CA1178811A - Procede de realisation de stockage souterrain de fluide - Google Patents

Procede de realisation de stockage souterrain de fluide

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CA1178811A
CA1178811A CA000368238A CA368238A CA1178811A CA 1178811 A CA1178811 A CA 1178811A CA 000368238 A CA000368238 A CA 000368238A CA 368238 A CA368238 A CA 368238A CA 1178811 A CA1178811 A CA 1178811A
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CA000368238A
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Jean-Michel Noe
Jean-Marc Morisseau
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FRANCAIS DE STOCKAGE GEOLOGIQUE GEOSTOCK Ste
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    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65GTRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G5/00Storing fluids in natural or artificial cavities or chambers in the earth

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Underground Structures, Protecting, Testing And Restoring Foundations (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

La condition d'étanchéité d'un stockage souterrain de produits liquides ou gazeux -hydrocarbures par exempleconsistant en une ou plusieurs cavités creusées dans un massif perméable saturé d'eau est que ce stockage soit situé à une profondeur H sous la nappe phréatique telle que: H > P + F P: pression du produit stocké F: paramètre de forme, chacun des trois termes étant exprimé en hauteur d'eau. La présente invention permet: -de déterminer la pression maximale admissible pour un produit donné dans le cas d'un stockage dans un vide déjà existant; -de déterminer la géométrie d'un stockage à créer (profondeur, forme de la ou des cavités) pour éviter toute migration du produit stocké dans le massif rocheux. Il est connu de rétablir au-dessus de stockages réalisés dans des massifs rocheux mal alimentés le potentiel hydraulique de la nappe en réalisant un certain nombre de forages dans lesquels on peut ou non injecter de l'eau, qu'il est commun d'appeler rideau d'eau, La condition précédemment énoncé demeure inchangée, mais le paramètre de forme se trouve diminué du fait de la présence de cet ouvrage de réalimentation.

Description

2.-Jus~u'à pr~sent, on a admis qu'il fallait avoirune hauteur H, entre le sommet de la caverne et le point bas de la nappe phréatique, au moins égale à la pression P du gaz dans la caverne exprim~e en hauteur d'eau, pour que le produit stocké ne s'infiltre pas dans le terrain, c'est-~-dire pour qu'il n'y ait pas de fuite. La diffé-rence était considérée comme une marge de sécurité.
On s'est aperçu récemment (voir notamment 1'exposé de B. Aberg lors de la session 4 du salon Roskstore tenu à Stockholm, du 5 au 8 septembre 1977 que la pression maximale admissible dans une caverne (au-dessus de laquelle il y a fuite) était inferieure à la charge hydrostatique H au toit du stockage.
Ce problème est mentionné également dans d'autres documents:
- le brevet suisse ~o. 404.548 du 15 décembre 1965, au nom de Sven Erik Gustaf Hultgren, décrit la création d'une nappe phréatique artificielle et indique que la pression de l'eau doit être supérieure à celle du stockage, sans plus, - le brevet américain No. 2.661.062 du ler dé-cembre 1953, au nom de Harald Edholm, indique qu'il faut maintenir la pression du fluide inférieure à celle de l'eau t - le brevet américain ~o. 2.976.691 du 28 mai 1961, également au nom de Harald Edholm, ~nonce des con-sidérations hydrostatiques pour un stockage à ciel ou-vert, dans lequel il est admis que le produit stocké
pénêtre dans la paroi, ce qui est contraire au but de la présente invention.
Pour s'assurer de l'étanchéité, une solution consisterait à prendre une marge de sécurité considéra-ble. Mais ceci, d'abord ne donne pas une certitude absolue, et est la cause d'un accroissement des coûts de réalisation et d'expIoitation de stockage. Sur le plan économique, il est important d'avoir une marge de s~curité minimale.

B

~1 7~
3.-La Demanderesse a effectué des mesures sur maquette, et effectu~ des essais sur modèles. Elle a constaté que pour qu'un stockage soit étanche à une pression P donnée, il fallait que la charge hydraulique soit sup~rieure à P + F, F étant appelé paramètre de forme.
La présente invention a donc pour objet un procédé pour la réalisation d'un stockage de produits liquides, liquéfiés ou gazeux, sous pression, dans une cavité souterraine, créée spécialement ~ cette fin, ou dans une cavité existante naturelle ou artificielle, dans un massif perméable saturé d'eau, de fa~on à
éviter toute fuite du produit stocké dans le massif, grâce à un écoulement permanent de l'eau du massif vers l'intérieur de la cavité sur toute sa surface. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes:
- on choisit la pression P de stockage, - on définit la géométrie de la cavité, - on calcule le paramètre de forme F, puis - on détermine le niveau du toit de la cavité
dans le massif pour avoir une hauteur hydrostatique H
d'eau au-dessus du toit de la cavité, telle que la con-dition ci-après soit réalisée:
H > P + F.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus clairement a la lecture de la description ci-après, donnée à titre non limita-tif, en regard des dessins ci-joints dans lesquels:
- la Figure 1 représente un stockage souter-rain, en coupe schématique, - la Figure 2 est un graphique représentant la pression maximale admissib~e Pmax en fonction de la hauteur H d'eau; et - le~ Figur.es 3 et 4 représentent respective-ment en élévation et en coupe, suivant la ligne IV-IV
de la Figure 3, un dispositif expérimental de mesure 11~7~811
4.-analogique hydraulique du coefficient de forme.
Dans la Figure 1 qui représente schématique-ment un stockage en coupe verticale à travers le terrain, la ligne 1 représente le niveau du sol, la ligne 2 le ni-veau de la nappe phréatique avec un abaissement sensi-ble 2' au-dessus de la caverne de stocka~e 3. La ligne 4 schématise une éventuelle zone très perméable (natu-relle ou réalisée artificiellement à l'aide de forages que l'on peut réalimenter) située au-dessus du stockage, dans laquelle le potentiel de la nappe se trouve sensi-blement rétabli. La ligne 4' schématise les conditions lointaines d'alimentation de la nappe. Le stockage contient un gaz liquéfié S avec du gaz 6 au-dessus de la surface 5' du liquide. Il y a de l'eau 7 à la partie inférieure, en général dans un puisard 8.
On se reporte maintenant à la Figure 2 qui est un graphique représentant la pression maximale admissible Pmax en fonction de la hauteur H, pour une cavité en forme de cylindre horizontal supposé infini (section circulaire) de rayon 10 m, située dans un massif ro-cheux homogène infini, très perméable en surface. En effectuant des mesures avec des hauteurs H différentes, on peut tracer la courbe representée, qui s'écarte dans ce cas jusqu'à 28% de la bissectrice, qui correspondrait ~ Pmax = H.
La Demanderesse a effectué des essais avec des cavités de formes différentes et en nombre varia-ble, des conditions aux limites différentes, la pré-sence ou nom de rideaux d'eau (naturels ou artificiels) au-dessus ou entre les cavités, à des potentiels varia-bles, des produits stockés différents. La Demanderesse a alors admis, et c'est ceci qui est à la base du pro-cédé selon l'invention, que l'écart F = H - P dépendait de l'ensemble de ces paramètres. F est fonction pour un produit stocké donné de la forme des cavités et de leur environnement. La terminologie paramètre de forme .

4a.-a été retenue pour ce coefficient.
Conformément à la présente invention, ondéfinit maintenant la profondeur par la relation:
H = Pmax + F + S
dans laquelle P est la pression maximale de service du stockage, F le paramètre de forme, qui peut etre dé-terminé par calcul analytique, modèle numérique, modèle analogique ou par essai sur maquette et S la marge de sécurité proprement dite, le modèle analogique pouvant 8tre par exemple hydraulique ou électrique.
Dans la pratique, la forme et le nombre des cavités, leur profondeur et la géométrie d'éventuels rideaux d'eau servant à réalimenter la nappe sont définis d'une part en fonction de ces critères d'étan-chéité en retenant la marge de sécurité nécessaire en fonction de futures conditions d'exploitation et d'autre part à partir des impératifs géotechniques et économiques et des facilités de réalisation.
Un dessin optimum est ainsi dégagé.
Le procédé selon l'invention permet de stocker dans des cavités souterraines créées spécialement à cet-te fin ou des vides existants, naturels ou artificiels, réalisées dans des massifs rocheux perméables saturés d'eau, des produits li~uides, liquéfiés ou gazeux, avec ou sans pression, en évitant toute fuite du produit stocké dans le massif, grâce à un écoulement permanent d'eau vers les cavités assuré par le respect de la con-dition suivante:
H > P + F
H : charge hydrostatique au toit des cavités, P : pression du stockage, F : paramètre de forme.

~.

~1';'~11 F est déterminé théoriquement (calcul analytique, modèle mumérique ou analogique) et/ou expérimentalement (eesai sur maquette) et est fonction, pour un produit stocké donne, de la géométrie de~ cavités et de leur environnement, (En particulier, présence éventuelle de rideaux d'eau) Cette condition e~t appliquée avec une certaine marge de s~curité choisie en fonction des conditions d'exploitation de stockage et du contexte hydrogéologique.
Une telle condition permet de choisir un de~sin optimum pour un stockage consistant en des cavités à créer en étant certain de l'absence de fuites ou de définir la pression maximale admissible dan~ un vide existant transformé en stockage. Elle permet aussi de juger de la nécessité ou non de mettre en place des rideaux d'eau, de le~ dimensionner et de definir le potentiel hydraulique à y impo6er.
Les figures 3 et 4 représentent un montage analogique hydraulique, On utilise une lame mince de liquide d'une épaisseur d'un demi-millimètre, de l'eau par exemple, de préférence colorée, disposée entre deux plaques 11, 12 transparentes, en verre ou en matière plastique, On sait qu'avec les phénomènes de capillarite, un tel dispositif est équivalent à un système perméable, Le pourtour est fermé sur les côtés 13, 14 et peut l'être aussi au fond 15, pour figurer une couche profonde étanche On peut au~si laisser passer l'eau à travers un filtre limitant le débit, Un entonnoir 17 est prévu à la partie supérieure. On découpe dans les deux parois 11, 12 un profil correspondant à la section de la cavité prévue, par exemple circulaire, et l'on y adapte une poche 18 de forme correspondante dan~ laquelle on maintient une pre~ion de gaz, de l'air par e~e.rnple, par un raccord 19, En absence de pression, 1' eau s' écoule dans la poche 1 8 - 30 d'où elle est évacuée par une vidange 20. Ceci est représenté sur la moitié gauche de la figure 3 Pour déterminer le coefficient de forrme, on fait monter progressivement la pre~sion dans la poche 18, jusqu'à

ce que des bulles se dégagent sur le haut entre les deux lames 11 et 12, Ceci est représenté sur la moitié droite de la figure 3. On note la pres-sion pour laquelle les bulles apparaissent et l'on con~tate qu'il y a une différence avec la hauteur d'eau H, entre le niveau supérieur de l'eau et le point haut de la poche. Cette différence e~t le paramètre de forme, qui s'exprime en pres6ion. En répétant l'expérience avec des cavité~
de sections différentes, on trouve des paramètres différents (par exemple losange, ou carré angle vers le sommet, ou rectangle hori-zontal, etc . . . ) La connaissance d'un tel paramètre apporte un avantage considérable sans cette technique, à la foi~ du point de vue sécurit~ et du point de vue économie: on est a~suré d'avoir un stockage ~ans danger pour le moindre co~t.

Claims (5)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est re-vendiqué, sont définies comme il suit:
1. Procédé pour la réalisation d'un stockage de produits liquides, liquéfiés ou gazeux, sous pression, dans une cavité souterraine, créée spécialement à cette fin, ou dans une cavité existante naturelle ou artifi-cielle, dans un massif perméable saturé d'eau, de façon à éviter toute fuite du produit stocké dans le massif, grâce à un écoulement permanent de l'eau du massif vers l'intérieur de la cavité sur toute sa surface, caracté-risé en ce qu'il comprend les étapes suivantes:
- on choisit la pression P de stockage, - on définit la géométrie de la cavité, - on calcule le paramètre de forme F, puis - on détermine le niveau du toit de la cavité
dans le massif pour avoir une hauteur hydrostatique H
d'eau au-dessus du toit de la cavité, telle que la condition ci-après soit réalisée:
H > P + F
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le paramètre F est déterminé par calcul analy-tique, modèle numérique ou analogique.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé
en ce que le modèle analogique est hydraulique ou électrique.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le paramètre F est déterminé par essai sur maquette.
5. Procédé selon les revendications 1, 2 ou 4, caractérisé en ce que le paramètre F est fonction de la présence de rideaux d'eau.
CA000368238A 1980-01-11 1981-01-09 Procede de realisation de stockage souterrain de fluide Expired CA1178811A (fr)

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