DETECTION D'INONDATION DE STRUCTURES IMMERGEES
Dans l’industrie offshore, le mode de ruine le plus répandu des installations offshores est la corrosion. Très souvent, par design, les parties les plus sensibles à la corrosion sont protégées par des barrières étanches qui visent à protéger les couches métalliques de l’environnement corrosif. Ce dispositif permet de protéger les couches sensibles à la corrosion tant que la ou les barrières étanches sont
intègrent. A partir du moment où la barrière de protection n’est plus intègre ne serait-ce que très ponctuellement (micro-fuite), le risque de corrosion est de nouveau présent. L’inspection directe (inspection visuelle ou par échographie ultrasonore) des souches sensibles est rendu très difficile voire impossible par la présence des barrières étanches. En effet, il est courant que les barrières étanches soient réalisées par des multicouches de produits opaques de nature différentes et sans liaison mécanique inter couche.
A ce jour, Il est donc très difficile, voire impossible dans certains cas, de réaliser une inspection non destructive des couches métalliques, sensibles à la corrosion, de certaines parties des installations offshores.
Les conduites flexibles
Pour la production pétrolière offshore, les pipelines flexibles sont des éléments clés du système de riser qui permettent de raccorder une tête de puits sous-marine à une plateforme flottante. Les pipelines flexibles utilisés pour la production de pétrole sur des plates-formes flottantes sont soumis à des charges dynamiques et sont conçus pour éviter toute défaillance par fatigue pendant leur durée de vie utile. Leurs couches de renfort sont situées dans un environnement très confiné appelé l’espace annulaire et sont faites de fils d’acier à haute résistance. Si ces fils d’acier sont soumis à un environnement corrosif humide, la fatigue par corrosion peut devenir un problème, en particulier pour les applications de service acides avec la présence de H2S et de CO2.
Elles présentent toutes la même structure de base composée d’un arrangement concentrique de différents éléments en acier ou en polymère (Figure 2).
Representation schématique d'une conduite flexible
Les principaux éléments constitutifs des flexibles ont une fonction soit mécanique soit de protection vis-à-vis du milieu extérieur :
· Une carcasse interne en acier inoxydable (1)
· Une gaine interne en matériau polymère (2) assurant l’étanchéité au fluide transporté.
· Une ou deux épaisseurs d’armure de pression en acier au carbone ou faiblement allié (3 et 4).
· Deux ou quatre nappes de fils d’armure en acier au carbone ou faiblement allié (5).
· Une gaine externe en matériau polymère (6) assurant l’étanchéité à l’eau de mer.
L’annulaire est Le volume libre d’une conduite flexible. Il est défini comme le volume entre la gaine interne de pression interne (2) et la gaine externe (6).
Developpement d’une nouvelle technologie
Le projet présenté dans ce document concerne donc la surveillance des conduites flexibles et plus particulièrement la prévention des inondations d’annulaires par infiltration d’eau de mer ou par diffusion d’eau.
Représentation d'une conduite flexible avec un annulaire inondé
Le projet propose de développer une nouvelle méthode de contrôle externe d’une conduite flexible en environnement sous-marin permettant d’inspecter en service l’annulaire des conduites flexibles. Cette nouvelle méthode de contrôle va permettre d’augmenter la durée de vie en fatigue des risers dynamiques et la durée de vie des conduites statiques. Ceci est d’une importance primordiale pour les applications exigeantes telles que celles en grande profondeur ou la production à haute pression.
Le projet s’appuie sur 2 sociétés
avec des expériences complémentaires pour développer cette nouvelle technologie
capable de détecter en service l’inondation de l’annulaire d’une conduite
flexible :
– IMdev : Expérience de plus
de 24 ans dans la fabrication de conduite flexible et développement d’outils
d’inspection en service de conduites flexibles.
– Sciensoria : Expertise de
plus de 20 ans du contrôle non destructif par courants de Foucault pour
contrôler la qualité de matériaux et de produits finis : épaisseur,
conductivité électrique, perméabilité magnétique …
La détection de la présence de l’eau sous la gaine du flexible qui est lui-même immergé dans l’eau est un problème ardu. Le flexible est lui-même composé de plusieurs matériaux dont la forme est complexe. L’eau présente sous la gaine n’occupe qu’un faible volume par rapport au volume total.
Il fallait trouver un principe physique qui permet de mettre en évidence le contraste entre un annulaire sec et un annulaire inondé de la manière la plus fiable possible. Nous avons choisi d’utiliser la méthode d’émission haute fréquence pour réaliser cette application. Cette méthode a été retenue de par sa sensibilité et sa fiabilité de détection.
Le principe de fonctionnement de cette méthode est similaire à celui du radar. Une onde électromagnétique de haute fréquence est émise vers la cible. Cette onde va traverser les différents matériaux qui composent la cible. A chaque traversée, elle subit des modifications car chacun des matériaux oppose au champ électromagnétique incident son propre champ de polarisation. Par conséquent, l’onde revenante porte les signatures des matériaux qu’elle a traversés. La méthode d’émission d’ondes haute fréquence a été choisie car elle offre une détection globale, sans être perturbée par la géométrie interne très complexe d’un flexible.
Illustration de la réaction d’une matière non
vide au champ électrique incident émis par une antenne externe
Diagramme
vectoriel montrant le comportement des champs électriques relatifs à une matière non vide
La difficulté principale réside dans le fait que la détection doit se faire sous l’eau. Comme on le sait, les ondes électromagnétiques se propagent très mal sous l’eau. C’est précisément la raison pour laquelle la détection acoustique est préférée à la détection électromagnétique pour le milieu marin.
Pour contourner cette difficulté, Sciensoria a conçu une structure d’antennes spéciales qui est brevetée. Cette structure permet de faire propager les ondes plus loin et avec plus d’efficacité.
Pour exploiter cette antenne, une électronique spécifique a été conçue : elle permet d’opérer l’antenne à la fois en mode continu et en mode pulsé, avec un rapport signal/bruit extrêmement élevé et une dérive thermique très basse. L’ensemble de l’électronique est compact pour pouvoir être intégré dans un caisson supportant les très hautes pressions des profondeurs. Une liaison Ethernet permet de relier l’appareil de mesure à un ordinateur sur une longue distance sans perte d’information. Un logiciel installé sur l’ordinateur distant permet d’analyser le champ électrique résultant Er et de déterminer la quantité d’eau présente dans la cible de détection. Les deux grandeurs analysées sont la partie réelle R et la partie imaginaire X de ce champ électrique car celui-ci est une grandeur complexe.
Ci-dessous, le synoptique du système de détection de l’inondation de la gaine d’une conduite flexible.
Synoptique du système de détection d’inondation de la gaine d’une conduite flexible immergée
La figure ci-dessous présente un capteur de la série FISH associée à son électronique de conditionnement.
Capteur FISH et son conditionneur de signal
Démonstration de faisabilité
Les premiers tests du nouveau principe de mesure sur des maquettes 2D simplifiées, ont permis de constater qu’il est possible de bien discriminer la présence d’air et la présence d’eau dans un annulaire de conduite flexible. Le film ci-dessous montre le résultat d’un test de faisabilité réalisé sur une maquette 2D placée dans un bac rempli d’eau de mer. La maquette 2D est un assemblage simplifié de la partie externe d’une conduite flexible ( armures + gaines thermoplastiques externes).
Inspection sous-marine
Le système d’inspection est conçu pour être intégré sur un ROV de type Work class. Le système d’inspection sera intégré sur un ROV avant l’immersion de ce dernier et pourra réaliser des mesures ponctuelles le long de conduites flexibles en service.
Vue 3D d’un ROV réalisant une mesure le long
d’une conduite flexible
Pour obtenir une mesure, la sonde sera manipulée par un ROV pour être placée au contact de la conduite flexible. La mesure sera réalisée lorsque la sonde sera placée au contact avec la conduite flexible. Cette mesure prendra quelques secondes au maximum. Une liaison informatique entre le ROV et un PC en surface permettra de visualiser et d’interpréter chaque mesure en temps réel.
Ainsi, en fonction des résultats de chaque mesure, l’opération d’inspection pourra être adaptée pour chaque conduite flexible. La réalisation régulière d’inspection avec cette nouvelle technologie permettra de connaitre précisément l’intégrité des conduites flexibles vis à vis du risque de corrosion des couches métalliques et ainsi de mettre en place des plans d’inspection et de maintenance adaptés pour chaque conduite flexible.
Visualisation de l’intégrité des conduites
flexibles après inspection avec la nouvelle technologie