FR2483895A1

FR2483895A1 - Installation de stockage de petrole au large des cotes

Info

Publication number: FR2483895A1
Application number: FR8111410A
Authority: FR
Inventors: Edward John Heinz; Homer Thomas Collins
Original assignee: Raymond International Builders Inc
Current assignee: Raymond International Builders Inc
Priority date: 1980-06-10
Filing date: 1981-06-10
Publication date: 1981-12-11
Also published as: IT8148628A0; DK233881A; AU523898B2; US4351623A; ES503303A0; ES8203455A1; GB2078283B; NL8102766A; BR8103642A; SE8103610L; BE889138A; DE3122994A1; NO811948L; KR830006082A; GB2078283A; FI811782L; AU7122681A; JPS5777486A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES INSTALLATIONS DE STOCKAGE DE PETROLE AU LARGE DES COTES. ELLE SE RAPPORTE A UNE INSTALLATION AYANT UN RESERVOIR 12 PLACE AU FOND DE LA MER ET CONSTRUIT EN TOLES D'ACIER. LA DIFFERENCE DE PRESSIONS ENTRE L'INTERIEUR ET L'EXTERIEUR DU RESERVOIR EST TOUJOURS TRES FAIBLE, ET LES DISPOSITIFS DE CIRCULATION D'EAU ET DE PETROLE SONT COMMANDES AFIN QUE CETTE PRESSION RESTE TOUJOURS FAIBLE. SELON UNE CARACTERISTIQUE DE L'INVENTION, DES COLONNES MONTANTES 50 D'EAU DEBOUCHENT AU-DESSOUS DU NIVEAU DE LA MER DANS DES CARTERS 62 QUI DEPASSENT DU NIVEAU DE LA MER. CES COLONNES MONTANTES ET LES CARTERS FORMENT ENSEMBLE UN DISPOSITIF DE SEPARATION DE PETROLE EMPECHANT LA POLLUTION DE LA MER PAR LE PETROLE, TOUT EN EVITANT L'APPLICATION DE PRESSIONS IMPORTANTES AUX PAROIS DU RESERVOIR. APPLICATION AU STOCKAGE DU PETROLE AU LARGE DES COTES.

Description

La présente invention concerne le stockage sous-

marin des liquides tels que le pétrole, au large des côtes, et en particulier de nouvelles installations de stockage sous-marin du pétrole, ayant une construction rentable et légère et ne provoquant pas de pollution lors du fonctionne- ment. On a déjà proposé des installations sous-marines

de stockage de pétrole au large des côtes pour diverses ap-

plications. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 3 322 087, 3 408 971, 3 695 047 et 3 943 724 décrivent des exemples de

telles installations. On a constaté que, lorsque ces ins-

tallations de stockage doivent être disposées à grande pro-

fondeur en mer et doivent avoir de grandescapacités de stocka-

ge, les forces appliquées à la surface des parois, sous l'ac-

tion des vagues et des marées et du fait des différences de

pressions exercées lorsque le pétrole est introduit ou ex-

trait, sont considérables. Dans certains cas, par exemple comme décrit dans les brevets précités des Etats-Unis d'Amérique no 3 322 087 et 3 408 971, le pétrole contenu

dans le dispositif flotte sur une couche d'eau qui communi-

que librement avec la mer. Bien que cette caractéristique

facilite la réduction au minimum des différences de pres-

sions de part et d'autre des parois de la structure, elle présente un danger de pollution car le pétrole se mélange à

la couche d'eau sur laquelle il flotte et peut ainsi faci-

lement s'échapper vers la mer. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 943 724 propose l'utilisation d'une membrane

souple entre le pétrole et l'eau, dans un réservoir de sto-

ckage sous-marin, mais ces membranes sont coûteuses, manquent

de fiabilité et ne conviennent pas aux très grandes installa-

tions. En conséquence, on a dé construire jusqu'à présent d'importantes installations sous-marines de stockage de

pétrole en béton armé très résistant afin que les compar-

timents contenant le pétrole soient isolés de la mer et en

même temps puissent supporter les forces importantes pro-

duites par la mer sur les parois des compartiments de pé-

trole. Ces structures de béton sont de fabrication coûteuse et, étant donné leur poids important, leur installation

présente aussi des difficultés et est conteuse.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 893 918 décrit un conduit de séparation ou "pieu d'écumage" destiné à contenir du pétrole et à le séparer de l'eau, au large des côtes; cependant, ce brevet n'indique pas comment le problème du stockage du pétrole, décrit précédemment, peut

être résolu.

L'invention remédie aux inconvénients précités de la technique antérieure et permet le stockage sous-marin

du pétrole de manière rentable et sans pollution, sans ris-

que de fracture et de gaspillage sous l'action des diffé-

rences de pressions dues aux marées, aux vagues ou aux mou-

vements du pétrole introduit dans l'installation de stockage

ou extrait de celle-ci. Lors de la mise en oeuvre de l'in-

vention, les structures de béton à parois épaisses ne sont pas nécessaires au confinement du pétrole, mais on peut utiliser

à la place une construction en tôles d'acier.

Dans un mode de réalisation, l'invention concerne un réservoir fermé ou une cloche supporté par le 'fond de la

mer et contenant une couche de pétrole flottant sur une cou-

che d'eau. Une tour supportant une plate-forme de forage et de production de pétrole au large, dépasse au-dessus du réservoir jusqu'à un emplacement qui se trouve au-dessus de

la surface de la mer. Une canalisation de pétrole est sup-

portée par la structure et est disposée le long de celle-ci

depuis un emplacement qui est en communication avec la cou-

che de pétrole jusqu'à un emplacement qui se trouve au-dessus de la surface de la mer. Une colonne montante d'eau est aussi supportée par la structure et est placée le long de

celle-ci, depuis un emplacement qui communique avec la cou-

che d'eau jusqu'à un emplacement immergé, au-dessus du ré-

servoir. Un carter tubulaire de confinement de pétrole en-

toure l'extrémité supérieure du dispositif formant le con-

duit d'eau et part d'un emplacement qui se trouve au-dessous

de l'extrémité supérieure jusqu'à un emplacement qui se trou-

ve au-dessus de la surface de la mer. Le carter de confinement de pétrole est ouvert du côté de la mer, au-dessous de l'extrémité inférieure du dispositif formant le conduit d'eau. La pression de l'eau à l'extérieur du réservoir est transmise à l'intérieur de celui-ci par l'intermédiaire

du carter de confinement de pétrole et de la colonne mon-

tante. De cette manière, la différence dépressions de part et d'autre des parois du réservoir et en conséquence les forces appliquées à ces parois, sont minimales si bien qu'on peut utiliser pour le réservoir une construction légère et peu coûteuse, par exemple en tôles d'acier. Bien que le niveau de la mer au-dessus du réservoir puisse varier sous l'action des vagues et des marées, ces-changements sont

transmis également à l'intérieur et à l'extérieur du réser-

voir si bien que les parois de celui-ci ne subissent pas de contraintes appréciables. La mer environnante est protégée contre la pollution par le pétrole bien qu'elle communique

directement avec la couche d'eau sur laquelle flotte le pé-

trole. Cette caractéristique est due au fait que l'eau qui sort du réservoir'doit remonter par le dispositif à conduit

d'eau et doit sortir dans le carter de confinement de pétrole.

Tout pétrole contenu dans l'eau remonte dans le carter de

confinement de pétrole et peut y.être récupéré.

L'invention concerne aussi un réservoir fermé qui contient une couche de pétrole flottant sur une couche d'eau et qui est supporté par le fond de la mer, et une structure qui remonte à partir du réservoir ou d'une cloche, au-delà de la surface de la mer. Au moins une canalisation de pétrole

est supportée par la structure et est placée le long de celle-

ci depuis un emplacement qui communique avec la couche de pétrole jusqu'à un emplacement qui se trouve au-dessus de la surface de la mer auquel elle reçoit le pétrole qui doit assurer le chargement du réservoir. Une autre canalisation de pétrole au moins, supportée par la structure, transporte le pétrole'de déchargement du réservoir. Une canalisation d'eau est aussi supportée par la structure afin qu'elle soit disposée entre un emplacement qui communique avec la couche d'eau présente dans le réservoir et un emplacement qui se

trouve au-dessus du réservoir. Un dispositif de pompage et.

un dispositif de réglage variable de débit sont disposés le long de la canalisation d'eau. Des capteurs de différences de pressions sont disposés juste à l'intérieur et à l'exté-

rieur des parois du réservoir afin qu'ils détectent la dif-

férence de pressions de part et d'autre des-parois; les si-

gnaux de ces capteurs sont traités et utilisés pour le ré-

glage du dispositif de réglage variable de débit afin que le débit résultant de liquide pénétrant dans le réservoir ou en sortant garde une valeur convenable qui réduit les différences de pressions de part et d'autre des parois du réservoir et les contraintes appliquées à ces parois, au minimum.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention seront mieux compris à la lecture de la description

qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant *aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une élévation latérale d'une tour à plate-forme de forage et de production de pétrole au large des côtes, réalisée par mise en oeuvre de l'invention; - la figure 2 est une élévation frontale de la tour de la figure 1; - la figure 3 est une vue en plan d'une partie de l'installation de la figure 1.; - la figure 4 est une coupe partielle agrandie suivant la ligne 4-4 de la figure 3;

- la figure 5 est une élévation partielle agran-

die, en partie en coupe, représentant un carter de confine-

ment de pétrole utilisé dans le mode de réalisation de la figure 1; et

- la figure 6 est-un schéma représentant les dis-

positifs de réglage de débit de fluide incorporés au mode

de réalisation de la figure 1.

L'invention convient particulièrement bien aux tours de forage et de production au large des côtes dans lesquelles le pétrole brut est prélevé au-dessous du gond de la mer puis stocké avant son transport dans un navire pétrolier (non représenté). Comme indiqué sur les figures 1 et 2, une telle tour de forage au large comprend plusieurs pieds ajourés 10 qui dépassent au-dessus d'un réservoir 12 de stockage de pétrole placé au fond 14 de la mer, dans une masse d'eau 16 et jusqu'au delà de la surface 18 de la mer, à une plate-forme 20. Celle-ci est portée par les pieds 10 suffisamment au-dessus de la surface 18 de la mer pour être isolée des effets des maréeset des vagues. La plate-forme 20 contient l'appareillage habituel de forage et de production et les installations pour le personnel; cependant, on n'a pas représenté ces caractéristiques puisqu'elles n'entrent

pas dans le cadre de l'invention. Cependant, on a repré-

senté schématiquement, pour des raisons indiquées plus en détail dans la suite, des séparateurs pétrole-eau 22 de

type connu et qui retirent l'eau du pétrole avant le trans-

port de celui-ci dans le réservoir ou dans un navire pétro-

lier. La construction particulière de ces dispositifs ne fait pas non plus partie de l'invention, et comme il s'agit de dispositifs connus, on ne les décrit pas dans le présent mémoire.

Comme l'indique la figure 2, plusieurs tubes-

guides 24 descendent de la plate-forme 20 dans l'eau 16 et

à l'intérieur du fond 14 de la mer. Ces tubes-guides 24 per-

mettent le guidage et la protection des trains de tiges pen-

dant les opérations de forage, et ultérieurement, pendant la production, c'est-à-dire lorsque du pétrole est retiré du trou foré au fond de la mer, ils ont pour rôle de protéger et de supporter les conduits qui transportent le pétrole du fond de la mer vers la plate-forme. Ces tubesguides 24 sont supportés à diverses hauteurs dans l'eau 16 par des supports

26 placés entre les pieds 10.

Le réservoir 12 de stockage de pétrole est sous forme d'un grand réservoir formé par des tôles soudées d'acier. Comme l'indiquent les figures 1 et 2, les pieds remontent à travers le réservoir et sont supportés par celui-ci au niveau du fond 14 de la mer. Le réservoir 12 a

des jupes 28 qui dépassent sous les bords inférieurs et pé-

nètrent dans le fond de la mer afin qu'elles évitent un dé-

placement latéral. Le réservoir 12 a aussi un décrocheoent ou partie découpée 30 permettant le passage des tubes-guides 24 dans le fond 14 de la mer. Le réservoir 12 de stockage de pétrole tel que

représenté sur la figure 4 est totalement fermé. Des cloi-

sons 32 sont disposées à l'intérieur et le divisent en com-

partiments, et ceux-ci ont des ouvertures 34 permettant la

circulation libre du pétrole et de l'eau entre ces compar-

timents. Le réservoir 12 a des parois supérieures inclinées

36 qui remontent vers des sommets 38 disposés à divers em-

placaients distants,et des canalisations de pétrole, d'eau et

d'évacuation de gaz traversent le réservoir à ces sommets.

Comme l'indique la figure 4, une canalisation 40 constituant un évent de gaz, débouche dans le réservoir 12 à l'endroit le plus élevé du sommet 38 afin qu'elle retire les gaz qui

se rassemblent dans cette région du réservoir. Des canalisa-

tions 42 et 44 d'entrée et de sortie de pétrole brut pénè-

trent aussi dans la région supérieure du réservoir 12 à une

certaine distance au-dessous de la canalisation 40. Un dis-

positif 46 de répartition de pétrole est placé à l'entrée

de la canalisation 42 d'entrée de pétrole brut afin qu'il ré-

1Dartisse:la force du pétrole introduit et réduise ainsi au minimum la turbulence et le mélange du pétrole et de l'eau dans le réservoir. Une canalisation 48 de sortie de lest d'eau de mer et une colonne montante 50 d'eau pénètrent aussi à la partie supérieure du réservoir 12.et descendent dans sa partie inférieure dans laquelle ellesdébouchent sous une

paroi déflectrice 52.

Comme l'indique la figure 4, le réservoir 12 con-

tient une couche de pétrole 54 qui flotte au-dessus d'une couche d'eau 56, l'interface du pétrole et de l'eau étant représentée par le trait interrompu 58. Lorsqu'une plus grande quantité de pétrole est introduite dans le réservoir,

elle déplace l'eau si bien que l'interface 58 s'abaisse.

Lorsque le pétrole est extrait du réservoir, l'eau pénètre et remplace lepétrole retiré si bien que l'interface 58 s'élève.

Chaque groupe de canalisations comprenant la cana-

lisation évent 40 de gaz, les canalisations 40 et 42 de pé- trole, la canalisation 48 de sortie de lest d'eau de mer

et la colonne montante 50 d'eau,est représenté schématique-

ment sur la figure 3 par un seul cercle 60. Comme l'indique

la suite du présent mémoire, chaque groupe de ces canalisa-

tions est placé près de l'un des pieds 10 et remonte le

long de celui-ci du réservoir 12 vers la plate-forme 20.

Toutes les canalisations, sauf la colonne montante 50, re-

montent jusqu'à la plate-forme 20. La colonne 50 aboutit et débouche audessous de la surface 18 de la mer. Comme

l'indique la figure 5, l'extrémité supérieure de la cana-

lisation 50 d'entrée d'eau débouche dans un carter 62 de confinement de pétrole. Ce carter 62 est disposé depuis un

emplacement qui se trouve au-dessous de l'extrémité infé-

rieure de la colonne 50 auquel il débouche dans l'eau 16,

jusqu'à un emplacement qui se trouve au-dessus de la sur-

face 18 de la mer. Comme l'indiquent les figures 1 et 2, les carters 62 de confinement sont aussi portés par les

pieds 10 et ils remontent jusqu'à la plate-forme 20.

Comme l'indique la figure 5, les carters 62 comportent chacun une enveloppe tubulaire 63 dans laquelle

pénètre l'extrémité supérieure de. la canalisation 50 d'en-

trée d'eau. Plusieurs déflecteurs de séparation de pétrole, en forme de disques coniques, sont montésà la face interne

de l'enveloppe 63, à des emplacements distants sur sa lon-

gueur. Ces déflecteurs sont disposés contre la paroi de

l'enveloppe et sont inclinés vers le bas, vers des empla-

cements séparés de la colonne montante 50 d'eau par une

faible distance afin qu'ils délimitent-des passages inter-

médiaires 66. Plusieurs déflecteurs 68 de séparation de pé-

trole, sous forme de chapeaux coniques, sont montés sur la

surface externe de la colonne montante 50, à des emplace-

ments espacés sur sa longueur et sont disposés en alternance entre les déflecteurs 64. Ces déflecteurs 68 sont disposés contre la colonne montante 50 et sont inclinés vers le bas, vers des emplacements séparés de l'enveloppe 63 par une

faible distance afin qu'ils délimitent des passages inter-

médiaires 70. Les tuyauteries 72 de montée de pétrole re- montent à partir de la région supérieure, juste au-dessous des chacun des déflecteurs 64 et 68, les tuyauteries traversant

ces déflecteurs afin qu'elles transmettent le pétrole collec-

té vers la région supérieure de l'enveloppe 63.

on note que l'eau de mer de la masse extérieure 16 peut passer par le fond de l'enveloppe 63 du carter et peut remonter par les passages 66 et 70 jusqu'à l'extrémité supérieure ouverte de la colonne montante 50. Cependant, lorsque de l'eau est évacuée par la colonne en provenance du réservoir 28, le pétrole entraîné dans cette eau flotte

vers la partie supérieure de l'enveloppe 63. Si l'eau con-

tinue à être chassée par la colonne 50, elle redescend dans l'enveloppe 63 mais la tendance du pétrole contenu dans cette eau à flotter provoque le rassemblement du pétrole dans les régions supérieures juste au-dessous des déflecteurs 64 et 68 de séparation de pétrole. Ce dernier est alors transmis

par les tuyauteries 72 dans la partie supérieure de l'en-

veloppe 63. La progression de l'eau dansle carter 62 de confinement est représentée sur la figure 5 par des flèches doubles en trait plein alors que la progression du pétrole

est représentée par des flèches en traits interrompus.

Une canalisation 74 de retrait de liquide des-

cend par l'extrémité supérieure du carter 68, depuis la plate-forme 20 afin qu'elle permette l'enlèvement du pétrole

qui s'y accumule. En outre, une canalisation évent 76 des-

cend aussi dans le carter 62, mais au-dessus de la canalisa-

tion 64 afin qu'elleretire les gaz qui s'y rassemblent. Un détecteur 78 de niveau de liquide dans la colonne montante

est aussi placé dans le carter 62 afin qu'il détecte la re-

montée du pétrole accumulé dans ce carter, au-delà d'un niveau prédéterminé. Ce capteur transmet un signal qui est utilisé pour la mise en route d'une pompe 80 de "pieu d'écumage" (figure 6) destinée à pomper le pétrole hors de la colonne par la canalisation 74 de retrait de liquide,

vers le séparateur 22 pétrole-eau.

La figure 6 représente schématiquement les dispo-

sitifs globaux de réglage de débit utilisés dans la tour de

forage et de production, décrite précédemment, pour le char-

gement du brut dans le réservoir 12, le déchargement du pé-

trole du réservoir et le maintien d'une différence minimale

de pressions de part et d'autre des parois du réservoir pen-

dant les opérations de chargement et de déchargement et lors-

que les conditions de la mer varient. Par raison de clarté, on n'a représenté que les canalisations 40 d'évacuation de

gaz pénétrant au sommet des compartiments du réservoir.

Les canalisations 42 et 44 d'entrée et de sortie de brut sont représentées comme pénétrant dans un compartiment et

la canalisation 43 de sortie de lest d'eau de mer et la co-

lonne 50 sont représentées comme pénétrant dans un autre compartiment. A une exception près qui est décrite dans la suite du présent mémoire, l'endroit auquel les canalisations

de pétrole et d'eau 42, 44, 48 et 50 pénètrent dans le ré-

servoir n'a pas d'importance dans la mesure o les comparti-

ments du réservoir sont reliés et permettent une circulation facile vers les canalisations, depuis tous les emplacements

qui se trouvent dans ie réservoir. Comme décrit plus en dé-

tail dans la suite du présent mémoire, l'emplacement des co-

lonnes montantes 50 est choisi spécialement afin que les

effets des pressions différentes à des emplacements diffé-

rents sur le réservoir, lors du passage d'une vague au-

dessus de celui-ci,soient minimaux.

Comme l'indique la figure 6, une pompe 82 de lest d'eau de mer est disposée le long de la canalisation 48. En réalité, cette pompe peut en comprendre plusieurs montées en

parallèle, permettant l'obtention des débits différents né-

cessaires. Le refoulement de la pompe 82 est relié par l'in-

termédiaire d'une soupape 84 de réglage de sortie de lest

d'eau, au séparateur pétrole-eau 22.

Le séparateur 22 comprend des dispositifs bien

connus dans la technique pour la séparation de l'eau con-

tenue par le pétrole.L'eau séparée est alors renvoyée dans

la mer par un dispositif convenable non représenté. Le sé-

parateur 22 comprend aussi un dispositif de séparation de l'eau du pétrole produit, extrait du puits sous-marin en

cours d'exploitation.

Le pétrole séparé dans le séparateur 22 est pompé

par une pompe 86 vers la canalisation 42 d'entrée de pétrole.

La pompe 86 peut aussi comprendre plusieurs pompes montées en parallèle et permettant l'obtention de différents débits nécessaires. Une soupape 38 de réglage d'entrée de pétrole

est placée le long de la canalisation 42.

Une pompe 90 de surcompression de pétrole est montée le long de la canalisation 44 de sortie. Cette pompe qui peut être de type submersible, peut aussi comprendre

plusieurs pompes montées en parallèle afin qu'elles per-

mettent l'obtention des débits différents nécessaires. Le refoulement de cette pompe 86 est relié par l'intermédiaire d'une soupape 90 de réglage de débit de sortie de pétrole,

à un réservoir 94 de chargement de brut disposé sur la plate-

forme 20. Ce réservoir 94 est construit et réalisé afin qu'il transmette le pétrole à un navire pétrolier amarré à la tour de forage. Une canalisation 96 de transport comprenant une soupape 98 est disposée entre des canalisations d'entrée-et de sortie 42 et 44 de pétrole au-dessus des soupapes 88 et 92 d'entrée et de sortie. Un capteur 100 de pression de la canalisation d'entrée ou manomètre est placé dans la canalisation 42 audessus de la soupape 88. Ce capteur 100 crée un signal électrique qui est transmis, par une ligne 102, afin qu'il commande la pompe 86 et arrête celle-ci lorsque la pression dans la canalisation 42, au-dessus de

la soupape 88, dépasse une valeur prédéterminée. Un comtau-

tateur 104 de dérivation est monté dans la ligne 102 afin

qu'il empêche le fonctionnement du capteur 100 pendant cer-

taines étapes de fonctionnement.

Comme-l'indique la figure 6, le brut produit pro-

venant des tubes-guides 24 (figure 2) est aussi transmis à it la canalisation 42 d'entrée de pétrole, par exemple par la

pompe 86.-

Le schéma de la figure 6 représente deux canalisa-

tions 40 d'évacuation de gaz qui ont chacune une électro-

vanne 106 à l'extrémité supérieure. Les canalisations 40 sont reliées audessus des soupapes 106, à une canalisation

commune 108 d'évacuation qui rejoint une torche (non repré-

sentée) dans laquelle les gaz sont brûlés. Les canalisations sont reliées au-dessous des soupapes 106 à un-analyseur 110 de gaz humide. Ces appareils détectent la composition des gaz dans les canalisations 40 et transmettent des signaux qui, par une ligne 112, sont utilisés pour la commande des soupapes 106 et le réglage du débit de gaz transmis à la torche.

Des soupapes d'isolement 114 qui peuvent être fer-

mées rapidement afin d'éviter la circulation vers le réservoir 12 ou à partir de celui-ci, sont placées près de l'extrémité inférieure de chaque groupe comprenant les canalisations 40, 42, 44 et 48 et la colonne 50. Un capteur 116 de-réglage de

niveau est aussi placé dans le réservoir 12 afin qu'il dé-

tecte le moment o l'interface pétrole-eau 58 (figure 4) tombe au-dessous d'un niveau prédéterminé correspondant à la capacité maximale de pétrole du réservoir. Les signaux du

capteur 116 sont transmis par une ligne 118 afin qu'ils rè-

glent le fonctionnement des soupapes 114 d'isolement pla-

cées dans les canalisations 40.

Des capteurs 118 et 120 de pression ou manomètres

sont placés juste au-dessous et au-dessus de la paroi supé-

rieure 36 du réservoir 12. Les signaux de ces capteurs sont

transmis par des lignes 122 à un émetteur de pression dif-

férentielle qui transmet des signaux électriques correspon-

dants à la différence de pressions au-dessus et au-dessous de la paroi 36. Ces signaux sont utilisés pour la commande des soupapes 84 et 88 de sortie de lest d'eau et d'entrée de pétrole, afin que l'ouverture de ces soupapes soit réglée

chaque fois que la différence de pressions de part et d'au-

tre de la paroi 36 du réservoir dépasse une valeur prédé-

terminée. Ces soupapes 84 et 88, lorsqu'elles sont ainsi

commandées, règlent le débit de liquide transmis au réser-

voir et extrait de celui-ci à une valeur convenable qui rend minimales les différences de pressions de part et d'autre des parois et les contraintes appliquées à ces dernières. L'installation sous-marine de stockage de pétrole décrite précédemment a les modes de fonctionnement suivants a. Mise en route initiale, b. Chargement de brut dans le réservoir,

c. Chargement de brut dans le réservoir avec simul-

tanément déchargement de pétrole vers un navire pétrolier amarré à proximité,

d. Déchargement de pétrole du réservoir, sans in-

troduction de pétrole, e. Fermeture normale et état stationnaire, et

f. Arrêt;d.'urgence et état stationnaire.

On considère maintenant chacun des modes précé-

dents de fonctionnement.

a. Mise en route initiale.

Lorsque le réservoir 12 est installé initiale-

ment, il est d'abord rempli d'eau de mer et les soupapes

88 et 92 de réglage sont fermées, de même que la soupape 98.

La différence de pressions entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir est maintenue à une valeur nulle grâce à la colonne 50 qui assure la communication entre l'intérieur du réservoir et l'extérieur de la mer. Lorsque-le niveau de la mer s'élève à marée montante ou à la suite du passage d'une vague, l'augmentation résultante de pression hydrostatique appliquée à la partie supérieure de la paroi supérieure 36 du réservoir 12 est aussi transmise par la colonne 50 à

l'intérieur du réservoir si bien que la différence de pres-

* sions de part et d'autre de la paroi 36 reste nulle. Ainsi,

le réservoir peut subir des changements importants de pres-

sion de l'eau sans présenter des changements correspondants

de la différence de pression de part et d'autre de ces pa-

rois. Pour cette raison, le réservoir 12 n'est pas obliga-

toirement formé d'une construction épaisse de béton, comme

les réservoirs connus.

Comme indiqué précédemment en référence à la fi-

gure 3, les canalisations de gaz, de pétrole et d'eau for-

ment des groupes, comprenant des colonnes montantes 50 et des carters associés 62 de-confinement d'huile, le long de

chacun des pieds 10, L'espacement et la disposition des co-

lonnes montantes 50 sont choisis en fonction des pressions

variables appliquées sur la largeur ou la longueur du ré-

servoir 12, lorsqu'une vague progresse au-dessus de la sur-

face de la mer. Par exemple, une vague peut avoir une hau-

teur totale, entre le creux et la crête, de 26,8 m, cor-

respondant à une variation maximale de pression de 3 bars.

Lorsqu'un nombre suffisant de colonnes 50 est disposé afin qu'elles soient très près les unes des autres, les pressions différentes aux différents emplacements latéraux peuvent théoriquement se communiquer directement aux emplacements latéraux correspondants du réservoir si bien qu'il n'y a aucune différence de pressions à un endroit quelconque sur toute la largeur de la paroi 36. On constate cependant qu'une

disposition aussi élaborée et coûteuse n'est pas nécessaire.

Au contraire, par disposition des colonnes 50 à des empla-

cements distants choisis comme indiqué sur la figure 3, la variation de pression hydrostatique lors du passage d'une vague au-dessus du réservoirpeut être compensée. Comme

l'indiquent les cercles 60 de la figure 3 (et qui repré-

sentent des canalisations de gaz, de pétrole et d'eau, y

compris les colonnes montantes 50), ces colonnes sont pla-

cées le long des coins interne et externe suivant une

diagonale de chacun des pieds 10.

On note sur les figures 1, 3 et 6 qu'une colonne montante centrale 130 est disposée à partir du centre du réservoir 12 et est reliée, juste audessus du réservoir, à des tuyauteries horizontales 132 placées transversalement et qui communiquent avec les colonnes montantes placées le long des coins internes de chacun des pieds 10. La colonne centrale 130 transmet à la région centrale du réservoir 12 la pression moyenne régnant dans les quatre colonnes 50

auxquelles elle est raccordée et cette disposition corres-

pond en fait à la présence d'une colonne montante centrale non supportée, au centre du réservoir. Cette disposition est telle qu'une colonne est placée relativement près de chaque emplacement a -l'intérieur du réservoir si bien que,

quelle que soit la direction de passage d'une vague au-

dessus du réservoir, la variation de pression dans la di-

rection de la vague est compensée par les colonnes montan-

tes qui ont une position stratégique. Ainsi, comme l'in-

dique la figure 3, la distance maximale séparant les co-

lonnes montantes dans les directions X ou Y ou en diago-

- nale, dans un réservoir dont la largeur et la longueur sont de 105 et 117 m respectivement, est d'environ 45,7 m. Elle correspond au huitième de la longueur d'onde totale pour la vague de hauteur précitée, ou au quart de la distance

comprise entre la crête et le creux de la vague. Cette va-

leur correspond à une variation maximale de pression de 0,63 bar, due à la différence de hauteurs de la vague entre les colonnes. Cependant, comme chaque colonne maintient une différence de pressions nulle à son emplacement particulier, la variation maximale de pression existe à michemin entre les colonnes et elle est doncseulement de 0,32 bar. Cette valeur est bien en-deçà des possibilités permises par une

construction en acier.

b. Chargement de brut dans le réservoir.

Cette opération commence par ouverture du commu-

tateur 104, par mise en route de la pompe 86 et par ouver-

ture de la soupape 88 de commande d'entrée de pétrole. Le pétrole du puits en production commence à descendre par la

canalisation 42 dans le réservoir 12. A ce moment, le com-

mutateur 104 est fermé afin que la pompe 86 s'arrête si la

pression dans la canalisation 42 dépasse une valeur prédé-

terminée. Lorsque le pétrole commence à s'écouler dans le réservoir 12, la pompe 82 de lest d'eau est mise en route et la soupape correspondante 84 est ouverte. L'eau de mer

s'écoule alors hors du réservoir 12 et remonte par la cana-

lisation 48 vers les séparateurs 22. LeS soupapes de ré-

glage d'entrée et de sortie sont réglées de manière que la

quantité d'eau sortant du réservoir corresponde à la quan-

tité de pétrole pénétrant dans le réservoir. Dans la mesure o les débits d'entrée et de sortie ne sont pas égaux, les canalisations 50 assurent une compensation automatique qui permet à l'eau de mer de pénétrer dans le réservoir ou d'en sortir si bien que la différence de pressions de part et d'autre de la paroi supérieure 36 du réservoir est maintenue

à une valeur pratiquement nulle.

Bien que,-en théorie, tôute l'eau de mer déplacée par le pétrole introduit puisse sortir du réservoir par les colonnes 50, il est préférable que la plus grande partie de l'eau déplacée soit transmise aux séparateurs 22 placés sous

la plate-forme 20 car une séparation optimale de grand vo-

lume peut y être assurée. De cette manière, les débits dans

les colonnes 50 sont minimaux et les carters 62 de confine-

ment de pétrole permettent de tels débits avec

maintien d'un réglage automatique de la pression et des ris-

ques minimaux de fuite de pétrole dans la mer.

c. Chargement de brut dans le réservoir avec simultanément

déchargement de pétrole du réservoir vers un navire p-

trolier amarré à proximité.

Cette opération est mise en oeuvre comme dans le cas du chargement de pétrole dans le réservoir mais, dans ce cas, la pompe 90 de surcompression de pétrole est mise en route et la soupape 92 de réglage de sortie de pétrole est ouverte. Le pétrole s'écoule alors dans le réservoir par l'intermédiaire de la canalisation 42 et simultanément il sort du réservoir par la canalisation 44 vers le réservoir 94 de chargement de brut. Dans ce cas, la soupape de réglage de sortie de lest d'eau est fermée partiellement afin que seule la quantité d'eau nécessaire à la compensation de la différence entre le pétrole pénétrant dans le réservoir par la canalisation 42 et le pétrole sortant du réservoir par la canalisation 44, puisse sortir du réservoir. Pendant cette

opération aussi, toute différence résultante entre la quan-

- 16 tité de liquide transmise au réservoir et la quantité de liquide en sortant est compensée par les colonnes 50 si bien que la différence de pressions de part et d'autre des parois

du réservoir reste nulle ou presque.

Le cas échéant, la soupape 98 peut être ouverte à

ce moment afin qu'une partie ou la totalité du pétrole pro-

duit puisse passer en dérivation par rapport au réservoir et puisse s'écouler directement dans le réservoir 94 de

chargement de brut.

d. Déchargement de pétrole du réservoir, sans chargement

simultané de pétrole.

Dans ce cas, la pompe 86 ne fonctionne pas et la soupape 88 de réglage d'entrée de pétrole est fermée. En outre, la pompe 82 de lest d'eau ne fonctionne pas et la soupape correspondante 84 est fermée. Cependant, la pompe de surcompression-de pétrole fonctionne et la soupape 92 de réglage de sortie de pétrole est ouverte. Lorsque le pétrole sort du réservoir par la canalisation 44 et la pompe 90, de l'eau de mer pénètre dans le réservoir depuis l'intérieur des carters 62 de confinement de pétrole et des colonnes montantes-50 afin que la sortie de pétrole

soit compensée. Cette entrée d'eau de mer est réglée auto-

matiquement afin qu'une différence nulle de pressions soit maintenue de part et d'autre des parois du réservoir. En outre, comme il n'y a pas de sortie d'eau de mer pendant ce

mode de fonctionnement, aucune canalisation séparée de cir-

culation d'eau de mer ne doit être utilisée pour éviter la pollution.

e. Arrêt normal et état stationnaire.

Lorsque le pétrole est en cours de chargement dans le réservoir comme décrit précédemment, les pompes 86 et 82 fonctionnent et les soupapes 88 et 84 correspondantes sont toutesdeux ouvertes. Au début de la séquence d'arrêt, la soupape 84 de lest d'eau de mer est fermée et la pompe 82

est arrêtée afin que l'eau ne puisse plus sortir par la cana-

lisation 48. La soupape 88 est fermée afin que le pétrole ne puisse plus pénétrer dans le réservoir. Lorsque la soupape 88 est fermée, la pression dans la canalisation 42, au-dessus de cette soupape, augmente. Cette augmentation de pression est détectée par le capteur 100 qui transmet un signal par

la ligne 102 si bien que la pompe 86 cesse de fonctionner.

Pendant toute cette séquence de fonctionnement et ultérieu- rement, la pression à l'intérieur du réservoir est maintenue automatiquement par les colonnes 50 afin qu'elle corresponde à la pression à l'extérieur du réservoir, avec réduction au

minimum des contraintes appliquées aux parois du réservoir.

Lorsque, au moment de l'arrêt, du pétrole est en cours de chargement dans le réservoir alors que du pétrole est simultanément extrait vers un navire pétrolier, les pompes 86 et 90 fonctionnent toutes deux et les soupapes correspondantes 88 et 92 sont toutes deux ouvertes. En outre,

si le débit résultant de pétrole transmis par la canalisa-

tion 42 d'entrée dépasse le débit résultant de sortie par la canalisation 44, la pompe 42 fonctionne et la soupape

correspondante de réglage de sortie de lest d'eau est ou-

verte en partie. Lorsque l'arrêt doit être exécuté dans ces conditions, la soupape 84, si elle est ouverte, est fermée

et la pompe 82 est arrêtée. Les soupapes 88 et 90 sont fer-

mées et le capteur 100 provoque l'arrêt de la pompe 86 comme décrit précédemment. La pompe 90 de surcompression est alors arrêtée. Dans ce ças encore, aussi bien pendant l'arrêt qu'après celui-ci, les colonnes montantes 50 maintiennent la pression à l'intérieur du réservoir à celle de la mer

environnante ou à peu près si- bien que les contraintes appli-

quées aux parois du réservoir sont minimales.

f. Arrêt d'urgence et état stationnaire.

A un moment quelconque, les courants transmis au réservoir et extrait de celui-ci peuvent être arrêtés par déclenchement de l'une des soupapes d'isolement 114 ou de toutes. Dans chacun des différents modes de fonctionnement

décrits précédemment, les capteurs 119 et 120 de pression dé-

tectent la différence nette de pressions de part et d'autre des parois 36 du réservoir 12. Si cette différence dépasse une limite prédéterminée, par exemple lorsque les courants

circulant dans les colonnes 50 sont interrompus ou ne suf-

fisent pas à la compensation.de la différence résultante de débits transmis au réservoir et extrait de celui-ci, les signaux détectés de différence de pressions parviennent à la soupape 88 de réglage d'entrée de pétrole et à la soupape 84 de réglage de sortie de lest d'eau afin qu'elles soient

réglées et rendent minimale la différence de débits.

Les diverses pompes et soupapes utilisées dans le

circuit de réglage décrit précédemment peuvent être théo-

riquement réglables manuellement, suivant les séquences

indiquées précédemment pour chacun des modes de fonctionne-

ment. Cependant, il est préférable qu'un mécanisme program-

mé assure la commande des pompes ainsi que l'ouverture et la fermeture des diverses soupapes, suivant la séquence prédéterminée pour chaque mode de fonctionnement. Un tel

type de mécanisme programmé peut mettre en oeuvre un mi-

croprocesseur. Celui-ci est repéré schématiquement sur la figure 6 par le rectangle 134. Toutes les soupapes et

toutes les pompes sont commandées par des signaux prove-

nant du microprocesseur 134, et les signaux provenant des capteurs 78 et 116 de niveau, des capteurs 100 et 128 de

pression et de l'analyseur 110 de gaz parviennent au micro-

processeur 134, comme indiqué par les flèches en traits in-

terrompus partant de ces éléments. Le microprocesseur crée à son tour des signaux de commande de soupape et de pompe,

comme indiqué par les flèches en traits interrompus diri-

gés vers ces pompes 80, 82, 86 et 90 et ces soupapes 84, 88, 92, 98, 100, 106 et 114. Le microprocesseur est aussi destiné à recevoir des signaux manuels d'entrée destinés à la mise du circuit dans tout mode voulu de fonctionnement

ou à interrompre toute opération en cours.

Le traitement particulier des signaux des diffé-

rents capteurs dans le microprocesseur et leur transmission aux diverses pompes et soupapes n'entre pas dans le cadre de l'invention, et l'un quelconque de nombreux dispositifs bien connus peut être utilisé pour l'obtention de toute séquence de commande de pompes et de soupapes, à partir de signaux manuels d'entrée et de signaux préalablement programmés de synchronisation ou de pression, comme décrit précédemment

en référence aux divers modes de réalisation. En consé- -

quence, pour la clarté de la description, on ne décrit pas

les détails particuliers des circuits électriques et de la

réalisation du microprocesseur.

Il faut noter d'après la description qui précède

que l'invention rend possible la construction du réservoir

12 sous forme légère et peu coûteuse en acier, par utilisa-

tion d'un dispositif réduisant au minimum la différence de pressions de part et d'autre des parois du réservoir. La disposition particulière des colonnes montantes 50 et la commande des soupapes en fonction des capteurs 119 et 120 de pression sont utiles à cet effet. Il faut aussi noter que ces deux caractéristiques selon l'invention peuvent être

utilisées simultanément, cômme décrit précédemment, ou in-

dépendamment. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

l. Installation de stockage de pétrole au large des côtes, caractérisée en ce qu'elle comprend un réservoir fermé (12) supporté par le fond de la mer et contenant une couche de pétrole flottant sur une couche d'eau, une struc- ture (10, 20) partant du réservoir au-dessus de celui-ci vers un emplacement qui se trouve au-dessus de la surface de la mer, une canalisation (42, 44) de pétrole supportée par cette structure et disposée le long de celle-ci entre

un emplacement qui communique avec la couche de pétrole pla-

cée dans le réservoir et un emplacement qui se trouve au-

dessus de la surface de la mer, un dispositif (50) à con-

duit d'eau supporté par la structure et disposé le long de celle-ci entre un emplacement qui communique avec ladite couche d'eau et un emplacement immergé mais disposé au-dessus -du réservoir, et un carter (62) de confinement de pétrole

comportant une enveloppe tubulaire (63) qui entoure l'ex-

trémité supérieure du dispositif (50> à conduit d'eau et disposé entre un emplacement qui se trouve au-dessous de

l'extrémité supérieure et un emplacement qui se trouve au-

dessus de la surface de la mer, l'enveloppe tubulaire (63)

étantouverte au-dessous de l'extrémité supérieure du dis-

positif (50) à conduit d'eau et permettant ainsi le passa-

ge de l'eau.
2. Installation selon la revendication 1, caracté-

risée en ce que ladite structure partant du réservoir au- -

dessus de celui-ci comprend plusieurs pieds distants (10),

et le dispositif à conduit d'eau comporte des colonnes mon-

tantes séparées (50) et des carters associés (62) de confi-

nement de pétrole sont disposés à partir d'emplacements différents sur le réservoir (12) et sont supportés par des

pieds différents.
3. Installation selon la revendication 1, caractéri-

sée en ce que le dispositif à conduit d'eau comporte au

moins une coloinne montante centrale (130) sortant du ré-

servoir à un emplacement intermédiaire de celui d'autres colonnesmontantes, la colonne centrale étant reliée à chacune des autres colonnes montantes (50) à proximité du

réservoir si bien que la pression communiquée à la colonne.

centrale est égale à la moyenne des pressions dans les

autres colonnes montantes.
4. Installation selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que le carter (62) de confinement de pétrole est

aussi supporté par ladite structure (10) partant du réser-

voir.
5. Installation selon la revendication 1, caractéri-

1O sée en ce que ladite structure partant du réservoir comporte

plusieurs pieds distants (10) qui supportent une plate-

forme (20) de production de pétrole au-dessus de la surface

de la mer.
6. Installation selon la revendication 5, caractéri-

sée en ce que le dispositif à conduit d'eau comprend plu-

sieurs colonnes montantes (50) et des carters associés (62) de confinement d'huile, supportés par les pieds distants (10) afin qu'ils soient disposés au-dessus d'emplacements

différents le long du réservoir.
7. Installation selon la revendication 1, caractéri-

sée en ce qu'elle comporte une pompe (90) disposée le long de la canalisation (44) de pétrole afin qu'elle extraie le

pétrole du réservoir.
8. Installation selon la revendication 1, caractéri-

sée en ce qu'elle comporte une pompe (86) placée le long de la canalisation (42) de pétrole afin qu'elle introduise

du pétrole dans l.e réservoir.
9. Installation selon la revendication 8, caractéri-

sée en ce qu'elle comprend une canalisation (48) de lest d'eau de mer, partant de la couche d'eau formée dans le réservoir jusqu'à un emplacement qui se trouve au-dessus de la surface de la mer, et une pompe (82) est disposée dans cette canalisation de lest d'eau afin qu'elle retire l'eau

du réservoir lorsque du pétrole est pompé dans celui-ci.
10. Installation selon la revendication 9, caractéri-

sée en ce que des capteurs (119, 120) de pression sont dis-

posés juste à l'intérieur et à l'extérieur du réservoir afin qu'ils contrôlent la différence de pressions de part et d'autre des parois (36) du réservoir, et un dispositif (114) de réglage de débit est destiné à réduire le débit résultant transmis au réservoir ou extrait de celui-ci par la canalisation de pétrole et la canalisation de lest d'eau

en fonction des différences prédéterminées de pressions dé-

tectées par les capteurs de pression.
11. Installation selon l'une des revendications 1 et

9, caractérisée en ce qu'elle comprend des canalisations sé-

parées (42, 44) d'entrée et de sortie de pétrole disposées

le long de la structure de support (10) à partir de la cou-

che de pétrole formée dans le réservoir et jusqu'à des em-

placements d'entrée et de sortie formés au-dessus de la surface de la mer, et des pompes (86, 90) sont disposées

dans chacune des canalisations.
12. Installation selon la revendication 1, caracté-

risée en ce qu'elle comporte un dispositif (78) de détection d'un niveau de liquide placé à l'intérieur du carter (62) de confinement de pétrole afin qu'il détecte le niveau du pétrole accumulé dans celui-ci, et une pompe (80) destinée à retirer le pétrole du carter (62) sous la commande d-'un signal provenant du dispositif de détection du niveau de liquide.
13. Installation de stockage de pétrole au large des

côtes, caractérisée en ce qu'elle comprend un réservoir fer-

mé (12) supporté par le fond de la mer et contenant une

couche de pétrole flottant sur une couche d'eau, une struc-

ture (10) partant du réservoir au-dessus de celui-ci vers un emplacement qui se trouve au-dessus de la surface de la mer, une canalisation (42, 44) de pétrole supportée par cette

structure et disposée le long de celle-ci entre un emplace-

ment qui communique avec la couche de pétrole formée dans le réservoir et un dispositif de raccordement de conduit

de pétrole placé au-dessus et destiné à relier la canalisa-

tion de pétrole à une source de pétrole ou un récepteur de

pétrole, un dispositif (86, 90). de pompage de pétrole pla-

cé le long de ladite canalisation entre le réservoir et le

dispositif de raccordement, une canalisation d'eau suppor-

tee par ladite structure, et disposée le long de celle-ci entre un emplacement qui communique avec la couche d'eau et un dispositif de séparation de pétrole placé au-dessus du réservoir, un dispositif (82) de pompage d'eau placé le

long de la canalisation d'eau entre le réservoir et le dis-

positif de séparation d'eau et de pétrole, un dispositif (119, ) de détection d'une pression différentielle, destiné à détecter la différence de pressions au-dessus et au-dessous

de la face supérieure du réservoir, et un dispositif de ré-

glagecommandé par une pression différentielle prédéterminée détectée par le dispositif de détection et destiné à régler le fonctionnement relatif des dispositifs de pompage de pétrole et d'eau afin que cette différence de pressions soit

réduite.
14. Installation selon la revendication 13, caractéri-

sée en ce que le dispositif de réglage comprend une soupape réglable (88, 98) placée à la sortie de l'un au moins des

dispositifs de pompage.
15. Installation selon la revendication 13, caractzri-

sée en ce que le dispositif (82) de pompage d'eau est desti-

né i extraire l'eau du réservoir, et le dispositif (86) de

pompage de pétrole est destiné à pcyper le pétrolevers le ré-

servoir.
16. Installation selon la revendication 13, caractéri-

sée en ce qu'elle comprend en outre une seconde canalisation (44) de pétrole partant de la couche de pétrole formée dans

le réservoir et rejoignant un emplacement qui se trouve au-

dessus de la surface de la mer, et un dispositif (90).de pompage de pétrole placé dans la seconde canalisation de pétrole afin qu'il retire le pétrole du réservoir,
17. Installation selon la revendication 13, caractéri-

sée en ce que la structure partant du réservoir au-dessus de celui-ci comprend plusieurs pieds (10) qui supportent une

plate-forme (20) de production de pétrole au-dessus du ni-

veau de la mer, et les canalisations de pétrole et d'eau sont

supportées par les pieds (10).
18. Installation selon la revendication 13, caractéri-

sée en ce qu'elle comprend en outre au moins une colonne montante (50) d'eau remontant de la couche d'eau formée dans le réservoir (12) jusqu'à un emplacement qui se trouve dans la mer, au-dessous de la surface de celle-ci, et un

carter (62) de confinement de pétrole sous forme d'une en-

veloppe tubulaire (63) entoure l'extrémité supérieure de la colonne montante (50) et remonte jusqu'à la surface de la mer.
19. Installation selon l'une des revendications 1 et

13, caractérisée en ce que le réservoir (12) est construit

en acier.