Brevet FR2751374A1 — publié le 19980123

L'invention a pour objet un procédé pour creuser, par dissolution, une cavité dans un terrain contenant en majorité du sel. L'invention vise plus particulièrement à obtenir, après creusement, une cavité permettant le stockage d'un fluide et notamment de gaz naturel dans une mine de sel dont la hauteur est d'environ une centaine de mètres. Le terme hauteur devra être compris dans la suite de la description au sens de l'élévation. Compte-tenu des sollicitations auxquelles la cavité doit. être soumise pendant son exploitation en tant que stockage du gaz, il est nécessaire de maîtriser la propagation de la dissolution afin d'obtenir une cavité finale présentant une forme mécaniquement stable. Or, s'il est relativement aisé de contrôler la dissolution lorsque la mine atteint ou même dépasse un millier de mètres, cette opération est plus délicate lorsque le sel est stratifié. En effet, l'épaisseur de sel disponible ne dépassant alors que rarement quelques centaines de mètres, on est amené à réaliser des cavités dont la largeur est au moins égale à la hauteur. Certes, il est connu pour creuser une mine de sel par dissolution: - de réaliser un conduit d'injection, un conduit d'extraction et une ébauche d'espace de communication mettant en liaison les conduits d'injection et d'extraction, - d'injecter, par le conduit d'injection, un solvant du sel dans l'espace de communication, et - d'extraire, par le conduit d'extraction, la saumure formée par la dissolution du sel au contact du solvant. Une fois l'ébauche de l'espace de communication réalisée, en imposant au solvant de le traverser de part en part, on creuse cet espace de communication progressivement et au fur et à mesure de la dissolution du sel à son contact, jusqu'à réaliser la cavité finale. Mais, cette technique est coûteuse, car rapporté au volume de la cavité finale de forme mécaniquement stable, le nombre d'opérations de mise en oeuvre est relativement important (en particulier la réalisation des conduits et de l'ébauche de l'espace de communication). Pour résoudre ces problèmes, l'invention propose que, préalablement à l'injection du solvant dans l'espace de communication, on réalise au moins une ébauche de tunnel borgne, laquelle: - s'étend entre une extrémité ouverte et une extrémité close et, - est en liaison avec l'espace de communication par son extrémité ouverte afin de permettre la circulation du solvant et la dissolution du sel dans le tunnel borgne. Cette solution possède notamment comme avantage, de permettre un éventail varié de formes de cavité et une exploitation de la mine dans de nombreuses directions. Elle permet en outre d'augmenter sensiblement le volume de la cavité finale pour une stabilité mécanique donnée, ce qui réduit notablement le coût de l'opération de creusement rapportée au volume de la cavité. En effet, la seule contrainte majeure pourra ne plus être en pratique que de disposer l'extrémité ouverte de (ou des) l'ébauche(s) du tunnel(s) borgne(s) dans l'ébauche de l'espace de communication, de telle sorte que les ébauches du tunnel borgne et de l'espace de communication puissent communiquer. Il sera alors très avantageux de multiplier le nombre d'ébauches de tunnels borgnes en liaison avec l'espace de communication. Cette solution est d'autant plus remarquable, qu'elle présente un effet surprenant. En effet, un tunnel borgne ne favorise a priori pas l'entrée et la circulation du solvant, encore moins le brassage du solvant et la dissolution du sel. Telle est pourtant la réalité. Dans toute la description, le terme "ébauche" désigne l'état initial d'un espace ou d'un tunnel (avant dissolution du sel par le solvant). Afin d'améliorer la dissolution dans le tunnel borgne, l'invention propose qu'à l'endroit de la liaison entre l'ébauche de l'espace de communication et l'ébauche du tunnel borgne (lequel endroit pourrait être disposé a priori n'importe o le long de l'ébauche d'espace de communication entre les deux conduits), on puisse réaliser l'extrémité ouverte de l'ébauche du tunnel borgne en surplomb de l'espace de communication. Une variante permettant également d'améliorer la dissolution dans le tunnel borgne consiste à: - réaliser l'extrémité ouverte de l'ébauche du tunnel borgne à proximité du conduit d'injection, - faire circuler le solvant dans le conduit d'injection et le faire ressortir de ce conduit par une extrémité formant point d'injection dans la cavité, - réaliser l'ébauche du tunnel borgne avec la partie de son extrémité ouverte en surplomb du point d'injection. Afin d'améliorer encore la dissolution dans le tunnel borgne, l'invention propose que: - on réalise les conduits d'injection et d'extraction distants l'un de l'autre, - on ménage une partie allongée dans l'ébauche de l'espace de communication, - on réalise l'ébauche du tunnel borgne et la partie allongée de l'ébauche de l'espace de communication sensiblement dans le prolongement l'un de l'autre, et le conduit d'injection entre l'ébauche du tunnel borgne et la partie allongée de l'espace de communication. Par contre, si l'on souhaite réduire les coûts de réalisation d'une cavité ou augmenter l'éventail des formes réalisées, l'invention propose de disposer sensiblement coaxialement les conduits d'injection et d'extraction de sorte que l'un de ces conduits est situé au centre et est entouré par l'autre, au moins sur une partie de sa longueur axiale. Il n'y a alors plus qu'un trou à creuser pour réaliser les deux conduits. L'invention va apparaître encore plus clairement dans la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre en coupe une première forme d'ébauche de cavité réalisée dans une mine de sel, - la figure 2 montre en coupe une première forme de cavité obtenue à partir de l'ébauche de la figure 1 après creusement par dissolution d'une partie du sel contenu dans la mine, - la figure 3 montre en coupe une deuxième forme de cavité obtenue après creusement par dissolution d'une partie du sel contenu dans la mine, - la figure 4 montre en coupe une troisième forme de cavité obtenue après creusement par dissolution d'une partie du sel contenu dans la mine. A la figure 1, est illustrée une mine de sel 1 se présentant sous forme stratifiée et comprise entre deux couches minérales contenues dans le sol 10. Un conduit d'injection 16 et un conduit d'extraction 18 ont été disposés dans deux puits, après creusement de ceux-ci, sensiblement verticalement entre le niveau du sol et une ébauche la de cavité creusée dans la mine de sel 1. Ces conduits comprennent une extrémité située au niveau du sol 16a, 18b et une extrémité 16b, 18a située dans l'ébauche la de cavité. Les extrémités 16b, 18a situées dans l'ébauche de cavité la sont reliées par une ébauche 4 d'espace de communication. Ici, l'ébauche 4 de l'espace de communication a été forée à partir du conduit 18. L'axe de forage 13 a été représenté en trait interrompu. Le diamètre de l'ébauche est d'environ 6 cm et de préférence inférieure à 10 cm. L'ébauche 4 de l'espace de communication comporte une partie allongée et sensiblement rectiligne et horizontale 4c comprise entre une partie extrême 4b en liaison avec le conduit d'extraction 18, et une autre partie extrême 4a entourant le conduit d'injection 16 sur une partie de sa longueur, à proximité de son extrémité 16b formant point d'injection dans la cavité. Une ébauche 2 de tunnel borgne a été réalisée par prolongement de la partie allongée 4c de l'ébauche 4 de l'espace de communication au-delà du conduit d'injection 16. Cette ébauche 2 de tunnel borgne comprend ainsi une extrémité close 2b et une extrémité ouverte 2a communicant avec l'ébauche 4 de l'espace de communication. L'extrémité ouverte 2a surplombe le point d'injection 16a, de sorte que sa partie basse est plus haute que le point d'injection 16b. A la figure 2, on injecte un solvant (ici de l'eau) tel qu'illustré par la flèche 17 par l'extrémité 16a du conduit d'injection 16. L'eau ressort du conduit 16 par le point d'injection 16b o elle est injectée dans l'extrémité 14a de l'espace de communication tel qu'illustré par les flèches 15a. L'eau injectée étant moins dense que la saumure, celle-ci monte en partie supérieure de la cavité lla. L'eau injectée circule de l'extrémité 14a de l'espace de communication vers la partie allongée 14c de l'espace de communication 14 et le tunnel borgne 12. Tel qu'illustré par les flèches 15c, 15e, l'eau creuse la mine de sel en dissolvant le sel, de sorte qu'après creusement, les ébauches 4; 2 de l'espace de communication et du tunnel borgne forment l'espace de communication 14 et le tunnel borgne 12 de largeur, de longueur et de hauteur supérieures à leur ébauche respective. L'eau chargée en sel formant saumure circule alors en partie inférieure de l'espace de communication 14 et du tunnel borgne 12 tel qu'illustré par les flèches 15d, 15f. La saumure passe du tunnel borgne 12 vers la partie allongée et horizontale 14c de l'espace de communication 14. En appliquant une pression d'injection supérieure à la pression d'extraction, la saumure circule de la partie allongée 14c de l'espace de communication 14 vers le conduit 18 via l'extrémité 14b de l'espace de communication 14, tel qu'illustré par la flèche 15b. A la figure 3, les éléments correspondant à ceux de la figure 2 ont été repérés par un numéro augmenté de 10. Cette figure se différencie essentiellement de la figure 2 en ce que les circuits d'injection 26 et d'extraction 28 sont disposés coaxialement. Le circuit d'injection 26 descendant le plus bas dans la cavité 21a, il est situé à l'intérieur et le circuit d'extraction 28 à l'extérieur. Le circuit d'extraction 28 entoure le circuit d'injection sur la majeure partie de sa longueur. Du fait de cette conformation particulière, l'espace de communication ne comprend plus ici de partie allongée horizontale et est réalisé entièrement autour du circuit d'injection 26, entre les extrémités 26b, 28a des conduits d'injection et d'extraction. Le forage de l'ébauche d'espace de communication pourra être obtenu aisément en même temps que celui destiné au conduit d'extraction. L'axe 23 de l'ébauche de tunnel borgne a été représenté en trait interrompu. La circulation d'eau, et donc de saumure, est réalisée à l'aide d'une pompe de compression 30 injectant l'eau sous pression dans le conduit d'injection 26 tel qu'indiqué par la flèche 27. A la figure 4, les éléments correspondant à ceux de la figure 3 ont été repérés par un numéro augmenté de 10. Cette figure se différencie essentiellement de la précédente en ce qu'une deuxième ébauche 43 de tunnel borgne a été réalisée. Cette figure illustre la réalisation de multiples tunnels borgnes 32, 42 en liaison fluide par leur extrémité ouverte 32a, 42a avec l'espace de communication 34. L'eau injectée par le point d'injection 36b monte puisqu'elle est moins dense que la saumure contenue dans la cavité et que le point d'injection est situé sous les extrémités ouvertes 32a, 42a des trous borgnes. L'eau se répartit ensuite entre les différents tunnels borgnes et les creuse en se chargeant en sel. La saumure ainsi formée a ensuite tendance à descendre dans l'extrémité 34a de l'espace de communication, tel qu'illustré par les flèches 35c. En pratique, le flux 35a d'eau injectée dirige la saumure vers l'extrémité 38a du tube d'extraction 38, tel qu'illustré par les flèches 35b. La saumure est alors extraite par le tube d'extraction 38. Sur cette figure 4, la circulation d'eau, et donc de saumure, est réalisée à l'aide d'une pompe d'aspiration 40 aspirant la saumure par l'intermédiaire du tube d'extraction 38, tel qu'indiqué par la flèche 39. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus. Ainsi, on pourrait prévoir d'inverser les conduits d'injection et d'extraction, sans que cela modifie l'invention. On pourrait également prévoir de réaliser les ébauches de tunnels borgnes ou la partie allongée de l'espace de communication légèrement inclinées. Dans le cas des trous borgnes, l'extrémité ouverte doit nécessairement être plus basse de l'extrémité close en raison de la plus forte densité de la saumure par rapport à l'eau injectée. Revendications 1. Procédé pour creuser, par dissolution, une cavité (la) dans un terrain (1) contenant en majorité du sel, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: - réaliser un conduit d'injection (16, 26, 36), un conduit d'extraction (18, 28,38) et une ébauche (4) d'espace de communication (14,24, 34) mettant en liaison les conduits d'injection et d'extraction, injecter, par le conduit d'injection, un solvant du sel dans l'espace de communication (4,14,24,34), - extraire, par le conduit d'extraction, la saumure formée par la dissolution du sel au contact du solvant, caractérisé en ce que, préalablement à l'injection du solvant dans l'espace de communication, on réalise au moins une ébauche (2) de tunnel borgne (12, 22,32,42): - qu'on fait s'étendre entre une extrémité ouverte (2a) et une extrémité close (2b), et - qu'on met en liaison avec l'espace de communication par son extrémité ouverte afin de permettre la circulation du solvant et la dissolution du sel dans le tunnel borgne. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise l'extrémité ouverte (2a) de l'ébauche (2) du tunnel borgne (12, 22, 32, 42) en surplomb de l'ébauche de l'espace de communication (4, 14, 24, 34), à l'endroit de leur liaison. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - on réalise l'extrémité ouverte (2a) de l'ébauche (2) du tunnel borgne (12,22,32,42) à proximité du conduit d'injection (16, 26,36), et - on fait circuler le solvant dans le conduit d'injection et ressortir de ce conduit par une extrémité (16b, 26b, 36b) formant point d'injection dans la cavité, - on réalise l'ébauche du tunnel borgne avec son extrémité ouverte en surplomb du point d'injection. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on dispose sensiblement coaxialement les conduits d'injection (16, 26, 36) et d'extraction (18, 28, 38) de sorte que l'un de ces conduits est situé au centre et est entouré par l'autre, au moins sur une partie de sa longueur axiale. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que: - on réalise les conduits d'injection (16) et d'extraction (18) distants l'un de l'autre, - on ménage une partie allongée (4c) dans l'ébauche de l'espace de communication, - on réalise l'ébauche du tunnel borgne (2) et la partie allongée (4c) de l'ébauche de l'espace de communication (4) sensiblement dans le prolongement l'un de l'autre, et le conduit d'injection (16) entre l'ébauche du tunnel borgne (2) et la partie allongée (4c) de l'ébauche de l'espace de communication (4). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on réalise plusieurs ébauches de tunnels borgnes (33,43) en liaison avec l'espace de communication (34). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on réalise l'ébauche (2) du tunnel borgne avec un diamètre inférieur à 10 cm. 8. Cavité obtenue par la mise en ceuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.