Brevet FR2850631A1 — publié le 20040806

La présente invention concerne un procédé de récupération d'une cargaison de liquides polluants à bord d'une épave coulée par grande profondeur. Elle s'applique plus particulièrement aux produits pétroliers ou chimiques enfermés à l'intérieur d'épaves profondes de pétroliers ou de chimiquiers. Les naufrages de navires interviennent souvent en mer ouverte à la suite de collision avec un autre navire ou de rupture de coque face aux sollicitations de la mer. Lors de ces accidents certains compartiments du navire sont inondés et le navire peut se casser et couler par perte de flottabilité. Une partie de sa cargaison se libère au moment du naufrage et entraîne alors une 10 marée noire dans le cas de produits pétroliers. Ces marées noires sont des catastrophes économiques et environnementales pour tout le littoral concerné. Une autre partie de la cargaison peut aussi se retrouver au fond, prisonnière à l'intérieur des compartiments qui ont le moins souffert. Dans ce cas l'épave constitue alors une véritable bombe 15 à retardement dans la mesure ou la corrosion fait son oeuvre et quelques dizaines d'années après, des ruptures peuvent se produire et engendrer une nouvelle marée noire et une nouvelle catastrophe. Il est donc important à la suite d'un naufrage de vérifier si une partie significative de la cargaison 20 est restée prisonnière et de pouvoir la récupérer pour éviter dans l'avenir une nouvelle catastrophe. Les lois de l'hydrodynamique et la morphologie des grands fonds, font que, par grande profondeur, la grande majorité de ces épaves sont à l'endroit et à peu près horizontales. 25 Il n'en est pas de même pour les épaves peu profondes qui peuvent se présenter à l'envers parce que, ayant chaviré lors du naufrage, elles n'ont pas eu le temps de se redresser lors de leur courte descente vers le fond. On sait actuellement, par faibles profondeurs (de l'ordre de 100 mètres), intervenir au moyen de plongeurs (éventuellement assistés de robots) et installer des vannes de coques et des moyens de pompage afin de soutirer la cargaison et la récupérer à bord du navire d'intervention. On ne sait pas actuellement intervenir pour pomper une cargaison de liquide polluants par grande profondeur (plus de 1000 mètres) et encore moins par très grande profondeur (plus de 3000 mètres). Bien que de nombreux concepts de traitement aient été imaginés (sarcophages, neutralisation chimiques, entonnoirs récupérateurs), il n'existe pas actuellement de procédé de pompage profond qui ait été développé. Une des difficultés est de concevoir une conduite de grand diamètre et son système de déploiement par grande profondeur. Actuellement dans le domaine du forage pétrolier, les profondeurs d'eau maximum atteintes sont inférieures à 3000 mètres. Les matériaux actuellement 10 utilisés (acier à haute résistance) pour la fabrication du conduit vertical de retour, le comportement dynamique de la conduite et de son système de manutention ne permettent pas d'aller plus profond. Ces problèmes seront vraisemblablement développés dans l'avenir mais au prix de longues études et qualifications. Une autre difficulté est la grande viscosité de certains produits. La viscosité du fuel lourd peut atteindre 300 000 centistokes à 2 (température du fond des océans). Ce produit est généralement transporté chaud pour abaisser sa viscosité afin de pouvoir être pompé au travers de conduites. Le chauffer au fond demanderait un apport d'énergie conséquent et les temps de remontée sont tels qu'il faudrait isoler la conduite pour éviter que le produit ne refroidisse. 20 Une autre difficulté est le perçage et l'installation de vannes de coque et de canalisations. Ce qui est possible au moyen de plongeurs devient difficilement concevable et risqué au moyen de dispositifs ou de véhicules télé-opérés qui ne peuvent travailler de façon satisfaisante que dans un environnement bien défini. Une épave représente un environnement très risqué pour un dispositif télé- opéré à partir d'un ombilical (nombreuses obstructions, débris, amarres flottantes et géométrie incertaine). Et d'ailleurs un certain de véhicules télé-opérés ont été perdus dans le passé sur des épaves, le plus souvent suite à un accrochage et à une rupture de leur fragile ombilical. L'inventeur a déjà développé dans le passé un procédé de récupération de cargaisons (solides) enfermées dans des épaves profondes (Brevet FR 94 02753). Ce procédé original, opéré à partir d'un navire de forage à positionnement dynamique, comporte une tenaille lourde de grande puissance et un module de contrôle équipé de propulseurs, disposés à la partie inférieure du train de tige. Ce procédé a été exploité en continu pendant plusieurs années et a permis de récupérer pour la première fois des milliers de tonnes de cargaisons de grande valeur à des profondeurs de à 3500 mètres. Le dispositif utilisé était capable d'intervenir jusqu'à 6000 mètres. Au cours de son exploitation, ce procédé a toujours montré une grande efficacité et sécurité de travail en raison d'une grande précision de positionnement, d'une grande protection et d'une force de travail étonnante (environ 200 tonnes d'effort d'arrachement). A partir de ce savoir faire unique, l'inventeur propose un nouveau procédé de récupération de cargaisons de liquides polluants par pompage à partir d'un navire de forage. Le procédé, objet de l'invention, consiste, à partir d'un navire de forage équipé d'un train de tige, à perforer verticalement la paroi de l'épave au moyen d'un outil creux équipé d'un obturateur et d'une embase d'étanchéité pivotante, à pomper le liquide à partir du fond et à abandonner l'outil obturateur au travers de la paroi de l'épave. Le train de tige est une conduite épaisse et résistante de faible section intérieure entre (120 mm et mm) qui peut sembler inadaptée au pompage de fluide visqueux sur de très grandes longueurs à cause des pertes de charge en ligne. Les pressions nécessaires (plusieurs centaines de bars) pour obtenir des débits efficaces (plus de 100 mètres cube par jour par exemple) seraient telles qu'elles engendreraient de très fortes contraintes à l'intérieur du train de tige et nécessiteraient l'installation au fond d'une pompe de très forte puissance (plusieurs centaines de KW), puissance difficile à transmettre dans des ombilicaux électriques conventionnels. Pour un débit et une longueur de conduite donnés (profondeur d'intervention), la pression nécessaire (en écoulement laminaire d'un fluide Newtonien) est inversement proportionnelle à la 25 puissance 4 du diamètre de la conduite, et proportionnelle à la viscosité. Habituellement, dans les applications terrestres, la solution pour diminuer les pertes de charge est d'augmenter le diamètre du conduit. Mais on a vu plus haut que cela est très difficile, compte tenu des limitations des conduits marins actuels. La solution reste donc d'abaisser la viscosité du 30 produit en injectant au fond un fluidifiant qui, dans le cas du fuel lourd, ne peut être de l'eau car on obtiendrait une émulsion de viscosité supérieure au produit initial. De façon connue des solvants, comme par exemple le gazole, l'huile de colza, le méthanol dans le cas du fuel lourd, permettent d'abaisser la viscosité du liquide pompé dans des proportions intéressantes et permettent de gagner un facteur de 10 à 100 sur la viscosité, suivant les proportions injectées. Les pressions et puissances de pompage nécessaires sont donc réduites dans le même facteur et permettent alors d'utiliser un conduit de petit diamètre comme le train de tige, avec l'obtention d'un débit satisfaisant. Le dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé est décrit en référence aux dessins annexés: - La figure 1 représente une vue d'ensemble du dispositif selon l'invention. - La figure 2 représente une vue d'ensemble du dispositif opérant sur la coque de l'épave. 10 - La figure 3 représente une vue d'ensemble du dispositif installé à bord du navire. - La figure 4 représente une coupe détaillée du dispositif. - La figure 5 représente une coupe détaillée du corps de pompe. - La figure 6 représente une coupe détaillée du poinçon obturateur et de son embase d'étanchéité. - La figure 7 représente une coupe détaillée du corps de pompe et du dispositif d'entraînement de la fraise. - La figure 8 représente une coupe détaillée de la fraise obturateur et de son embase d'étanchéité. La figure 1 représente une vue d'ensemble du dispositif (1), disposé à la partie inférieure du train de tige (2) et opéré à partir du navire de forage à positionnement dynamique (3). L'ensemble du train de tige et du dispositif représente, par exemple, un poids dans l'eau de l'ordre de 150 tonnes à 3000 mètres de profondeur. Du fait de ce poids important, le dispositif répond rapidement à tout déplacement surface et est donc facilement positionné au fond en X/Y par le positionnement 25 dynamique surface, et en Z par le système de manutention qui comporte de façon connue, un compensateur de houle. La figure 2 représente une vue d'ensemble du dispositif opérant sur la coque (4) de l'épave. Le produit polluant (5) plus léger que l'eau se trouve prisonnier sous le pont de l'épave (6). Le 30 poinçon obturateur (7) est enfoncée sous le poids du corps de pompe (8) avec l'embase d'étanchéité (9) en contact avec le pont. Un module de contrôle (10) équipé de propulseurs (11) permet de contrôler l'ensemble du dispositif et d'ajuster finement sa position au fond. La puissance électrique et la télé-transmission sont transmis par l'ombilical électrique (12) depuis le poste de pilotage surface. L'ombilical est fixé au train de tige au moyen de colliers (13) régulièrement espacés le long de ce dernier. Un autre poinçon obturateur (7) ayant servi à pomper une autre cuve de l'épave est montré s abandonné au travers du pont, l'étanchéité étant alors assurée par l'obturateur et l'embase d'étanchéité. La figure 3 représente une vue d'ensemble du dispositif installé à bord du navire. Le derrick (14) servant au déploiement du train de tige est composé d'un plancher de forage (15) situé à 8 mètres 10 au dessus du pont du navire (16). De façon connue, les tiges de 10 mètres sont assemblées par 3 (17). Ces tiges sont manutentionnées au travers d'un puit central de grande ouverture, au moyen du moufle (18) et de coins engagés dans une boite à coins amovible, qui peut être montée dans la table de rotation (19). Ces coins permettent de reprendre le poids du train de tige avant qu'un nouvel ensemble de 3 tiges ne soit connecté. Le module de contrôle (10) ainsi que le corps de pompe (8) sont d'un diamètre qui correspond à celui de la table de rotation. A titre d'exemple, la plupart des navires de forage profond possèdent une table de rotation de 1.20 mètres de diamètre de passage. L'ombilical électrique (12) est manutentionné par un treuil à tension constante et déployé le long du train de tige par l'intermédiaire d'une poulie (20) fixée sous le plancher de forage au droit de la table de rotation. Cet ombilical est fixé manuellement au moyen de colliers le long du train de tige depuis la passerelle légère (21) installée au dessus du puit. Dans le cas d'intervention sur des liquides à forte viscosité, un deuxième ombilical (22) est chargé d'acheminer le fluidifiant. f est 25 manutentionné de manière identique à l'ombilical électrique. Un chariot (23) porte un certain nombre de poinçons obturateur (7) (ou fraises obturateur) destinés à perforer et à pomper les différentes cuves de l'épave. Ce chariot permet d'amener chaque poinçon (ou fraise obturateur) au droit du cône d'entrée du corps de pompe afin de le 30 connecter. Un joint tournant porteur (24) est disponible pour être connecté au sommet du train de tige lorsque le dispositif est au fond, afin d'évacuer le liquide polluant vers le dispositif surface de traitement (brlage par exemple dans une torchère) ou de stockage installé à bord du navire. La figure 4 représente une coupe détaillée du dispositif. L'ensemble du dispositif est supporté par une noix de reprise d'effort (25) connectée à l'extrémité inférieure du train de tige (26). Le module de contrôle (10) comporte un tube central (27) sur lequel sont fixés tous les équipements intérieurs. Ce tube est traversé par le train de tige. La partie inférieure du module de contrôle repose et est boulonnée sur la noix, tandis que la partie supérieure est guidée sur le train de tige par l'intermédiaire de deux demi-lunes (28) boulonnées sur la partie supérieure du module. Cette solution présente l'avantage d'isoler le module des efforts importants qui le 10 traversent et d'éviter un encastrement trop rigide pour l'extrémité du train de tige. Suivant une technologie éprouvée dans le domaine des véhicules sousmarins télé-opérés, le module de contrôle est équipé d'une centrale hydraulique (29) alimentée par l'ombilical électrique. Cette centrale fournit la puissance aux 2 propulseurs longitudinaux (30), aux 2 propulseurs latéraux (31), au vérin d'entraînement de la pompe (32), ainsi qu'à différents autres actionneurs. Le module de contrôle est équipé de 2 caméras (33) de vision d'ensemble et de 2 projecteurs. Il comporte en outre un certain nombre de capteurs, notamment de roulis-tangage afin de surveiller la verticalité du dispositif en opération pour éviter tout risque de flexion du train de tige. Le module de contrôle dispose d'un certain nombre de portes pivotantes pour 20 assurer sa maintenance au niveau du plancher de forage. Une rainure (34) permet de protéger les ombilicaux lorsque le module passe en surface au travers de la table de rotation. Un rayon (35) sert de chaumard afin de maintenir un rayon de courbure minimum lorsqu'il est soumis à son propre poids. 25 Le corps de pompe (8) est une pièce massive lourde (environ 50 tonnes) qui fournit l'effort nécessaire à l'enfoncement du poinçon obturateur (7) au travers de la coque de l'épave. Ce poids en bas est nécessaire car le train de tige doit toujours travailler en tension, En aucun cas, le poids du train de tige ne pourrait être appliqué au poinçon sans risques de flexion du train de tige. Le 30 corps de pompe est connecté à la noix au moyen de boulons haute résistance. La figure 5 représente une vue détaillée du corps de pompe. La pompe (36) est une pompe à piston à double effet, entraînée par un vérin à double effet (37). Dans la phase de remontée du piston (38) la chambre annulaire inférieure est alimentée en pression et dans la phase de descente la chambre supérieure et la chambre inférieure sont alimentées en même temps. La section du piston étant le double de celle de la tige (39), l'effort moteur est identique à la remontée et à la descente. La tige du vérin entraîne le mouvement alternatif continu du piston de la pompe qui est équipé d'un clapet à ressort (40). Un autre clapet (41) est disposé à l'entrée de la pompe. Dans l'exemple illustré les sections sont telles que le débit et la pression du liquide pompé sont identiques à ceux de l'huile de la centrale hydraulique. Un accumulateur disposé à la sortie de la pompe permet de lisser les discontinuités de débit et de pression chaque fois que le piston de la pompe arrive en fin de course. Une tête d'injection de diluant équipée de gicleurs (42) est disposée de façon préférentielle à l'entrée de la pompe, ceci afin de diminuer la pression nécessaire à l'injection du fluidifiant. 15 Le corps de pompe dispose à son extrémité inférieure d'un cône male (43) destiné à s'accoupler avec le cône femelle (44) du poinçon. Un dispositif de doigts de verrouillage (45) actionnés par un vérin transversal (46) est destiné à venir s'engager dans la gorge (47) du cône femelle du poinçon. Une caméra (48) et des projecteurs sont disposés à la partie inférieure du corps de pompe afin d'avoir une vision détaillée lors des opérations de pénétration de la coque ou de re-entrée dans le cône femelle. Un sonar et un altimètre complètent avantageusement les équipements disposés à la partie inférieure du corps de pompe. La figure 6 représente une coupe détaillée du poinçon obturateur et de son embase d'étanchéité. De façon préférentielle, la section du poinçon est carrée et sa pointe (49) est de forme pyramidale en acier haute résistance. Elle est destinée à pénétrer au travers de la paroi du pont de l'épave 30 sous l'action du poids du corps de pompe. L'embase d'étanchéité du poinçon comporte une coussin d'étanchéité (50) monté sous un plateau pivotant (51) autour de la rotule (52). Ce plateau pivotant permet d'assurer l'étanchéité lorsque le poinçon est enfoncé verticalement même au travers d'une épave inclinée sur le fond. Le plateau pivotant comporte à sa partie supérieure un large cône (53) destiné à faciliter les opérations de réentrée du corps de pompe suite à une descente du dispositif après une période de maintenance en surface. Le poinçon comporte un conduit central d'aspiration (54) équipé d'entrées latérales (55). Ce conduit est équipé d'un clapet obturateur en ligne (56) qui s'ouvre automatiquement par l'intermédiaire d'un croisillon lors de l'introduction du cône male du corps de pompe dans le cône femelle du poinçon. La fonction de ce poinçon n'est pas seulement de percer un orifice de soutirage dans la coque du navire, mais aussi de pouvoir être mis en place à un autre endroit afin de créer un évent pour permettre une entrée d'eau d'équilibrage de pression. En effet il est possible que la cuve pompée ne soit pas en communication avec la mer, et que l'action de pompage puisse au bout d'un certain temps risquer de la déformer et de créer des fissures, qui risqueraient d'engendrer des 15 remontées non contrôlées de liquide polluant. La valeur de tarage du ressort de rappel du clapet est alors calculée en fonction de la dépression maximum pouvant être admise par la structure générale de l'épave. Les deux clapets de la pompe (40 et 41) interdisant tout débit de fluide vers le bas, il peut être 20 avantageux de pouvoir les ouvrir à la demande, afin d'utiliser le train de tige pour pouvoir injecter, à haut débit, depuis la surface et à l'intérieur de l'épave, un fluidifiant, un fluide de nettoyage ou un fluide de neutralisation, ou tout simplement pour vider la colonne une fois nettoyée, lors de la remontée, au fur et à mesure des déconnexions des tiges. Pour cela un vérin axial (57) situé en dessous du clapet d'aspiration (41) permet d'ouvrir à la fois ledit clapet, mais 25 aussi le clapet de refoulement (40) lorsque le piston (40) est maintenu en position basse. La figure 7 représente une coupe détaillée du corps de pompe et du dispositif d'entraînement de la fraise. Le dispositif d'entraînement de la fraise comprend un vérin linéaire (58) déplaçant un moteur rotatif (59) entraînant la fraise au moyen d'un accouplement (60) qui peut être désaccouplé après fraisage de la paroi de l'épave. Les autres éléments, pompe, cône, doigts de verrouillage sont identiques à ceux décrits précédemment. La figure 8 représente une coupe détaillée de la fraise obturateur et de son embase d'étanchéité après abandon au travers de la paroi de l'épave. La fraise (61) comporte un conduit central d'aspiration (62) équipé d'entrées latérales (63). Ce conduit est équipé d'un clapet obturateur en ligne (64) qui s'ouvre automatiquement sous l'action de la dépression de la pompe. La valeur du tarage du ressort de rappel est telle que le clapet ne peut s'ouvrir sous la faible pression du liquide au niveau du sommet de la cuve. Les autres éléments, embase d'étanchéité, rotule, cône d'entrée sont identiques à ceux décrits précédemment. La portée des revendications ne doit pas être considérée comme limitée à la forme préférentielle de réalisation décrite pour le procédé et son dispositif de mis en oeuvre. Le navire de forage et son train de tige conventionnels peuvent être un navire spécialement dédié à la manutention de conduites d'un diamètre supérieur à celui du train de tige. La pompe alternative à piston peut être remplacée par une pompe à déplacement positif du type à vis ou hélicodale tournant dans un corps en matière élastique. 15 La pompe peut être disposée plus haut sur le train de tige dans la mesure o les pertes de charges sont telles que la pression d'aspiration en bas n'atteint pas la valeur de zéro. L'invention est décrite dans une forme de réalisation plus particulièrement adaptée au pompage 20 difficile des liquides visqueux tels le fuel lourd par grande profondeur. Elle s'applique bien sr au pompage plus facile de liquide moins visqueux par faible profondeur. Dans ce cas des pompes conventionnelles du type centrifuge pourraient alors être utilisées. REVENDICATIONS 1. Procédé de récupération à partir d'un navire de forage d'une cargaison de liquides polluants enfermés à bord d'une épave profonde, caractérisé en ce qu'il consiste à perforer verticalement la paroi de l'épave au moyen d'un outil creux équipé d'un obturateur et d'une embase d'étanchéité pivotante, à pomper le liquide à partir du fond et à abandonner l'outil obturateur au travers de la paroi de l'épave. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il 10 est composé d'un corps de pompe pesant (8) installé à l'extrémité inférieure d'un train de tige (2) et d'un poinçon obturateur (7) qui peut être déconnecté et abandonné au travers de la paroi de l'épave. 3. Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le poinçon obturateur est équipé 15 d'une embase d'étanchéité composée d'un plateau pivotant (51) autour d'une rotule (52) et équipé d'un coussin d'étanchéité (50). 4. Dispositif suivant les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que le poinçon comporte un conduit central d'aspiration (54) équipé d'entrées latérales (55) et d'un clapet de fermeture (56). 20 5. Dispositif suivant les revendications 2, 3 et 4 caractérisé en ce que le poinçon est manutentionné par le corps de pompe (8) par l'intermédiaire d'un cône (43) et de doigts transversaux de verrouillage (45) actionnés par un vérin (46). 6. Dispositif suivant la revendication 4 et 5 caractérisé en ce que la fermeture du clapet (56) est actionnée par un ressort et son ouverture par l'extrémité du cône (43) du corps de pompe. 7. Dispositif suivant les revendications 2, 3 et 4 caractérisé en ce que la section du poinçon est carrée et sa pointe (49) pyramidale. 8. Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que la pompe (36) est une pompe à piston à double effet actionnée par un vérin à double effet (37). 9. Dispositif suivant la revendication 8 caractérisé en ce que la section du piston (38) du vérin est le double de la section de la tige (39). 10. Dispositif suivant la revendication 9 caractérisé en ce que les sections du piston de la pompe (36) et du piston du vérin (37) sont identiques. 11. Dispositif suivant les revendication 2 et 8 caractérisé en ce qu'un fluidifiant est injecté à l'aspiration de la pompe au moyen d'un ombilical (22) déployé le long du train de tige. 12. Dispositif suivant les revendications 2 et 8 caractérisé en ce que la pompe est équipée d'un clapet d'aspiration (41) et de refoulement (40). 13. Dispositif suivant la revendication 12 caractérisé en ce qu'un vérin axial (57) situé en dessous du clapet d'aspiration (41) permet d'ouvrir à la fois ledit clapet mais aussi le clapet de 15 refoulement (40) lorsque le piston de la pompe est maintenu à l'arrêt en position basse. 14. Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce qu'un module de contrôle (10) équipé de propulseurs (11) repose sur la partie supérieure du corps de pompe (8) par l'intermédiaire d'une noix (25) sur laquelle est connectée l'extrémité inférieure (26) du train de tige. 20 15. Dispositif suivant la revendication 14 caractérisé en ce que le module de contrôle (10) comporte un tube central (27) sur le quel sont fixés tous les équipements intérieurs. 16. Dispositif suivant la revendication 14 caractérisé en ce que le module de contrôle (10) comporte une rainure (34) destinée à protéger les ombilicaux (12) et (22) lorsque le module passe au travers de la table de rotation (19) du navire de forage. 17. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est composé d'un corps de pompe (8) installé à l'extrémité inférieure d'un train de tige (2) et 30 d'une fraise obturateur (61) qui peut être déconnectée et abandonnée au travers de la paroi de l'épave. 18. Dispositif suivant la revendication 17 caractérisé en ce que la fraise obturateur (61) est équipée d'une embase d'étanchéité composée d'un plateau pivotant (51) autour d'une rotule (52) et équipé d'un coussin d'étanchéité (50). 19. Dispositif suivant les revendications 17 et 18 caractérisé en ce que la fraise comporte un conduit central d'aspiration (62) équipé d'entrées latérales (63) et d'un clapet de fermeture (64). 20. Dispositif suivant les revendications 18 et 19 caractérisé en ce que l'embase d'étanchéité de la fraise est manutentionné par le corps de pompe (8) par l'intermédiaire d'un cône (43) et de 10 doigts transversaux de verrouillage (45) actionnés par un vérin (46). 21. Dispositif suivant les revendications 17, 18 et 19 caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement de la fraise (61) comprend un vérin linéaire (58) déplaçant un moteur rotatif (59) qui entraîne la fraise au moyen d'un accouplement (60). 15 22. Dispositif suivant la revendication 21 caractérisé en ce que l'accouplement (60) peut être désaccouplé après fraisage de la paroi de l'épave.