorate rapidly, when the flexible pipes are subjected to severe stresses, such as those encountered for the exploitation of certain submarine oil deposits, located at great depth, and where the hydrocarbon is at a similar high temperature.
  • these intermediate anti-wear layers can withstand temperatures close to 110 ° C. and contact pressures of the order of 300 to 400 bars.
  • a problem that arises and that aims to solve the present invention is then to provide a flexible tubular conduit whose intermediate layer anti-wear plastic material is not only resistant under severe conditions of use, but is also susceptible to be obtained at an advantageous cost.
  • the invention proposes a flexible tubular conduit for the transport of hydrocarbons, said flexible tubular conduit comprising at least two layers of metal armor separated by a plastic wear-resistant layer, each of said webs being made by helical winding of a longitudinal metal element, said anti-wear layer being made by helical winding of a strip of said plastic material;
  • said plastic material comprises an amorphous polymer whose glass transition temperature is between 175 and 255 ° C.
  • a feature of the invention lies in the use of an amorphous polymer, alone or in a mixture, whose glass transition temperature is between 175 and 255 ° C, in the plastic material used to form an intermediate layer. -wear.
  • the glass transition temperature of the amorphous polymer is between 210 and 240 ° C.
  • said amorphous polymer is a polymer comprising a sulphonated group or more precisely a sulphone ("sulphone group" in the English language) group. That is, a group comprising one sulfur atom and two oxygen atoms bonded to the sulfur atom by two double bonds.
  • sulphone group a group comprising one sulfur atom and two oxygen atoms bonded to the sulfur atom by two double bonds.
  • Such polymers are usually used in the field of plastic injection but not in the field of extrusion where high molecular weight polymers must be used.
  • the intermediate anti-wear layer is relatively resistant, and it does not flow between the coiled elements of each layer of armor whose spacing can reach a few millimeters. It does not flue especially when it is brought to temperatures of the order of 110 ° and is subjected to a pressure of about 400 bars. These conditions can be met in the case of a deep-water oil exploitation.
  • these polymers with sulfonated groups give the plastic material a high resistance to hydrolysis, which slows down their aging.
  • said amorphous polymer is a polyphenylsulfone (PPSU), which has all the mechanical, thermal and aging characteristics required.
  • said plastic material comprises at least 60% by weight of said amorphous polymer, the complement consisting of various additives, especially fillers, being therefore less than 40%.
  • said plastic material further comprises a load intended to reduce the coefficient of friction of said plastic material so that the armor plies can play with respect to each other when the pipe flexes, the intermediate layer of plastic material permitting then the friction of armor against it, despite the high pressure exerted.
  • said plastic material has a mass proportion under load of less than 20%, which makes it possible to confer a good coefficient of friction of the intermediate layer against the plies of armor, while maintaining mechanical performance. sufficient for the application.
  • said filler is a synthetic material of the type of fluorinated or perfluorinated polymers of molecular weight suitable for use in the form of oil, paste or powder.
  • the filler may also consist of molybdenum disulfide or alternatively aliphatic fatty chain compounds, halogenated or not.
  • the plastic material thus produced gives the anti-wear layers creep resistance in flexible tubular conduits that did not present the plastic materials previously used.
  • the creep of anti-wear layers between the armor turns of a flexible structure is a complex phenomenon difficult to model and which imposes a lot of tests in the service conditions of flexible pipes.
  • the technical notes of polymers available on the market provide no information or feature to make a reasoned choice of polymer to solve this technical problem creep.
  • said plastic material further comprises a semicrystalline polymer, for example a polyetheretherketone (PEEK) mixed with the amorphous polymer in a mass proportion of less than 20%, for example between and 15% of polyetheretherketone, so as to benefit both the properties of the amorphous polymer, and the semicrystalline polymer which generally has good tribological properties.
  • a semicrystalline polymer for example a polyetheretherketone (PEEK) mixed with the amorphous polymer in a mass proportion of less than 20%, for example between and 15% of polyetheretherketone, so as to benefit both the properties of the amorphous polymer, and the semicrystalline polymer which generally has good tribological properties.
  • PEEK polyetheretherketone
  • said plastic material advantageously has a modulus of tensile elasticity ("tensile modulus" in English), measured according to ASTM D 638, at a temperature of 20 ° C 1 between 1800 and 3200 MPa.
  • tensile modulus a modulus of tensile elasticity
  • ASTM D 638 ASTM D 638
  • this modulus of elasticity is between 2100 and 2700 MPa.
  • said plastic material of the intermediate layer has, at the limit of the tensile strength at yield, a tension greater than 40 MPa and advantageously 60 MPa, so as to be able to resist during the laying around a sheet of armor, during which a band of plastic material can undergo stresses of the order of several tens of MPa.
  • said plastic material at the limit of the tensile flow threshold, has an elongation greater than 5% and preferably greater than 7%, so as to be sufficiently elastic to follow the movements. flexible pipe in service.
  • the plastic material has an elongation at break in English more than 20% and preferably greater than 50%.
  • the invention proposes a method for producing a flexible tubular pipe for the transport of hydrocarbons, said method being of the type in which one winds up helically sequencing at least two longitudinal metal elements to form two armor plies, strips of plastic material being wound helically between said armor plies to form an anti-wear layer; according to the invention, using a plastic material comprising an amorphous polymer whose glass transition temperature is between 175 and 255 0 C, to form said strips.
  • said plastic material is extruded, which simplifies the implementation of the material and in particular to form sheets of small thickness and great length.
  • said sheets are slitted to obtain said strips so as to condition them to install them on a pipe production device.
  • said strips are advantageously abutted by ultrasonic welding.
  • the single figure is a partial schematic perspective view of a flexible tubular conduit according to the invention.
  • the single figure thus partially shows a portion of flexible pipe 2 comprising, from the inside 4 outwards 6: a flexible metal tube or carcass 7, made by helical winding with short pitch of strips or metal son; an internal sealing or pressure sheath 8 disposed around the carcass 7; a covering layer 10 between the carcass 7 and the pressure sheath 8; a pressure vault 16 formed of a short-pitch winding around the pressure sheath 8, a metal wire stapled and intended to take up the internal pressure forces; a first ply of tensile armor 18 and a second ply of tensile armor 20.
  • These plies of armor are formed of son wound with long steps and are intended to resume the longitudinal tensile forces to which the flexible pipe may be subjected 2.
  • the pipe 2 has a first helical winding 22 of a strip of plastic material to form a first anti-wear layer between the pressure vault 16 and the first armor ply 18, and a second helical winding
  • the armor plies 18, 20 and the pressure vault 16 are not respectively and directly in contact with each other, so that, during the deflection of the flexible pipe 2, there is no wear due to the friction of metal armor against each other.
  • These strips of plastic material comprise an amorphous polymer whose glass transition temperature is between 175 and 255 ° C. and advantageously between 210 and 240 ° C., and is obtained by extrusion.
  • Amorphous polymers which are not known for their tribological performance, that is, their abrasion resistance, have been found to be excellent materials in this anti-wear application of the armor layers. .
  • Amorphous polymers disclosed as being good candidates in the above application are polysulfone (PSU), polyethersulfone
  • PES polyphenylsulfone
  • PEI polyetherimide
  • the polymers comprising a sulphonated group
  • the mixture with fluorinated or perfluorinated compounds of the polytetrafluoroethylene (PTFE) or perfluoropolyether (PFPE) type or with molybdenum disulfide not only makes it possible to increase the ductility of the plastic material but, moreover, to improve its coefficient friction with metal armor.
  • the resistance to hydrolysis and chemical resistance of the aforementioned amorphous materials is very much higher than that of polyamides, for example, previously used to produce anti-wear layers.
  • the amorphous materials retained have a glass transition temperature well above the operating temperature at which the plastic is subjected, at most 110 ° C 1 so that the mechanical properties in use are little affected.
  • the materials retain their anti-wear characteristics on the one hand, and on the other hand, do not deteriorate over time and movements of the flexible tubular pipe while the constraints, and in particular the pressure stresses, are extremely strong, of the order of 300 to 400 bars.
  • polyetheretherketone PEEK
  • P1 polyimide
  • LCP liquid crystal polymers
  • PPA polyphthalamide
  • PPS phenylene polysulfide
  • the invention also relates to a method for producing flexible tubular conduits for the transport of hydrocarbons.
  • the proportion by weight of the amorphous polymer in the plastic material is greater than 60% and advantageously it is greater than 80%.
  • the polyphenylsulfone (PPSU) is mixed with 15% of polytetrafluoroethylene (PTFE) 1 and extruded through a flat die of great width, for example 1 00 meter, so as to obtain sheet of great length of 1, 5 mm thick and substantially 1, 00 meter wide.
  • the mixture comprises 80% of polyphenylsulfone (PPSU), 10% of polyetheretherketone (PEEK) and 10% of polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • the sheet is rolled up to make a mother coil a few hundred meters. Then, the sheet is split to obtain strips of 50 to 100 mm wide which are rewound on girls' reels to be installed on a conventional wrapping device mounted in line with a hairspring or a wire wrapper. armor. Accordingly, there is no need to modify or adapt said existing wrapping device, to install these strips of plastic material.
  • a shape wire is helically wound first and at short pitch to form the pressure vault 16.
  • a strip of plastic material of the abovementioned type, containing an amorphous polymer, is wound helically to realize the first winding 22 on the pressure vault 16.
  • This strip of plastic material is generally applied with a voltage of the order of 100 at 150 daN, which induces a mean stress on the band of the order of 10 to 20 MPa.
  • the strips of plastic material are abutted, when necessary, by ultrasonic spot welding.
  • the two ends of the band to be abutted are carried one above the other and a suitable sonotrode is applied on both ends.
  • the first traction armor 18 is formed on the first winding 22 and a strip of plastic material is wound again helically on the traction armor 18 to form the second winding 24,
  • the second traction armor 20 is applied to the second winding 24 and is then covered with a protective sheath 26.

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Abstract

L'invention concerne une conduite tubulaire flexible (2) pour le transport des hydrocarbures, ladite conduite tubulaire flexible comprenant au moins deux nappes d'armures métalliques (18, 20) séparées par une couche anti-usure (24) en matériau plastique, chacune desdites nappes étant réalisée par enroulement hélicoïdal d'un élément métallique longitudinal, ladite couche anti-usure (24) étant réalisée par enroulement hélicoïdal d'une bande dudit matériau plastique ; selon l'invention, ledit matériau plastique comprend un polymère amorphe dont la température de transition vitreuse est comprise entre 175 et 2550C.

Description

Conduite tubulaire flexible à gaine anti-usure
La présente invention se rapporte aux conduites tubulaires flexibles pour le transport des hydrocarbures.
Elle concerne plus précisément une conduite du type de celle décrite dans les documents normatifs publiés par «l'American Petroleum Institute (API) » et notamment les documents API 17J et API RP 17B.
Ce type de conduite comprend des couches successives indépendantes les unes des autres constituées d'une part, d'enroulements hélicoïdaux, de bandes et/ou de fils de forme et d'autre part, d'au moins une gaine en matériau polymère. Tandis que les couches métalliques ont une fonction de reprise des efforts mécaniques, tant internes qu'externes, les gaines en polymère ont elles une fonction d'étanchéité interne ou externe.
Les différentes couches sont dans une certaine limite mobiles les unes par rapport aux autres de manière à permettre à la conduite de fléchir. Il existe différentes structures pour ces conduites, cependant elles présentent toutes généralement un ensemble de couches dénommé voûte de pression, destiné à la reprise des efforts radiaux, et un ensemble de couches destiné à la reprise des efforts axiaux.
Usuellement, la voûte de pression située vers l'intérieur de la conduite, est constituée d'un enroulement en hélice à pas courts d'un fils de forme et les couches destinées à la reprise des efforts axiaux situées vers l'extérieur de la conduite sont généralement constituées d'une paire de nappes d'armures de fils croisés enroulés hélicoïdalement selon un pas long.
Aussi, afin d'éviter qu'au moins deux de ces nappes d'armures ne soient directement en contact l'une contre l'autre, ce qui provoquerait leur usure prématurée, une couche intermédiaire relativement fine en matériau plastique est interposée. On pourra notamment se référer au document EP 0 929 767, lequel décrit une conduite équipée d'une telle couche intermédiaire anti-usure (« anti-wear layer » en langue anglaise).
Il est connu de réaliser une telle couche anti-usure par enroulement hélicoïdal d'une bande anti-usure obtenue par extrusion d'un matériau plastique à base de polyamide ou de polyoléfines.
Toutefois, ces couches intermédiaires se détériorent rapidement, lorsque les conduites flexibles subissent des contraintes sévères, telles que celles rencontrées pour l'exploitation de certains gisements pétroliers sous-marins, située à grande profondeur, et où l'hydrocarbure est à une température élevée voisine de 130° C. Dans de telles conditions, ces couches intermédiaires anti-usure peuvent endurer des températures voisines de 110° C. et des pressions de contact de l'ordre de 300 à 400 bars. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est alors, de proposer une conduite tubulaire flexible dont la couche intermédiaire anti-usure en matériau plastique est non seulement résistante dans des conditions sévères d'utilisation, mais aussi est susceptible d'être obtenue à un coût avantageux. Dans ce but, et selon un premier aspect, l'invention propose une conduite tubulaire flexible pour le transport des hydrocarbures, ladite conduite tubulaire flexible comprenant au moins deux nappes d'armures métalliques séparées par une couche anti-usure en matériau plastique, chacune desdites nappes étant réalisée par enroulement hélicoïdal d'un élément métallique longitudinal, ladite couche anti-usure étant réalisée par enroulement hélicoïdal d'une bande dudit matériau plastique ; selon l'invention, ledit matériau plastique comprend un polymère amorphe dont la température de transition vitreuse est comprise entre 175 et 2550C.
Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans l'utilisation d'un polymère amorphe, seul ou en mélange, dont la température de transition vitreuse est comprise entre 175 et 255°C, dans le matériau plastique utilisé pour former une couche intermédiaire anti-usure. Par exemple, la température de transition vitreuse du polymère amorphe est comprise entre 210 et 240° C.
Alors que les polymères amorphes à hautes performances ne sont pas recommandés dans les applications ou des qualités tribologiques sont recherchées et notamment la résistance à l'usure, il s'avère que de façon tout à fait surprenante, de tels matériaux conservent leurs propriétés durant toute la durée de vie de la conduite tubulaire flexible. D'autres matériaux, auraient pu être avantageusement envisagés, parmi les matériaux semi-cristallins à hautes performances, cependant, d'une part ils sont malaisés à mettre en œuvre par extrusion sous forme de bande de grande longueur, ce qui était absolument nécessaire pour pouvoir enrubanner les conduites, et d'autre part ils sont extrêmement coûteux.
Selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement avantageux, ledit polymère amorphe est un polymère comprenant un groupement sulfoné ou plus précisément un groupement sulfone (« sulfone group » en langue anglaise). C'est-à-dire, un groupement comprenant un atome de soufre et deux atomes d'oxygène liés à l'atome de soufre par deux doubles liaisons. De tels polymères sont usuellement utilisés dans ie domaine de l'injection plastique mais aucunement dans le domaine de l'extrusion où des polymères de poids moléculaire élevé doivent être utilisés.
De la sorte, grâce à l'utilisation de polymères à groupements sulfonés relativement peu coûteux, dont la température de transition vitreuse est en moyenne proche de 220° Celsius, la couche intermédiaire anti-usure est relativement résistante, et elle ne flue pas entre les éléments enroulés de chacune des nappes d'armures dont l'espacement peut atteindre quelques millimètres. Elle ne flue pas notamment lorsqu'elle est portée à des températures de l'ordre de 110° et qu'elle est soumise à une pression voisine de 400 bars. Ces conditions peuvent être réunies dans le cas d'une exploitation pétrolière de grands fonds. En outre, ces polymères à groupements sulfonés confèrent au matériau plastique une grande résistance à l'hydrolyse, ce qui ralentit leur vieillissement. Préférentiellement, ledit polymère amorphe est un polyphenylsulfone (PPSU), qui présente toutes les caractéristiques mécaniques, thermiques et de vieillissement requises.
Par ailleurs, ledit matériau plastique comporte au moins 60 % en poids dudit polymère amorphe, le complément constitué de différents additifs, notamment des charges, étant par conséquent inférieur à 40 %.
Avantageusement, ledit matériau plastique comporte en outre une charge destinée à réduire le coefficient de frottement dudit matériau plastique de façon à ce que les nappes d'armures puissent jouer les unes par rapport aux autres lorsque la conduite fléchit, la couche intermédiaire en matière plastique autorisant alors le frottement des armures contre elle, malgré les pressions élevées qui s'exercent. Selon un mode préféré de mise en oeuvre, ledit matériau plastique présente une proportion massique en charge inférieure à 20%, ce qui permet de conférer un bon coefficient de frottement de la couche intermédiaire contre les nappes d'armures, tout en conservant des performances mécaniques suffisantes pour l'application.
Par exemple, ladite charge est un matériau synthétique du type des polymères fluoré ou perfluoré de masse moléculaire adaptée à l'utilisation sous forme d'huile, de pâte ou de poudre. La charge peut être également constituée de bisulfure de molybdène ou encore de composés à chaîne grasse aliphatique, halogénées ou non.
Par ailleurs, le matériau plastique ainsi réalisé, confère aux couches anti-usure une tenue au fluage dans les conduites tubulaires flexibles que ne présentaient pas les matériaux plastiques antérieurement utilisés. Le fluage des couches anti-usure entre les spires des armures d'une structure flexible, est un phénomène complexe difficile à modéliser et qui impose énormément de tests dans les conditions de service des conduites flexibles. En outre, les notes techniques des polymères disponibles sur le marché, ne fournissent aucune information ni caractéristique permettant de faire un choix raisonné de polymère permettant de résoudre ce problème technique du fluage. Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, ledit matériau plastique comporte en outre un polymère semi-cristallin, par exemple un polyetherethercetone (PEEK) mélangé avec le polymère amorphe dans une proportion massique inférieure à 20 %, par exemple entre 5 et 15 % de polyetherethercetone, de façon à bénéficier à la fois des propriétés du polymère amorphe, et du polymère semi-cristallin qui présente en général de bonnes propriétés tribologiques.
En outre, ledit matériau plastique présente avantageusement un module d'élasticité en traction («tensile modulus» en langue anglaise), mesuré selon la norme ASTM D 638, à une température de 20° C1 compris entre 1800 et 3200 MPa. Ceci confère à la bande dudit matériau plastique une raideur en flexion permettant un enroulement hélicoïdal autour de la conduite sans aucune difficulté. Par exemple, ce module d'élasticité est compris entre 2100 et 2700 MPa. De préférence, ledit matériau plastique de la couche intermédiaire, présente, à la limite au seuil d'écoulement en traction («tensile strength at yield» en langue anglaise), une tension supérieure à 40 MPa et avantageusement 60 MPa, de manière à pouvoir résister durant la pose autour d'une nappe d'armures, au cours de laquelle une bande de matériau plastique peut subir des contraintes de l'ordre de plusieurs dizaines de MPa.
En outre, et ce de façon particulièrement avantageuse, ledit matériau plastique, à la limite au seuil d'écoulement en traction, présente un allongement supérieur à 5% et de préférence supérieur à 7 %, de façon à être suffisamment élastique pour suivre les mouvements de la conduite flexible en service.
En outre, et ce de manière préférée, le matériau plastique présente un allongement à la rupture en traction («elongation at break» en langue anglaise) supérieur à 20 % et préférentiellement supérieur à 50 %. Selon un second aspect l'invention propose un procédé de production d'une conduite tubulaire flexible pour le transport des hydrocarbures, ledit procédé étant du type selon lequel on enroule hélicoïdalement en séquence au moins deux éléments métalliques longitudinaux pour former deux nappes d'armures, des bandes en matériau plastique étant enroulées hélicoïdalement entre lesdites nappes d'armures pour former une couche anti-usure ; selon l'invention, on utilise un matériau plastique comprenant un polymère amorphe dont la température de transition vitreuse est comprise entre 175 et 2550C, pour former lesdites bandes. En outre, et de façon particulièrement avantageuse, ledit matériau plastique est extrudé, ce qui permet de simplifier la mise en œuvre du matériau et notamment pour former des feuilles de faible épaisseur et de grande longueur.
Préférentiellement, on refend lesdites feuilles pour obtenir lesdites bandes de manière à les conditionner pour les installer sur un dispositif de production des conduites. Par ailleurs, lesdites bandes sont avantageusement aboutées par soudure par ultrasons. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lequel :
- l'unique figure est une vue schématique partielle en perspective d'une conduite tubulaire flexible conforme à l'invention.
L'unique figure montre ainsi partiellement une portion de conduite flexible 2 comprenant, de l'intérieur 4 vers l'extérieur 6 : un tube métallique flexible ou carcasse 7, réalisé par enroulement hélicoïdal à pas court de feuillards ou de fils métalliques ; une gaine d'étanchéité interne ou de pression 8 disposée autour de la carcasse 7 ; une couche de recouvrement 10 entre la carcasse 7 et la gaine de pression 8 ; une voûte de pression 16 formée d'un enroulement à pas court autour de la gaine de pression 8, d'un fil de forme métallique agrafé et destiné à reprendre les efforts de pression interne ; une première nappe d'armures de traction 18 et, une seconde nappe d'armures de traction 20. Ces nappes d'armures sont formées de fils enroulés à pas longs et sont destinées à reprendre les efforts longitudinaux de traction auxquels peut être soumise la conduite flexible 2.
En outre, et conformément à l'invention, la conduite 2 présente un premier enroulement hélicoïdal 22 d'une bande de matériau plastique pour former une première couche anti-usure entre la voûte de pression 16 et la première nappe d'armures 18, et un second enroulement hélicoïdal
24 d'une bande du même matériau plastique pour former une seconde couche anti-usure entre les deux nappes d'armures de traction 18, 20.
Grâce à ces deux couches anti-usure, les nappes d'armures 18, 20 et la voûte de pression 16 ne sont pas respectivement et directement en contact les unes avec les autres, de sorte que, lors du fléchissement de la conduite flexible 2, il n'y a pas d'usure due aux frottements des armures métalliques les unes contre les autres.
Ces bandes en matériau plastique comprennent un polymère amorphe dont la température de transition vitreuse est comprise entre 175 et 255° C. et avantageusement entre 210 et 2400C, et sont obtenues par extrusion.
On détaillera ci-après les compositions de matériau plastique utilisables et plus particulièrement le type de polymère amorphe adapté. Les polymères amorphes, qui ne sont pas réputés pour leurs performances tribologiques, c'est-à-dire leur résistance à l'usure par frottement, se sont révélés comme étant d'excellents matériaux dans cette application anti-usure des couches d'armures.
Les polymères amorphes révélés comme étant de bons candidats dans l'application précitée, sont le polysulfone (PSU), le polyethersulfone
(PES), le polyphenylsulfone (PPSU) et le polyetherimide (PEI) dont les températures de transition vitreuse sont comprises entre 185 et 250° C.
Parmi ces polymères, les polymères comprenant un groupement sulfoné
(PSU, PES et PPSU) apparaissent comme étant les plus résistants. En effet, ils présentent un module d'élasticité en traction voisin de
2500 MPa et un allongement à la rupture, en traction, supérieur à 60 %.
En outre, ils présentent un allongement au seuil d'écoulement en traction supérieur à 5 %, et une contrainte au seuil d'écoulement en traction supérieure à 60 MPa.
Par ailleurs, le mélange avec des composés fluorés ou perfluorés du type polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou perfluoropolyéther (PFPE) ou encore avec du bisulfure de molybdène, permet non seulement d'augmenter la ductilité du matériau plastique mais au surplus, d'améliorer son coefficient de frottement avec les armures métalliques.
En outre, la tenue à l'hydrolyse et la résistance chimique des matériaux amorphes précités, est très nettement supérieure à celle des polyamides par exemple, antérieurement utilisés pour réaliser des couches anti-usure.
De plus, les matériaux amorphes retenus présentent une température de transition vitreuse bien supérieure à la température de service à laquelle la matière plastique est soumise, au maximum de 110° C1 de telle sorte que les propriétés mécaniques en service sont peu affectées.
En conséquence, les matériaux conservent leurs caractéristiques anti-usure d'une part, et d'autre part, ne se détériorent pas au fil du temps et des mouvements de la conduite tubulaire flexible alors que les contraintes, et notamment les contraintes de pression, sont extrêmement fortes, de l'ordre de 300 à 400 bars.
D'autres polymères, semi-cristallins ceux-là, auraient pu convenir compte tenu de leurs propriétés et notamment de leurs caractéristiques tribologiques. Il s'agit notamment, du polyétheréthercétone (PEEK), du polyimide (Pl), des polymères à cristaux liquides (LCP), du polyphtalamide (PPA), ou du polysulfure de phénylène (PPS). Toutefois, ils présentent l'inconvénient d'être coûteux et d'une mise en oeuvre peu aisée, notamment pour réaliser des feuilles par extrusion. En outre, des charges renforçantes du type fibre de verre ou fibre de carbone par exemple, doivent leur être ajoutées pour augmenter leur capacité de déformation sous charge. En revanche, ils peuvent être mélangés aux polymères amorphes précités, dans une limite de 20 % en poids, préférentiellement entre 5 et 15 %, de manière à conférer des propriétés tribologiques intrinsèques aux polymères semi-cristallins au matériau plastique précité. L'invention concerne également un procédé de production des conduites tubulaires flexibles pour le transport des hydrocarbures.
La proportion en poids du polymère amorphe dans le matériau plastique est supérieure à 60 % et avantageusement elle est supérieure à 80 %. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le polyphenylsulfone (PPSU) est mélangé avec 15 % de polytétrafluoroéthylène (PTFE)1 et extrudé à travers une filière plate de grande largeur, par exemple 1 ,00 mètre, de façon à obtenir une feuille de grande longueur de 1 ,5 mm d'épaisseur et de sensiblement 1 ,00 mètre de large. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le mélange comporte 80 % de polyphenylsulfone (PPSU), 10 % de polyétheréthercétone (PEEK) et 10 % de polytétrafluoroéthylène (PTFE).
Simultanément, après refroidissement, la feuille est enroulée pour réaliser une bobine mère de quelques centaines de mètres. Ensuite, la feuille est refendue pour obtenir des bandes de 50 à 100 mm de large qui sont réenroulées sur des bobines filles pour être installées sur un dispositif d'enrubannage classique monté en ligne avec une spiraleuse ou une armeuse de pose des fils métalliques d'armures. En conséquence, il n'est nul besoin de modifier ou d'adapter ledit dispositif d'enrubannage existant, pour y installer ces bandes de matériau plastique.
Selon le procédé, on enroule hélicoïdalement d'abord, et à pas courts, un fil de forme pour réaliser la voûte de pression 16. Ensuite, une bande en matériau plastique, du type précité contenant un polymère amorphe, est enroulée hélicoïdalement pour réaliser le premier enroulement 22 sur la voûte de pression 16. Cette bande en matériau plastique est généralement appliquée avec une tension de l'ordre de 100 à 150 daN, ce qui induit une contrainte moyenne sur la bande de l'ordre de 10 à 20 MPa.
En outre, et selon une caractéristique de l'invention particulièrement avantageuse, les bandes en matériau plastique sont aboutées, lorsque cela est nécessaire, par soudage ultrason par points. Pour ce faire, les deux extrémités de bande à abouter sont portées l'une au-dessus de l'autre et une sonotrode adaptée est appliquée sur les deux extrémités.
Puis, la première armure de traction 18 est formée sur le premier enroulement 22 et une bande de matériau plastique est à nouveau enroulée hélicoïdalement sur l'armure de traction 18 pour former le second enroulement 24,
Enfin, la seconde armure de traction 20 est appliquée sur le second enroulement 24 puis est recouverte d'une gaine de protection 26.
Toutefois, d'autres couches, synthétiques ou métalliques sont susceptibles d'être incorporées à la conduite flexible 2 en amont de la voûte de pression 16 ou en aval de la seconde armure de traction 20.

Claims

REVENDICATIONS
1. Conduite tubulaire flexible (2) pour le transport des hydrocarbures, ladite conduite tubulaire flexible comprenant au moins deux nappes d'armures métalliques (18, 20) séparées par une couche anti-usure (24) en matériau plastique, chacune desdites nappes étant réalisée par enroulement hélicoïdal d'un élément métallique longitudinal, ladite couche anti-usure (24) étant réalisée par enroulement hélicoïdal d'une bande dudit matériau plastique ; caractérisée en ce que ledit matériau plastique comprend un polymère amorphe dont la température de transition vitreuse est comprise entre 175 et 255°C.
2. Conduite tubulaire flexible selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ledit polymère amorphe est un polymère comprenant un groupement sulfoné.
3. Conduite tubulaire flexible selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit polymère amorphe est un polyphenylsulfone.
4. Conduite tubulaire flexible selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit matériau plastique comporte au moins 60 % en poids dudit polymère amorphe.
5. Conduite tubulaire flexible selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit matériau plastique comporte en outre une charge destinée à réduire le coefficient de frottement dudit matériau plastique.
6. Conduite tubulaire flexible selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit matériau plastique présente une proportion massique en charge inférieure à 20%.
7. Conduite tubulaire flexible selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que ladite charge est un matériau synthétique fluoré ou perfluoré.
8. Conduite tubulaire flexible selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit matériau plastique comporte en outre un polymère semi-cristallin.
9. Conduite tubulaire flexible selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit matériau plastique présente une proportion massique en polymère semi-cristallin inférieure à 20%.
10. Conduite tubulaire flexible selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit matériau plastique présente un module d'élasticité en traction compris entre 1800 et 3200 MPa.
11. Conduite tubulaire flexible selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que ledit matériau plastique présente, à la limite au seuil d'écoulement en traction, une tension supérieure à 40 MPa.
12. Conduite tubulaire flexible selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisée en ce que ledit matériau plastique , à la limite au seuil d'écoulement en traction, présente un allongement supérieur à 5%.
13. Procédé de production d'une conduite tubulaire flexible (2) pour le transport des hydrocarbures, ledit procédé étant du type selon lequel on enroule hélicoïdalement en séquence au moins deux éléments métalliques longitudinaux pour former deux nappes d'armures (18, 20), des bandes en matériau plastique étant enroulées hélicoïdalement entre lesdites nappes d'armures pour former une couche anti-usure (24); caractérisé en ce qu'on utilise un matériau plastique comprenant un polymère amorphe dont la température de transition vitreuse est comprise entre 175 et 2550C, pour former lesdites bandes.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit matériau plastique est extrudé sous forme de feuilles de grande longueur.
15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce qu'on refend lesdites feuilles pour obtenir lesdites bandes.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdites bandes sont aboutées par soudure par ultrasons.
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