Observations sur l’anisotropie hydraulique lors de la reconnaissance et de la construction de stockages souterrains de GPL en cavités minées

Observations of hydraulic anisotropy during the exploration and construction of underground storages of LPG in mined caverns

GÉOSTOCK 7. rue E. et A-Peugeot. 92563 Rueil-Malmaison, France

Résumé

Des phénomènes d'anisotropie de perméabilité ont été mis en évidence lors de la reconnaissance et de la construction de certains stockages souterrains de GPL (Gaz de Pétrole Liquéfiés) en cavité minée.

L'étanchéité hydraulique des stockages souterrains repose sur l'existence d'un écoulement dirigé vers l'intérieur de la cavité en tout point de sa paroi et à tout instant de son exploitation. La connaissance de la géométrie des écoulements est donc essentiellement au dimensionnement des projets de stockage de GPL : répartition spatiale des perméabilités, position des conditions aux limites.

L'hétérogénéité des milieux reconnus est souvent à l'origine de l'anisotropie de perméabilité qui se manifeste par une anisotropie dans la distribution des écoulements ; il peut s'agir d'hétérogénéité lithologique ou due à la fissuration.

Les phénomènes d'anisotropie hydraulique sont mis en évidence et quantifiés par des essais hydrogéologiques appropriés d'interférences verticale et horizontale entre forages.

Pour les stockages en cavités minées, l'influence de l'anisotropie de perméabilité des milieux étudiés est un facteur particulièrement important pour le dimensionnement et la conception. Des conditions défavorables d'anisotropie, par exemple un fort contraste Kh > Kv, peuvent amener à augmenter la distance entre unités, voire à réaliser des dispositifs artificiels afin de minimiser les effets des interférences hydrauliques horizontales (rideaux d'eau verticaux). Un tel contraste au niveau des galeries peut également introduire l'existence de phénomènes transitoires, imposant la définition et le respect strict de règles d'exploitation limitant notamment les vitesses de montée en pression du stockage.

Abstract

Certain phenomena of anisotropy in rock permeability have been highlighted during the exploration and the construction of some underground storages of LPG (Liquefied Petroleum Gas) in mined cavern.

The hydraulic tightness of the underground storages is based on the existence of a flow directed towards the cavern at every point of the wall during the whole duration of its operation. The geometric knowledge of the flow is essential in order to design LPG storage projects : spatial repartition of the permeabilities, position of the flow boundaries.

The heterogeneity of the explored medium is often responsible for the anisotropy of the permeability, which leads to an anisotropy of the flow ; the origin of the anisotropy can be lithologic, or due to the fissuration.

The phenomena of anisotropy are detected and quantified by appropriate hydrogeological horizontal and vertical interference tests between boreholes.

The influence of the anisotropy in the rock permeability of the considered medium is important when considering the design and dimensioning of the storages in mined caverns. Some unfavourable conditions of anisotropy, for instance a high variation Kh > Kv, can lead to an increase in the distance between two units, and in some cases the need to include artificial devices in order to minimize the effects of hydraulic horizontal interferences (vertical water curtain). Such a variation occurring at cavern level can also be responsible for transient phenomena, leading to the implementation of strict operating rules, limiting the maximum rate of pressure rise in the cavern.