RAIDISSEUR DE COURBURE POUR UN ÉLÉMENT ALLONGÉ DESTINÉ A ÊTRE INTRODUIT DANS UNE ÉTENDUE D'EAU

Description

[0001] La présente invention concerne un raidisseur de courbure pour un élément allongé destiné à être introduit dans une étendue d'eau selon le préambule de la revendication 1.

[0002] L'élément allongé est par exemple une conduite flexible, en particulier une conduite flexible de type non liée (« unbonded ») destinée au transport d'hydrocarbures à travers une étendue d'eau, tel qu'un océan, une mer, un lac ou une rivière.

[0003] Une conduite flexible est par exemple réalisée suivant les documents normatifs API 17J (Spécification for Unbonded Flexible Pipe) et API RP 17B (Recommended Practice for Flexible Pipe) établis par l'American Petroleum Institute.

[0004] La conduite flexible est généralement formée d'un ensemble de couches concentriques et superposées. Elle est considérée comme « non liée » au sens de la présente invention dès lors qu'au moins une des couches de la conduite est apte à se déplacer longitudinalement par rapport aux couches adjacentes lors d'une flexion de la conduite. En particulier, une conduite non liée est une conduite dépourvue de matériaux liants raccordant des couches formant la conduite.

[0005] La conduite est généralement disposée à travers une étendue d'eau, entre un ensemble de fond, destiné à recueillir le fluide exploité dans le fond de l'étendue d'eau et un ensemble de surface flottant destiné à collecter et à distribuer le fluide. L'ensemble de surface peut être une plateforme semi-submersible, un FPSO ou un autre ensemble flottant.

[0006] Lorsque la conduite est soumise aux effets de la houle et des courants marins, elle est susceptible de se déformer localement. Ceci est particulièrement le cas au niveau du raccordement de la conduite flexible sur l'ensemble de surface ou sur l'ensemble de fond, compte tenu des mouvements relatifs entre la conduite et l'ensemble sur laquelle elle est raccordée.

[0007] Pour que la conduite conserve un rayon de courbure supérieur à son rayon de courbure minimal acceptable (« MBR » pour « minimum bending radius » en anglais), un raidisseur, formé par exemple par un corps en polymère est monté autour de la conduite.

[0008] Le raidisseur limite localement les déplacements de la conduite et garantit l'absence de déformation locale au-delà d'une limite acceptable.

[0009] Cependant, la conduite reste fortement sollicitée, même au niveau du raidisseur. Il est donc pertinent de suivre au cours du temps l'évolution des déformations subies par le raidisseur et par la conduite pour garantir l'intégrité de la conduite.

[0010] Pour suivre l'évolution des déformations subies par le raidisseur, il est connu par exemple de WO 2009/156486 de monter autour du raidisseur un chapelet de capteurs disposés dans un harnais.

[0011] Il est également connu de WO 2009/112813 de prévoir des capteurs monté dans un corps agencé autour d'une conduite pour suivre les déformations dudit corps.

[0012] En outre, il est également connu de WO 2006/033579 de monter sur un raidisseur des capteurs pour suivre les déformations subies par le raidisseur.

[0013] Un tel montage est très fastidieux à mettre en oeuvre, perturbe les opérations d'installation de la conduite et ne reflète pas toujours la déformation exacte du raidisseur, et encore moins de la conduite.

[0014] Un but de l'invention est de fournir un système peu intrusif de suivi des déformations d'un raidisseur disposé autour d'un élément allongé ou/et d'un élément allongé au niveau d'un raidisseur.

[0015] A cet effet, l'invention a pour objet un raidisseur selon la revendication 1.

[0016] Le raidisseur selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques des revendications 2 à 13 et/ou la caractéristique suivante, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :

• l'ensemble de renfort est métallique ;

[0017] L'invention a également pour objet un procédé de suivi du comportement d'un raidisseur disposé autour d'un élément allongé selon la revendication 9Le procédé selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques des revendications 10 à 13, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible.

[0018] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :

• la figure 1 est une vue partielle, prise en coupe suivant un plan axial médian, des parties pertinentes d'une installation d'exploitation de fluide comportant un raidisseur de courbure selon l'invention ;
• la figure 2 est une vue partielle en perspective de l'ossature interne du raidisseur de courbure de la figure 1 ;
• la figure 3 est une vue de côté d'un organe longitudinal de renfort de l'ossature de la figure 2, muni d'une pluralité de capteurs de mesure de déformation espacés longitudinalement les uns des autres ;
• la figure 4 est une section suivant un plan transversal des organes longitudinaux de renfort de l'ossature de la figure 2, munis chacun d'une pluralité de capteurs de mesure de déformation espacés angulairement autour de l'axe longitudinal ;
• la figure 5 est une vue analogue à la figure 4, dans laquelle chaque organe longitudinal est muni d'une pluralité de capteurs de mesure de déformation espacés radialement autour de l'axe longitudinal ;
• la figure 6 illustre un capteur de mesure de déformation formé par une jauge électrique de contrainte macroscopique ;
• la figure 7 illustre un capteur de mesure de déformation formé par une jauge électrique de contrainte micrométrique ou nanométrique ;
• la figure 8 illustre la division de la contrainte calculée à partir des mesures effectuées par une série de capteurs de mesure de déformation en trois composantes, à l'aide d'une méthode de linéarisation de contrainte, dans un premier procédé de traitement selon l'invention ;
• la figure 9 est une vue partielle, prise en coupe suivant un plan axial médian, des parties pertinentes d'une installation d'exploitation de fluide comportant un raidisseur de courbure, selon une variante de réalisation de l'invention.

[0019] Les parties pertinentes d'une première installation 10 d'exploitation de fluide selon l'invention à travers une étendue d'eau 12 sont illustrées sur la figure 1.

[0020] L'étendue d'eau 12 est par exemple, une mer, un lac ou un océan. La profondeur de l'étendue d'eau 12 au droit de l'installation 10 d'exploitation de fluide est par exemple comprise entre 500 m et 3000 m.

[0021] L'installation d'exploitation de fluide 10 comporte un ensemble de surface, notamment flottant, et un ensemble de fond (non représentés).

[0022] L'installation 10 comprend un élément allongé 14 raccordant l'ensemble de fond à l'ensemble de surface et au moins un raidisseur de courbure 16 selon l'invention, monté autour d'un tronçon de l'élément allongé 14.

[0023] L'ensemble de surface comporte un connecteur (non représenté) destiné au raccordement de l'élément allongé 14, et avantageusement, comme illustré sur la figure 1, un élément de montage 18 du raidisseur 16, sur lequel le raidisseur 16 est destiné à être fixé.

[0024] L'élément de montage 18 est par exemple un tube de guidage de l'élément allongé 14, tel qu'un tube en I ou un tube en J, faisant saillie vers le bas dans l'étendue d'eau 12.

[0025] Dans cet exemple, l'élément allongé 14 est une conduite flexible.

[0026] Des exemples de conduites flexibles sont décrits dans les documents normatifs publiés par l'American Petroleum Institute (API), API 17J, et API RP17B.

[0027] La conduite flexible délimite une pluralité de couches concentriques autour de l'axe A-A', notamment au moins une première gaine à base de matériau polymère constituant avantageusement une gaine de pression et au moins une couche d'armures de traction disposée extérieurement par rapport à la première gaine.

[0028] Le raidisseur de courbure 16 comporte un corps 20 de révolution autour d'un axe A-A' de l'élément allongé 14.

[0029] Il comprend en outre un ensemble de renfort du corps 20, comportant une ossature interne 22 métallique de renfort du corps 20, au moins partiellement noyée dans le corps 20, et avantageusement, un insert périphérique 24 disposé dans le corps 20.

[0030] Avantageusement, le raidisseur de courbure 16 comporte en outre une bride 26 de connexion à l'élément de montage 18, fixée sur l'ossature interne 22 et sur l'insert 24.

[0031] Selon l'invention, le raidisseur de courbure 16 comporte une instrumentation 27 de suivi de la déformation locale du corps 20, portée partiellement par l'ensemble de renfort.

[0032] Le corps 20 est réalisé en un matériau plus rigide que l'élément allongé 14. Il est par exemple réalisé en matière plastique, notamment en polyuréthane.

[0033] Le corps 20 est destiné à limiter l'amplitude de flexion de l'élément allongé 14 au niveau du tronçon reçu dans le corps 20, pour définir un rayon minimal de courbure sans déformation plastique (ou « MBR ») minimum au niveau de ce tronçon.

[0034] Le rayon de courbure minimum est par exemple supérieur à 3 m.

[0035] Le corps 20 comporte ici un tronçon supérieur 28 sensiblement cylindrique et un tronçon inférieur 30 tronconique, de section transversale décroissante en s'écartant du tronçon supérieur 28.

[0036] La longueur du corps 20, prise le long de l'axe A-A' est par exemple comprise entre 500 mm et 8 m.

[0037] Le corps 20 délimite une lumière axiale 32 traversante de passage de l'élément allongé 14, débouchant aux extrémités axiales du corps 20.

[0038] L'ossature 22 est au moins partiellement noyée dans le corps 20. Elle est réalisée en métal. L'ossature 22 comporte une pluralité d'organes longitudinaux 34 de renfort maintenus en position les uns par rapport aux autres en étant fixés à la bride de connexion 26.

[0039] Les organes de renfort 34 sont séparés angulairement les uns des autres. Ils délimitent entre eux des espaces intermédiaires replis par le corps 20.

[0040] Optionnellement, dans l'exemple particulier illustré à la figure 2, l'ossature 22 comporte en outre un organe circonférentiel de liaison 36 raccordant les organes longitudinaux 34 entre eux.

[0041] Chaque organe longitudinal 34 s'étend suivant un axe B-B' (visible sur la figure 3) sensiblement parallèle à l'axe A-A'. Il est disposé de préférence dans la partie cylindrique 28 du corps 20.

[0042] Chaque organe longitudinal 34 comporte une base 38, une membrure longitudinale 40, et une tête 42 d'assemblage de la bride 26, délimitant l'extrémité libre de l'organe longitudinal 34.

[0043] Dans cet exemple, la base 38 s'amincit à l'écart de la bride de connexion 26.

[0044] La membrure longitudinale 40 est noyée dans le corps 20, à l'écart de la surface périphérique intérieure et de la surface périphérique extérieure du corps 20.

[0045] La tête 42 fait saillie à partir de la membrure 40 hors du corps 20. Elle comporte avantageusement un filetage, pour permettre la fixation d'un boulon 44 de retenue de la bride 26, visible sur la figure 1.

[0046] Dans l'exemple de la figure 2, lorsqu'il est présent, l'organe circonférentiel de liaison 36 comporte un tore fermé d'axe A-A'.

[0047] L'organe circonférentiel de liaison 36 forme une région circonférentielle de l'ensemble de renfort.

[0048] La région circonférentielle s'étend autour de l'axe A-A' sur une étendue angulaire supérieure à 90°, notamment supérieure à 180° et ici égale à 360°. Elle est située à l'écart radialement de l'axe A-A'.

[0049] L'organe circonférentiel de liaison 36 est ici totalement noyé dans le corps 20 en étant disposé à l'écart de la surface périphérique intérieure, de la surface périphérique extérieure et de la surface transversale supérieure du corps 20.

[0050] Dans ce cas particulier, la base 38 de chaque organe longitudinal 34 est solidaire de l'organe circonférentiel. Chaque organe longitudinal 34 fait saillie axialement à partir de l'organe circonférentiel 36.

[0051] L'insert périphérique 24 est avantageusement métallique. Il comporte une jupe intérieure 50 disposée dans le corps 20 à la périphérie de la lumière axiale 32, dans le tronçon supérieur 28 du corps 20, une jupe extérieure 52 disposée sur la surface périphérique extérieure du corps 20, et une paroi extérieure transversale 54 raccordant la jupe intérieure 50 à la jupe extérieure 52.

[0052] Les jupes 50, 52 sont de révolution autour de l'axe A-A', de manière circonférentielle autour de l'axe A-A'.

[0053] Elles sont raccordées entre elles par leurs bords extérieurs, par l'intermédiaire de la paroi extérieure 54. La paroi extérieure 54 est appliquée sur la surface transversale extérieure du corps 20.

[0054] Chaque jupe 50, 52 forme une région circonférentielle de l'ensemble de renfort.

[0055] La région circonférentielle s'étend autour de l'axe A-A' sur une étendue angulaire supérieure à 90°, notamment supérieure à 180° et ici égale à 360°. Elle est située à l'écart radialement de l'axe A-A'.

[0056] La bride de connexion 26 comporte ici une base cylindrique 56 plaquée contre la jupe intérieure 50 de l'insert 24, et une collerette de connexion 58, de révolution autour de l'axe A-A'. La base cylindrique 56 et la collerette de connexion 58 ne forment qu'une pièce.

[0057] Les têtes 42 des organes longitudinaux 34 sont insérées à travers la paroi extérieure 54 et la collerette 58. Les boulons 44 maintiennent l'insert 24 et la bride de connexion 26 plaquées contre la surface transversale extérieure du corps 20.

[0058] Comme précisé plus haut, la bride de connexion 26 forme un organe de liaison circonférentielle entre les organes de renfort 34.

[0059] L'instrumentation 27 comporte une pluralité de capteurs 60 de mesure de déformation, qui sont ici portés par l'ossature 22, et une unité de traitement 62 raccordée aux capteurs de mesure de déformation 60.

[0060] Les capteurs de mesure de déformation 60 sont des capteurs électriques ou optiques. Ils sont propres à engendrer un signal électrique ou optique représentatif de la déformation locale engendrée par une (ou des) contrainte(s) s'appliquant sur le raidisseur 16.

[0061] Dans l'exemple illustré par la figure 6, chaque capteur de mesure de déformation 60 est formé par une jauge macroscopique de déformation ou jauge extensométrique résisitive, de taille supérieure à 1 mm, et avantageusement inférieure à 30 mm, qui est reçue dans un orifice ménagé dans l'ossature 22. Par exemple, la jauge extensométrique résistive est une jauge à trames métalliques ou bien à semiconducteurs.

[0062] Dans une variante représentée sur la figure 7, les capteurs sont des microcapteurs ou des nanocapteurs qui sont intégrés sous forme d'une couche métallique sur la surface ou dans le corps de l'ossature 22. Les capteurs sont par exemple des ponts de Wheatstone 66 ou des résistances 68 à circuit intégré.

[0063] En outre, chaque capteur de mesure de déformation 60 du type capteur optique est par exemple un capteur à fibres optiques dans lesquelles sont imprimés des réseaux de Bragg.

[0064] Dans une autre variante, chaque capteur de mesure de déformation 60 est un capteur de déplacement de type inductif tel qu'un capteur du type transformateur différentiel à variation linéaire ou LVDT (« Linear Variable Differential Transformer » en anglais), un capteur de type fréquentiel tel qu'un capteur à corde vibrante ou encore un capteur de type capacitif.

[0065] Les limites d'utilisation de chacun des capteurs sont principalement définies par ses qualités de précision et de résolution.

[0066] La précision d'un capteur est définie par l'écart en pourcentage que l'on peut obtenir entre la valeur réelle et la valeur mesurée en sortie du capteur. Plus cet écart est faible, plus le capteur est précis.

[0067] En outre, la résolution d'un capteur correspond à la plus petite variation de la grandeur à mesurer, que le capteur est capable de déceler.

[0068] Par exemple, si l'on considère un capteur de mesure de déformation 60 du type corde vibrante, eût égard de ses limites d'utilisation ainsi que des propriétés mécaniques de l'élément sur ou dans lequel il est disposé, dans notre cas, le corps de l'ossature 22 ou les organes longitudinaux 64, il est possible de déduire la précision ainsi que la résolution que l'on peut obtenir.

[0069] Selon le type de mesures que l'on souhaite acquérir, la qualité de précision qu'il est possible d'obtenir pour ce type de capteur est comprise dans une gamme de valeurs de l'ordre de ± 0,5%, notamment ± 0,25%. Par ailleurs, la qualité de la résolution qu'il est possible d'obtenir est de l'ordre de quelques dixièmes de micromètres, notamment de l'ordre de 1 micromètre.

[0070] Dans les modes de réalisation illustrés par les figures 3 à 5, les capteurs de mesure de déformation 60 sont portés par les organes longitudinaux 34.

[0071] Dans l'exemple représenté sur la figure 3, les capteurs de mesure de déformation 60 sont espacés longitudinalement les uns des autres le long de l'axe B-B' de chaque organe longitudinal 34. Dans cet exemple, les capteurs de mesure de déformation 60 sont en outre disposés suivants une ligne parallèle ou confondue avec l'axe B-B'.

[0072] La densité linéique de capteurs 60 le long de l'axe B-B' est par exemple comprise entre 1 capteur par millimètre et 1 capteur par 10 millimètre.

[0073] La présence d'une pluralité de capteurs de mesure de déformation 60 espacés longitudinalement les uns des autres enrichit les informations obtenues à l'aide de l'instrumentation 27, pour déterminer un profil de contrainte s'appliquant le long de chaque organe longitudinal 34.

[0074] Avantageusement, les capteurs de mesure de déformation 60 sont en outre espacés angulairement autour de l'axe A-A' dans une section transversale par rapport à l'axe B-B', comme illustré par la figure 4.

[0075] Dans une variante, ou en complément, les capteurs de mesure de déformation 60 sont espacés radialement par rapport à l'axe A-A' dans une section transversale par rapport à l'axe B-B', comme illustré par la figure 5.

[0076] Avantageusement, au moins un premier groupe de capteurs de mesure de déformation 60, situés à une première hauteur le long de l'axe B-B', est agencé suivant la configuration de la figure 4, avec un espacement angulaire autour de l'axe A-A'. Au moins un deuxième groupe de capteurs de mesure de déformation 60, situés à une deuxième hauteur le long de l'axe B-B', est agencé suivant la configuration de la figure 5, avec un espacement radial entre les capteurs 60.

[0077] Dans une autre variante non représentée, les capteurs de mesure de déformation 60 sont portés par l'organe circonférentiel de liaison 36.

[0078] En référence à la figure 1, l'unité de traitement 62 comporte un processeur de traitement et une mémoire contenant un module 80 de réception des mesures instantanées de déformation prises par les capteurs de mesure de déformation 60, un module 82 de stockage des mesures reçues, et un module 84 de calcul d'une courbure locale instantanée du raidisseur 16, sur la base des mesures reçues.

[0079] L'unité de traitement 62 comporte en outre avantageusement un module 86 de linéarisation de contrainte le long des sections successives de chaque organe longitudinal 34, et un module 88 de validation des données obtenues par le module de calcul 84 sur la base de la linéarisation de contrainte effectuée le long des sections successives.

[0080] Le module de réception 80 est propre à recevoir, à une fréquence choisie, comprise par exemple entre une mesure par seconde et cent mesures par seconde, les mesures reçues de chaque capteur de mesure de déformation 60 de l'instrumentation 27. Il est propre à attribuer à chacune des mesures reçues une information de localisation du capteur 60 et une information relative à l'instant auquel la mesure est effectuée.

[0081] Le module de stockage 82 est propre à stocker l'ensemble des mesures instantanées reçues par le module 80, en vue de leur traitement instantané ou ultérieur.

[0082] Le module de calcul 84 est propre à établir à partir des mesures effectuées par chaque capteur 60 à un instant donné une cartographie des contraintes subies par et le long des organes longitudinaux 34 et partant, à déterminer le profil de courbure du raidisseur 16 le long de chaque organe longitudinal 34 à cet instant donné, sur la base d'un modèle mathématique.

[0083] Avantageusement, le module de calcul 84 comporte un filtre de données, propre à éliminer les mesures d'amplitude inférieure à un seuil de contrainte prédéfinie, afin de limiter le temps de traitement par le processeur, notamment pour un traitement instantané.

[0084] Le module de linéarisation 86 est propre à diviser la contrainte totale obtenue à partir des mesures de chaque capteur 60 à un instant donné en trois composantes comprenant une composante de membrane M, une composante de flexion B, et une composante de pic P (visibles sur la figure 8), par une méthode mathématique de linéarisation de contrainte.

[0085] Le module de validation 88 est propre à déterminer le type de charge initiale appliqué à un instant donné sur le raidisseur 16, sur la base des valeurs des trois composantes M, B, P obtenues à partir du module de linéarisation 86.

[0086] Le module de validation 88 est ainsi apte à déterminer si la charge appliquée est axiale ou transverse. Par exemple, un profil de courbure plat et dominé par la composante de membrane M est représentatif d'une charge axiale. Au contraire, un profil de courbure incurvé et dominé par la composante de flexion B est représentatif d'une charge transverse.

[0087] Le module de validation 88 est ainsi apte à lever l'ambiguïté éventuelle sur le profil de courbure calculé à partir des contraintes établies à partir des mesures effectuées par chaque capteur de mesure de déformation 60, dans le cas ou plusieurs profils de courbure sont susceptibles d'engendrer une même distribution de contrainte, en fonction du type de charge appliquée.

[0088] Dans une variante, dès lors que le type de charge initial appliqué à un instant donné sur le raidisseur 16 a été déterminé par le module de validation 88, cette donnée est saisie dans les paramètres d'entrée d'un programme d'un logiciel de calcul par éléments finis (ou FEA « Finite Element Analysis » en anglais). On lance ensuite le programme et on attend les résultats de l'analyse, les résultats permettant de modéliser et calculer les déformations engendrées par la charge déterminée auparavant et partant, le profil de courbure du raidisseur 16.

[0089] La méthode par linéarisation de contrainte fonctionne aussi bien comme un outil de comparaison et validation lorsqu'il est utilisé en parallèle d'un logiciel de calcul par éléments finis, que comme un outil à part entière permettant l'obtention directe du profil de courbure du raidisseur 16 lorsqu'il est utilisé de manière synergique avec le logiciel de calcul par éléments finis.

[0090] Un procédé de suivi du comportement d'un raidisseur 16 selon l'invention, disposé autour d'un élément allongé 14, va maintenant être décrit.

[0091] Initialement, un raidisseur 16 tel que décrit plus haut est fourni et est installé autour de l'élément allongé 14. Le raidisseur 16 est immobilisé sur l'élément de montage 18.

[0092] Avantageusement, l'élément allongé 14 est raccordé à un connecteur sur l'ensemble de surface.

[0093] Lors de l'installation, ou après celle-ci, le procédé comporte, à chaque instant de mesure à une fréquence avantageusement comprise entre une mesure par seconde et cent mesures par seconde, une étape de mesure des déformations locales subies par le raidisseur 16, à l'aide de chaque capteur de mesure de déformation 60, et la réception de chaque mesure effectuée par le module de réception 80 de l'unité de traitement 62.

[0094] Les mesures reçues par le module de réception 80 sont alors stockées dans la mémoire par le module de stockage 82 pour pouvoir être utilisées soit de manière instantanée en temps réel, soit ultérieurement, à terre, si l'ensemble des mesures reçues par le module de réception 80 est trop conséquent pour être utilisé en temps réel.

[0095] Si un traitement en temps réel est souhaité, une étape de filtrage des données est avantageusement effectuée à l'aide d'un filtre pour retenir les mesures de valeur supérieure par exemple à un seuil donné de contrainte. Ainsi, la puissance de calcul nécessaire dans le processeur de l'unité de traitement 62 est réduite.

[0096] Ensuite, une étape de calcul d'un profil de courbure du raidisseur 16 est mise en oeuvre. Un modèle mathématique est utilisé par le module de calcul 84 pour déterminer un profil de courbure du raidisseur 16 autour de l'ossature 22, avantageusement le long de chaque organe longitudinal 34, sur la base d'une cartographie des contraintes établie à partir des mesures obtenues par les capteurs de mesure de déformation 60 espacés le long de l'organe longitudinal 34.

[0097] À cet effet, à au moins un instant de mesure donné, la courbure locale du raidisseur 16 est calculée, sur la base des valeurs individuelles mesurées par chaque capteur de mesure de déformation 60 dans chaque position déterminée le long de l'organe longitudinal 34.

[0098] Ceci permet d'obtenir un profil de courbure du raidisseur 16 le long de chaque organe longitudinal 34.

[0099] En parallèle, chaque contrainte totale obtenue à partir des mesures réalisée par un capteur de mesure de déformation 60 est divisée en plusieurs composantes M, B, P, par une méthode mathématique de linéarisation de contrainte.

[0100] Pour chaque position donnée d'un capteur de mesure de déformation 60, à l'instant donné, le module de linéarisation 86 divise la contrainte totale obtenue en trois composantes, à savoir une composante de membrane M, une composante de flexion B, et une composante de pic P, par une méthode mathématique de linéarisation de contrainte.

[0101] Ainsi, le module de linéarisation 86 établit un profil de chaque composante M, B, P le long de l'organe longitudinal 34, comme illustré par la figure 8.

[0102] Ensuite, une étape de validation du profil de courbure calculé par le module de calcul 84 à l'étape de calcul est effectuée.

[0103] Le module de validation 88 établit tout d'abord le type de charge appliquée longitudinalement sur le raidisseur 16.

[0104] Ce choix est effectué sur la base des composantes M, B, P obtenues par linéarisation à l'étape de division. La valeur de chaque composante M, B, P, ainsi que sa distribution le long de l'organe longitudinal 34 est avantageusement corrélée avec le type de charge initiale.

[0105] Le type de charge initiale est choisi par exemple parmi une charge axiale et une charge transverse.

[0106] Une charge axiale présente généralement une composante de membrane M de valeur supérieure à celle des composantes de flexion B et de pic P, et une distribution sensiblement plate.

[0107] À l'inverse, une charge transverse présente généralement une composante de flexion B supérieure aux autres composantes M, P et une distribution incurvée.

[0108] Le module de validation 88 attribue donc un type de charge appliquée au profil de contrainte déterminé à partir des mesures de déformation réalisées par les capteurs de mesure de déformation 60, sur la base des composantes M, B, P obtenues par linéarisation à l'étape de division. Ceci lève l'ambiguïté éventuelle sur le profil de courbure possible résultant du profil de contrainte mesuré.

[0109] Ainsi, même si différents profils de courbure peuvent résulter de la même distribution de contraintes le long de l'organe longitudinal 34, la détermination du type de charge s'appliquant sur l'organe longitudinal 34 permet de différencier entre les différents profils de courbure possible.

[0110] Le profil de courbure calculé, une fois validé, permet de suivre en continu le degré de contraintes appliquées sur le raidisseur 16, au cours de la vie du raidisseur 16, et d'en déduire éventuellement la fatigue du raidisseur et/ou de l'élément allongé 14 reçu dans le raidisseur 16, par modélisation.

[0111] Le raidisseur 16 selon l'invention est instrumenté sans changer la structure du corps 20 du raidisseur 16 ou la structure de l'élément allongé 14. Ainsi, la géométrie et les dimensions du raidisseur 16 sont gardées constantes, ce qui facilite l'utilisation pratique du raidisseur et évite au moins certaines étapes de requalification.

[0112] La disposition des capteurs 60 au sein de l'ossature 22, et notamment dans les organes longitudinaux 34 de l'ossature 22 autorise une détermination précise du champ de contrainte, et par suite des variations du profil de courbure subies au cours du temps par le raidisseur 16.

[0113] Le procédé selon l'invention s'applique indifféremment dans toute position du raidisseur 16, que le raidisseur 16 soit sous l'eau ou à la surface.

[0114] Le suivi des variations de courbure du raidisseur 16 est avantageusement validé par la détermination des composantes linéarisées M, B, P de la contrainte, en effectuant une linéarisation de contrainte.

[0115] Dans une variante, les calculs de détermination du profil de courbure sont effectués a posteriori, à l'écart du raidisseur 16 dans une unité de traitement 62 déportée par rapport au raidisseur 16. Dans ce cas, les données de mesure ne sont pas nécessairement filtrées.

[0116] Dans une variante, au moins un capteur de mesure de la température, par exemple un capteur à corde vibrante, un thermocouple ou encore un capteur de température résistif est disposé dans l'ossature 22 et/ou dans l'insert 50 au voisinage d'un capteur de mesure de déformation 60 pour fournir des données de température au modèle mathématique de calcul des profils de courbure. Le capteur de mesure de la température permet d'estimer à partir de quelle valeur de température le raidisseur 16 commence à se dégrader.

[0117] Dans une variante, les capteurs 60 sont disposés dans l'insert 50, en particulier dans la jupe 50, en étant espacés longitudinalement et/ou angulairement autour de l'axe A-A'.

[0118] Selon une variante de réalisation de l'installation 10 d'exploitation de fluide, visible sur la figure 9, le raidisseur de courbure 16 monté autour du tronçon de l'élément allongé 14 comporte au moins un élément d'insert 23 solidaire de l'ossature interne 22.

[0119] L'élément d'insert 23 est réalisé à partir d'un matériau ayant de bonnes propriétés mécaniques en flexion et/ou allongement, une bonne résistance en fatigue et qui soit résistant au phénomène de corrosion galvanique.

[0120] De manière avantageuse, on choisit le même matériau que celui utilisé pour réaliser l'ossature 22, à savoir le métal. De préférence, le métal possède un revêtement.

[0121] L'élément d'insert 23 est solidaire de l'ossature interne 22 est par exemple fixé sur l'ossature interne 22 par soudage ou bien par boulonnage.

[0122] Le nombre d'éléments d'insert 23 que comporte le raidisseur de courbure 16 dépend de ses dimensions. Avantageusement, le raidisseur de courbure 16 comporte un nombre minimum de quatre éléments d'insert 23.

[0123] L'élément d'insert 23 est par exemple une tige métallique de section transversale quelconque. De préférence, la géométrie de la tige est choisie de sorte qu'elle affecte le moins possible le comportement en flexion du raidisseur de courbure 16.

[0124] Avantageusement, la tige métallique présente une section transversale circulaire.

[0125] Dans l'exemple représenté sur la figure 9, chaque élément d'insert 23 s'étend linéairement parallèlement à l'axe A-A'. Chaque élément d'insert 23 est situé radialement entre l'axe A-A' et un organe longitudinal 34 sur lequel il est fixé.

[0126] De manière analogue aux organes longitudinaux 34 de l'ossature métallique 22, les éléments d'insert 23 portent une pluralité de capteurs de mesure de déformation 60'.

[0127] De la même manière que les capteurs de mesure de déformation 60 portés par les organes longitudinaux 34, les capteurs de mesure de déformation 60' portés par les éléments d'insert 23 sont espacés longitudinalement et/ou angulairement et/ou radialement par rapport à l'axe A-A' le long de chaque élément d'insert 23.

[0128] La densité linéique de capteurs 60' le long des éléments d'insert 23 est par exemple comprise entre 1 capteur par millimètre et 1 capteur par 10 millimètre.

[0129] La présence d'une pluralité de capteurs de mesure de déformation 60' espacés longitudinalement et/ou angulairement et/ou radialement par rapport à l'axe A-A' enrichit les informations obtenues à l'aide de l'instrumentation 27 et permet d'accroître encore un peu plus la précision de la méthode de détermination du profil de contrainte des efforts s'appliquant sur et le long de l'élément allongé 14.

[0130] Les capteurs de mesure de déformation 60' sont identiques à ceux du type précités.

[0131] La longueur de l'élément d'insert 23 est fonction de la longueur du raidisseur de courbure 16. La longueur minimale choisie est telle qu'elle permet l'obtention de mesures de déformation exploitables. En outre, la longueur maximale choisie est telle qu'elle ne perturbe pas le comportement en flexion du raidisseur de courbure.

[0132] Dans l'exemple représenté sur la figure 9, l'élément d'insert 23 présente une longueur supérieure à celle de l'organe longitudinal sur lequel il est fixé. Il fait saillie vers le bas au-delà de l'organe longitudinal dans le corps 20, avantageusement jusque dans le tronçon inférieur 30.

[0133] Concernant le procédé de suivi du comportement du raidisseur 16, la présence d'éléments d'insert 23 comportant des capteurs de mesure de déformation 60' en sus des capteurs 60 portés par les organes longitudinaux 34 de l'ossature interne 22 ne modifie en rien la méthode utilisée pour déterminer le champ de contrainte, et par suite les variations du profil de courbure subies au cours du temps par le raidisseur 16.

[0134] Au contraire, leur présence permet d'accroître le nombre de mesures effectuées et par suite d'améliorer significativement la précision de la cartographie des contraintes subies par et le long des organes longitudinaux 34. Partant, le profil de courbure du raidisseur 16 déterminé à l'aide du modèle mathématique le long de chaque organe longitudinal 34 et de chaque élément d'insert 23 à chaque instant, est affiné et plus proche encore de la réalité.

Revendications

1. Raidisseur (16) de courbure pour un élément allongé (14) destiné à être introduit dans une étendue d'eau (12) comportant :

- un corps (20) délimitant une lumière centrale (32) de passage de l'élément allongé (14), d'axe central (A-A') ;

- une pluralité de capteurs de mesure (60) d'une déformation au sein du raidisseur (16) ;

caractérisé en ce que le raidisseur comporte un ensemble métallique (22 ; 24) de renfort du corps (20), au moins partiellement reçu dans le corps (20), l'ensemble métallique de renfort (22 ; 24) comportant au moins une région circonférentielle s'étendant autour de l'axe central (A-A') ;
en ce que chaque capteur de la pluralité de capteurs de mesure de déformation (60) est porté par l'ensemble de renfort (22 ; 24) du corps (20),
en ce que les capteurs de la pluralité de capteurs de mesure de déformation (60) sont espacés les uns des autres dans l'ensemble de renfort (22 ; 24), et
en ce que le raidisseur (16) de courbure comporte au moins une ligne de capteurs de mesure de déformation (60) s'étendant axialement, radialement ou circonférentiellement autour de l'axe central (A-A') dans l'ensemble de renfort (22 ; 24).

2. Raidisseur (16) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de renfort (22 ; 24) comporte une ossature (22) au moins partiellement noyée dans le corps (20), l'ossature (22) comprenant des organes longitudinaux (34) de renfort, les organes longitudinaux de renfort (34) étant avantageusement raccordés entre eux par un organe de liaison circonférentielle (26, 36), au moins un capteur de mesure de déformation (60) étant porté par l'ossature (22).

3. Raidisseur (16) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins un organe longitudinal de renfort (34) porte un capteur de mesure de déformation (60).

4. Raidisseur (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble de renfort (22 ; 24) délimite un orifice de réception du capteur de mesure de déformation (60), le capteur de mesure de déformation (60) étant disposé dans l'orifice de réception.

5. Raidisseur (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins deux capteurs de mesure de déformation (60) sont espacés longitudinalement dans l'ensemble de renfort (22 ; 24).

6. Raidisseur (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins deux capteurs de mesure de déformation (60) sont espacés radialement ou angulairement par rapport à l'axe central (A-A') dans l'ensemble de renfort (22 ; 24).

7. Raidisseur (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque capteur de mesure de déformation (60) comporte une jauge de déformation propre à être alimentée électriquement.

8. Raidisseur (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur de mesure de la température porté par l'ensemble de renfort (22 ; 24).

9. Procédé de suivi du comportement d'un raidisseur (16) disposé autour d'un élément allongé (14), le procédé comportant les étapes suivantes :

- fourniture d'un raidisseur (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes autour de l'élément allongé (14) ;

- mesure d'une déformation subie par le raidisseur (16) à l'aide du ou de chaque capteur de mesure de déformation (60) ;

- avantageusement, détermination d'une courbure locale du raidisseur (16), sur la base de la contrainte déterminée à partir des mesures effectuées par le ou par chaque capteur de mesure de déformation (60).

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le raidisseur (16) comporte une pluralité de capteurs de mesure de déformation (60) espacés dans l'ensemble de renfort (22 ; 24), le procédé comportant la mesure de la déformation subie par chaque capteur de mesure de déformation (60).

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de division de la contrainte obtenue à partir des mesures effectuées par les capteurs de mesure de déformation (60) en trois composantes de contrainte comprenant une composante de membrane, une composante de flexion, et une composante de pic, avantageusement par une méthode mathématique de linéarisation de contrainte.

12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de validation d'un profil de courbure du raidisseur (16) déterminé sur la base des contraintes obtenues à partir des mesures de déformation effectuées à l'aide du ou de chaque capteur de mesure de déformation (60), l'étape de validation comportant la détermination d'un type de charge appliquée sur le raidisseur (16) à partir d'au moins une des composantes de contrainte obtenues à l'étape de division.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de filtrage des valeurs de contrainte obtenues à partir des mesures effectuées par le ou par chaque capteur de mesure de déformation (60), pour obtenir des valeurs filtrées de contrainte, puis une étape de détermination d'une déformation locale du raidisseur (16) sur la base des valeurs filtrées de contrainte .

Ansprüche

1. Krümmungs-Verstärkung (16) für ein langgestrecktes Element (14), das vorgesehen ist, um in eine Wasserfläche (12) eingebracht zu sein, aufweisend:

- einen Körper (20), der einen zentralen Kanal (32), mit einer zentralen Achse (A-A'), zum Durchgang des langgestreckten Elements (14) begrenzt,

- eine Mehrzahl von Sensoren zur Messung (60) einer Deformation in der Verstärkung (16),

dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung eine metallische Einrichtung (22; 24) zur Verstärkung des Körpers (20) aufweist, welche zumindest teilweise in dem Körper (20) aufgenommen ist, wobei die metallische Verstärkungs-Einrichtung (22; 24) aufweist wenigstens einen Umfangsbereich, der sich um die zentrale Achse (A-A') herum erstreckt,
dass jeder Sensor der Mehrzahl von Sensoren zur Messung einer Deformation (60) von der Einrichtung zur Verstärkung (22; 24) des Körpers (20) getragen wird,
dass die Sensoren der Mehrzahl von Sensoren zur Messung einer Deformation (60) in der Verstärkungs-Einrichtung (22; 24) im Abstand voneinander sind, und
dass die Krümmungs-Verstärkung (16) aufweist wenigstens eine Reihe von Sensoren zur Messung einer Deformation (60), die sich axial, radial oder umfänglich um die zentrale Achse (A-A') in der Verstärkungs-Einrichtung (22; 24) erstreckt.

2. Verstärkung (16) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungs-Einrichtung (22; 24) ein Gerippe (22) aufweist, das zumindest teilweise in den Körper (20) eingelassen ist, wobei das Gerippe (22) aufweist Längs-Verstärkungsorgane (34), wobei die Längs-Verstärkungsorgane (34) vorteilhafterweise untereinander verbunden sind mittels eines umfänglichen Verbindungsorgans (26, 36), wobei wenigstens ein Sensor zur Messung einer Deformation (60) von dem Gerippe (22) getragen wird.

3. Verstärkung (16) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Längs-Verstärkungsorgan (34) einen Sensor zur Messung einer Deformation (60) trägt.

4. Verstärkung (16) gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungs-Einrichtung (22; 24) eine Öffnung zur Aufnahme des Sensors zur Messung einer Deformation (60) begrenzt, wobei der Sensor zur Messung einer Deformation (60) in der Aufnahme-Öffnung angeordnet ist.

5. Verstärkung (16) gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Sensoren zur Messung einer Deformation (60) in der Verstärkungs-Einrichtung (22; 24) im Längsabstand sind.

6. Verstärkung (16) gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Sensoren zur Messung einer Deformation (60) im Radial- oder Winkelabstand bezüglich der zentralen Achse (A-A') in der Verstärkungs-Einrichtung (22; 24) sind.

7. Verstärkung (16) gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Sensor zur Messung einer Deformation (60) eine Deformations-Lehre aufweist, die imstande ist, elektrisch betrieben zu werden.

8. Verstärkung (16) gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist wenigstens einen Sensor zur Messung der Temperatur, der von der Verstärkungs-Einrichtung (22; 24) getragen wird.

9. Verfahren zum Nachverfolgen des Verhaltens einer Verstärkung (16), die um ein langgestrecktes Element (14) herum angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Bereitstellen einer Verstärkung (16) gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche um das langgestreckte Element (14) herum,

- Messen einer Deformation, die von der Verstärkung (16) erfahren wird, mit Hilfe des oder jedes Sensors zur Messung einer Deformation (60),

- vorteilhafterweise Ermitteln einer lokalen Krümmung der Verstärkung (16) auf der Basis der Spannung, die ermittelt wird ausgehend von den Messungen, die durch den oder jeden Sensor zur Messung einer Deformation (60) erfolgen.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung (16) aufweist eine Mehrzahl von Sensoren zur Messung einer Deformation (60), die in der Verstärkungs-Einrichtung (22; 24) im Abstand sind, wobei das Verfahren aufweist das Messen der Deformation, die von jedem Sensor zur Messung einer Deformation (60) erfahren wird.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist einen Schritt des Aufteilens der Spannung, die erhalten wird ausgehend von den Messungen, die durch die Sensoren zur Messung einer Deformation (60) erfolgen, in drei Spannungskomponenten, aufweisend eine Membrankomponente, eine Biegekomponente und eine Spitzenkomponente, vorteilhafterweise durch ein mathematisches Verfahren zur Linearisierung der Spannung.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist einen Schritt zur Validierung eines Krümmungsprofils der Verstärkung (16), das ermittelt wird auf der Basis der Spannungen, die erhalten werden ausgehend von den Messungen einer Deformation, die mittels des oder jedes Sensors zur Messung einer Deformation (60) erfolgen, wobei der Schritt der Validierung aufweist die Ermittlung eines Typs der Last, die auf die Verstärkung (16) wirkt, ausgehend von wenigstens einer der SpannungsKomponenten, die im Aufteilen-Schritt erlangt wurden.

13. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist einen Schritt des Filterns der Spannungs-Werte, die erlangt werden ausgehend von den Messungen, die durch den oder jeden Sensor zur Messung einer Deformation (60) erfolgen, zum Erlangen von gefilterten Spannungswerten, und dann einen Schritt des Ermittelns einer lokalen Deformation der Verstärkung (16) auf der Basis der gefilterten Spannungswerte.

Claims

1. Bend stiffener (16) for an elongate element (14) which is to be introduced into a body of water (12), comprising:

- a body (20) which delimits a central passage opening (32) of the elongate element (14), of central axis (A-A');

- a plurality of measuring sensors (60) for measuring a deformation within the stiffener (16);

characterised in that the stiffener comprises a metal assembly (22; 24) for reinforcing the body (20) which is received at least in part in the body (20), the metal reinforcing assembly (22; 24) comprising at least one circumferential region extending around the central axis (A-A');
in that each sensor of the plurality of deformation measuring sensors (60) is carried by the reinforcing assembly (22; 24) of the body (20),
in that the sensors of the plurality of deformation measuring sensors (60) are spaced apart from one another in the reinforcing assembly (22; 24), and
in that the bend stiffener (16) comprises at least one line of deformation measuring sensors (60) extending axially, radially or circumferentially around the central axis (A-A') in the reinforcing assembly (22; 24).

2. Stiffener (16) according to claim 1, characterised in that the reinforcing assembly (22; 24) comprises a frame (22) which is at least partly embedded in the body (20), the frame (22) comprising longitudinal reinforcing members (34), the longitudinal reinforcing members (34) advantageously being connected together by a circumferential joining member (26, 36), at least one deformation measuring sensor (60) being carried by the frame (22).

3. Stiffener (16) according to claim 2, characterised in that at least one longitudinal reinforcing member (34) carries a deformation measuring sensor (60).

4. Stiffener (16) according to any one of the preceding claims, characterised in that the reinforcing assembly (22; 24) delimits a receiving orifice for the deformation measuring sensor (60), the deformation measuring sensor (60) being arranged in the receiving orifice.

5. Stiffener (16) according to any one of the preceding claims, characterised in that at least two deformation measuring sensors (60) are spaced apart longitudinally in the reinforcing assembly (22; 24).

6. Stiffener (16) according to any one of the preceding claims, characterised in that at least two deformation measuring sensors (60) are spaced apart radially or angularly relative to the central axis (A-A') in the reinforcing assembly (22; 24).

7. Stiffener (16) according to any one of the preceding claims, characterised in that the or each deformation measuring sensor (60) has a deformation gauge capable of being supplied with power.

8. Stiffener (16) according to any one of the preceding claims, characterised in that it comprises at least one temperature measuring sensor carried by the reinforcing assembly (22; 24).

9. Method of monitoring the behaviour of a stiffener (16) arranged around an elongate element (14), the method comprising the following steps:

- providing a stiffener (16) according to any one of the preceding claims around the elongate element (14);

- measuring a deformation undergone by the stiffener (16) by means of the or each deformation measuring sensor (60);

- advantageously, determining a local curvature of the stiffener (16), on the basis of the stress determined from the measurements performed by the or each deformation measuring sensor (60).

10. Method according to claim 9, characterised in that the stiffener (16) comprises a plurality of deformation measuring sensors (60) spaced apart in the reinforcing assembly (22; 24), the method comprising measuring the deformation undergone by each deformation measuring sensor (60).

11. Method according to claim 10, characterised in that it comprises a step of dividing the stress obtained from the measurements performed by the deformation measuring sensors (60) into three stress components comprising a membrane component, a bending component and a peak component, advantageously by a mathematical stress linearisation method.

12. Method according to any one of claims 9 to 11, characterised in that it comprises a step of validating a curvature profile of the stiffener (16) determined on the basis of the stresses obtained from the deformation measurements performed by means of the or each deformation measuring sensor (60), the validation step comprising determining a type of load applied to the stiffener (16) from at least one of the stress components obtained in the dividing step.

13. Method according to any one of claims 9 to 12, characterised in that it comprises a step of filtering the stress values obtained from the measurements performed by the or each deformation measuring sensor (60), in order to obtain filtered stress values, then a step of determining a local deformation of the stiffener (16) on the basis of the filtered stress values.

Dessins