EP4515137A1 - Système de stockage souterrain pour le stockage de fluides - Google Patents

Système de stockage souterrain pour le stockage de fluides

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EP4515137A1
EP4515137A1 EP23723469.5A EP23723469A EP4515137A1 EP 4515137 A1 EP4515137 A1 EP 4515137A1 EP 23723469 A EP23723469 A EP 23723469A EP 4515137 A1 EP4515137 A1 EP 4515137A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tank
recess
storage system
support element
closing means
Prior art date
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Application number
EP23723469.5A
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German (de)
English (en)
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EP4515137B1 (fr
EP4515137C0 (fr
Inventor
Pierre Martin
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Vallourec Oil and Gas France SAS
Original Assignee
Vallourec Oil and Gas France SAS
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Publication date
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Priority to RS20250927A priority patent/RS67217B1/sr
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    • F17C2270/0157—Location of cavity
    • F17C2270/016—Location of cavity onshore

Definitions

  • Underground storage system for storing fluids
  • the invention relates to the field of underground storage, in particular for the storage of fluids. More particularly, the invention relates to the field of underground storage systems for gas storage, for example for hydrogen storage or for oxygen storage. Even more particularly, the invention relates to the field of storage of high pressure fluids.
  • high pressures is meant pressures which may be between 100 bar to 1200 bar, more particularly between 200 bar and 500 bar.
  • the invention also relates to an underground storage method for the storage of fluids.
  • [5]Certain gases such as hydrogen
  • their low density requires storage at high pressure, and their small molecules and low viscosity make them prone to leaks. Consequently, they must be stored in a perfectly sealed device, capable of storing large quantities of gas, while meeting strict safety standards, in particular to minimize the risk of leaks.
  • Underground storage is also interesting for consumers and manufacturers because it makes it possible to very effectively reduce the space used above ground for these storage facilities.
  • a device comprising a unit fixed in a single underground borehole, the unit comprising a plurality of containers separated and fixed via at least one retaining device, each container of the plurality of separate containers having at least one cap including an inlet hole, an outlet hole and a central hole, the central hole being positioned eccentrically relative to a radial center of a upper surface of the plug, the unit being secured in the single underground borehole by cement extending continuously between the plurality of containers to surround the unit and contact a side wall of the underground borehole. Additionally, the unit is attached to an anchor element near the bottom of the underground borehole.
  • a first aim of the invention is to facilitate maintenance operations on an underground storage system for fluids, such as gases. Furthermore, a second aim of the invention is to make it possible to store large quantities of fluids at high pressures while respecting strict safety standards. Finally, a third aim of the invention is to allow the underground storage of several different fluids, at different pressures, in a single device, within a single storage system.
  • the invention provides an underground storage system for the storage of fluids, said storage system comprising:
  • a support element comprising at least one opening capable of receiving an assembly element
  • At least one tank said tank having a longitudinal axis (1), a lower end and an upper end,
  • first closing means capable of closing the tank at its lower end
  • second closing means capable of closing the tank at its upper end
  • said upper end being capable of being assembled to the support element via of the assembly element so that the tank is suspended inside the recess and that an axial clearance capable of absorbing axial thermal expansion of said tank remains between the first means of closing the tank and the bottom of the tank. the recess.
  • the tank is suspended substantially vertically.
  • the tank is composed of at least one metal tube, said metal tube having at least one termination provided with at least one threaded portion.
  • the metal tube has two terminations, each of said two terminations being provided with at least one threaded portion.
  • the tank is composed of at least two metal tubes assembled by screwing, so as to form a column of tubes.
  • the assembly between two metal tubes can be done by an integral connection or via a connecting part, such as a sleeve.
  • the axial play respects the following inequality:
  • G is the length of the axial clearance expressed in meters
  • L represents the length of a tank (10) expressed in meters
  • P represents the geothermal gradient expressed in degrees Celsius per meter
  • a represents the thermal expansion coefficient of the metal expressed in Celsius' 1 .
  • the geothermal gradient P varies depending on the geological formation in which the storage system is placed.
  • P is such that 0.02°/m ⁇ p ⁇ 2°/m.
  • a represents the coefficient of thermal expansion of the metal expressed in degrees Celsius' 1 .
  • the coefficient of thermal expansion varies depending on the type of metal that makes up the tubes used to form a tank.
  • a is such that 8*10' 6 °C' 1 ⁇ a ⁇ 18*10' 6 °C' 1 .
  • the reservoir is composed of a single tube.
  • the tubes used to make a tank are metal tubes, preferably threaded metal tubes.
  • these may be metal tubes made of titanium, or steel tubes of the type used in the gas and oil industry, in particular tubes used to create gas and/or oil production wells. oil.
  • the first closing means and/or the second closing means is capable of closing the tank by screwing.
  • the thread of said closing means can be a male or female thread.
  • the first closing means and/or the second closing means may also comprise a metal surface. The presence of a metal bearing helps to improve the tightness of the closure, which is particularly advantageous for gas storage, particularly for the storage of hydrogen which is a gas particularly prone to leaks.
  • the first closing means and/or the second closing means is a weld.
  • Closing means capable of closing the tank by screwing are preferred to welds, because the screwed closing means do not significantly modify the thickness of the tank wall at the level of the closure. Thus, with screw closure means the mechanical properties of the tank at the closure level are unchanged. In addition, in the case of hydrogen storage, they make it possible to avoid potential problems of corrosion by dihydrogen, which can occur on a weld.
  • the support element comprises an upper surface 54 and a lower surface 56.
  • the support element is placed on the ground or fixed on a concrete or cement plate, said plate being cast on the surface of the ground. Fixing the support element to the concrete or cement plate can be done by any means known to those skilled in the art.
  • the support element is a circular cylindrical plate or angular geometric shape.
  • the support element has at least one surface area of between 0.2 m 2 and 10 m 2 , preferably between 0.7 m 2 and [28] According to one embodiment, the support element can be a metal plate.
  • the at least one opening is a through hole arranged in a thickness of the support element.
  • the at least one opening of the support element is a circular opening.
  • the assembly element is fixed to the upper end of the tank.
  • the assembly element is welded or screwed to the upper end of the tank.
  • the assembly element is tubular and has a flange, said flange being able to rest on a surface of the support element so that when the assembly element is fixed to the upper end of the tank, said tank is suspended from the support element via the assembly element.
  • the system comprises a plurality of tanks, each tank having a longitudinal axis 1, a lower end and an upper end, said upper end of each tank being capable of being assembled to the support element via an assembly element so that each tank is suspended inside the recess.
  • each tank is connected to a fluid supply and to a fluid sampling circuit specific to it so that when the storage system comprises a plurality of tanks, said tanks can be independent the from each other.
  • each tank can be equipped with sensors, such as pressure gauges, thermometers, leak detectors or humidity detectors.
  • sensors such as pressure gauges, thermometers, leak detectors or humidity detectors.
  • the system comprises a single reservoir.
  • the length L of a tank is between 1 meter and 3000 meters, preferably between 10 meters and 2500 meters, even more preferably between 20 meters and 500 meters.
  • the storage system comprises between 1 and 26 tanks, preferably between 1 and 14 tanks, even more preferably between 1 and 6 tanks.
  • the recess has a depth of between 10 meters and 2500 meters, preferably between 20 meters and 500 meters, said depth being measured between the surface of the ground and the bottom of the recess.
  • the recess comprises at least one casing.
  • the casing is made of concrete, cement, or steel.
  • the casing is a casing tube.
  • the casing tube can be cemented.
  • the terrain is composed of solid rocks, such as granite or basalt.
  • solid rocks such as granite or basalt.
  • the advantage of creating the storage system in solid rock is that it is possible to do without casing, which simplifies the installation of the system.
  • a casing is necessary when the system is built in soft ground.
  • the recess can be made by drilling or excavation. [48]According to one embodiment, the recess has an average diameter of between 0.5 meters and 4.5 meters, preferably between 1 meter and 3 meters.
  • a support element (4) comprising at least one opening (7) capable of receiving an assembly element (18),
  • At least one tank (10) said tank (10) having a longitudinal axis (1), a lower end (14) and an upper end (12),
  • first closing means (16) capable of closing said tank (10) at its lower end (14)
  • second closing means (17) capable of closing the tank (10) at its upper end (12)
  • lower end of the tank means the end of the tank which is located near the bottom of the recess. This “lower end” is defined in opposition to the so-called “upper end” of the tank, which is located near the support element and therefore the ground surface.
  • axial clearance is meant a length, which extends along the longitudinal axis 1 of the tank, measured between the first means of closing the tank and the bottom of the recess.
  • the position of a tank may not be perfectly vertical.
  • the longitudinal axis 1 of the tank has an angle relative to the vertical in the reference frame (x; y). This angle has a maximum value of 15°.
  • the measurement of the axial play G is done by orthogonal projection on the vertical axis passing through a point of the first closing means located closest to the bottom of the recess.
  • the game axial always corresponds to the shortest distance, measured between the bottom of the recess and the first closing means.
  • threaded metal tube means a tube comprising at least one termination having at least one threaded portion, capable of being assembled to a threaded metal tube comprising at least one termination having at least one complementary threaded portion.
  • the thread can be male or female.
  • bottom of the recess means the surface of the bottom of the recess.
  • bottom of the recess designates the surface of the cement layer located at the bottom of the recess.
  • bottom of the recess simply designates the surface of the ground located at the bottom of the recess.
  • Figure 1 is a diagram of a sectional view of a storage system according to one embodiment of the invention.
  • Figure 2 is an isolated three-dimensional diagram of the support element of the storage system illustrated in Figure 1.
  • Figure 3 is an isolated three-dimensional diagram of an alternative support element that can be used in one embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a three-dimensional diagram of an assembly element that can be used in the storage system illustrated in Figure 1. Description of embodiments
  • Figure 1 illustrates a sectional view of a storage system 1 according to one embodiment of the invention, in a reference frame (x; y).
  • the x axis of the coordinate system (x; y) is a horizontal axis
  • the y axis of the coordinate system (x; y) is a vertical axis.
  • the storage system 1 comprises a recess 2 made in a ground 40, a support element 4 placed on a surface of a ground S of the ground 40, and six tanks 10 suspended from the support element 4 in the recess 2 (only four tanks are visible in Figure 1).
  • the recess 2 has a bottom 3 and includes a casing 30.
  • the recess 2 can be obtained by drilling or excavation, and has a depth of 500, measured between the ground surface S and the bottom 3.
  • L The recess 2 is of substantially circular cylindrical shape and has an average diameter of 4 meters.
  • the casing is made of cement and extends vertically from the ground surface S to the bottom 3 of the recess 2.
  • the support element 4 is a circular cylindrical plate having a central body 50 and a flange 52, said flange 52 having a lower surface 56 resting on the ground S.
  • the body central 50 has a first thickness E which can be between 10 mm and 500 mm.
  • the collar 52 has a second thickness e which can be between 5 mm and 200 mm.
  • the support element 4 is a metal plate in which the first thickness E is equal to 250 mm, and the second thickness e is equal to 100 mm.
  • the support element 4 further comprises an upper surface 54, said upper surface 54 being opposite the lower surface 56 of the flange 52 and, said upper surface 54 having an area equal to 8.6 m 2
  • the support element 4 also comprises six openings 7.
  • the openings 7 are through holes, arranged in the first thickness E of the body 50 of the support element 4.
  • each tank 10 is suspended from the support element 4 via an assembly element 18.
  • an axial play G remains between on the one hand , the first way to closure 16 which closes the tank 10 at its lower end 14, and on the other hand, the bottom 3 of the recess 2.
  • This axial clearance G has the function of absorbing axial thermal expansion of the tank 10, which occurs in particular during filling and emptying operations.
  • the dimensioning of the axial clearance G depends directly on the surrounding conditions of the storage system 1, in particular on the conditions of temperature, pressure, and the capacity of the tank 10 to elongate. when subjected to variations in temperature and pressure, particularly during filling and emptying operations.
  • the axial clearance G of any tank 10 of the storage system 1 responds to the following inequality:
  • G is the length of the axial clearance expressed in meters.
  • L represents the length of a tank 10 expressed in meters.
  • P represents the geothermal gradient expressed in degrees Celsius per meter.
  • the geothermal gradient P varies depending on the geological formation in which the storage system 1 is placed. Thus P is such that 0.02°/m ⁇ p ⁇ 2°/m.
  • a represents the coefficient of thermal expansion of the metal expressed in degrees Celsius' 1 .
  • the thermal expansion coefficient a varies depending on the type of metal that makes up the tubes used to form a tank 10.
  • a is such that 8*10' 6 °C' 1 ⁇ a ⁇ 18*10' 6 °C' 1 .
  • the tanks 10 are tubular, of circular section, and each have a longitudinal axis (1), a lower end 14 and an upper end 12.
  • each reservoir is closed at its lower end 14 by a first closing means 16, and each tank 10 is closed at its upper end 12 by a second closing means 17.
  • the lower end 14 and the upper end 12 of each reservoir 10 are threaded ends, and the first closing means 16 and the second closing means 17 also have a thread, said thread being complementary to the thread of the lower ends 14 and upper end 12.
  • the second closing means 17 is equipped with sensors 19 which are pressure gauges, thermometers and leak detectors.
  • the first closing means 16 can also contain pressure gauges, thermometers and leak detectors. Other types of sensors can be used depending on the objective that has been set.
  • each tank 10 can be composed of a plurality of tubes A.
  • the tanks 10 are composed of several threaded tubes A.
  • the tubes A are assembled by screwing so as to form a column C of tubes A.
  • a reservoir 10 can also be composed of a single tube A, closed at its ends 12 and 14 by closing means 16 and 17.
  • each reservoir 10 is assembled to an assembly element 18.
  • Each assembly element 18 is inserted into an opening 7 and is retained by a flange 62 which abuts against the upper surface 54 of the support element 4.
  • Each assembly element 18 is therefore suspended from the support element 4. In this way, each tank 10 is suspended from the support element 4 via the assembly element 18 to which it is assembled.
  • an assembly element 18 is a tubular metal part, of circular section, which comprises a tubular body 60 and a flange 62.
  • the body 60 of the assembly element 18 is fixed to the upper end 12 of a tank 10, preferably by screwing. It is possible to use welding in an alternative embodiment.
  • the body 60 of the assembly element 18 has a male or female thread (not shown) complementary to the thread of the upper end 12 of the tank 10 to which said assembly element 18 is assembled.
  • the flange 62 comprises an upper surface 64 and a lower surface 66.
  • each assembly element 18 is inserted into an opening 7 of the support element 4.
  • Each assembly element 18 rests on the element support element 4 via its lower surface 66 which abuts against the upper surface 54 of the support element 4.
  • each assembly element 18 is assembled to a tank 10 by screwing to the upper end 12 of said tank 10.
  • the flange 62 of the assembly element 18 therefore allows the latter to rest on the upper surface 54 of the support element 4.
  • the assembly element 18 does not need to be fixed to the support element 4, for example by welding or by screwing, which simplifies the assembly of the storage system 1, in particular for suspending the tanks 10.

Landscapes

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Abstract

Système de stockage (1) souterrain pour le stockage de fluide comprenant un évidement (2) présentant un fond (3), un élément de support (4) comprenant au moins une ouverture (7) apte à recevoir un élément d'assemblage (18), au moins un réservoir (10) présentant un axe longitudinal (l), une extrémité inférieure (14) et une extrémité supérieure (12), un premier moyen de fermeture (16) apte à fermer le réservoir (10) à son extrémité inférieure (14), et un deuxième moyen de fermeture (17) apte à fermer le réservoir (10) à son extrémité supérieure (12), ladite extrémité supérieure (12) étant apte à être assemblée à l'élément de support (4) par l'intermédiaire de l'élément d'assemblage (18) de sorte que le réservoir (10) soit suspendu à l'intérieur de l'évidement (2) et qu'un jeu axial (G) apte à absorber une dilatation thermique axiale dudit réservoir (10) subsiste entre le premier moyen de fermeture (16) et le fond (3).

Description

Description
Titre de l’invention : Système de stockage souterrain pour le stockage de fluides
Domaine technique
[1]L’invention se rapporte au domaine du stockage souterrain, notamment pour le stockage de fluides. Plus particulièrement, l’invention se rapporte au domaine des systèmes de stockage souterrain pour le stockage de gaz, par exemple pour le stockage d’hydrogène ou pour le stockage d’oxygène. Encore plus particulièrement, l’invention se rapporte au domaine du stockage de fluides à hautes pressions. On entend par « hautes pressions », des pressions pouvant être comprises entre 100 bar à 1200 bar, plus particulièrement entre 200 bar et 500 bar.
[2]L’invention se rapporter également à un procédé de stockage souterrain pour le stockage de fluides.
Arrière-plan technologique
[3]L'une des technologies naissantes permettant de réduire l'empreinte carbone des industries est d'utiliser l'hydrogène généré par des procédés renouvelables, tels que l’éolien ou le solaire. L’électricité produite par ces procédés renouvelables peut être utilisée par un électrolyseur pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène, notamment à partir de l’électrolyse de l’eau.
[4]Cette grande quantité d'hydrogène, produite par électrolyse, doit être comprimée et stockée afin de pouvoir être ensuite utilisée à la demande pour alimenter en permanence, soit des véhicules, tels que des camions ou des voitures, soit pour alimenter le réseau électrique lors des pics de consommation. Dans ce cas, pour produire cette électricité, l'hydrogène pourra alimenter soit une turbine, soit des piles à combustible à hydrogène. Quant à l’oxygène, il peut être intéressant de le stocker pour son utilisation dans un domaine tel que l’agriculture ou à des fins médicales.
[5]Certains gaz, comme l’hydrogène, sont connus pour être des gaz difficiles à confiner. Par exemple, leur faible densité nécessite un stockage à haute pression, et leurs molécules de petite taille ainsi que leur faible viscosité les rendent propice aux fuites. Par conséquent, ils doivent être stockés dans un dispositif parfaitement étanche, apte à stocker de grandes quantités de gaz, tout en répondant à des normes strictes de sécurité, notamment pour réduire au maximum les risques de fuites. Le stockage souterrain est également intéressant pour les consommateurs et les industriels car il permet de réduire très efficacement l’espace utilisé en surface pour ces installations de stockage.
[6]De tels systèmes de stockage souterrain de fluides sont généralement installés à des profondeurs comprises entre 10 mètres et 50 mètres. Ces systèmes de stockage peuvent être installés dans des terrains de différentes natures géologiques, par exemple des roches solides telles que le granite ou le basalte, ou tout autre type de structure géologique souterraine.
[7]A cet égard, l’art antérieur décrit dans le brevet US 10837601 : un dispositif comprenant une unité fixée dans un seul forage souterrain, l'unité comprenant une pluralité de récipients séparés et fixés par l'intermédiaire d'au moins un dispositif de retenue, chaque récipient de la pluralité de récipients séparés ayant au moins un bouchon comprenant un trou d'entrée, un trou de sortie et un trou central, le trou central étant positionné de manière excentrée par rapport à un centre radial d'une surface supérieure du bouchon, l'unité étant fixée dans le seul forage souterrain par du ciment s’étendant de manière continue entre la pluralité de récipients pour entourer l'unité et entrer en contact avec une paroi latérale du forage souterrain. En outre, l'unité est fixée à un élément d'ancrage à proximité du fond du forage souterrain. L’inconvénient d’un tel dispositif est que, pour maintenir les récipients en place dans le forage souterrain, lesdits récipients sont fixés dans du ciment et attachés par le bas à l’élément d’ancrage, ce qui rend les opérations de maintenances complexes, notamment lorsqu’il est nécessaire d’extraire un récipients de l’unité pour le changer, le ciment et l’élément d’ancrage empêchent une telle extraction. Or, ce type d’opération peut être nécessaire, notamment en cas de fuite, pour une opération de contrôle ou de maintenance. L’entretien et la sécurité d’un tel dispositif ne sont par conséquent pas optimales. De plus, un tel maintien des récipients dans le ciment entraine un important travail en compression des parois des récipients, ce qui augmente le risque de fuite.
Résumé [8] Afin de pallier les inconvénients ci-dessus, un premier but de l’invention est de faciliter les opérations de maintenance sur un système de stockage souterrain de fluides, tels que des gaz. En outre, un deuxième but de l’invention est de permettre de stocker à hautes pressions de grandes quantités de fluides tout en respectant des normes strictes de sécurité. Enfin, un troisième but de l’invention est de permettre le stockage souterrain de plusieurs fluides différents, à des pressions différentes, dans un seul et même dispositif, au sein d’un seul et même système de stockage.
[9]Ainsi, l’invention fournit un système de stockage souterrain pour le stockage de fluides, ledit système de stockage comprenant :
- un évidement apte à être aménagé dans un terrain, ledit évidement présentant un fond,
- un élément de support comprenant au moins une ouverture apte à recevoir un élément d’assemblage,
- au moins un réservoir, ledit réservoir présentant un axe longitudinal (1), une extrémité inférieure et une extrémité supérieure,
- un premier moyen de fermeture apte à fermer le réservoir à son extrémité inférieure, et un deuxième moyen de fermeture apte à fermer le réservoir à son extrémité supérieure, ladite extrémité supérieure étant apte à être assemblée à l’élément de support par l’intermédiaire de l’élément d’assemblage de sorte que le réservoir soit suspendu à l’intérieur de l’évidement et qu’un jeu axial apte à absorber une dilatation thermique axiale dudit réservoir subsiste entre le premier moyen de fermeture du réservoir et le fond de l’évidement.
[10]Grâce à ces caractéristiques, l’intégrité du réservoir n’est pas compromise par des contraintes mécaniques liées à la dilatation thermique axiale du réservoir lors des opérations d’injection et de prélèvement de fluides. En effet, le jeu axial permet d’éviter que, lors de telles opérations, la dilatation thermique axiale entraîne la compression du réservoir contre le fond de l’évidement. De telles contraintes appliquées de façon répétées affaiblissent l’étanchéité du réservoir, notamment au niveau du moyen de fermeture.
[1 l]En outre, contrairement aux dispositifs de l’art antérieur, un tel système permet de ne pas utiliser de ciment pour fixer le réservoir. Le réservoir n’est donc fixé qu’à l’élément de support. Le réservoir est donc suspendu dans un fluide quelconque provenant de l’environnement dans lequel le système est placé. Par exemple, le réservoir est suspendu dans de l’air ou de l’eau provenant des formations rocheuses environnantes. Il est donc possible et simple de retirer un réservoir du système.
[12]Selon un mode de réalisation, le réservoir est suspendu de façon sensiblement verticale.
[13]Selon un mode de réalisation, le réservoir est composé d’au moins un tube métallique, ledit tube métallique présentant au moins une terminaison dotée d’au moins une portion filetée.
[14]Selon un mode de réalisation, le tube métallique présente deux terminaisons, chacune desdites deux terminaisons étant dotée d’au moins une portion filetée.
[15]Selon un mode de réalisation, le réservoir est composé d’au moins deux tubes métalliques assemblés par vissage, de sorte à former une colonne de tubes. L’assemblage entre deux tubes métalliques peut se faire par une connexion intégrale ou par l’intermédiaire d’une pièce de raccordement, tel qu’un manchon.
[16]Selon un mode de réalisation, le jeu axial respecte l’inéquation suivante :
[Math 1]
Où : G est la longueur du jeu axial exprimée en mètres, L représente la longueur d’un réservoir (10) exprimée en mètres, P représente le gradient géothermique exprimé en degré Celsius par mètre, a représente le coefficient de dilatation thermique du métal exprimé en Celsius'1.
[17]Le gradient géothermique P varie selon la formation géologique dans laquelle le système de stockage est placé. Ainsi P est tel que 0,02°/m< p<2°/m. a représente le coefficient de dilatation thermique du métal exprimé en degré Celsius'1. Le coefficient de dilatation thermique a varie selon le type de métal qui compose les tubes utilisés pour former un réservoir. Ainsi, a est tel que 8*10'6 °C'1 < a < 18*10'6 °C'1.
[ 18]L’ utilisation de tubes filetés pour réaliser le réservoir permet de faciliter le montage et le démontage du réservoir. Cela est particulièrement avantageux lorsqu’un tube doit être changé. La maintenance et l’entretien du réservoir sont donc facilités et la sécurité du système est augmentée. [ 19] Selon un mode de réalisation, le réservoir est composé d’un tube unique.
[20]Selon un mode de réalisation, les tubes utilisés pour réaliser un réservoir sont des tubes métalliques, préférentiellement des tubes métalliques filetés. Par exemple, il peut s’agir de tubes métalliques en titane, ou de tubes en acier du type de ceux utilisés dans l’industrie du gaz et du pétrole, notamment les tubes utilisés pour réaliser les puits de production de gaz et/ou de pétrole.
[21]Selon un mode de réalisation, le premier moyen de fermeture et/ou le deuxième moyen de fermeture est apte à fermer le réservoir par vissage. Dans ce cas, le filetage desdits moyens de fermeture peut être un filetage mâle ou femelle. En plus du filetage, le premier moyen de fermeture et/ou le deuxième moyen de fermeture peut également comprendre une portée métallique. La présence d’une portée métallique contribue à améliorer l’étanchéité de la fermeture, ce qui est particulièrement avantageux pour le stockage de gaz, notamment pour le stockage d’hydrogène qui est un gaz particulièrement propice aux fuites.
[22]Selon un mode de réalisation, le premier moyen de fermeture et/ou le deuxième moyen de fermeture est une soudure.
[23]Des moyens de fermetures aptes à fermer le réservoir par vissage sont préférés à des soudures, car les moyens de fermeture vissés ne modifient pas significativement l’épaisseur de la paroi du réservoir au niveau de la fermeture. Ainsi, avec des moyens de fermetures par vissage les propriétés mécaniques du réservoir au niveau de la fermeture sont inchangées. En outre, dans le cas du stockage d’hydrogène, ils permettent d’éviter de potentiels problèmes de corrosion par le dihydrogène, qui peuvent se produire sur une soudure.
[24]Selon un mode de réalisation, l’élément de support comprend une surface supérieure 54 et une surface inférieure 56.
[25]Selon un mode de réalisation, l’élément de support est posé sur le sol ou fixé sur une plaque en béton ou en ciment, ladite plaque étant coulée à la surface du sol. La fixation de l’élément de support à la plaque en béton ou en ciment peut se faire par tout moyen connu de l’homme du métier.
[26]Selon un mode de réalisation, l’élément de support est une plaque cylindrique circulaire ou de forme géométrique angulaire.
[27]Selon un mode de réalisation, l’élément de support présente au moins une surface d’aire comprise entre 0.2 m2 et 10 m2, préférentiellement entre 0.7 m2 et [28]Selon un mode de réalisation, l’élément de support peut être une plaque métallique.
[29]Selon un mode de réalisation, l’au moins une ouverture est un trou débouchant et aménagé dans une épaisseur de l’élément de support.
[30]Selon un mode de réalisation, l’au moins une ouverture de l’élément de support est une ouverture circulaire.
[31]Selon un mode de réalisation, l’élément d’assemblage est fixé à l’extrémité supérieure du réservoir.
[32]Selon un mode de réalisation, l’élément d’assemblage est soudé ou vissé à l’extrémité supérieure du réservoir.
[33]Selon un mode de réalisation, l’élément d’assemblage est tubulaire et présente une collerette, ladite collerette étant apte à reposer sur une surface de l’élément de support de sorte que lorsque l’élément d’assemblage est fixé à l’extrémité supérieure du réservoir, ledit réservoir est suspendu à l’élément de support par l’intermédiaire de l’élément d’assemblage.
[34]Selon un mode de réalisation, le système comprend une pluralité de réservoirs, chaque réservoir présentant un axe longitudinal 1, une extrémité inférieure et une extrémité supérieure, ladite extrémité supérieure de chaque réservoir étant apte à être assemblée à l’élément de support par l’intermédiaire d’un élément d’assemblage de sorte que chaque réservoir soit suspendu à l’intérieur de l’évidement.
[35]Un tel système, qui comprend une pluralité de réservoirs, permet d’avoir des réservoirs de longueurs différentes au sein d’un même système de stockage. Cela est particulièrement avantageux pour ne pas suspendre à l’élément de support une charge qui soit inutilement élevée. De plus, la longueur d’un réservoir peut être adaptée afin de faciliter la montée ou la baisse de pression nécessaire selon les conditions de stockage du fluide. Ainsi, différents fluides peuvent être stockés dans le même système.
[36]Selon un mode de réalisation, chaque réservoir est relié à une alimentation en fluide et à un circuit de prélèvement de fluide qui lui sont propres de sorte que lorsque le système de stockage comprend une pluralité de réservoirs, lesdits réservoirs peuvent être indépendants les uns des autres.
[37]Grâce ces caractéristiques, il est possible de stocker de plus grandes quantités de fluide. Notamment, pour une même profondeur de l’évidement, il est possible de stocker à de très hautes pressions une grande quantité de gaz dans une pluralité de réservoirs. En outre, avec un tel système il est possible de stocker différents fluides, chaque fluide pouvant être stocké dans des conditions, notamment des conditions de températures et de pressions, qui sont spécifiques au fluide et à l’utilisation à laquelle le fluide est destiné.
[38]Selon un mode de réalisation, chaque réservoir peut être équipé de capteurs, tels que des manomètres, des thermomètres, des détecteurs de fuite ou des détecteurs d’humidité. De cette façon, il est possible de contrôler la pression ainsi que la présence de fuites dans chaque réservoir. Cela est avantageux, d’une part pour la sécurité du système, et d’autre part lorsque les réservoirs ne stockent pas tous le même fluide. Ces capteurs peuvent également être placés directement dans l’évidement.
[39]Selon un mode de réalisation, le système comprend un unique réservoir.
[40]Selon un mode de réalisation, la longueur L d’un réservoir est comprise entre 1 mètre et 3000 mètres, préférentiellement entre 10 mètres et 2500 mètres, encore plus préférentiellement entre 20 mètres et 500 mètres.
[41]Selon un mode de réalisation, le système de stockage comprend entre 1 et 26 réservoirs, préférentiellement entre 1 et 14 réservoirs, encore plus préférentiellement entre 1 et 6 réservoirs.
[42]Selon un mode de réalisation, l’évidement présente une profondeur comprise entre 10 mètres et 2500 mètres, préférentiellement entre 20 mètres et 500 mètres, ladite profondeur étant mesurée entre la surface du sol et le fond de l’évidement.
[43]Selon un mode de réalisation, l’évidement comporte au moins un cuvelage.
[44]Selon un mode de réalisation, le cuvelage est en béton, en ciment, ou en acier.
[45]Selon un mode de réalisation, le cuvelage est un tube de cuvelage. Le tube de cuvelage peut être cimenté.
[46]Selon un mode de réalisation, le terrain est composé de roches solides, telles que le granite ou le basalte. L’avantage de réaliser le système de stockage dans un terrain composé de roches solides est qu’il est possible de se passer de cuvelage, ce qui simplifie la mise en place du système. En revanche, un cuvelage est nécessaire lorsque le système est réalisé dans des terrains meubles.
[47]Selon un mode de réalisation, l’évidement peut être réalisé par forage ou par excavation. [48]Selon un mode de réalisation, l’évidement présente un diamètre moyen compris entre 0.5 mètre et 4.5 mètres, préférentiellement entre 1 mètre et 3 mètres.
[49]Un autre objet de l’invention concerne un procédé de stockage souterrain pour le stockage de fluides, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- aménager un évidement (2) dans un terrain (40), ledit évidement (2) présentant un fond (3),
- fournir un élément de support (4) comprenant au moins une ouverture (7) apte à recevoir un élément d’assemblage (18),
- fournir au moins un réservoir (10), ledit réservoir (10) présentant un axe longitudinal (1), une extrémité inférieure (14) et une extrémité supérieure (12),
- fournir un premier moyen de fermeture (16) apte à fermer ledit réservoir (10) à son extrémité inférieur (14), et un deuxième moyen de fermeture (17) apte à fermer le réservoir (10) à son extrémité supérieure (12),
- assembler ladite extrémité supérieure (12) à l’élément de support (4) par l’intermédiaire de l’élément d’assemblage (18) de sorte que le réservoir (10) soit suspendu à l’intérieur de l’évidement (2) et qu’un jeu axial (G) apte à absorber une dilatation thermique axiale dudit réservoir (10) subsiste entre le premier moyen de fermeture (16) du réservoir (10) et le fond (3) de l’évidement (2).
Définitions
[50]On entend par « extrémité inférieure » du réservoir, l’extrémité du réservoir qui se situe à proximité du fond de l’évidement. Cette « extrémité inférieure » se définie en opposition à l’extrémité dite « extrémité supérieure » du réservoir, qui se situe à proximité de l’élément de support et donc de la surface du sol.
[51]On entend par « jeu axial » une longueur, qui s’étend selon l’axe longitudinal 1 du réservoir, mesurée entre le premier moyen de fermeture du réservoir et le fond de l’évidement. A noter que, la position d’un réservoir peut ne pas être parfaitement verticale. Dans ce cas, l’axe longitudinal 1 du réservoir présente un angle par rapport à la verticale dans le repère (x ; y). Cet angle présente une valeur maximale de 15°. Dans ce cas, la mesure du jeu axial G se fait par projection orthogonale sur l’axe vertical passant par un point du premier moyen de fermeture situé le plus proche du fond de l’évidement. Autrement dit, le jeu axial correspond toujours à la distance la plus courte, mesurée entre le fond de l’évidement et le premier moyen de fermeture.
[52]On entend par « tube métallique fileté » un tube comprenant au moins une terminaison présentant au moins une portion filetée, apte à être assemblé à un tube métallique fileté comprenant au moins une terminaison présentant au moins une portion filetée complémentaire. Le filetage peut être mâle ou femelle.
[53]On entend par « fond de l’évidement », la surface du fond de l’évidement. Ainsi, lorsque l’évidement est cuvelé et que ledit cuvelage est cimenté, le terme « fond de l’évidement » désigne alors la surface de la couche de ciment se trouvant au fond de l’évidement. Lorsque le cuvelage n’est pas cimenté, le terme « fond de l’évidement » désigne tout simplement la surface du terrain se trouvant au fond de l’évidement.
Brève description des figures
[54]L’invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés.
[55]I1 doit être compris, cependant, que la présente demande n'est pas limitée aux arrangements, structures, caractéristiques, modes de réalisation et apparence précis indiqués. Les dessins ne sont pas dessinés à l'échelle et ne sont pas destinés à limiter la portée des revendications aux modes de réalisation représentés dans ces dessins.
[56]Par conséquent, il doit être compris que lorsque des caractéristiques mentionnées dans les revendications sont suivies par des références, lesdites références sont incluses uniquement en vue d’améliorer la compréhension des revendications et ne limitent en aucun cas la portée de ces dernières.
[57]La figure 1 est un schéma d’une vue en coupe d’un système de stockage selon un mode de réalisation de l’invention.
[58]La figure 2 est un schéma tridimensionnel isolée de l’élément de support du système de stockage illustré à la figure 1.
[59]La figure 3 est un schéma tridimensionnel isolée d’un élément de support alternatif pouvant être utilisé dans un mode de réalisation de l’invention.
[60]La figure 4 est un schéma tridimensionnel d’un élément d’assemblage pouvant être utilisé dans le système de stockage illustré à la figure 1. Description des modes de réalisation
[61]La figure 1 illustre une vue en coupe d’un système de stockage 1 selon un mode de réalisation de l’invention, dans un repère (x ; y). L’axe x du repère (x ; y) est un axe horizontal, et l’axe y du repère (x ; y) est un axe vertical.
[62]Le système de stockage 1 comprend un évidement 2 réalisé dans un terrain 40, un élément de support 4 posé sur une surface d’un sol S du terrain 40, et six réservoirs 10 suspendus à l’élément de support 4 dans l’évidement 2 (seulement quatre réservoirs sont visibles sur la figure 1).
[63 ]L’ évidement 2 présente un fond 3 et comprend un cuvelage 30. L’évidement 2 pour être obtenu par forage ou par excavation, et présente une profondeur de 500, mesurée entre la surface du sol S et le fond 3. L’évidement 2 est de forme sensiblement cylindrique circulaire et présente un diamètre moyen de 4 mètres.
[64]Le cuvelage est en ciment et s’étend verticalement depuis la surface du sol S jusqu’au fond 3 de l’évidement 2.
[65]Tel que représenté sur les figures 1 et 2, l’élément de support 4 est une plaque cylindrique circulaire présentant un corps central 50 et une collerette 52, ladite collerette 52 présentant une surface inférieure 56 reposant sur le sol S. Le corps central 50 présente une première épaisseur E pouvant être comprise entre 10 mm et 500mm. La collerette 52 présente une deuxième épaisseur e pouvant être comprise entre 5 mm et 200mm. Dans le mode de réalisation illustré aux figures 1 et 2, l’élément de support 4 est une plaque métallique dans laquelle la première épaisseur E est égale à 250 mm, et la deuxième épaisseur e est égale à 100 mm.
[66]L’ élément de support 4 comprend en outre une surface supérieure 54, ladite surface supérieure 54 étant opposée à la surface inférieur 56 de la collerette 52 et, ladite surface supérieure 54 ayant une aire égale à 8,6 m2
[67]Tel qu’illustré à la figure 2, l’élément de support 4 comprend également six ouvertures 7. Les ouvertures 7 sont des trous débouchant, aménagés dans la première épaisseur E du corps 50 de l’élément de support 4. D’après la figure 3, qui illustre un élément de support 4 pouvant être utilisé dans un mode de réalisation selon l’invention, l’élément de support 4 comprend quatorze ouvertures 7 aménagées dans la première épaisseur E du corps 50.
[68]Chaque réservoir 10 est suspendu à l’élément de support 4 par l’intermédiaire d’un élément d’assemblage 18. Ainsi, pour chaque réservoir 10 du système de stockage 1, un jeu axial G subsiste entre d’une part, le premier moyen de fermeture 16 qui ferme le réservoir 10 à son extrémité inférieure 14, et d’autre part, le fond 3 de l’évidement 2. Ce jeu axial G a pour fonction d’absorber une dilatation thermique axiale du réservoir 10, qui se produit notamment lors des opérations de remplissage et de vidage. Ainsi, pour chaque réservoir 10, le dimensionnement du jeu axial G, et notamment sa longueur, dépend directement des conditions environnantes du système de stockage 1, notamment des conditions de température, de pression, et de la capacité du réservoir 10 à s’allonger lorsqu’il est soumis à des variations de température et de pression, notamment lors d’opérations de remplissage et de vidage. Ainsi, le jeu axial G de n’importe quel réservoir 10 du système de stockage 1 répond à l’inéquation suivante :
[Math 1]
Où : G est la longueur du jeu axial exprimée en mètres. L représente la longueur d’un réservoir 10 exprimée en mètres. P représente le gradient géothermique exprimé en degrés Celsius par mètre. Le gradient géothermique P varie selon la formation géologique dans laquelle le système de stockage 1 est placé. Ainsi P est tel que 0,02°/m< p<2°/m. a représente le coefficient de dilatation thermique du métal exprimé en degré Celsius'1. Le coefficient de dilatation thermique a varie selon le type de métal qui compose les tubes utilisés pour former un réservoir 10. Ainsi, a est tel que 8*10'6 °C'1 < a < 18*10'6 °C'1.
[69]Les réservoirs 10 sont tubulaires, de section circulaire, et présentent chacun un axe longitudinal (1), une extrémité inférieure 14 et une extrémité supérieure 12.
[70]Chaque réservoir est fermé à son extrémité inférieure 14 par un premier moyen de fermeture 16, et chaque réservoir 10 est fermé à son extrémité supérieure 12 par un deuxième moyen de fermeture 17. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, l’extrémité inférieure 14 et l’extrémité supérieure 12 de chaque réservoir 10 sont des extrémités filetées, et le premier moyen de fermeture 16 et le deuxième moyen de fermeture 17 présentent également un filetage, ledit filetage étant complémentaire du filetage des extrémités inférieure 14 et supérieure 12. Ainsi, l’extrémité inférieure 14 est fermée de façon étanche par vissage avec le premier moyen de fermeture 16, et l’extrémité supérieure 12 est fermée de façon étanche par vissage avec le deuxième moyen de fermeture 17. [71 ]Le deuxième moyen de fermeture 17 est équipé de capteurs 19 qui sont des manomètres, des thermomètres et des détecteurs de fuite. Bien entendu, le premier moyen de fermeture 16 peut aussi contenir des manomètres, des thermomètres et des détecteurs de fuite. D’autres types de capteurs peuvent être utilisés selon l’objectif que l’on s’est fixé.
[72]Chaque réservoir 10 peut être composé d’une pluralité de tubes A. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, les réservoirs 10 sont composés de plusieurs tubes A filetés. Ainsi, les tubes A sont assemblés par vissage de sorte à former une colonne C de tubes A. Ainsi, un ensemble composé d’une colonne C, fermée à ses extrémités 12 et 14 par des moyens de fermetures 16 et 17, forme un réservoir 10. Un réservoir 10 peut également être composé d’un unique tube A, fermé à ses extrémités 12 et 14 par des moyens de fermeture 16 et 17.
[73]Chaque réservoir 10 est assemblé à un élément d’assemblage 18. Chaque élément d’assemblage 18 est inséré dans une ouverture 7 et est retenu par une collerette 62 qui bute contre la surface supérieure 54 de l’élément de support 4. Chaque élément d’assemblage 18 est donc suspendu à l’élément de support 4. De cette manière, chaque réservoir 10 est suspendu à l’élément de support 4 par l’intermédiaire de l’élément d’assemblage 18 auquel il est assemblé.
[74]Tel qu’illustré à la figure 4, un élément d’assemblage 18 est une pièce métallique tubulaire, de section circulaire, qui comprend un corps tubulaire 60 et une collerette 62.
[75]Le corps 60 de l’élément d’assemblage 18 est fixé à l’extrémité supérieure 12 d’un réservoir 10, de préférence par vissage. Il est possible d’utiliser du soudage dans un mode de réalisation alternatif. Le corps 60 de l’élément d’assemblage 18 comporte un filetage (non représenté) mâle ou femelle complémentaire du filetage de l’extrémité supérieure 12 du réservoir 10 auquel ledit élément d’assemblage 18 est assemblé. La collerette 62 comprend une surface supérieure 64 et une surface inférieure 66.
[76]Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le corps tubulaire 60 de chaque élément d’assemblage 18 est inséré dans une ouverture 7 de l’élément de support 4. Chaque élément d’assemblage 18 repose sur l’élément de support 4 par l’intermédiaire de sa surface inférieure 66 qui bute contre la surface supérieure 54 de l’élément de support 4. En outre, chaque élément d’assemblage 18 est assemblé à un réservoir 10 par vissage à l’extrémité supérieur 12 dudit réservoir 10.
[77]La collerette 62 de l’élément d’assemblage 18 permet donc à ce dernier de reposer sur la surface supérieure 54 de l’élément de support 4. Ainsi, l’élément d’assemblage 18 n’a pas besoin d’être fixé à l’élément de support 4, par exemple par soudage ou par vissage, ce qui simplifie l’assemblage du système de stockage 1, notamment pour suspendre les réservoirs 10.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système de stockage (1) souterrain pour le stockage de fluides, ledit système de stockage (1) comprenant :
- un évidement (2) aménagé dans un terrain (40), ledit évidement (2) présentant un fond (3),
- un élément de support (4) comprenant au moins une ouverture (7),
- un élément d’assemblage (18) inséré dans l’ouverture (7) de l’élément de support (4),
- au moins un réservoir (10), ledit réservoir (10) présentant un axe longitudinal (1), une extrémité inférieure (14) fermée par un premier moyen de fermeture (16), et une extrémité supérieure (12) fermée par un deuxième moyen de fermeture (17), ladite extrémité supérieure (12) étant assemblée à l’élément de support (4) par l’intermédiaire de l’élément d’assemblage (18) de sorte que le réservoir (10) soit suspendu à l’intérieur de l’évidement (2) et qu’un jeu axial (G) apte à absorber une dilatation thermique axiale dudit réservoir (10) subsiste entre le premier moyen de fermeture (16) du réservoir (10) et le fond (3) de l’évidement (2).
[Revendication 2] Système de stockage (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir (10) est composé d’au moins un tube (A) métallique, ledit tube (A) métallique présentant au moins une terminaison dotée d’au moins une portion filetée.
[Revendication 3] Système de stockage (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réservoir (10) est composé d’au moins deux tubes (A) métalliques assemblés par vissage, de sorte à former une colonne de tubes (C).
[Revendication 4] Système de stockage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le jeu axial (G) respecte l’inéquation suivante : [Math 1] Où : G est la longueur du jeu axial exprimée en mètres, L représente la longueur d’un réservoir (10) exprimée en mètres, P représente le gradient géothermique exprimé en degrés Celsius par mètre, a représente le coefficient de dilatation thermique du métal exprimé en mètres par degré Celsius.
[Revendication 5] Système de stockage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier moyen de fermeture (16) et/ou le deuxième moyen de fermeture (17) est apte à fermer le réservoir par vissage.
[Revendication 6] Système de stockage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit système
(1) comprend une pluralité de réservoirs (10), chaque réservoir (10) présentant un axe longitudinal (1), une extrémité inférieure (14) et une extrémité supérieure (12), ladite extrémité supérieure (12) de chaque réservoir (10) étant apte à être assemblée à l’élément de support (4) par l’intermédiaire d’un élément d’assemblage (18) de sorte que chaque réservoir (10) soit suspendu à l’intérieur de l’évidement (2).
[Revendication 7] Système de stockage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’évidement (2) comporte au moins un cuvelage (30).
[Revendication 8] Système de stockage (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le cuvelage (30) est en béton, en ciment, ou en acier.
[Revendication 9] Procédé de stockage souterrain pour le stockage de fluides, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : aménager un évidement (2) dans un terrain (40), ledit évidement
(2) présentant un fond (3), fournir un élément de support (4) comprenant au moins une ouverture (7) apte à recevoir un élément d’assemblage (18), fournir au moins un réservoir (10), ledit réservoir (10) présentant un axe longitudinal (1), une extrémité inférieure (14) et une extrémité supérieure (12), fournir un premier moyen de fermeture (16) apte à fermer ledit réservoir (10) à son extrémité inférieur (14), et un deuxième moyen de fermeture (17) apte à fermer le réservoir (10) à son extrémité supérieure (12), assembler ladite extrémité supérieure (12) à l’élément de support (4) par l’intermédiaire de l’élément d’assemblage (18) de sorte que le réservoir (10) soit suspendu à l’intérieur de l’évidement (2) et qu’un jeu axial (G) apte à absorber une dilatation thermique axiale dudit réservoir (10) subsiste entre le premier moyen de fermeture (16) du réservoir (10) et le fond (3) de l’évidement (2).
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