<EMI ID=1.1> utilisant comme accès au milieu perméable un ou plusieurs forages de petit ou de grand diamètre équipés de telle manière que, pour chacun d'eux, l'injection et/ou le pompage puissent se faire sur un ou plusieurs tronçons du puits judicieusement sélectionnés plutôt que sur la hauteur totale du puits située dans le milieu perméable. "
L'objet de cette invention est un procédé appelé de stockage d'eau chaude dans les aquifères utilisant comme accès au milieu perméable un ou plusieurs forages de petit ou de grand diamètre équipés de telle manière que, pour chaoun d'eux, l'injection et/ou le pompage puissent se faire sur un ou plusieurs tronçons du puits judicieusement sélectionnés plutôt que sur la hauteur totale du puits située dans le milieu perméable.
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énergie solaire ou de la récupération des rejets thermiques industriels à basse enthalpie est actuellement étudié avec beaucoup d'attention. Les aquifères situés à moyenne ou
grande profondeur sont envisagés . ce sont eux qui, semble-t-il, pourront fournir dans l'avenir les plus grands volumes de stockage pour un équipement et donc un investissement relativement réduits.
L'accès aux aquifères est classiquement constitué par un
ou plusieurs forages traversant soit partiellement, mais le
plus souvent totalement pour des raisons de capacité d'injection, la couche perméable. En général, le ou les puits servent alternativement à l'injection de l'eau chaude à stocker et
au pompage de celle-ci lors de la phase de récupération ; certains auteurs prévoient en plus un certain nombre de puits dits "froids" qui permettent de travailler en circuit fermé
et donc de maintenir constante la quantité d'eau contenue
dans l'aquifère ; dans tous les cas, la hauteur totale du
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injection et le pompage.
Les premiers essais de stockage d'eau chaude dans les aquifères, associés à des études de modélisation numérique, ont permis
de se rendre compte que, parallèlement à la convection forcée due au pompage, la convection naturelle due à la différence
de densité entre l'eau chaude stockée et l'eau froide du
<EMI ID=4.1> du fluide dans la zone perméable : à cause de sa densité plus faible, l'eau chaude a tendance à se cantonner dans
la proximité du toit de la couche ; elle ne va donc pas déplacer uniformément l'eau froide sur toute la hauteur
de la couche perméable. Par exemple, dans le cas d'un forage isolé servant alternativement à l'injection et au pompage, le volume occupé par l'eau chaude a la forme d'
un cône renversé dont la base se confond avec le toit de
la couche perméable et dont le sommet coïncide avec le fond du puits. Lors de la récupération, le fond du puits aspire donc très rapidement de l'eau froide, ce qui, par mélange, fait chuter globalement la température de l'eau récupérée ; ce phénomène ira en s'amplifiant au fur et à mesure de l'avancement de la phase de récupération. Il apparaît donc que, dans le cas de la configuration classique, les phénomènes de convection naturelle ont tendance à diminuer la quantité d'eau récupérée au-dessus d'un niveau thermique donné et donc le rendement de récupération.
Le désavantage du procédé classique, à savoir une diminution du rendement de récupération de la chaleur stockée à
cause des phénomènes de convection naturelle, est éliminé par l'invention du fait que l'injection de l'eau chaude stocker et /OU le repompage lors de la phase de récupération peuvent se faire pour chaque puits sur un ou plusieurs tronçons judicieusement sélectionnés plutôt que sur la hauteur totale du puits située dans l'aquifère.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui sera donnée ci-après
de la manière dont on peut équiper les forages d'accès
aux aquifères destinés au stockage d'eau chaude en vue de diminuer la chute de rendement thermique de récupération
due aux phénomènes de convection naturelle. Cette description n'est donnée qu'à titre d'exemple et n'est pas limitative ; elle est donnée avec références aux figures ci-annexées.
Les notations de référence se rapportent aux figures ci-annexées.
La figure 1 est une coupe verticale passant par l'axe du forage d'un milieu perméable utilisé pour le stockage d' <EMI ID=5.1>
utilisé alternativement pour l'injection de l'eau chaude
à stocker et le pompage lors de la phase de récupération.
La figure 2 est une coupe verticale passant par l'axe du forage du même milieu de stockage ; le forage unique est dans ce cas équipé de telle façon qu'on puisse sélectionner les tronçons du puits situés dans le milieu perméable utilisés pour l'injection et/ ou la récupération de l'eau chaude stockée. La figure 3 est une coupe verticale passant par l'axe du forage montrant une exécution possible du dispositif de sélection installé dans le tubage d'injection et/ou de récupération dans le cas décrit par la figure 2. La figure 4 est une vue schématique d'une possibilité de réalisation de l'accès à un aquifère utilisant une combinaison de forages de petits et grands diamètres.
Les figures 1 et 2 montrent que le milieu de stockage est constitué ici d'une couche perméable 1 limitée en haut et
en bas par des couches imperméables 2. L'accès à la formation est réalisé par un seul forage 3 traversant entièrement
la zone de stockage.
La figure 1 montre que, dans le cas où l'injection et le pompage se passent sur toute la hauteur de la couche perméable, la surface de contact eau chaude stockée/eau froide du milieu en fin d'injection a une géométrie semblable à 4 ; lors du repompage du fluide, cette surface va se déplacer jusqu'en 5. A partir de ce moment, le fond du puits va aspirer de l'eau froide initialement contenue dans le milieu ; cette eau, bien que légèrement réchauffée au contact de la roche située dans la zone de stockage,
va se mélanger à l'eau chaude pompée dans le haut de la couche et globalement faire baisser la température de l'eau récupérée. Au fur et à mesure que le pompage se poursuit,
la surface de contact eau chaude stockée/eau froide du milieu va se déplacer jusqu'en 6 d'abord et en 7 ensuite
et la quantité d'eau froide aspirée va aller en augmentant.
La figure 2 illustre, pour la même couche perméable, un cycle de stockage pour lequel l'injection se fait, comme dans le cas précédent, sur la totalité de la hauteur de la couche et le repompage d'abord sur la totalité, par la suite sur les deux tiers supérieurs, et plus tard encore sur le seul tiers supérieur de la hauteur de la couche. A la fin
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stockée/eau froide du milieu se situe, comme dans le cas précédent, suivant 4 ; comme dans le cas précédent également, lors du début du repompage, la surface de contact va se déplacer jusqu'en 5. A ce moment, alors que le pied du
puits commence à aspirer l'eau froide du milieu, le tiers inférieur du puits est mis hors circuit par un mécanisme quelconque situé en 10 ; le pompage se faisant à partir de ce moment sur les deux tiers supérieurs du puits, c'est
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repompée. Quand la surface de contact eau chaude stockée/. eau froide du milieu atteind la position indiquée par 8,
on réalise une manoeuvre semblable : un mécanisme situé
en 11 met hors circuit le deuxième tiers inférieur et l'aspiration ne se fait plus que par le seul tiers supérieur. Ce n'est qu'au moment où la surface de contact eau chaude
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l'aspiration d'eai froide est inévitable ; mais on voit aisément qu'à ce moment, le volume d'eau chaude restant dans l'aquifère est beaucoup plus faible que dans le cas illustré par la figure 1. On en déduit que la chute globale de température due à l'aspiration de l'eau froide du milieu a été fortement retardée et donc que la quantité d'eau chaude extraite au-dessus d'un niveau thermique donné a été augmentée.
La figure 3 montre que le dispositif de sélection installé dans le tubage d'injection et/ou de récupération peut être avantageusement constitué, dans le cas illustré par la figure 2, d'un train de tiges 12 manoeuvré à partir de la surface et équipé de deux tronçons cylindriques calibrés
13 et 14 coulissant exactement dans deux guides fixes 15. Les deux tronçons coulissants 13 et 14 et les deux guides fixes 15 sont entaillés de deux rainures 16 et 17 et sont profilés de telle manière qu'il ne peuvent pas tourner l'un par rapport à l'autre.
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tronçons coulissants diffèrent par la hauteur sur laquelle ils sont rainures. La longueur des tiges entre les deux cylindres calibrés est telle que, en position basse, les deux cylindres se trouvent dans la position indiquée par la figure 3 par rapport aux guides fixes, les deux mécanismes 10 et 11 étant à ce moment visiblement fermés.
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supérieurs de la colonne, il faut permettre le passage du fluide à travers le mécanisme 11 ; pour. cela, il suffit simplement de remonter le train de tiges d'une certaine hauteur h indiquée sur la figure 3 ; à ce moment, les sommets des rainures 16 et 17 du tronçon 14 vont dépasser du guide fixe et permettre le passage du fluide ; par contre, les rainures du tronçon 13, arrêtées plus bas, ne
dépassent pas encore de leur guide fixe. Pour que le pompage ou l'injection puissent se faire sur toute la hauteur de la colonne, il faudra encore relever le train de tiges d'une hauteur h, ce qui permettra, romme on le voit en se référant à la figure 3, d'ouvrir le mécanisme 10 en faisant dépasser les rainures 16 et 17 du tronçon 13 de leur guide fixe.
On voit donc que, dans ce cas, l'ouverture et la fermeture des mécanismes se ramène à une simple manoeuvre de montée
et de descente d'un train de tiges, manoeuvre qui peut
être facilement automatisée.
Il ne faut pas perdre de vue que, pour que le système soit efficace, il est nécessaire que l'espace annulaire entre
la surface extérieure du tubage et la paroi du puits soit rendu tout à fait étanche aux niveau des mécanismes 10 et 11.
On peut également envisager la mise hors circuit d'une portion plus ou moins grande du puits à l'aide d'un packer déplaçable à volonté suivant les besoins : la portion du puits située sous le packer est alors mise hors circuit.
Les niveaux de verrouillage du packer devront cependant
être présélectionnés et l'espace annulaire entre la surface extérieure du tubage et la paroi du puits rendu étanche à ces niveaux, par exemple par une opération de cimentation.
Dans le cas où l'injection se passe sur toute la hauteur du puits située dans la zone perméable et la récupération sur une portion constante du puits adjacente au toit de la zone perméable, un simple dispositif anti-retour à bille
ou à clapet situé au pied du tronçon de récupération choisi permettra la récupération sélective ; ici encore, l'étanchéité de l'espace annulaire entre la surface extérieure
du tubage et la paroi du puits devra être assurée au
niveau du clapet anti-retour.
L'accès à l'aquifère sera en général constitué d'un certain nombre de forages de petit diamètre tels que décrits aux figures 2 et 3 et dans le texte. Ces puits peuvent être tous forés à partir de la surface ou bien, comme le montre la figure 4, ils peuvent être forés en déviation à partir d'un ou plusieurs forages de grand diamètre 18 ; dans la mesure où on possède une technique de forage à grand dit-mètre compétitive, on peut par cette méthode réduire le nombre des sites de forage et donc diminuer proportionnellement les frais de transport, manutention du matériel et de conditionnement des sites ; la surveillance en phase d'utilisation sera également centralisée.
De plus, il est possible par cette méthode de faire une économie importante en matière de colonne de tubage si on opte pour une méthode de cimentation des forages à grand diamètre ne nécessitant pas le tubage préalable du puits ; de telles méthodes, bien que non employées actuellement au stade industriel, ont déjà fait l'objet d'essais en laboratoire et un brevet a été obtenu à ce sujet par l'auteur de ce mémoire.
REVENDICATIONS.
1. Le procédé de stockage d'eau chaude dans les aquifères
utilisant comme accès au milieu perméable un ou plusieurs forages de petit ou de grand diamètre équipés de telle manière que, pour chacun d'eux, l'injection et/ou le pompage puissent se faire sur un ou plusieurs tronçons du puits judicieusement sélectionnés plutôt que sur la hauteur totale du puits située dans le milieu perméable.