Brevet FR2968286A1 — publié le 20120608

Installation de captage et de stockage d'hydrocarbures s'échappant d'un puits sous-marin La présente invention est relative à une installation de captage et de stockage d'hydrocarbures s'échappant d'un puits sous-marin. L'invention s'applique à la récupération d'hydrocarbures sur un site d'éruption incontrôlé de pétrole et de gaz. Un accident récent dans le golfe du Mexique a mis en évidence la difficulté de contrôler et d'arrêter un puits pétrolier sous-marin en éruption, lorsqu'un système de confinement ne peut pas maintenir à la pression du puits. Par ailleurs, dans une telle situation, le captage et la remontée du fluide sont inutiles sans support adéquat en surface, alors que les moyens de surface nécessaires pour traiter un effluent pétrolier sont difficiles à mobiliser rapidement sur site. Le US-A-7 448 404 décrit une installation de stockage sous-marin d'hydrocarbures comportant une pluralité de réservoirs. Cependant, cette installation n'est pas adaptée pour l'intervention sur une fuite accidentelle d'hydrocarbures. En effet, il s'agit d'une structure rigide lourde, difficile à déployer rapidement et nécessitant des navires dédiés, qui ne sont généralement pas disponibles sur le site d'un accident pétrolier off-shore. De plus, tous les réservoirs sont reliés en parallèle à une conduite d'alimentation par des piquages munis de vannes, et ces piquages risquent de se boucher rapidement du fait de la formation d'hydrates résultant du refroidissement du mélange huile-gaz-eau issu du puits en éruption. L'invention a pour but de fournir une installation permettant de capter et de stoker au fond de la mer, en grande profondeur, du fluide en éruption pour une durée de quelques jours à quelques semaines, voire plus, en attendant de pouvoir le traiter en surface, l'installation étant relativement peut onéreuse et pouvant être déployée facilement et rapidement par un navire d'opportunité, type remorqueur, généralement mobilisable en un ou deux jours. A cet effet, l'invention a pour objet une installation de captage et de stockage d'hydrocarbures s'échappant d'un puits sous-marin, caractérisée en ce qu'elle comprend : - une pluralité de réservoirs comportant chacun une ouverture de remplissage et adaptés pour être disposés sur le fond marin autour du puits ; et - un dispositif de captage et de distribution des hydrocarbures qui s'échappent du puits, ce dispositif comprenant : . une cloche ; . des moyens de positionnement de la cloche au-dessus du puits ; et . des moyens de transfert pour relier sélectivement de façon fluidique le sommet de la cloche à l'ouverture de remplissage de l'un quelconque des réservoirs de manière à transférer du fluide dans cette ouverture. Suivant d'autres caractéristiques de cette installation. - les moyens de transfert comprennent une conduite pourvue à son extrémité libre d'un orifice de sortie adapté pour être relié fluidiquement à l'ouverture de remplissage de l'un quelconque des réservoirs de manière à transférer du fluide dans cette ouverture ; - ladite conduite forme un col de cygne rigide relié au sommet de la cloche par un joint tournant ; - l'ouverture de remplissage de chaque réservoir est équipée d'un entonnoir ouvert vers le bas, et l'orifice de sortie de ladite conduite est prévu sur la génératrice supérieure de la conduite et est adapté pour être disposé sélectivement sous l'entonnoir de chaque réservoir ; - chaque réservoir comprend : . une baudruche gonflable de forme très allongée munie de ladite ouverture de remplissage à une extrémité et d'organes de liaison à au moins un câble ; et . au moins un câble s'étendant sur au moins la plus grande longueur de la baudruche et relié à celle-ci au moyen desdits organes de liaison ; - la baudruche comprend une pluralité de compartiments solidaires les uns des autres et communiquant entre eux par des passages ; - la baudruche comprend au moins deux parties longitudinales s'étendant de part et d'autre d'un câble et repliées l'une sur l'autre en position d'attente de la baudruche ; - la baudruche comprend une partie centrale bordée de deux câbles et encadrée par deux parties latérales repliées sur la partie centrale en position d'attente de la baudruche ; - la baudruche comprend des liens frangibles de maintien de la baudruche en position repliée ; - l'installation comprend un touret sur lequel chaque baudruche repliée est enroulée en position d'attente ; - la baudruche est équipée, sur sa face supérieure, d'au moins un raccord, et chaque baudruche comprend en outre un ballon de compensation adapté pour être relié à ce raccord ; - le ou chaque câble est muni à chaque extrémité d'un raccord de liaison à un autre câble ; - chaque baudruche comprend une série de liens adapté pour relier le ou chaque câble à des corps morts ; et - chaque baudruche comprend des chaînes adaptées pour être reliées au ou à chaque câble. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels : la Figure 1 est une vue en plan d'un dispositif de stockage selon l'invention ; les Figures 2 à 5 sont des vues prises en coupe, respectivement, suivant lignes 11-11 à V-V de la Figure 1 ; la Figure 6 représente schématiquement, en vue de côté, un touret sur lequel est enroulée une baudruche telle que représentée sur les Figures 1 à 5 ; la Figure 7 est une vue prise en coupe suivant la ligne VII-VII de la Figure 6 ; la Figure 8 est une vue partielle de dessus de l'objet de la Figure 7 ; la Figure 9 illustre schématiquement la pose de la baudruche sur un fond marin ; la Figure 10 illustre de façon analogue la pose de baudruches successives sur le fond marin ; les Figures 11 à 13 illustrent schématiquement le maintien en position d'une baudruche sur le fond marin ; la Figure 14 illustré schématiquement, en plan, l'agencement de multiples baudruches analogues autour d'une tête de puits sous-marin en éruption incontrôlée ; la Figure 15 représente une cloche de captage et de distribution des hydrocarbures s'échappant du puits ; la Figure 16 est une vue en plan de l'objet de la Figure 15 ; la Figure 17 illustre schématiquement la récupération d'une baudruche remplie ; et la Figure 18 est une vue de détail correspondante. Le dispositif de stockage représenté sur les Figures 1 à 5 comprend essentiellement une baudruche gonflable 1 constituée d'un matériau approprié, notamment un élastomère ou un polyuréthane, éventuellement renforcé d'une couche 30 géotextile. Cette baudruche constitue, avec ses accessoires qui seront décrits plus bas, un réservoir R. La baudruche 1 a une très grande longueur et est constituée de trois chapelets juxtaposés 2 de compartiments 3. Tous les compartiments 3 communiquent entre eux, de sorte que la baudruche peut être entièrement gonflée à partir d'une ouverture de 35 remplissage 4 prévue à l'une de ses extrémités, visible sur la Figure 16. L'ouverture 4 est équipée d'un entonnoir 104 ouvert vers le bas. 10 15 20 25 Chaque compartiment 3 est relié par soudure et/ou couture aux compartiments adjacents par des bandes plates 5 en certains points desquels sont prévus des passages ou tunnels de communication 6 de grand diamètre. Comme il est bien connu, les éruptions off-shore sont généralement constituées par un mélange d'huile, de gaz et d'eau à haute pression (de l'ordre de 100 à 300 bars) et haute température (de l'ordre de 50 à 80 °C). En se refroidissant au contact de l'eau de mer et du fait de la détente, l'huile voit sa viscosité augmenter et peut même se figer ; le gaz, quant à lui, en présence de l'eau, peut former des cristaux d'hydrates (similaires à des cristaux de glace) qui ont tendance à boucher les canalisations ou les rétrécissements de canalisation. En conséquence, le diamètre des passages 6 est choisi suffisamment grand pour éviter tout risque de bouchage par les hydrates. A titre d'exemple dimensionnel : - le chapelet 2A central est légèrement plus large que les chapelets latéraux 2B : environ 10 m contre environ 8 m ; - tous les compartiments 3 ont la même longueur, comprise entre 8 et 10 m ; - la baudruche comprend trente régions de trois compartiments, soit une longueur totale de l'ordre de 250 à 300 m ; - une fois gonflée (Figures 2 à 5), l'épaisseur de la baudruche est comprise entre 3 et 5 m ; - les passages 6 ont un diamètre de l'ordre de 1 m ou plus. Ainsi, la capacité de stockage d'une baudruche 1 est de l'ordre de 100 000 barils (15 900 m3). La baudruche est complétée par des pontets 7 disposés sous les deux bandes 5 longitudinales à raison de deux pontets par compartiment 3. Les pontets 7 sont formés par des lanières constituées du même matériau souple que la baudruche et soudées/cousues à celle-ci par leurs extrémités. Un câble 8 est enfilé dans chaque série de pontets et dépasse à chaque extrémité de la baudruche, où il est muni d'un embout de raccordement 108 (Figures 9 et 10). La baudruche est encore complétée par un petit nombre de connecteurs 9 disposés sur la surface supérieure de compartiments 3 voisins des extrémités de la baudruche. La masse totale d'une telle baudruche et de ses deux câbles est de l'ordre de 135 tonnes. Pour le stockage et la mise en attente de la baudruche, les deux chapelets latéraux 2B de celle-ci sont repliés sur le chapelet 2A médian (Figures 7 et 8), et sont maintenus par des liens frangibles 11 (Figure 8). Ainsi, les deux câbles 8 sont visibles de chaque côté. L'ensemble est ensuite enroulé sur un touret 12 (Figure 6). Les Figures 9 à 11 illustrent la pose de la baudruche 1 sur un fond marin 13 de grande profondeur (typiquement 1 000 m ou plus). Le touret 12 portant la baudruche 1 est embarqué sur un remorqueur 14 ou autre navire facilement disponible. La masse embarquée est de l'ordre de 170 tonnes, ce qui permet de la charger avec un moyen de manutention communément disponible dans un port pétrolier. Un corps mort 15 est disposé en un emplacement approprié sur le fond 13, ce corps mort étant relié à une extrémité de deux câbles d'initiation parallèles 16 munis chacun d'un embout de raccordement 116. La baudruche 1 est descendue, sous l'effet de son propre poids, au droit du corps mort 15, et chacun de ses câbles 8 est relié à l'extrémité libre du câble 16 correspondant par un ROV (Remote Operated Vehicle) au moyen des embouts 108 et 116. Puis (Figures 11 et 12), des corps morts latéraux 17 sont disposés de part et d'autre de la baudruche et sont reliés aux deux câbles 8 par des élingues allégées 18, ceci à des espacements choisis le long de la baudruche. Pour endiguer une éruption incontrôlée d'une tête de puits off-shore 19 (Figure 14), une pluralité de baudruches 1 sont disposées de façon rayonnante ou « en pétales » autour de la tête de puits, avec leurs extrémités de remplissage situées sur un cercle 20 centré sur la tête de puits. Le rayon du cercle 20 est typiquement de plusieurs dizaines de mètres, par exemple 60 m. Bien entendu, au préalable, autant de tourets 12 que de pétales sont embarqués sur le navire 14. Pour cela lorsqu'une baudruche 1 a été complètement déroulée du touret 12 temporairement motorisé pour assurer la mise en tension et la réversibilité de l'opération de descente ; la baudruche suivante est attachée à celle-ci au moyen des embouts 108 des quatre câbles (Figure 10). Lorsque la première baudruche a été entièrement posée sur le fond 13, la baudruche suivante est décrochée, et son extrémité inférieure est déplacée jusqu'au droit du corps mort 15 qui lui est associé. Ensuite (Figures 15 et 16), un dispositif 21 de captage et de distribution d'hydrocarbures est descendu au droit de la tête de puits 19. Ce dispositif 21 comprend une cloche 22 du sommet de laquelle part un col de cygne rigide 23. Ce dernier est monté pivotant sur la cloche 22 au moyen d'un joint tournant 24, et sa partie d'extrémité libre 25 est horizontale et munie sur sa génératrice supérieure d'un orifice de sortie 26. Cet orifice est situé à une distance de la tête de puits 19 égale au rayon du cercle 20. La cloche 22 est maintenue en position au moyen de plusieurs corps morts 27 disposés en cercle autour de la tête de puits et reliés chacun à la périphérie de la cloche par une élingue 28. La cloche peut être flottante ou pesante et dans ce cas posée sur une structure stabilisatrice (jambes + matelas) En service, l'orifice 26 est disposé sous l'entonnoir 104 d'une première baudruche 1 par un ROV. Le mélange huile-gaz-eau sortant de la tête de puits à haute pression et haute température est confiné par la cloche 22 et dirigé dans le col de cygne 23. Il sort de celui-ci par l'orifice 26 et pénètre ainsi dans la baudruche. Celle-ci commence à se gonfler et à se déployer à plat grâce à la rupture des liens. Ce gonflage se propage de compartiment 3 en compartiment 3 tant que le mélange capté n'est pas figé. Lorsque la baudruche est complètement remplie ou arrête de se remplir, le ROV fait pivoter le col de cygne 23 jusqu'à ce que l'orifice 26 se trouve au-dessous de l'entonnoir 104 de la baudruche suivante. Pour une fuite de 100 000 barils par jour, on voit que chaque baudruche peut recueillir sensiblement une journée de fuite, car avec un débit aussi important, le refroidissement du mélange est relativement lent. Par conséquent, avec quatorze baudruches, on peut recueillir deux semaines de fuite, ce qui laisse autant de temps pour obturer le puits. Si le débit est plus faible, chaque pétale se remplit plus lentement, et éventuellement incomplètement du fait du refroidissement plus rapide du fluide. Les Figures 17 et 18 illustrent la récupération des baudruches après leur remplissage. Cette récupération peut se produire plusieurs jours, voire plusieurs semaines plus tard, lorsqu'un navire de traitement d'hydrocarbures 29 a pu être amené au droit d'un fond 30 de faible profondeur (par exemple 100 m) dans une région voisine du puits 19. Pour cela, chaque pétale contenant du pétrole froid peut être remorqué en faible profondeur en configuration « au-dessus du fond » ou « off-bottom tow ». Une des difficultés de la récupération réside dans le fait que lorsque l'on apporte le pétrole en faible profondeur, le gaz se détend, et une partie du gaz dissous dans les liquides sort de la phase liquide et occupe un espace plus important. Ainsi, le passage de 1 000 m de fond à 500 m de fond résulte en un doublement du volume de gaz. De 1 000 m à 100 m de fond, le volume de gaz est multiplié par 10, mais de 1 000 m à la surface, il est multiplié par 100. C'est pourquoi on préfère remorquer les baudruches au-dessus du fond 30 sans les ramener à la surface. Pour cela, un ballon de compensation 31, formant une baudruche annexe, est fixé sur un connecteur 9 de la baudruche situé près du point haut de cette dernière. Des chaînes 32 sont fixées aux câbles 8 à la place d'au moins une partie des corps morts 15 et 17, l'ensemble ayant un poids équivalent. Le mélange récupéré étant plus léger que l'eau, la baudruche se maintient à une faible distance au-dessus du fond 13, comme on le voit sur la Figure 18. Une chaîne de remorquage 33 est alors accrochée à la baudruche 1, laquelle est tractée par le navire 14 en remontant jusqu'au fond 30. Pendant ce déplacement, l'espacement de la baudruche au-dessus du fond évite toute détérioration, et le gaz qui se libère et se détend emplit progressivement le ballon 31, facilitant la remontée de la baudruche. Lorsque le fond 30 est atteint, on stabilise la baudruche au moyen de corps morts 34, et le navire 29, muni d'équipements de traitement de pétrole 35 et d'une ligne de remontée de produit pétrolier (riser) 36, est ancré à proximité. Le riser 36 est connecté sur une bride 37 située à une extrémité ou en plusieurs endroits du pétale pour permettre la remontée naturelle du pétrole léger. Un système de pompage peut également être descendu dans le riser pour activer le fluide. Comme on le comprend, si la fuite d'hydrocarbures n'est pas maîtrisée lorsque toutes les baudruches sont remplies, il est possible de continuer l'opération de récupération en éloignant une à une les baudruches de la manière indiquée ci-dessus et en déposant sur le fond 13 de nouvelles baudruches vides. REVENDICATIONS1.- Installation de captage et de stockage d'hydrocarbures s'échappant d'un puits sous-marin (19), caractérisée en ce qu'elle comprend : - une pluralité de réservoirs (R) comportant chacun une ouverture de remplissage (4) et adaptés pour être disposés sur le fond marin (13) autour du puits (19) ; et - un dispositif (21) de captage et de distribution des hydrocarbures qui s'échappent du puits, ce dispositif comprenant : . une cloche (22) ; . des moyens (27, 28) de positionnement de la cloche au-dessus du puits ; et . des moyens de transfert (23) pour relier sélectivement de façon fluidique le sommet de la cloche à l'ouverture de remplissage (4) de l'un quelconque des réservoirs (R) de manière à transférer du fluide dans cette ouverture. 2.- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de transfert (27, 28) comprennent une conduite (23) pourvue à son extrémité libre d'un orifice de sortie (25) adapté pour être relié fluidiquement à l'ouverture (4) de remplissage de l'un quelconque des réservoirs (R) de manière à transférer du fluide dans cette ouverture. 3.- Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que ladite conduite (23) forme un col de cygne rigide (23) relié au sommet de la cloche (22) par un joint tournant (24). 4.- Installation suivant la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que l'ouverture de remplissage (4) de chaque réservoir (R) est équipée d'un entonnoir (104) ouvert vers le bas, et en ce que l'orifice de sortie (25) de ladite conduite (23) est prévu sur la génératrice supérieure de la conduite et est adapté pour être disposé sélectivement sous l'entonnoir (104) de chaque réservoir (1). 5.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque réservoir (R) comprend : - une baudruche gonflable (1) de forme très allongée munie de ladite ouverture de remplissage (4) à une extrémité et d'organes (7) de liaison à au moins un câble (8) ; et - au moins un câble (8) s'étendant sur au moins la plus grande longueur de la baudruche et relié à celle-ci au moyen desdits organes de liaison (7). 6.- Installation suivant la revendication 5, caractérisée en ce que la baudruche (1) comprend une pluralité de compartiments (3) solidaires les uns des autres et communiquant entre eux par des passages (6). 7.- Installation suivant la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que la baudruche (1) comprend au moins deux parties longitudinales (2A, 2B) s'étendant de part et d'autre d'un câble (8) et repliées l'une sur l'autre en position d'attente de la baudruche. 8.- Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la baudruche (1) comprend une partie centrale (2A) bordée de deux câbles (8) et encadrée par deux parties latérales (2B) repliées sur la partie centrale en position d'attente de la baudruche. 9.- Installation suivant la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que la baudruche (1) comprend des liens frangibles (11) de maintien de la baudruche en position repliée. 10.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un touret (12) sur lequel chaque baudruche repliée (1) est enroulée en position d'attente. 11.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisée en ce que la baudruche (1) est équipée, sur sa face supérieure, d'au moins un raccord (9), et en ce que chaque baudruche comprend en outre un ballon de compensation (31) adapté pour être relié à ce raccord. 12.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisée en ce que le ou chaque câble (8) est muni à chaque extrémité d'un raccord (108) de liaison à un autre câble. 13.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 5 à 12, caractérisée en ce que chaque baudruche (1) comprend une série de liens (18) adapté pour relier le ou chaque câble (8) à des corps morts (17). 14.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 5 à 13, caractérisée en ce que chaque baudruche (1) comprend des chaînes (32) adaptées pour être reliées au ou à chaque câble (8).