Brevet FR2411940A1 — publié le 19790713

La présente invention se rapporte, d'une manière générale, à des installations pour stocker des liquides et concerne plus particulièrement une installation pour stocker du pétrole, dont la majeure partie de la structure utilise des parois et un plancher de terre. La manière traditionnelle pour stocker le pétrole consiste à utiliser des cuves de stockage métalliques. Ce mode de stockage du pétrole est acceptable quand il doit être conservé temporairement, par exemple, quand il est en transit, soit pour se rendre à une raffinerie, soit pour être distribué par un pétrolier, par une barge ou par les moyens de transport au sol. Pour pouvoir stocker des quantités eonsidérat-les~de pétrole brut, pendant de longues périodes de temps, par exemple, pour éviter une pénurie, des tentatives ont été faites pour développer des possibilités de stockage permettant de constituer des réservesimportantes de pétrole. Parmi les possibilités envisagées, on peut mentionner les dômes de sel qui existent dans certaines parties du monde. Ces dômes de sel, bien qutétant plus économiques que les cuves de métal, ont l'inconvénient de n'exister que dans certaines régions géographiques restreintes et imposer des frais de pompage pour injecter et pour récupérer le pétrole des formations. Des installations de stockage dans le sol, du type de celles de l'invention, ont deja été décrites dans la technique, par exemple, dans les brevets amérieains Fish 3 516 568, Prins 3 052 380, et Webb 3 537 267 ; toutefois, ces dispositifs antérieurs présentent certaines insuffisances et certains défauts que la présente invention permet d'éliminer.Une première remarque sur laquelle la présente invention s'est fondée pour remédier aux inconvénients des dispositifsQ de la technique antérieure, réside dans le fait que le pétrole est moins dense que l'eau. Dans une installation dans laquelle de l'eau entoure du pétrole, comme dans certaines installations antérieures, la surface libre de l'eau se situe for cement au-dessous de la surface libre de pétrole, l'utilisation d'une doublure flexible entre l'eau et le pétrole a pour résultat de produire une zone différentielle non supportée du pétrole contenu dans le dispositif. Le pétrole, qui est plus léger, a aussi tendance à stétaler pendant qu'il est poussé vers le haut, par l'eau, tendant ainsi à étendre la doublure flexible radialement.Ceci a pour effet de mettre cette doublure au contact de la surface du dispositif de contention. Ces problèmes ne sont pas étudiés dans le brevet Fish et ne sont considérés qu'en partie dans le brevet Webb qui utilise des liquides de différentes densités pour compenser la différence de niveaux. Or, un liquide autre que l'eau pour obtenir cette différence de densités, doit être considéré par lui-même comme un polluant, s'il venait à s'infiltrer dans l'eau souterraine du terrain environnant, puisqu'il s'agit d'une substance étrangère et, par conséquent, polluante, manquant ainsi l'un des buts de l'invention. La présente invention permet de remédier à cet inconvénient en utilisant un système à trois phases comprenant du pétrole enfermé dans une doublure flexible, ure chemise d'eau entourant le fond et les cotés du pétrole , des moyens pour maintenir la doublure espacdu récipient de la chemise d'eau, et des moyens pour appliquer une charge à la surface du pétrole afin d'égaliser les hauteurs de la surface de celui-ci et de l'eau environnante. En conséquence, la présente invention se rapporte à une installation pour stocker économiquement du pétrole, et qili n'impose aucune limitation géométrique en ce qui concerne les régions de stockage. L'invention apporte aussi une installation pour stocker du pétrole dans d'anciennes régions minières à ciel ouvert, abandonnées, offrant ainsi l'avantage supplémentaire de supprimer les laideurs résultant des excavations non remplies. L'invention apporte une installation de stockage de pétrole qui n'est pas dangereuse pour l'environnement, du fait que les côtes et le fond du pétrole sont entourés d'eau et dans laquelle des moyens sont prévus pour maintenir audessus de celui-ci un espace de vapeur sous une pression positive. Dans un mode de réalisation préféré, l'invention comprend des parois latérales et de fond en terre, délimitant une chambre, une doublure flexible disposée dans cette chambre contiguë aux parois latérales et au fond de celle-ci, du pétrole stocké dans la doublure, de l'eau disposée entre la doublure et les parois de la chambre, un couvercle au-dessus de la chambre et qui est relié à la doublure pour former une enceinte pour la chambre et une chambre intérieure fermée contenant le pétrole avec la doublure, des moyens pour maintenir la doublure et les parois de la chambre espacées entre elles, des moyens pour restreindre le niveau supérieur de l'eau et des moyens pour appliquer une charge à la surface supérieure du pétrole contenu dans la chambre intérieure afin d'égaliser la hauteur des niveaux entre le pétrole et l'eau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est une vue latérale schématique d'un premier mode de réalisation de l'invention - la figure 2 est une vue en coupe latérale du mode de réalisation de la figure 1 ; - la figure 3 est un vue en coupe d'un second mode de réalisation de ltinvention ; - la figure 4 est une vue n coupe d'un troisième exemple de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue en coupe d'une quatrième variante de r'aZi- sation de l'invention ; et, - la figure 6 est une vue en coupe d'une dernière variante d'exécution de l'invention. Sur les figures 1 à 4, les modes de réalisation représentés pour maintenir l'espacement voulu, comportent une doublure intérieure ayant une résistance cireonférentielle appropriée afin de résister à la dilatation ou à l'expan- sion radiale. Comme il est décrit ci-après, le mode de réalisation de la figure 5 atteint le même objectif par d'autres moyens. Etant donné que le liquide contenu dans la chambre intérieure formée par la doublure flexible de l'invention, est plus léger que l'eau, les forces hydrauliques résultantes qui agissent sur ce liquide ont tendance à l'aplatir et à l'étaler radialement vers la chambre extérieure. En conséquence, des moyens doivent être prévus pour l'en empêcher et pour maintenir un espacement convenable entre les chambres. La figure 1 représente schématiquement une installation conforme à l'invention qui comprend une chambre extérieure désignée en son entier par 10, formée par des parois latérales 12 imperméables aux liquides et par une paroi de fond 14. Une membrane imperméable flexible 16 est disposée dans la chambre 10, à une certaine distance des parois 12 et 14 et qui contient un liquide 18 ayant une densité déterminée. L'intervalle entre la membrane 16 et la chambre extérieure 10 est rempli avec un autre liquide 20 plus dense que le liquide 18.Comme il a été explique, certains modes de réalisation de l'invention sont conçus pour stocker le pétrole dans des conditions ne risquant pas de polluer l'environnement en isolant le pétrole dans une chemise d'eau ; toutefois, on envisage également la possibilité d'appliquer l'invention au stockage d'autres liquides ayant des densites différentes, par exemple, afin que la température du liquide isolé puisse être contrôlée en utilisant le liquide isolant comme milieu isolant et/ou de chauffage ou de refroidissement. En eonséquenee, il est bien entendu que le mode de réalisation particulier décrit ci-apres, concernant le stockage du pétrole dans l'eau, n'a que le caractère d'un exemple d'application nullement limitatif. Dans une combinaison pétrole-eau, conformément à l'invention, le pétrole est moins dense que l'eau et, de ce fait, constitue le liquide 18, tandis que l'eau forme le liquide 20. A cause de la différence de densités, la membrane 16 qui contient le -pétrole 18, lequel est moins dense, va normalement occuper une position s'étendant au-dessus de la surface de liteau environnante 20, comme l'indique la ligne mixte 18a. Il en résulte autour de la membrane une région qui n' est pas supportée par l'eau 20 et qui, si elle n'était pas supportée par des moyens mécaniques, aurait tendance à s'taler vers la paroi 2, jusqu'a ce qu'elle se rompe ou jusqu a ce qu'elle vienne au contact de la paroi 12, ce qui ferait perdre les bénéfices de l'invention. Pour éviter cette situation, l'invention prévoit des moyens pour im poser une charge au liquide le moins dense, afin d'égaliser, au moins, son niveau à celui de l'eau 20. Ces moyens qui sont représentés par la zone 22 sur la figure 1, peuvent comprendre un système solide, ou bien comme décrit plus en détail par la suite, un système liquide-solide ou bien un gaz sous pression agissant sur la surface du pétrole. Le mode de réalisation ainsi decrit réalise, d'une manière générale, une installation de stockage dans laquelle le pétrole est contenu dans la membrane 16 et est entouré sur les côtés et sur le fond par l'eau 20 de la chambre extérieure 10, de sorte qu'en cas de fuite ou de rupture de la membrane 16, le liquide qui s'en échappe est, non seulement contenu par la chemise d'eau isolante, mais sert également d'indicateur pour signaler cet incident à la surface de lteau. Un détecteur automatique de pétrole qui peut, par exemple, etre un appareil détectant la différence de conductivité entre le pétrole et l'eau, comme il en existe dans le commerce, pourrait etre installé à la surface de l'eau 20, afin de produire un signal en cas de fuite.Dans les grandes installations de stockage auxquelles l'invention est destinée, il est concevable que des plongeurs entrant dans la chemise d'eau par des trous d'homme prévus à cet effet, puissent réparer la membrane. Pour faciliter la localisation des fuites, des barrieres radiales pourraient etre intercalées entre la membrane 16 et la chambre extérieure 10, au moins à la surface de l'eau 20, afin de confiner l'indication de fuite au segment de la membrane dans laquelle elle s'est produite. Du mode de réalisation général décrit ci-dessus, on voit également qu'avec des pompes et des tuyauteries appropriées, de l'eau peut etre introduite dans la chambre extérieure 10 à mesure que le pétrole est évacué de la membrane 16 et vice versa, afin de maintenir les niveaux des surfaces pratiquement constants dans le cas où la charge 22 se présenterait comme un solide. Dans les modes de réalisation des figures 2, 3 et 4, les composants de l'installation correspondant à ceux de 11 installation décrite en regard de la figure 1, ont été designés par les meme références numériques, augmentées chaque fois, d'une centaine. Sur la figure 2, la chambre extérieure 110 est constituée par une excavation limitée par des parois latérales inclinées 112 et par une paroi de fond 114, formant ainsi une cavité. Une doublure imperméable 124 est disposée sur les parois 112 et 114 afin de produire une barrière étanche à l'eau. Dans les terrains qui sont normalement imperméables à l'eau, par exemple, dans les régions argileuses ou rocheuses, où le sol peut être tassé de façon à être pratiquement imperméable, la doublure 124 pourrait être supprimée. Lorsque des fuites se produisent et si l'eau est facilement disponible et à bon marché, une installation de compensation pourrait être prévue afin de remplacer l'eau perdue par les fuites. La doublure 124 peut être constituée par un revêtement appliqué aux parois 112 et 114 ou bien par une membrane flexible séparée ou déformable épousant le contour des parois 112 et 114. Cette membrane ainsi que celles décrites plus loin, peut être faite d'une matière flexible quelconque compatible avec l'environnement, par exemple, d'une feuille de vinyle simple ou renforcée ou autre. La doublure 124 se termine à un remblai annulaire ou à un collet 126 entourant la cavité qui forme la chambre extérieure 110. Un diaphragme 128 couvre la cavité 110 en s'étendant de façon étanche entre les parois latérales 112. Dans la chambre extérieure 110 est disposée une membrane flexible 116, qui épouse, d'une manière générale, les contours des parois 112 et 114 et qui com- prend une paroi de fond 130 et des parois latérales 132, reliées à la membrane 128 et dimensionnées pour maintenir un certain espacement entre elles et les parois correspondantes 112 et 114 de la chambre extérieure. L'espace compris entre les parois 112 et 114 de la chambre extérieure et les parois 132 et 130 de la membrane est rempli avec de l'eau 120, tandis que la membrane est remplie avec du pétrole 118.Les tuyauteries prévues pour le remplissage et l'évacuation des liquides comprennent un conduit de pétrole 134 communiquant avec le contenu de la membrane 116 à travers sa paroi de fond 130 et qui s'élève à la surface en traversant l'es- pace rempli d'eau pour aboutir à une pompe ou à une source de pétrole. Le conduit 134 peut être flexible ou articulé pour suivre les mouvements de la paroi de fond 130 pendant l'introduction ou l'évacuation du pétrole, mouvements qui résultent du fait que la chambre extérieure 110 communique, par un conduit d'eau 136 avec une source d'eau sous pression. La pression d'évacuation du pétrole 118 pourrait provenir de la pression d'entrée de l'eau arrivant par le conduit 136, le cas échéant. L'espace situé au-dessus de l'eau 120 est confiné par une chape 138 servant à contenir positivement l'eau et à protéger la partie de la membrane 128 s'étendant au-dessus de l'eau 120. Un évent 140 traverse la chape pour permettre des variations mineures du niveau de l'eau 120, dues à la température, à la pression ou aux changements du contenu . L'évent 140 sert aussi de colonne montante pour maintenir une contre pression sur l'eau et pour s'adapter aux variations de pression dues à la pluie ou à la neige. Comme il a été expliqué dans le mode de réalisation de la figure 1, du fait que la densité de l'eau 120 est plus grande que celle du pétrole 118, une charge doit être exercée sur ce dernier pour que les niveaux des deux liquides restent sensiblement égaux. Ceci est accompli, dans le mode de réalisation de la figure 2, par un remblai de terre 122 couvrant la partie de la membrane 128 qui s'étend au-dessus du pétrole 118. Ce remblai devrait être suffisant pour que, en s'additionnant à la différence--de densités ou à la force ascensionnelle s'exerçant sur le pétrole, cette force soit neutralisée. En plus de la fonction de compensation de la différence de densités, ce remblayage sert aussi à protéger le pétrole et constitue une ouverture compatible avec l'environnement pour l'installation. Sur la figure 3, on voit une installation analogue à celle décrite en regard de la figure 2, mais qui utilise des moyens différents pur exercer une charge sur le pétrole. La charge, qui s été indiquée par la référence 222, imposée à la membrane 228, est produite par une membrane imperi.éable aux gaz 242, reliée aux parois 212 afin de couvrir la membrane 228 en ménageant un espar entre elles. r.e cas échéant, la membrane 228 pourrait être supprimée dans cette variante. Une source de gaz sous pression 246 communique avec l'espace 2ic4 par un conduit ;-48 et constitue un moyen pour mettre en pression l'espace 244 dans la mesure nécessaire pour compenser la force ascensionnelle exercée par liteau 22C sur la membrane 216 et sur le pétrole 218, d'une manière analogue à celle décrite à propos de la charge solide de la figure 2.Le gaz utilisé pour la mise en pression peut être n'importe quel gaz compatible avec les matières utilisées et est, de préférence, en particu- lier si la membrane supérieure 228 a été supprimée, un gaz inerte tel que l'azote, par exemple, un remblayage de protection 250 est prévu pour couvrir la face supérieure de la membrane 242. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4, la charge, désignée par 322, comprend un bassin 342 formé dans le remblayage et qui est rempli avec un liquide 344, tel que l'eau. Comme dans les modes de réalisation des figures 2 et 3, le poids total ou la charge imposéepar l'eau et par le remblai, doit être suffisant pour neutraliser la force ascensionnelle ou de sustentation exercée par l'eau 20 sur la membrane 316 et sur le pétrole 318. Ce mode de réalisation offre l'avantage supplémentaire que l'eau du bassin peut être utilisée pour remplir la chambre extérieure 310 en cas de fuite ou lors de l'extraction d'une certaine quantité de pétrole de l'installation.La présence d'eau au-dessus de la zone de stockage rend l'installation plaisante du point de vue écologique et constitue une réserve d'eau permettant d'inonder cette zone ou de combattre le feu en cas d'incendie. Dans le mode de réalisation de la figure 5, la résistance circonférentielle de la membrane 416 est insuffisante pour empêcher le pétrole 418 de s'étaler radialement sous l'influence de la force de sustentation de l'eau 420 qui tend à presser la membrane contre les parois de la chambre extérieure 410. En conséquence, d'autres moyens doivent être prévus pour enrayer cette expansion radiale des parois latérales 432 de la membrane 416. En l'absence d'une force cir conférentielle suffisante, ces moyens doivent, dans le cas d'une membrane flexible, comprendre des moyens pour appliquer une force d'enrayage orientée vers le bas pour développer une tension dans les parois latérales 432.Ces moyens pourraient être constitués par des éléments d'ancrage s'étendant entre la base de la membrane 416 et la chambre extérieure '4in, des éléments d'espacement opérant en comSres--on entre a chape 422 et le fond de la membrane ou encore, comme dans le mode réalisation représenté sur la figue 5, par un poids mort 452 disposé sur le fol de la membrane 416. Ce poids mort peut être constitué par n'importe quelle matière suffisamment lourde pour compenser la différence de densités entre l'eau et le pétrole, dont résulte la tendance de la membrane 416 à s'étaler radialement, comme, par exemple, une coucne de sable 454, répandue uniformément au-dessus du fond de la membrane.Lorsqu'on utilise du sable ou une autre matière divisée, une couche intermédiaire d'eau 456 sera prévue pour maintenir la séparation entre le pétrole et le sable, afin de les empêcher de se mélanger. La figure 6 illustre un mode de réalisation semblable à celui de la figure 5, dans lequel une charge orientée vers le bas est imposée à la membrane 516 par des ressorts de tension 552 fixés à la base de la membrane et à des éléments d'ancrage '4, encastrés dans-la paroi de fond 514 de la chambre extérieure. Dans les deux derniers modes de réalisation, il suffit que le remblayage 422 et 522 soit suffisant pour protéger les parois supérieures 428 et 528 de la membrane, puisque l'équilibrage de la poussée de l'eau, accompli dans le mode de réalisation précédent par la chape, est assuré par le poids mort 454 et par les ressorts de tension 552 sur les figures 4 et 5. Il ressort de la description ci-dessus que l'invention apporte une installation sure, compatible avec l'environnement, pour le stockage d'hydrocarbures liquides. L'espace s'étendant au-dessus du liquide est rendu sur par une augmentation de la tension de vapeur dans cet espace. Cette installation est adaptée à être réalisée dans tous les terrains, même dans les zones très riches en eau, puisque la chemise d'eau de l'installation peut être facilement reçue dans de tels emplacements. Quand on désire limiter le contact de la membrane flexible avec l'hydrocarbure stocké, un fond d'eau peut être injecté dans la chambre intérieure avant le remplissage de celle-ci avec I'hydrocarbure. REVENDICATIONS 1. Installation pour stocker des liquides ayant des densités différentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des parois délimitant une chambre extérieure imperméable aux liquides ; une membrane flexible imperméable aux liquide des disposée à une certaine distance desdites parois, afin de délimiter une chambre intérieure contenant le moins dense desdits liquides ; le plus dense desdits liquides remplissant I1 espace compris entre lesdites chambres ; des moyens pour régler le niveau du liquide moins dense à un niveau sensiblement égal à celui du liquide plus dense ; des moyens pour surmonter l'action de la différence de densités entre lesdits liquides, afin que le niveau de la surface du liquide plus dense soit, au moins, sensiblement égal à celui du liquide moins dense. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une colonne montante communiquant avec le liquide qui est plus dense. 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour surmonter l'action de la différence de densités entre lesdits liquides, comprennent des moyens pour imposer une charge au moins dense des liquides. 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens pour imposer une charge au moins dense des liquides, comprennent une masse de matières posées sur la surface supérieure du moins dense des liquides. 5. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite masse est un solide. 6. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite masse est un liquide. 7. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens pour imposer une charge au moins dense des liquides, comprennent des moyens pour exercer une pression de gaz contre la surface de ce liquide moins dense. 8. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites parois sont constituées par de la terre. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdites parois sont rendues imperméables aux liquides par un revêtement approprié. 10. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdites parois sont rendues imperméables aux liquides par une doublure constituée par une seconde membrane flexible imperméable aux liquides. 11. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens pour imposer une charge au moins dense des liquides, appliquent une pression à la surface de celui-ci, plus grande que sa tension de vapeur. 12. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour régler le niveau desdits liquides comprennent des moyens pour restreindre le mouvement d'ascension de la surface du plus dense des liquides à un niveau, au moins, sensiblement égal à celui du moins dense desdits liquides. 13 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour régler le niveau desdits liquides comprennent des moyens associés à ladite chambre intérieure pour surmonter l'action de la différence de densités entre lesdits liquides, de sorte que le niveau de la surface du plus dense desdits liquides est, au moins, sensiblement égal à celui du moins dense desdits liquides. 14. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que les moyens pour surmonter l'action de la différence de densités entre lesdits liquides, comprennent des moyens pour imposer une charge orientée vers le bas à ladite membrane 15. Installation selon la revendication 14, caractérisée en ce que les moyens pour imposer une charge à ladite membrane comprennent un poids mort placé dans cette membrane. 16. Installation selon la revendication 14, caractérisée en ce que les moyens pour imposer une charge à ladite membrane, comprennent des éléments exerçant une tension entre le fond de ladite membrane et ladite chambre. 17. Installation selon la revendication 16, caractérisée en ce que lesdits éléments de tension sont des ressorts.