Brevet FR2586437A1 — publié le 19870227

I| 2586437 La présente invention concerne les dispositifs de stockages souterrains de gaz liquéfiés sous pression, tels que butane et propane à l'intérieur de cavités formées dans des massifs imprégnés d'eau (nappe phréatique), la pression hydrostatique au niveau de la cavité étant mise à profit pour équilibrer la pression de liquéfaction du gaz, et a plus particulièrement pour objet un puisard pour ca- vité souterraine d'un tel stockage. Dans une telle cavité, on sait qu'il y a un écou- lement permanent, de la roche vers l'intérieur de la cavité, d'eau d'exhaure, et que cette eau se rassemble à la partie inférieure de la cavité. Bien entendu, de tels stockages ne peuvent Atre envisagés que pour des produits qui, à l'état liquide, ont une densité inférieure à celle de l'eau et ne sont pas miscibles à l'eau. On trouve donc dans la cavité trois phases superposées: au fond, une phase d'eau, au-dessus de l'eau, du gaz liquéfié, et au-dessus de la surface du liquide, du gaz qui remplit toute la partie supérieure -ou ciel- de la cavité. Le gaz est en équilibre avec le liquide, la pression étant la pression d'équilibre liquide-vapeur à la température régnante (en général voi- sine de 15 C), la profondeur de la cavité étant détermi- 2. née pour avoir la pression hydrostatique suffisante, en fonction des caractéristiques du produit stocké. L'exploitation du stockage se fait par extraction ou introduction de produit liquide, ce qui a pour effet de déplacer la surface d'équilibre liquide-gaz. L'interface eau-phase liquide est maintenue à un niveau sensiblement constant, c'est-à-dire entre deux niveaux assez rapprochés: les pompes d'exhaure se mettent en marche dès que l'eau atteint un niveau supérieur déterminé, et s'arrête dès que l'interface eau-liquide descend à un niveau inférieur dé- terminé. Les cavités comportent un radier avec un puisard, le radier présentant en général une légère pente vers le puisard. Le niveau supérieur de l'eau est toujours fixé à une certaine profondeur dans le puisard, et l'orifice d'ex- traction de liquide est placé également dans le puisard, au-dessus du niveau supérieur maximum de l'eau. La Figure 1 des dessins ci-joints représente schématiquement un tel stockage tel qu'il en existe de nombreux actuellement. On supposera, uniquement pour sim- plifier le vocabulaire que le produit stocké est du butane. Mais, bien entendu, ce pourrait être tout autre gaz liqué- fiabe-sous presseson-de densis i qIuide inférieureà celle de l'eau et non miscible à l'eau. La cavité 1 est complétée vers le bas par un puisard 2 creusé dans le radier 3. On a représenté sché- matiquement quatre conduits d'exploitation: un tube 5 pour l'extraction du butane liquide; un tube 6 pour le pompage de l'eau d'exhaure; un tube 7 d'évent gazeux débouchant dans le ciel de la cavité-; et un tube 8 pour l'introduc- tion de butane liquide. L'orifice 61 d'aspiration d'eau est prévu au voisinage du fond du puisard, et les commandes de la (ou des) pompe sont prévues pour maintenir le niveau de l'eau entre deux niveaux: un niveau supérieur Ns et un niveau inférieur Ni. Tout ceci est classique. L'orifice 51 3. d'aspiration de butane liquide est placé à une certaine profondeur h dans le puisard, au-dessus de Ns. Il est connu, pour assurer l'arrêt de l'exploi- tation du stockage et sa mise en sommeil en sécurité, de remplir d'eau certains au moins des tubes d'exploitation, ou éventuellement de laisser l'eau remonter dans ces tubes, jusqu'à une hauteur H telle que l'ensemble soit en équili- bre hydrostatique. Pour permettre d'effectuer cette opéra- tion avec sûreté, on prévoit de placer par exemple l'ori- fice d'aspiration 51 du butane à une profondeur h dans le puisard, suffisante pour que le volume de puisard restant au-dessus soit supérieur au volume de la colonne d'eau dans le tube jusqu'à la hauteur H d'équilibre. Si S est la sec- tion du puisard, et s la section du (ou des) tube à remplir, h est déterminé par la condition: h.S > H.s Ceci est classique. La sécurité est obtenue au prix d'un accroissement de la profondeur du puisard, ce qui entraîne un creusement plus profond et un allongement des tubes, en définitive, une dépense supplémentaire, par rapport au pla- cement de l'orifice 51 à l'affleurement du radier 3. Ac- croître la section S du puisard permettrait de réduire la profondeur. Mais cela entraîne une augmentation du coût du puisard. D'autre part, pour connaître le débit d'exhaure avec une précision suffisante, il est préférable d'avoir, à l'endroit o se fait le pompage de l'eau, une section de puisard limitée. La présente invention a pour objet une disposi- tion qui permet de concilier les conditions contradictoires. Conformément à la présente invention, un stockage du type ci-dessus est remarquable, notamment en ce que la cavité comporte un puisard présentant sur sa hauteur deux parties de sections différentes, une partie supérieure de grande section, et une partie inférieure de petite section, l'o- rifice d'un tube à remplir étant placé au voisinage de la 4. jonction des deux parties. On pourra ainsi, dans la partie supérieure, lais- ser monter une réserve d'eau suffisante pour remplir un tube jusqu'à une hauteur H suffisante pour assurer l'équi- libre hydrostatique avec la pression qui règne dans la cavité. La hauteur h' de la partie supérieure dont la sec- tion est S' devra bien entendu satisfaire la condition h'S' > Hs On réduit ainsi la profondeur du puisard, le volume des déblais restant le même et l'on connaît tout aussi bien le niveau de l'eau. La Figure 1 est une vue en coupe schématique d'une cavité de stockage classique. La Figure 2 représente schématiquement en coupe une cavité selon l'invention. Les éléments qui sont les mêmes que sur la Figure 1 portent les mêmes références. Le puisard 2 est constitué d'une partie supé- rieure 9 de grande section S' et d'une partie inférieure de section réduite S. La partie 10 a la même hauteur que la partie du puisard de la Figure 1, qui est située en-dessous de l'orifice d'aspiration 51. Mais la hauteur h' au-dessus de cet orifice est réduite. Le volume des déblais pour creuser ce puisard n'est pas modifié par rap- port à celui de la figure 1, mais la profondeur est moindre. Le creusement est donc plus facile, et les longueurs des tubes des pompes d'eau sont réduites. Cette disposition ne présente aucun inconvénient ni aucune difficulté d'aucune sorte, et présente l'avantage d'un abaissement du prix de l'installation. Il est remarquable que l'on construise depuis près de dix ans des cavités du type de celle de la Figure 1 sans que l'on ait songé à prévoir un volume de réserve au-dessus de l'aspiration de butane, ce qui montre bien que ce n'était pas évident du tout. 5. Revendication Dispositif de stockage souterrain de gaz liquéfié sous pression, à température ambiante, qui, à l'état li- quide, a une densité inférieure à celle de l'eau et n'est pas miscible à l'eau, à l'intérieur d'une cavité formée dans un massif imprégné d'eau, la pression hydrostatique au niveau de la cavité étant mise à profit pour équilibrer la pression de liquéfaction du gaz, la cavité comportant un puisard pour le rassemblement et l'extraction de l'eau d'exhaure, des dispositions étant prévues pour remplir d'eau au moins un tube de service, sur une hauteur suffi- sante pour assurer l'équilibre hydrostatique avec la pres- sion régnant dans la cavité, caractérisé en ce que le pui- sard présente sur sa hauteur deux parties de sections différentes, une partie supérieure de grande section et une partie inférieure de petite section, l'orifice d'un tube à remplir d'eau étant placé au voisinage de la jonction des deux parties.