Brevet FR2707270A1 — publié le 19950113

La présente invention concerne un type de stockage souterrain pour hydrocarbures à l'état liquide tel que du GPL (gaz de pétrole liquéfié), du gasoil ou même du pétrole brut dans une cavité souterraine formée dans un sous-sol imprégné d'eau exerçant au niveau de la cavité une pression hydrostatique suffisante pour maintenir l'hydrocarbure à l'état liquide. Plus particulièrement, l'invention a pour objet un puisard de cavité souterraine pour le stockage de GPL dans un tel site. Dans une cavité imprégnée telle que formée dans une nappe phréatique, il y a un écoulement permanent d'eau d'exhaure à travers la roche vers l'intérieur de la cavité. L'étanchéité de la cavité et la mise sous pression de l'hydrocarbure sont obtenues par cet écoulement permanent d'eau qui se rassemble à la partie inférieure de la cavité. De tels stockages ne sont 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. Pour un stockage de GPL par exemple, on trouvera dans la cavité trois phases superposées: au fond de la cavité, une phase d'eau, en position intermédiaire au-dessus de l'eau une phase liquide, et en position supérieure au-dessus de la surface liquide, une phase gazuese du même produit remplissant toute la partie supérieure restante de la cavité. Pour avoir une pression hydrostatique suffisante, la cavité doit être située à une profondeur déterminée en fonction des caratéristiques du produit stocké. En général, de telles cavités comportent un radier dans lequel est creusé un puisard. Pour que l'eau puisse être collectée par gravité, le radier présente une légère déclivité vers le puisard. L'interface eau-GPL est maintenue à un niveau sensiblement constant dans le puisard, au moyen de pompes d'exhaure se mettant en marche dès que l'eau atteint un niveau supérieur déterminé et s'arrêtant dès que l'interface descend à un niveau inférieur déterminé. On utilise pour cela un dispositif de mesure de niveau d'eau qui détecte les niveaux d'eau supérieur et inférieur. Quant à la surface d'équilibre liquide-gaz, son niveau à l'intérieur de la cavité varie lorsque le stockage est en exploitation. Pour l'extraction de produit liquide, un pot d'aspiration est disposé dans la cavité avec son orifice d'extraction allant dans le puisard, au-dessus du niveau supérieur de l'eau. L'exploitation d'un tel site nécessite la mise en ceuvre de plusieurs pompes dont certaines étendent leur tube d'aspiration jusque dans le puisard, en particulier les pompes d'exhaure et les pompes d'extraction d'hydrocarbure. Pour Ies stockages ayant une cavité particulièrement volumineuse, il est fréquent d'utiliser plusieurs jeux de pompes tels que définis ci-dessus. Alors plusieurs tubes d'aspiration de pompes d'exhaure et de pompes à hydrocarbure débouchent dans le puisard qui constitue une capacité unique. Jusqu'à présent, dans l'état de la technique, si une pompe à hydrocarbure venait à tomber en panne ou si elle nécessitait une opération de maintenance, le site devait être mis à l'arrêt, c'est-à- dire en sécurité. L'exploitation était donc stoppée pendnant le temps de la réparation ou de la maintenance. Il est connu, pour la mise en sécurité d'un tel site, de laisser monter l'eau d'exhaure dans le puisard au-dessus de son niveau supérieur maximal d'exploitation. On laisse également se remplir les tubes d'aspiration plongeant dans le puisard jusqu'à une hauteur d'équilibre déterminée par la pression d'équilibre hydrostatique. Cette opération de mise en sécurité neutralise l'ensemble des jeux de pompes et nuit à la productivité du site. Une fois l'opération de maintenance terminée, le niveau de l'eau dans le puisard doit être rétabli en dessous de son niveau maximum d'exploitation au moyen des pompes d'exhaure. Ces pompes, en général de faible débit d'environ 10m3 par heure, nécessitent un certain temps pour remettre le site en état d'exploitation. Cela conduit à un ralentissement supplémentaire qui ne peut être suppléé par la pompe à hydrocarbure, car on ne peut garantir la qualité de l'eau extraite qui contient une quantité non négligeable d'hydrocarbure. C'est à remédier à ces inconvénients que s'attache la présente invention en définissant une configuration particulière de puisards permettant d'assurer l'exploitation continue d'un tel stockage, même en cas d'avarie des pompes. La présente invention a pour objet un stockage souterrain comprenant une cavité destinée à accueillir un hydrocarbure sous forme liquide à une température supérieure à 0 C, l'hydrocarbure ayant à l'état Iiquide une densité inférieure à celle de l'eau et une miscibilité très limitée avec l'eau, ladite cavité étant formée dans un sous-sol imprégné d'eau exerçant au niveau de la cavité une pression hydrostatique suffisante pour maintenir l'hydrocarbure contenu dans la cavité à l'état liquide, la cavité ayant un radier dans lequel est formé un puisard destiné à recueillir l'eau d'exhaure, au moins deux jeux de pompe comprenant chacun au moins une pompe d'exhaure et une pompe à hydrocarbure étant prévues pour pomper l'eau d'exhaure et l'hydrocarbure à partir de puisard, caractérisé en ce qu'au moins un mur séparateur divise le puisard en compartiments comprenant chacun un jeu de pompe. Le compartimentage du puisard permet de séparer les différents jeux de pompes, de façon à pouvoir les mettre en sécurité individuellement pour assurer par exemple la maintenance tout en gardant en exploitation les autres jeux de pompes situés dans les compartiments voisins. De manière générale, le puisard sera divisé en deux (ou plus) compartiments dont l'un sera utilisé en tant que puisard d'exploitation normale, alors que l'autre compartiment servira de puisard de secours que l'on utilisera seulement lors de la maintenance du puisard normal. Ainsi, à l'issue d'une opération de maintenance, il est 3 2707270 possible de disposer dans le compartiment voisin d'une capacité suffisante pour recueillir l'eau du compartiment mis en sécurité pour maintenance. L'opération de remise en service s'effectue alors en deux temps: on extrait d'abord de l'eau du compartiment d'exploitation normale pour l'envoyer vers le compartiment de secours préalablement vidé de son eau, l'extraction étant effectuée par la pompe à hydrocarbure, jusqu'à ce que l'on parvienne au pompage d'hydrocarbure, c'est-à-dire descente du niveau de l'eau en dessous de son niveau maximum d'exploitation. Ensuite, on active le pompage normal de l'eau par la pompe d'exhaure dans les deux compartiments. Dans une cavité de stockage classique, l'extraction de l'eau à l'aide de la pompe à hydrocarbure n'est pas possible en raison de la teneur de l'eau en hydrocarbure. Avec un tel puisard, cela est rendu possible, car on réinjecte cette eau dans le compartiment voisin qui sera ensuite pompée vers la surface au moyen de la pompe d'exhaure. Ainsi, on obtient un gain de temps considérable, étant donné qu'il reste toujours un jeu de pompe en activité et que l'autre jeu de pompe n'est immobilisé que pendant un temps remarquablement plus court que par le passé. La productivité d'un tel stockage en est alors considérablement améliorée. De plus, en introduisant l'hydrocarbure dans le compartiment de secours, on évite la création de turbulences entraînant des remontées d'eau vers l'aspiration des pompes à hydrocarbure. Selon une forme de réalisation de l'invention, le mur séparateur comporte une extrémité supérieure formant faîte située à un niveau inférieur à celui du radier à proximité du puisard. Ainsi, l'eau d'exhaure accumulée dans un compartiment lors de sa maintenance peut déborder dans l'autre compartiment voisin sans se répandre dans la cavité. La montée d'eau dans la cavité est un phénomène indésirable, car il est plus difficile de déterminer la quantité d'eau dans la cavité étant donné que sa superficie est beaucoup plus considérable que celle du puisard dont la section est limitée à quelques mètres. De préférence, le faîte du mur séparateur est situé à environ 30 cm en dessous du niveau du radier à proximité du puisard. Avantageusement, au moins l'un desdits compartiments est pourvu au niveau du radier d'un muret de canalisation rehaussant et entourant ledit compartiment pour canaliser l'eau d'exhaure ruisselant dans la cavité dans un compartiment voisin. Le puisard reçoit au cours du stockage des alluvions charriées par l'eau d'exhaure qui s'accumulent au fond du puisard. En édifiant un muret sur le pourtour du compartiment utilisé en tant que puisard de secours, les alluvions contenus dans l'eau sont canalisés et se déversent dans le compartiment d'exploitation normale qui peut être 4 2707270 aménagé pour recevoir ces alluvions. Ainsi, le compartiment de secours reste pratiquement sec et exempt d'alluvions. Selon une forme de réalisation préférée, la cavité a une forme allongée présentant à l'un de ses extrémités un niveau de radier inférieur, le puisard étant formé à proximité de ladite extrémité avec le compartiment pourvu d'un muret de canalisation situé vers l'extrémité de la cavité. Installer le puisard au niveau o le radier est le plus bas est une chose classique. Cependant, en disposant le compartiment pourvu du muret de canalisation du côté de l'extrémité de la cavité, on limite la quantité d'écoulemnt d'eau d'exhaure à l'intérieur du compartiment et de ce fait également la quantité d'alluvions. D'ailleurs, l'eau d'exhaure, dans ce compartiment ne peut provenir que des parois du puisard contigies audit compartiment. Le travail de la pompe d'exhaure est donc considérablement facilité et le compartiment restera propre durant la vie du stockage. L'invention sera maintenant plus amplement décrite en regard des dessins annexés et donnant à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention. Sur les dessins: - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une cavité de stockage pourvue d'un puisard selon la présente invention, et la figure 2 est une vue en coupe tranvsersale de la figure 1 au niveau du puisard. Comme mentionné précédemment, la présente invention s'applique à tout type d'hydrocarbure non miscible à l'eau et présentant à l'état liquide un densité inférieure à celle de l'eau. Par commodité, la description qui va suivre fera usage de GPL pour illustrer le mode de réalisation préféré de l'invention. Sur la figure 1, une cavité 2 est formée dans un sous-sol 1 imprégné d'eau, par exemple une nappe phréatique. Elle se présente en général sous forme de galeries creusées dans la roche et communiquant avec la surface par un puits 10. Elle présente un radier 3 en légère déclivité vers l'extrémité d'une galerie. Le puits 10 débouche dans la galerie à l'endroit o le radier 3 présente son niveau le plus bas. La cavité 2 étant creusée dans un sous-sol imprégné d'eau, un écoulement permanent d'eau d'exhaure pénètre dans la cavité 2 et ruisselle vers le point le plus bas de la cavité 2. Il est alors prévu un puisard 4 dans le prolongement du puits 10 pour la collecte de cette eau. La figure 1 ne représente donc qu'une partie de la cavité 2 correspondant à l'endoit o débouche le puits 10 prolongé par le puisard 4. L'hydrocarbure stocké dans une telle cavité est maintenu à l'état liquide par la pression de l'écoulement d'eau supérieure à celle de l'hydrocarbure liquide. En même temps, cet écoulement d'eau assure l'étanchéité de la cavité. Pour obtenir une pression suffisante, il est nécessaire de former la cavité 2 à une profondeur située en dessous d'une hauteur d'eau déterminée. Par conséquent, pour le stockage de GPL, on a dans la cavité du GPL en coexistence avec sa phase gazeuse 2b qui occupe toute la partie supérieure de la cavité 2. Celle-ci est obturée hermétiquement par un bouchon 9 situé dans le puits 10 à proximité de son entrée dans la cavité 2. Par introduction de GPL, l'interface liquide-gaz remonte dans la cavité et le gaz occupant un volume moindre se condense. L'eau ayant une densité supérieure à celle du GPL, elle s'accumule dans le puisard 4 en dessous du GPL. Le puisard 4, d'une contenance approximative de quelques dizaines de m3, est divisé en deux compartiments 41 et 42 par un mur séparateur 7. Il est donc possible de faire varier les niveaux d'eau indépendamment de chaque côté du mur 7. Une pluralié de tubages disposés dans le puits 10 traversent le bouchon 9 et se prolongent jusque dans le puits compartimenté 4. Sur la figure 1, on a représenté quatre tubages comprenant chacun un tube de refoulement raccordé à une pompe. Deux tubages descendent dans le compartiment 41 et les deux autres tubages dans le compartiment 42. Dans le compartiment 41 par exemple, (mais il en est de même dans le compartiment 42), un des deux tubages pénètre dans un pot 51a (respectivement 61a) reposant au fond du puisard 4 et comporte en dessous de son extrémité ouverte, une pompe à GPL pour l'extraction du produit. Les orifices d'aspiration des pompes 51a et 61a sont donc situés à proximité du fond du puisard 4. Les deux autres tubages contiennent chacun une pompe d'exhaure pour refouler vers la surface l'eau accumulée dans le puisard 4. Chaque compartiment 41, 42 comprend donc un jeu de pompe constitué d'une pompe d'exhaure 52, 62 et d'une pompe à GPL 51, 61. Lorsque le stockage est en exploitation, le niveau d'eau dans le puisard 4 ne doit pas dépasser le haut du pot 51a, 61a, sinon le pot se remplirait d'eau et la pompe de produit se mettrait à aspirer de l'eau, ce qu'il faut éviter. Pour ce faire, la pompe d'exhaure est activée dès que l'eau dans le puisard 4 atteint un niveau maximum. Pour la détection de ce niveau maximum, une mesure de niveau d'eau 53, 63 est prévue dans chaque compartiment du puisard. Chaque jeu de pompe est donc complété par une mesure de niveau 53, 63 descendue dans le puits en traversant le bouchon 9. Un ou plusieurs tubes d'alimentation en GPL traversent également le bouchon 9 pour amener du GPL dans la cavité 2; cependant, ces tubes ont été volontairement omis sur la figure 1, car n'intervenant pas dans la présente invention. Afin que les différentes phases dans la cavité 2 et le puisard 4 puissent être plus facilement discernées, les volumes qu'elles occupent ont été caractérisés par des motifs différents: entre autre le GPL est représenté par des "tildes" et l'eau par des hachures. On voit sur la figure 1 que le niveau de l'eau 2c dans le compartiment 4 1 est plus bas que dans le compartiment 42. En fait le compartiment 41 est en exploitation alors que le compartiment 42 est mis en sécurité pour maintenance. La pompe d'exhaure 52 et la pompe GPL 51 sont en marche et remontent l'eau d'exhaure et du GPL vers la surface. Le compartiment voisin 42 est inondé d'eau jusqu'au niveau du faîte du mur 7. Les pompes d'exhaure 62 et de GPL 61 sont à l'arrêt et leurs tubages respectifs sont remplis d'eau jusqu'à un niveau déterminé par la pression d'équilibre hydrostatique. Lorsque le compartiment 42 est ainsi mis en sécurité, il est possible de remonter les pompes dans leur tubage pour effectuer les opérations de maintenance nécessaires. Pendant ce temps, le compartiment 41 reste en exploitation. Ainsi, le site peut être exploité en permanence, hormis dans le cas exceptionnel d'une panne simultanée des deux jeux de pompe. Dans le mode d'exploitation préféré, le compartiment 41 est exploité en permanence alors que le compartiment 42 reste à l'état d'arrêt, en situation de mise en sécurité. On peut donc parler d'un compartiment d'exploitation normale 41 et d'un compartiment de secours 42 en attente d'être mis en service lors de la maintenance du compartiment 41. L'eau dans le compartiment 42 n'est pas pompée et déborde par dessus le mur 7 dans le compartiment voisin 41. Avantageusement, le faîte 71 du mur 7 est situé à un niveau inférieur à celui du radier 3, de préférence environ 30 cm. Le niveau du radier n'étant pas parfaitement plan, car réalisé au moyen d'engins d'extraction, il est plus sûr pour assurer ce débordement de limiter le mur 7 à un niveau sensiblement inférieur au niveau du radier. Un débordement d'eau dans la cavité n'est pas préjudiciable au site, mais le niveau d'eau dans la cavité 2 est difficilement mesurable étant donné sa superficie. L'eau débordant du compartiment 42 est pompé par la pompe d'exhaure 52 du compartiment 41 en fonctionnement permanent. Lorsque la maintenance du jeu de pompe du compartiment 42 est terminée et que son exploitation peut recommencer, l'eau qui le remplit est pompée dans le compartiment 4 au moyen de la pompe à GPL 61. L'utilisation de la pompe à GPL jusqu'alors impossible du fait de la mauvaise qualité de l'eau pompée, est rendue possible par le compartimentage du puisard 4. Cette utilisation accélère l'opération de remise en exploitation du compartiment 42. Une fois le niveau d'eau établi à hauteur du haut du pot 61a, on continue à pomper l'eau d'exhaure au moyen de la pompe d'exhaure 62 pour maintenir un niveau sensiblement constant dans le compartiment 42. L'eau refoulée dans le compartiment 41 par la pompe à GPL 61 est alors pompée par la pompe d'exhaure 52 garantissant une teneur minimum de GPL dans l'eau pompée et rejetée à la surface. Lorsque le pot 61 est vidé de son eau, l'exploitation du compartiment 41 peut redémarrer. Ainsi, la maintenance du jeu de pompe du compartiment 42 peut être effectuée tout en gardant le compartiment 41 en exploitation. Le site peut de ce fait être exploité en continu sans jamais subir aucune interruption. Dans sa réalisation favorite, l'invention prévoit un compartimentage du puits 4 avec le compartiment 42 destiné à être laissé en sécurité situé du côté de l'extrémité de la cavité, comme représenté sur la figure 2. Ainsi, l'eau collectée par le compartiment 42 ne peut provenir que de parois constituant l'extrémité de la cavité 2 et de la partie de puisard 4 formant le compartiment 42. La quantité d'eau collectée est donc extrêmement faible en comparaison de celle du compartiment 41 qui reçoit la presque totalité de l'eau suitant dans la cavité 2. L'eau se dirige de préférence dans le compartiment 41 et laisse donc le compartiment 42 pratiquement exempt d'eau. Selon une forme de réalisation de l'invention, le compartiment 42 est pourvu au niveau du radier 3 d'un muret de canalisation 8 rehaussant et entourant ledit compartiment 42 pour canaliser l'eau d'exhaure ruisselant dans la cavité 2 dans le compartiment voisin 41. Ce cette manière, le compartiment 42 ne se remplit donc qu'avec l'eau d'exhaure provenant de l'intérieur du compartiment 42, c'est-à-dire de son fond et ses parois latérales, en excluant l'eau provenant de la cavité 2. Ceci a pour résultat d'assécher encore plus le compartiment 42. D'ailleurs, le compartiment 42 reçoit si peu d'eau d'exhaure qu'il n'est plus nécessaire de prévoir un ballon coalesceur pour le GPL pompé à partir dudit compartiment 42. Lorsque le GPL est introduit dans la cavité, il se crée une émulsion d'eau de GPL qui risque alors d'être pompée par la pompe à GPL. Le ballon coalesceur a justement pour fonction de reformer des gouttelettes d'eau de taille plus importante afin qu'elles tombent au fond du puisard 4. Cependant, l'utilisation d'un ballon coalesceur est source de danger du fait qu'il est sous pression élevée et qu'il doit être installé en surface. La présente invention, en mettant en oeuvre des moyens de conception simple, permet d'améliorer la productivité d'un tel site de stockage. Revendications 1.- Stockage souterrain comprenant une cavité (2) destinée à accueillir un hydrocarbure sous forme liquide à une température supérieure à O C, l'hydrocarbure ayant à l'état liquide une densité inférieure à celle de l'eau et une miscibilité très limitée avec l'eau, ladite cavité (2) étant formée dans un sous-sol (1) imprégné d'eau exerçant au niveau de la cavité (2) une pression hydrostatique suffisante pour maintenir l'hydrocarbure contenu dans la cavité à l'état liquide, la cavité (2) ayant un radier (3) dans lequel est formé un puisard (4) destiné à recueillir l'eau d'exhaure, au moins deux jeux de pompe (5, 6) comprenant chacun au moins une pompe d'exhaure (52, 62) et une pompe à hydrocarbure (51, 61) étant prévues pour pomper l'eau d'exhaure et l'hydrocarbure à partir de puisard (4), caractérisé en ce qu'au moins un mur séparateur (7) divise le puisard (4) en compartiments (41, 42) comprenant chacun un jeu de pompe (5, 6). 2.- Stockage souterrain selon la revendication 1, dans lequel le mur séparateur (7) comporte une extrémité supérieure formant faîte (71) située à un niveau inférieur à celui du radier (3) à proximité du puisard (4). 3.- Stockage souterrain selon la revendication 2, dans lequel le faite (71) du mur séparateur (7) est situé à environ 30 cm en dessous du niveau du radier (3) à proximité du puisard (4). 4.- Stockage souterrain selon les revendications 1, 2 ou 3, dans lequel au moins l'un desdits compartiments (41, 42) est pourvu au niveau du radier d'un muret de canalisation (8) rehaussant et entourant ledit compartiment pour canaliser l'eau d'exhaure ruisselant dans la cavité dans un compartiment voisin. 5.- Stockage souterrain selon la revendication 4, dans lequel la cavité (2) a une forme allongée présentant à l'un de ses extrémités un niveau de radier inférieur, le puisard (4) étant formé à proximité de ladite extrémité avec le compartiment (42) pourvu d'un muret de canalisation (8) situé vers l'extrémité de la cavité.