Brevet FR2473615A1 — publié le 19810717

La présente invention concerne un dispositif anti- pollution pour puits pétrolier immergé. Plus particulièrement, l'invention permet de dimi- nuer ou de supprimer la pollusion marine pouvant résulter de forages pétroliers en mer. La récente éruption du puits IXTOC 1 dans le Golfe du Mexique a mis en lumière les risques de pollution liés aux opérations de forage en mer et la nécessité de disposer d'équipements permettant d'éliminerou tout au moins de ré- duire très fortementla pollution en attendant que la maî- trise du puits éruptif puisse être assurée (par exemple par forage de puits déviés et éventuellement cimentation). On a déjà proposé des dispositifs antipollution pour puits pétrolier immergé, comprenant un organe adapté à venir coiffer la tête de puits pour recueillir les hydro- carbures s'échappant de celle-ci. Cependant, ces systèmes antérieurs sont des dispo- sitifs métalliques lourds et rigides qui sont difficiles à mettre en place et à maintenir en position, en raison des turbulences dues au jet d'hydrocarbures s'échappant du puits et des surpressions qui se produisent lorsqu'on coiffe bru- talement le puits en éruption. De plus, ces dispositifs sont reliés à la surface par un tuyau de faible diamètre et nécessitent la mise en place d'une plateforme de traitement en surface pour sépa- rer le gaz et l'huile de la quantité d'eau très importante qui est entraînée par le jet. L'invention résoud ainsi le problème posé avec un dispositif caractérisé en ce que l'organe adapté à venir coiffer la tête de puits est constitué en deux parties com- prenant une partie supérieure imperméable reliée à des mo- yens de collecte des hydrocarbures et une partie inférieure perméable, et en ce qu'au moins la partie inférieure dudit organe est souple et repliable et est associée à des moyens de manoeuvre permettant de la déplier lors de la mise en place du dispositif. Des exemples non limitatifs de réalisation de l'invention sont illustrés par les dessins annexés, o - la figure 1 est une vue générale d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente ce dispositif en élévation, en position de travail, - les figures 2A, 2S et 2C illustrent, partiellement en cou- pe axiale, différentes variantes de réalisation des moyens de collecte et de séparation des hydrocarbures, - la figure 3 montre, partiellement en coupe axiale, le dis- positif de la figure 2 en position de transport sur l'eau, - la figure 4 illustre un procédé d'approche et de position- nement du dispositif, et - la figure 5 montre un mode de réalisation d'un conduit té- léscopique souple reliant le sommet de l'entonnoir aux moyens de collecte et de séparation des hydrocarbures. Les mêmes références ont été utilisées dans les différentes figures pour désigner les éléments similaires. Le dispositif de récupération d'hydrocarbures, il- lustré par les figures 1 et 2, comporte les éléments sui- vants - un organe 1 recueillant les hydrocarbures liquides et ga- zeux, en forme d'entonnoir renversé et muni de lests, - des moyens de collecte des hydrocarbures comprenant une section 2 de séparation gazliquide, - une cheminée 3 avec torche, - une cuve annulaire 4 de récupération d'huile, - un ensemble de deux ballasts 5a et 5b et - une plateforme antidéflagrante munie de treuils, consti- tuée par deux barges 6a et 6b. L'entonnoir 1 est constitué d'une jupe conique sou- ple lestée à sa base, que l'on peut replier ou déplier à l'aide de câbles de rappel 7a et 7b. La partie supérieure. la de la jupe peut être réalisée en matière plastique souple ou en tissu enduit d'un élastomère résistant aux hydrocar- bures, ou encore en un matériau souple résistant au feu (par exemple en tissu d'amiante, laine minérale, laine de verre, etc...). La partie inférieure 1 b est constituée d'un filet à mailles, par exemple un filet métallique, ce qui permet: - de diminuer la prise au courant, - de diminuer les turbulences dues à l'éruption du puits, - de faciliter le repliage pour la position transport. Eventuellement, le sommet de l'entonnoir pourra être doublé intérieurement par un élément en forme d'en- tonnoir dont la paroi tronconique sera constitué en un matériau rigide résistant au feu. Cet élément sera, par exemple, un élément métallique tronconique sur lequel la jupe pourra être repliée, cet élément étant éventuellement recouvert intérieurement d'un matériau réfractaire. La répartition entre la partie imperméable et la partie perméable dépend de l'évasement que prend le jet d'huile et de gaz à la sortie de la tête de puits 8. Le lest peut être réalisé par des gueuses 9a, 9b fixées sur les poulies lOa, 10 b du câble de rappel et qui dans la position de travail, reposeront sur le fond ou entre deux eaux, selon la profondeur d'eau et l'évasement du jet d'hydrocarbures s'échappant du puits. La jupe pourra être renforcée par des raidisseurs circulaires-longitudinaux, ou en spirale, ou même être constituée d'une armature for- mée de bandes horizontales ou verticales à haute résistance à la traction que l'on recouvrira d'un film étanche dans la partie qui doit être imperméable et qu'on laissera telle quelle dans la partie qui doit être perméable. L'entonnoir 1 pourra, par exemple, avoir les di- mensions suivantes Diamètre à la base fonction du diamètre de la zone de bouillonnement: 30 m ou plus, 20. Diamètre au sommet: 5 m, Hauteur: fonction de la profondeur d'eau:'par exemple, à 45 m dans le cas d'un puits situé à 50 m de profon- deur. La section 2 de séparation gaz-liquide, qui est située au sommet du c8ne 1 a pour but d'assurer la sépara-à *tion entre le liquide (huile et eau entraînée) qui s'écoule- ra dans la cuve annulaire 4 et le gaz qui sera évacué à la cheminée 3. Cette section sera constituée d'une cuve circulai- re( par exemple de 5 m de diamètre) et pourra comporter à l'intérieur des dispositifs fixes ou mobiles (plaques - chi- canes - palettes) tels que ceux utilisés dans les sépara- teurs verticaux basse pression. Le liquide séparé s'écoule- ra par débordement dans la cuve annulaire 4 coaxiale à la section 2. La cheminée circulaire 3 d'un diamètre un peu in- férieur à celui de la section de séparation 2 (par exemple 4 m), est concentrique à celle-ci. Dans le mode de réalisa- tion illustré par la figure 2, sa base se trouve un peu en dessous du bord supérieur de la section 2 de séparation gaz-liquide de manière à constituer une garde liquide s'op- posant au passage des gaz (système gazomètre à joint liqui- de). La cheminée 3 est munie intérieurement de chicanes obliques Il permettant de récupérer les gouttelettes liqui- des entraînées et elle est surmontée d'une torche équipée d'un dispositif 12 "arrête flamme". Le système gazomètre à joint liquide dans lequel la cheminée est à l'intérieur de la section de séparation peut être remplacé: - soit par un système dans lequel la section de séparation 2 est munie à son sommet de tubulures latérales 13 plongeant dans la cuve de récupéra- tion pour assurer l'écoulement de la phase li- quide, la cheminée 3 par laquelle doit sortir le gaz venant coiffer la section de séparation (fig. 2A), - soit un système dans lequel le sommet de l'en- tonnoir est surmonté d'une chambre de collecte 2a munie d'une tubulure verticale 3a comportant une vanne télécommandée 14let d'une tubulure latérale 15 raccordée à un séparateur vertical 247361 5 gaz-liquide basse pression classique 16 situé dans la cuve de récupération 4. Dans ce cas, pendant la phase de mise en place de l'entonnoir 1, la vanne télécommandée 14 est ouverte et l'ensemble gaz liquide s'échappe par le hautpuis1quand la plateforme formée par les barges 6a et 6b est positionnée et l'entonnoir 1 descendu, on ferme progressivement la vanne télécommandée 14 pour diriger le mélange gaz-liquide vers le séparateur 16. La phase vapeur sort par le haut du sépa- rateur vers une torche 17 et la phase liquide s'écoule dans la cuve de récupération par un syphon 18 (fig. 2B). La figure 2C illustre une variante dans laquelle la section de séparation 2 est munie dtorifices 2a situés sous le niveau de liquide dans la cuve annulaire de récupé- ration d'huile 4. Le gaz sort par une cheminée centrale 44 surmontée d'un déflecteur conique 45,pour rejoindre la che- minée 3. Quel que soit le mode de réalisation retenu, la section de séparation 2 peut être reliée à l'entonnoir 1 par un conduit de prolongation extensible, tel que le con- duit 19 représenté sur la figure 2C. Ce conduit 19 pourra être constitué en un matériau souple résistant au feu (par exemple en tissu d'amiante, laine minérale, laine de verre, etc.. ) Des câbles de manoeuvre 20 permettront de déployer ce conduit à partir d'une position repliée facilitant le transport. Un tel mode de réalisation permettra d'utiliser le dispositif selon l'invention à des profondeurs plus impor- tantes. Le choix entre les différents modes de réalisation de l'ensemble section de séparation 2 et cheminée 3 devra résulter des -servations faites lors d'expérimentations. acu- e récupération. d'-uile a pour but de re- cueillir l'huile et l'eau qui viennent de la section de sé- paration 2 gaz-liquide et d'assurer la décantation entre l'eau et l'huile afin d'éviter toute pollution. Elle sert également de bac-tampon à partir duquel le pétrole récupéré pourra être transféré dans un tanker par pompage à travers un bac pare-flame, en utilisant des moyens de pompage dé- signés dans leur ensemble par la référence 46. Cette cure circulaire a un diamètre légèrement su- périeur à celui de la base de l'entonnoir (par exemple, 35 mètres) et une hauteur de 5 à 10 mètres, ce qui lui donne a L. ponur une hauteur de 5 m m pour une hauteur de 10 m...DTD: De telles capacités peuvent suffire à accumuler le débit de fuite jour..a.ler de puits sous-marins éruptifs. Cette cuve circulaire n'a pas de fond ce qui permet à l'eau décantwe de s'évacuer par le fond et sa hauteur au- dessus de l'eau oit être réglée par ballastage de manière à permettre le remp.lssage complet par les hydrocarbures. En effet, en écrivant l'égalité des pressions hy- dr:tva-icues au bas de la cuve dans la phase huile et dans l'eau e. nvironnante quand la cuve est pleine d'huile, on a: h P = P h h P - Ph h d'o: - H pe Pe = masse spécifique de l'eau Ph = masse spécifique de l'huile H désignant la hauteur totale de la cuve 4, h la hauteur de cette cuve au-dessus du niveau d'eau et h1 la profon- deur d'immersion de la cuve 4. par exemple si ph = 0'9 h on trouve - = 0,1 soit h = 0,5 m pour H = 5 m H - h = 1 m pour H = 10 m. La cuve annulaire 4, la section de séparation 2 et la cheminée 3 sont rendues solidaires par des entretoises 21 (fig. 1) éventuellement munies de cardans pour compenser les effets de la houle. Un ensemble de ballast 5a, 5b entoure partiellement la cuve annulaire de récupération 4 et permet d'assurer la flottabilité de l'ensemble ainsi que la hauteur au-dessus dé l'eau qui varie entre - une position haute pour le transport et l'appro- che du puits (fig. 3), - et une position de travail dans laquelle la cuve de récupération 4 se trouve à une hauteur au- dessus de l'eau permettant son remplissage complet tel que défini par la formule (1) ci-dessus. Le bas du ballast peut, si nécessaire, être équipé de dispositifs de stabilisation (non représentés sur les figures) tels que ceux qui existent sur les plateformes semi-submersibles. Aux deux ballasts sont accolées les deux barges 6a, 6b permettant de constituer une plateforme de récupération sur laquelle seront regroupés - des treuils et des dispositifs 22 à 25 de guidage et de freinàge de câbles pour réaliser l'appro- che et le positionnement au-dessus du puits; - les dispositifs de remplissage et de vidange des ballasts 5a, 5b; - quatre treuils à tension constante 26 à 29 (ce nombre n'étant nullement limitatif) et des pou- lies permettant d'assurer la descente progressive de la jupe pour "coiffer" le puits; - éventuellement des treuils à tension constante pour l'ancrage de la plateforme; - des dispositifs 47a, 47b de projection d'eau et de mousse du type utilisé dans la lutte contre les incendies. Il est souhaitable que l'ensemble de ces disposi- tifs puisse être télécommandé de manière à éviter toute pré- sence humaine sur la plateforme, tout au moins en début d'opération. Tous les dispositifs de commande seront pneu- matiques ou hydrauliques pour des raisons évidentes de sé- curité. MISE EN PLACE ET FONCTIONNEMENT DU DISPOSITIF - L'un des points les plus délicats dans l'utilisation du dispositif de récupération est sans doute sa mise en pla- ce au-dessus du puits en éruption. On peut imaginer la pro- cédure suivante: 1. - Transport et aroche - Pour le transport, les barges 6a et 6b mises dans la position indiquée sur la figure 3: les ballasts 5a et 5b sont en position haute, l'entonnoir conique 1 est replié vers le haut, son niveau inférieur 30 étant au-dessus du niveau de la mer ou légèrement immergé et les gueuses 9a et 9b sont remontées. L'ensemble est remorqué à proximité du puits. On mouille de part et d'autre de la plateforme deux ancres 31, 32 (figure 4). Deux câbles 33, 34, qui serviront de lignes- guides relient ces ancres 30, 31 (en passant à travers les dispositifs de guidage 22 à 25 de la plateforme) à une barge munie de treuils à tension constante 36, 37 qui sera an- crée en une position symétrique de celle du dispositif de récupération, par rapport au puits. En tirant au moyen de treuils 38, 39 sur deux autres câbles 40, 41 qui relient la plateforme de récupération à la barge 35, on amène progres- sivement la plateforme jusqu'à la verticale du puits 8. La position de l'entonnoir 1 et le fait que les ballasts 5a et 5b n'entourent pas complètement la cuve de récupération 4 permettent à tout ou partie du gaz de s'échapper latéralement pendant toutes les manoeuvres d'approche. La plateforme de récupération peut alors être main- tenue--en position par ancrage. 2. - Mise en fonctionnement - Le dispositif étant positionné au-dessus du puits 8, on remplit progressivement les ballasts 5a et 5b de ma- nière à enfoncer l'ensemble jusqu'au niveau de flottabilité correspondant à la position de travail. La partie inférieu- re de l'entonnoir 1 (qui est toujours en position repliée) étant ajourée et d'un diamètre légèrement inférieur à celui de la cuve de récupération 4, tout ou partie du gaz peut 247361 5 passer librement sur les côtés et l'huile commence à s'ac- dumuler dans la cuve 4. On évite ainsi les surpressions et les turbulences importantes que l'on risquerait d'avoir si l'on "coiffait" brutalement le puits. On descend ensuite progressivement les gueuses 9a et 9b, ce qui, par l'intermédiaire du câble de rappel, en- traîne le déploiement de l'entonnoir 1 jusqu'à ce que les gueuses reposent sur le fond ou soient positionnées entre deux eaux (on peut éventuellement descendre d'abord les gueuses puis l'entonnoir 1 lesté le long des lignes-guides ainsi constituées, mais cela entraînerait une multiplication des câbles et des treuils qui n'est peut-être pas nécessaire). Lorsque la partie supérieure imperméable la de l'entonnoir 1 aura complètement coiffé le "panache" du puits, le dispositif commencera à fonctionner, c'est-à- dire que le gaz sortira par la cheminée 3 vers la torche o il sera enflammé et le mélange d'huile et eau débordera de la section de séparation 2 dans la cuve de récupération 4. Pendant toutes les manoeuvres d'approche et de mise en fonctionnement, l'ensemble du dispositif sera arro- sé en permanence d'eau ou de mousse. La figure 5 illustre schématiquement une variante du mode de réalisation selon la figure 2C, dans laquelle le conduit prolongateur souple 19 est formé d'au moins deux éléments plissés ou manchettes en matériau résistant au feu I9a, 19b... dont les embouts sont vissés à des brides 42a, 42b, 43a et 43 b, l'ensemble formant un montage té- léscopique. Ce conduit prolongateur extensible 19 pourra éventuellement être doublé intérieurement sur une partie de sa longueur d'un manchon en un matériau résistant au feu, par exemple un manchon métallique éventuellement recou- vert intérieurement d'un matériau réfractaire. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. - Dispositif antipollution pour puits pétrolier immergé, comprenant un organe adapté à venir coiffer la tête de puits pour recueillir les hydrocarbures s'échappant de celle-ci, caractérisé en ce que ledit organe est constitué en deux parties comprenant une partie supérieure imperméable reliée à des moyens de collecte des hydrocarbures et une partie inférieure perméable, et en ce qu'au moins la partie infé- rieure dudit organe est souple et repliable et est associée à des moyens de manoeuvre permettant de la déplier, lors de la mise en place du dispositif. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins la partie supérieure dudit organe est constituée en un matériau résistant au feu. 3. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie supérieure dudit organe est également sou- ple et recouvre un élément rigide formant entonnoir, cons- titué en un matériau résistant au feu. 4. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de collecte des hydrocarbures compor- tent une section de séparation gaz-liquide reliée à une cheminée d'évacuation des gaz et communiquant avec une cuve annulaire de récupération des hydrocarbures liquides sur- montant ledit organe recueillant les hydrocarbures. 5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite section de séparation est placée dans le pro- Longement de la partie supérieure dudit organe, cette sec- tion de séparation étant surmontée par ladite cheminée d'évacuation et entourée par ladite cuve annulaire. 247361 5 6. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de collecte comprennent une chambre de collecte placée dans le prolongement de la partie supérieure dudit organe et entourée par ladite cuve annulaire, cette chambre de collecte étant reliée à une colonne de séparation gaz-liquide constituant ladite section de séparation. 7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite chambre de collecte est munie d'un conduit de dérivation et d'évacuation directe à l'atmosphère, ce con- duit étant équipé d'une vanne télécommandée. 8. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite section de séparation comporte au moins une ouverture située sous le niveau du liquide dans ladite cuve annulaire, de manière à constituer dans ladite section de séparation une garde liquide empêchant le passage des hydro- carbures gazeux. 9. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite cuve annulaire'de récupération des hydrocarbures liquides est munie de moyens de ballastage permettant de conférer au dispositif une flottabilité positive et de ré- gler sa profondeur d'immersion. 10. - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de ballastage comportent des chambres allongées verticalement qui forment des secteurs annulaires disposés à la périphérie de la cuve à laquelle ces chambres sont fixées. 11. - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les- dits moyens de manoeuvre comportent des moyens de lestage de la partie inférieure dudit organe et des câbles passant sur des pou- lies fixées au bord inférieur dudit organe recueillant les hydrocarbures et remontant le long de moyens de guidage por- tés par les chambres de ballastage, jusqu'à des poulies de renvoi et des treuils de manoeuvre de ces câbles placés à la partie supérieure du dispositif. 12. - DiBpositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie supérieure imperméable dudit organe est reliée auxdits moyens de collecte par un conduit exten- sible. 13. - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit conduit extensible est constitué par un agence- ment télescopique de manches souples plissées. 14. - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le- dit conduit extensible est doublé intérieurement-sur une par- tie de sa longueur d'un manchon en un matériau résistant au feu. 15. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens facilitant sa mise en place au-dessus de la tête de puits, ces moyens comprenant en combinaison une installation pouvant être maintenue en posi- tion à proximité de la verticale du puits et munie d'orga- nes de traction de câbles espacés l'un de l'autre sur cette installation et d'éléments de plateforme qui entourent les- dits moyens de collecte des hydrocarbures et sont solidaires de ces moyens de collecte, ces éléments de plateforme étant munis de moyens de guidage pour des câbles-guides, l'espace- ment desdits moyens de guidage étant sensiblement égal à celui desdits organes de traction sur ladite installation.