Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
1~;55~'1
La présente invention concerne un dispositif anti-
pollution pour recueillir des fluides p]us legers que l'eau
s'echappant d'une source immergee, notamment des hydrocarbures
s'echappant de fractures du fond de l'eau, d'un puits sous-
marin, d'un navire ayant coule,,ou d'une conduite immergee.
Plus particulièrement, l'invention permet de dimi-
nuer ou de supprimer la pollution marine pouvant résulter de
forages petroliers en mer.
La recente eruption du puits IXTOC 1 dans le
Golfe du Mexique a mis en lumière les risques de pollution
lies aux operations de forage en mer et la necessite de dispo-
ser d'equipements permettant d'éliminer, ou tout au moins de
reduire très fortement, la pollution, en attendant que la mal-
trise du puits eruptif puisse etre assuree (par exemple par
forage de puits devies et éventuellement cimentation).
On a déjà proposé des dispositifs antipollution
pour puits pétrolier immergé, comprenant un organe collecteur
adapté à venir coiffer la tete de puits pour recueillir les
hydrocarbures s'échappant de celle-ci.
- Le brevet US 3 602 299 délivre le 31 août, 1971,
inventeur; Joseph D. Mozic propose un appareil pouvant être mis
en place au-dessus d'une source immergée d'hydrocarbures pour
realiser leur combustion.
- Le brevet US 3599 434 delivre le 17 août 1971,
inventeur Louis Missud, envisage d'entourer une plateforme de
forage en mer d'une jupe soutenue par un anneau flottant,afin
de retenir les hydrocarbures qui risqueraient de polluer l'eau
environnante.
- Le brevet canadien 1 063 367 delivre le
2 octobre 1979, inventeur Pilkington, G. Roger, enseigne de
* IXTOC est une marque de commerce
-1- ,
B .~,~
placer sur une source subaquatique d'hydrocarbures un dome muni
d'un orifice central pour la remontée d~s hydrocarbures liqui-
des et d'orifices périphériques par lesquels les gaz peuvent
s'ccllapyer~ver-; la surE.lce en rormant un anneau con~inan~ les
hydrocarbures liquides, ce qui facilite la combustion.
- La revue Offshore, vol. 17, Octobre 1977, n 11,
Tulsa (U.S.A.) decrit un dispositif comportant un organe col-
lecteur pouvant coiffer un equipement immerge duquel s'echap-
pent des hydrocarbures.
- Le brevet US 3 745 773 delivre le 17 juillet,
inventeur Byron H Cunningham decrit une plateforme de forage
et de production comportant à sa base un organe collecteur
d'hydrocarbures, cet organe etant relie à des moyens de col-
lecte situes au sommet de la plateforme.
- Le brevet francais 2 062 092 decrit une tor-
chère flottante comportant un conduit vertical permeable reliant
à la surface un organe collecteur d'hydrocarbures situe au fond
de l'eau.
- Le brevet tJS 3 548 605 delivre le 22 decembre
1970, inventeurs: Peter L. Paull, Weston et Al decrit un
dispositiE pour contrôler une fuite de gaz au fond de l'eau,
ce dispositif comportant un organe collecteur relie à la sur-
face par une conduite extensible qui est initialement repliee
sur l'organe collecteur lorsque celui-ci est descendu au fond
de l'eau.
- Le brevet US 3 653 215 délivré le 4 avril 1972
inventeur: Arturo M. Crucet, décrit un système pour contenir
une fuite d'hydrocarbures sous l'eau, ce système comprenant un
organe collecteur muni d'une jupe pouvant être dépliee et
repliee par la manoeuvre de câbles depuis la surface, et
comportant a sa partie superieure des moyens de collecte du
-2-
~ ~i5~
gaz et du liquide recueillis.
Cependant, ces systèmes antérieurs sont difEici.les
a mettre en place et a maintenir en position au-dessus d'une
source de fluide s'échappant sous pression, telle qu'un puits
en éruption, en raison des turbulences dues au jet dlhydrocar-
bures sortant du puits (zone de bouillonnement au-dessus de ce
puits) et des surpressions qui se produisent lorsqu'on coiffe
brutalement le puits en éruption.
Selon la présente invention, il est prévu un dispo-
sitif antipollution pour récupérer des fluides plus légers quel'eau s'échappant dlune source immergée, comprenant un organe
collecte.ur adapté a venir coiffer la source pour recueillir
les fluides, ledit organe collecteur comprenant une partie
inférieure et une partie supérieure, au moins ladite partie
inférieure étant souple et repliable, cette partie souple ayant
une structure perméable a mailles permettant aux turbulences
de s'échapper de l'intérieur de cette partie inférieure vers
l'extérieur, des moyens de collecte reliés audit organe collec-
teur et disposés au-dessus dudit organe, et des moyens de
manoeuvre reliés a ladite partie inférieure permettant de dé-
plier cette partie inférieure depuis la surface d'eau lors de
la mise en place dudit organe collecteur.
Selon la présente invention il est egalemen-t prévu
une méthode de récupération des fluides plus légers que l'eau
s'échappant d'une source immergée, a l'aide d'un dispositif de
récupération comprenant un organe collecteur muni d'une partie
inférieure souple et repliable, cette partie inférieure ayant
une structure perméable à mailles, des moyens dc collecte et
des moyens de manoeuvre permettant de deplier la partie infé-
rieure, la méthode étant caractérisee en ce qu'on amene leditdispositif au-dessus de ladite source immergée, on descend, en
la dépliant, ladite partie inferieure jusqu'a ce qu'elle coiffe
.~ - 3 -
;~ 5571
ladite source immergée, cette descente`étant effectuee pro-
gressivement en permettant aux turbulences de s'echapper de
l'intérieur dudit organe collecteur ve.rs l'extérieur, on évacue
du gaz recueilli par une cheminee vers une torche où il est
enflammé, on fait déborder Un melange d'huile et d'eau de
ladite section de separation dans une cuve de recuperation, et
on arrose en permanence d'eau ou de mousse l'ensemble du dis-
posltif.
Des exemples non limitatifs de realisation de l'in-
vention sont illustrés par les dessins annexés, où:
- la figure 1 est une vue générale d'un dispositif selon l'in-
vention,
- la figure 2 représente ce dispositif en elevation, en posi-
tion de travail,
- les figures 2A, 2B et 2C illustrent, partiellement en coupe
axiale, différents modes de réalisation des moyens de col-
lecte et qe séparation des hydrocarbures; la figure 2C se
trouve sur la planche contenant la figure 5,
- la figure 3 montre, partiellement en coupe axiale, le dispo-
sitif de la figure 2 en position de transport sur l'eau,
- la figure 4 illustre un procédé d'approche et de positionne-
ment du dispositiE, et
- la figure 5 montre un mode de realisation d'un conduit
télescopique souple reliant le sommet de l'entonnoir aux
moyens de collecte et de séparation des hydrocarbures. La
figure 5 se trouve sur la planche contenant la figure 2C.
Les memes références ont été utilisées dans les
différentes figures pour désigner les éléments similaire
Le dispositif de récupération d'hydrocarbur
_ .. ... _ . .
1 ~i5~
s'échappant d'un puits eruptif, qui est illustré par les figu-
res 1 et 2, comporte les éléments suivants :
- un organe collecteur 1, recueillant les hydrocarbures liqui-
des et gazeux, en forme d'entonnoir renversé et muni de
l~s~S 5
- des moyens de collecte des hydrocarbures comprenant une
section 2 de séparation gaz-liquide,
- une cheminée 3 avec torche,
- un réservoir an~ulaire 4 constituant une cuve de récupéra-
tion cl'huile,
- un ense]nble de deux ballasts 5a et 5b et
- une plate~orme anti.d~fl.agrante munie de treuils, consti-
tuée par deux barges 6a et 6b.
L'entonlloir l est constitué d'une jupe coni.que sou-
ple lest6e a Scl base, que l'on peut replier ou déplier à l'ai-
de de câbles de rappel 7a et 7b. Ia partie superieure 1a de
la jupe peut etre realis~e en mati~re plasti(lue souple ou en
tissu enduit d'un ~].astomere resistant aux hydroc.lrbures, ou
encore en un materi.lu soupl.e resistant au feu (par exemple
en tissu d'a.miallte, laine minerale, laine de verre, etc ...).
La partie inférieure lb est per!néable, pouvant etre consti-
tuée d'ull rilet à mailles, par exel]lple un filet métallique, ce
qui permet :
- de dimi.nuer la prise au courant,
- de réduire ].'effet des turbulences dues à l'éruption du
puits,
- de faciliter le repliage pour la posi.tion transport.
Eventuellementj le sommet de l'entonnoir pourra
~ 7:~
être doublé intérieurement par un élement en forme de tronc
de cône dont la paroi. sera constituée en un matériau rigide
résistant au feu. Cet élément sera, par exemple, un élément
métallique tronconique sur lequel la jupe pourra être repliée,
cet élemelt étant éventuellement recouvert intérieurement
d'un materiau réfractaire.
Le rapport de hauteur entre la partie imperméable
et la partie perméable dépend de l'évasement que prend le jet
d'huile et de gaz à la sortie de la tête de puits 8.
Le lest peut être réalisé par des gueuses 9a, 9b
fixées sur les poulies 10a, lOb du câble de rappel et gui,
dans la position de travail, reposeront sur le fond ou seront
entre deux eaux, selon la profondeur d'eau et l'évasement du
jet d'hydrocarbures s'échappant du puits. La jupe pourra être
renforcéc par des raidisseurs circulaires, longitudinaux, ou
en spirale, ou même être constituee d'une armature formée de
ba.ndes hori.zontalcs ou verticales à haute rcsistance à la
tracti.on que l'on recouvri.ra d'un film étanche dans la partic
supcri.eure de cette jupe qui doit etre impermeahle et qu'on
20 laissera telle quell.e dans sa part:i.c i.nferi.eure qui doit être
permeable.
L'entollnoir l pourra, par cxcmplc, avoir les di-
mensions suiv~-llltes :
. Diam~tre à la base foncti.on du diamctre de la zone de
bouil].onllelllellt : 30 m ou plus,
. Diamètre au sommet : 5 m,
. Hauteur : fonction de la profondeur d'eau : par exemple,
40 ~ 45 m dans le cas d'un puits situé à 50 m de profondeur.
La section 2 de séparation gaz-liquide, qui est
30 situee au sommet du cône ', a pour but d'assurer la séparation
entre le liquide (huile et eau entralnée) qui s'écoulera dans
5'7~
~a cuve annulaire 4 et le gaz qui sera évacué à la chenlince 3.
Cette section sera constituée d'une cuve circulai-
re (par exemple de 5 m de diamètre) et pourra comporter à
l'intérieur des di.spositifs fixes ou rnobiles (plaques - chi-
canes - palettes) tels que ceux utilisés dans les sépara-
teurs verticaux basse pression. Le liquide séparé s'écoule--
ra par débordement dans la cuve annulaire 4 coaxiale à la
section 2.
~ .a cheminée circulaire 3 d'un diamètre un peu in-
férieur à celui de la section de séparation 2 (par exemple
4 m), est concentrique à celle-ci. Dans le mode de réalisa-
tion illustré par la figure 2, sa base se trouve un peu en
dessous du bord supérieur de la section 2 de séparation
gaz-liquide,de manière à constituer une garde liquide s'op-
posant au passage des gaz (système gazomètre à joint liqui-
de).
La cheminée 3 est munie intérieurement de chicanes
obliques 11 permettant de récupérer ].es gouttelettes liqui-
des entraînées et elle est surmontée d'une torche équipée
d~un dispositi.f 12 "arrête flamme".
Le système gazomètre ~ joint liquide dans lequel
la cheminée est à l'intéricur de la secti.on de séparation
peut etre remplacé : .
- soit par un système dans.lequel la section de
séparation 2 est munie à son sommet de tubulures
latérales 13 plongeant dans la cuve de récupéra-
tion pour assurer l'écoulement de la phase li-
quide, la cheminée 3 par laquelle doit sortir
le gaz venant coiffer la section de séparation
~ (~ig. 2A)~
-soit par~ln système cians lcqucl le sommet dc l'en-
tonnoir 1 est surn~nté d'une chambre de col].ecte
~ ,.6~j5~
2a munie d'une tubulure verticale 3a comportant
une vanne télecommandee 14, et d'une tubulure laté-
rale 15 raccordée à un séparateur vertical gaz-
liquide basse pression classique 16 situé dans la
cuve de recupération 4.
Dans ce cas, pendant la phase de mise en place de
l'entonnoir 1, la vanne telecommandee 14 est ouverte et l'en-
semble gaz-liquide s'echappe par le haut de la tubulure 3a,
puis, quand la plateforme formee par les barges 6a et 6b est
positionnee et l'entonnoir 1 descendu, on ferme progressivement
la vanne telecommandee 14 pour diriger le melange gaz-liquide
vers le separateur 16. La phase vapeur sort par le haut du
separateur vers une torche 17 et la phase liquide s'ecoule
dans la cuve de recupération par un siphon 18 (fig. 2B).
La figure 2C illustre un mode de realisation dans
lequel la section de separation 2 est munie d'orifices 2c
situes sous le niveau de liquide dans la cuve annulaire de
recuperation d'huile 4. Le gaz sort par une cheminee centrale
44 surmontee d'un deflecteur conique 45, pour rejoindre la
cheminee 3.
Quel que soit le mode de realisation retenu, la sec-
tion de separation 2 peut être reliee à l'entonnoir 1 par un
conduit de prolongation extensible, tel que le conduit 19
represente sur la figure 2C.
Ce conduit 19 pourra être constitue en un materiau
souple résistant au feu (par exemple en tissu d'amiante, laine
minerale, laine de verre, etc...).
Des câbles de manoeuvre 20 permettront de deployer
ce conduit à partir d'une position repliee facilitant le trans-
port.
Un tel mode de realisation permettra d'utiliser ledispositif selon l'invention à des profondeurs plus impor-
tantes.
Le choix entre les différents modes de réali.sa-
tion de l'ensemble de séparation 2 et cheminée 3 devra résul-
ter des observations faites lors d'expérimentations.
La cuve de récupération d'huile a pour but de
recueillir l'huile et l'eau qui viennent de la section de sé-
paration 2 gaz-liquide et d'assurer la décantation entre
l'eau et l'huile afin d'éviter toute pollution. Elle sert
également de bac-tampon à partir duquel le pétrole récupéré
10 pourra être transféré dans un tanker par pompage à travers
un bac pare-flamme, en utilisant des moyens de pompage dési-
gnés dans leur ensemble par la référence 46.
Cette cuve circulaire a un diamètre légèrement
supérieur à celui de la base de l'entonnoir (par exemple, 35
mètres) et une hauteur de 5 à 10 mètres, ce qui lui donne une
capacité de retention de :
4 700 m3 pour une hauteur de 5 m
~ 400 m3 pour une hauteur de 10 m.
De telles capacites peuvent suffire ~ accu]lluler le
20 débit de :Euite journalier de puits sous-lllarins eruptifs.Cette c~lve
circulaire 4 n'a pas de fond, ce qui perlllet a l.'eau décantée
de s'évacuer à sa part;.e inEéricure et sa hauteur au-dessus
de l'eau doit être réglée par ball;lst.lge de manière a permet-
tre le remplissage complet par les hydrocarbures recuei.llis.
En effet, en écrivant l'égalité des pressions hy-
drostatiques au bas de la cuve dans la phase huile et dans
l'eau environnante quand la cuve est pleine d'huile, on a :
h1 p = H p
d'où : h ~e - ~h
~I p e
ou ~ e = masse spéci.fique de l'eau
~ h = masse spécifique de l'huile
H désignant la hauteur totale de la cuve 4, h la hauteur de
cette cuve au-dessus du niveau d'eau et hl la profondeur d'im-
mersion de la cuve 4.
Par exemple, si Ph = 0-~9
on trouve : h = 0,1 soit h = 0,5 m pour l-l = S m
H h = 1 m pour }I = 10 m.
La cuve annulaire 4, la section de séparation 2
10 et la cheminee 3 sont rendues solidaires par des entretoises
21 (fig. l) évcntuellement munies de cardans pour compenser
les effets de la houle.
Un ensemble de ballast 5a, 5b entoure particl-
lement la cuve ~nnulaire de récupération 4 et perlnet d'assu-
rer la flottabilite dc l'enscmble ainsi que la hauteur au-
dessus de l'ea.u qui varie entre :
- une position ha.utc pour le transport et l'ap-
proche du puits ~fig. 3),
- et une position dc trava.il dans laquelle la
c~lve de récupératioll 4 se trouve a une ha.uteur
au-dessus de l'eau permcttant son remp].issage
colllpl.ct tel que défini par la formule (1) ci-
dessus.
Le has du ballast peut, si nécessaire, être équipé
de dispositifs de stabilisation (non représentés sur les fi-
gures) tels que ceux qui existent sur les plateformes semi-
submersibles.
Aux deux ballasts sont accolées les deux bar~es 6a,
6b permettant de constituer une plateforme de récupération
sur laquelle seront regroupes : ..
- des treuils et des dispositifs 22 ~ 25 de guidage
et de freinage de cables polr réaliser ltappro-
che et le positionnement au-dessus du puits;
- les dispositifs de remplissage et de vidange des
ballasts 5a, 5b;
- quatre treuils à tension constante 26 ~ 29 (ce
nombre n'étant nullement limitatif) et des pou-
lies permettant d'assurer la descente progressive
de la jupe pour "coiffer" le puits;
- éventuellement des treuils à tension constante
pour ltancrage de la plateforme;
- des dispositifs 47a, 47b de projection d'eau et
de mousse du type utili.sé dans la lutte contre les
incendi.es.
Il est souhaitable qu~ l'ensemble de ces disposi-
tifs puisse être télécommande~de manière ~ éviter toute pré-
sence humaine sur la plate~orme, tout au moins en débutd'opérati.on~ Tous les dispositirs de commande seront pneu-
matiques ou hydrauliques pour des raisons évidentes de sé-
curité.
MISE EN PLACE ET FONCTIONNEMENT DU DISPOSITIF -
L'un des points les plus délicats dans l'utilisation
du dispositi~ de récupération est sans doute sa mise en pla-
ce au-dessus du puits en éruption. On peut imaginer la pro-
cédure suivante :
1 0
S ~
1. - Trans~ort et a~proche -
Pour le transport9 les barges 6a et 6b mises
dans la position indi~uée sur la figure 3 : les ballasts 5a-
et Sb sont en position haute, l'entonnoir conique 1 est replié
vers le haut, son niveau inférieur 30 étant au-dessus du ni-
veau de la mer ou lég~rement immergé et les gueuses 9a et
9b sont remontées.
L'ensemble est remorqué à proximité du puits. On
mouille de part et d'autre de la plateforme deux ancres 31,
32 (figure 4). ~eux câbles 33, 34 qui serviront de lignes-
guides reli.ent ces ancres 30, 31 (en passant à travers les
disposi.tifs de guidage 22 à 25 de ]a plateforme) à une barge
35 munie de treuils à tension constante 36, 37 qui sera an-
crée en une position symétrique de celle du dispositif de
récupération, par rapport au puits. En tirant au moyen de
treuils 38, 39 sur deux autres câbles 40, 41 qui relient la
plateforme de récupérati.on à la barge 35, on amène progres-
sivement la plateforme jusqu'à la. verticale de la tête de
puits 8.
La structure par~iculicre dc l'entonnoir 1 et le
fait que ~es ba.llasts 5a ct 5b n'entourcllt pas complctcmellt
la cuve de rëcupération ~ permettent a tout ou parti.e du
gaz de s'échal)per lateralelllent pendant tout.es les manoeuvrcs
d'approche.
La platerorme de récupération pcut alors être .
maintenue en position par ancrage.
2. - Mise en ~onctionnement -
Le dispositif étant positionné au-dessus de la
tête de puits 8, on remplit progressivement les ballasts 5a
et 5b de manière ~ enfoncer l'ensemble jusqu'au niveau de
~lottabilité correspondant à la position de travail. La
partie in:rérieure de l'entonnoir 1 (qui est toujours en po-
~ 7
sition repl iée) étant d 'un diamètre légèrement inférieurcelui de la cuve de récupération 4, tout ou partie du gaz
peut passer librement sur les cotés et 1 'huile commence à
s'accumuler dans la cuve 4. On évite ainsi les surpressions
et les turbulences importantes c~ue 1 ' on risquerait d ' avoir
si 1 ' on "coiffait" brutalelnent le puits .
On descend ensuite progressivement les gueuses
9a et 9b, ce qui, par 1 ' intcrm~diaire du câble de rappel,
entraine le déploiement de 1 ' entonnoi.r 1 jusqu ' à ce que les
10 gueuses reposent sur le fond ou soient positionnées entre
deux eaux ~on peut éventuellement dcscendre d'abord les
gueuses puis l'entonnoir 1 lesté ].e long des lignes-guides
ainsi constituées, mais cela entraînerait une multiplication
des câbles et des treuils qui nl est peut-être pas nécessaire) .
Le fait que la partie inférieure lb de 1 'entonnoi.r
1 soit perméab].e favorise cette mise en place dans la zone de
turbulence .
Lorsque la partic supcricurc impermcab].c 1 a de
1 ' entonnoir 1 aura complètement coiffe le llpallaC}lC" du puits,
20 le dispositif commencera a fonctionner, c ' est-a-dire quc le
gaz sortira par la. chelllinéc 3 vers la torche où il scra en-
flammé et le mclan~e huilc ct eau debol dera de la section de
sépa.ration 2 dans la cuve de récupération 4.
Pendallt toutes les manoeuvres d ' approche et de
mise en fonctionnelllellt, 1 ' enselllble du dispositif sera arrose
en permallellce d ' eau Oll de mousse .
La figure 5 illustre schématiquement une variante
du mode de réalisation selon la figure 2C, dans laquelle
le conduit prolongateur souple 19 est formé d ' au moins deux
30 éléments plissés ou manchettes en materiau résistant au
feu l9a, l9b ... dont les embouts SOIlt vissés à des brides
42a, 42b, 43a et 43 b, l'ensemble formant un montage té-
lescopique .
S~
Ce conduit prolongateur extensible 19 pourra
éventuellement être doublé intérieurement sur une partie de
sa longueur d'un manchon en un matériau résistant au feu,
par exemple un manchon métallique éventuellement recouvert
intérieurement d'un mat~riau réfractaire.
