CA2178281A1 - Procede de transport d'un fluide, tel un gaz sec, susceptible de former des hydrates - Google Patents
Procede de transport d'un fluide, tel un gaz sec, susceptible de former des hydratesInfo
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- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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Abstract
- Procédé pour transporter les hydrates de gaz formés à partir d'un gaz naturel ou d'un gaz à condensat consistant en l'utilisation d'un additif dispersant, éventuellement couplé avec un additif filmant, mis en solution dans une fraction hydrocarbure liquide, cette fraction hydrocarbure liquide participant à la formation d'une émulsion et/ou d'une suspension avec l'eau de condensation produite et les hydrates. L'additif dispersant est recyclé après le transport des hydrates dans la conduite.
Description
2 1 7828 1 ._ I
La présente invention concerne un procédé permettant le transport dans une conduite d'un fluide comprenant au moins une phase gazeuse telle des hydrocarbures gazeux et de l'eau dans des conditions où des hydrates peuvent se former, en ajoutant une phase liquide, par exemple une fraction hydrocarbure liquide contenant au moins un additif 0 dispersant, pour assurer le transport des hydrates éventuellement formés et/ou en recyclant au moins en partie la phase hydrocarbure liquide contenant le ou les additifs.
La présente invention trouve notamment son application pour transporter dans des co~ditions thermodynamiques où des hydrates peuvent se former, un gaz naturel ou un gaz à condensat, de l'eau, et les hydrates éventuellement formés.
La présente invention peut aussi s'appliquer pour le transport de fluide pour lesquels les valeurs du rapport de la phase gazeuse à la phase liquide, habituellement dénommé GLR (Gas Liquid Ratio) ou GOR (Gas Oil 20 Ratio) sont élevés.
En effet, les hydrates peuvent se former lorsque de l'eau se trouve en présence d'hydrocarbures légers, soit en phase gazeuse, soit à l'état dissous dans une phase liquide, telle qu'un hydrocarbure liquide, et lorsque la température atteinte par le mélange devient inférieure à la température thermodynamique de formation des hydrates, cette température étant donnée pour une composition des gaz, et pour une valeur de pression donnée.
.
La formation d'hydrates peut être redoutée, notamment dans les 30 industries pétrolière et gazière, pour lesquelles les conditions de formationdes hydrates peuvent être réunies. En effet, pour diminuer le coût de production du pétrole brut et du gaz, tant au point de vue des investissements qu'au point de vue de l'exploitation, une voie envisagée, notamment en production en mer, est de réduire, voire de supprimer, les traitements appliqués au brut ou au gaz à transporter du gisement jusqu'à
la côte et notamment de conserver toute ou une partie de l'eau dans le fluide à transporter. Les traitements en mer s'effectuent en général sur une plate-forme située en surface à proximité du gisement, de manière que l'effluent, initialement chaud, puisse être traité avant que les 40 conditions thermodynamiques de formation des hydrates ne soient atteintes du fait du refroidissement de l'effluent en circulation dans une conduite en contact indirect avec l'eau de mer. Cette manière de procéder est particulièrement avantageuse lorsque la production en mer se situe dans une zone difficile d'accès. Néanmoins, elle présente un inconvénient notable du fait des risques de formation d'hydrates dus à la présence d'eau .
En effet, les effluents pétroliers comprenant une phase gazeuse et éventuellement une phase liquide peuvent être constitués, par exemple, par un gaz naturel, un gaz à condensat ou un gaz associé en mélange avec o du pétrole brut. Ils sont généralement saturés en eau et peuvent même dans certains cas contenir de l'eau libre.
Lors du transport d'effluents de production d'un gisement sous-marin de gaz naturel ou, de pétrole et de gaz, comportant de l'eau, la température du fond de la mer peut être de l'ordre de 3 ou 4C. Une telle température provoque un abaissement de la température de l'effluent produit, pouvant le mettre dans des conditions thermodynamiques susceptibles de conduire à la formation d'hydrates, qui s'agglomèrent et bloquent les conduites de production.
Les hydrates sont des composés d'inclusion formés à partir de l'eau 20 et d'hydrocarbures légers comme le méthane, l'éthane, le propane, I'iso ou le n-butane. L'azote, de même que certains gaz acides présents dans le gaz naturel comme le dioxyde de carbone ou l'hydrogène sulfuré peuvent également former des hydrates en présence d'eau.
La formation puis l'agglomération des hydrates entraînent le remplissage puis le blocage des conduites de transport qui empêchent à la longue tout passage de pétrole ou de gaz entraînant des conséquences extrêmement pénalisantes. En effet, ces phénomènes peuvent conduire à
un arrêt de la production et à des pertes financières importantes. De plus, la remise en service de l'installation, surtout lorsqu'il s'agit de production 30 ou de transport en mer, peut être longue car la décomposition des hydrates formés est très difficile à réaliser.
Des conditions favorables à la formation d'hydrates peuvent aussi être réunies de la même façon à terre pour des conduites peu enfouies dans le sol terrestre lorsque, par exemple, la température de l'air ambiant est assez basse, notamment dans des zones septentrionales telles que des zones arctiques.
Pour~ éviter ces inconvénients, on a cherché, dans l'art antérieur, à
40 utiliser des produits qui, ajoutés au fluide, agissent comme inhibiteurs en abaissant la température thermodynamique de formation des hydrates. Ce sont notamment des alcools, tels que le méthanol, ou des glycols, tels que le mono-, le di- ou le tri-éthylène glycol. Cette solution est très onéreuse car la quantité d'inhibiteurs à ajouter peut atteindre 10 à 50% poids de la teneur en eau et ces inhibiteurs sont difficiles à récupérer complètement.
Il a également été préconisé l'isolation ou même le chauffage des conduites de transport à l'aide d'un dispositif approprié, tel que décrit dans la demande de brevet WO-90/05260, pour éviter un refroidissement trop rapide des fluides transportés. De tels dispositifs sont néanmoins I o coûteux et complexes dans leur réalisation technique.
D'autres moyens consistent à utiliser des rayonnements, par exemple, le brevet HU- 18511 enseigne d'envoyer une onde électromagnétique dont les valeurs de fréquences et les modes de propagation sont choisis pour faire fondre les hydrates formés.
Dans le brevet SU-442287, on utilise une onde ultrasonore pour briser les cristaux d'hydrates et libérer le gaz piégé.
On a encore décrit l'utilisation d'additifs capables de modifier le mécanisme de formation des hydrates, puisqu'au lieu de s'agglomérer 20 rapidement les uns aux autres et de former des bouchons très solides, les hydrates formés se dispersent dans le fluide sans s'agglomérer et sans obstruer les conduites. On peut citer à cet égard la demande de brevet EP-A-323.774 au nom du demandeur, qui décrit l'utilisation de composés amphiphiles non-ioniques, choisis parmi les esters de polyols et d'acides carboxyliques, substitués ou non substitués, et les composés à fonction imide. On peut encore citer la demande de brevet EP-A-323.775, toujours au nom du demandeur, qui décrit notamment l'utilisation de composés appartenant à la famille des diéthanolamides d'acides gras ou de dérivés d' acide s gras . Le b reve t 30 US-A-4.956.593 décrit l'utilisation de composés tensioactifs tels que des phosphonates organiques, des esters phosphates, des acides phosphoniques, leurs sels et leurs esters, des polyphosphates organiques et leurs esters, ainsi que des polyacrylates et polyacrylamides. La demande de brevet EP-A-457.375 décrit l'utilisation de composés tensioactifs anioniques, tels que les acides alkylsulfoniques et leurs sels de métaux alcalins. Des composés amphiphiles, obtenus par réaction d'au moins un dérivé succinique choisi dans le groupe formé par les amides et les anhydrides polyalkénylsucciniques, sur au moins un monoéther de polyéthylèneglycol ont également été proposés pour réduire la tendance à
l'agglomération des hydrates de gaz dans la demande de brevet EP-A-582.507 .
Les méthodes préconisant l'utilisation d'agents dispersants pour transporter les hydrates ou pour réduire leur tendance à l'agglomération sont particulièrement avantageuses lorsque la phase hydrocarbure liquide, huile ou condensat, est en quantité telle que la formation d'une émulsion eau dans huile est possible. La phase hydrocarbure liquide sert en effet de véhicule pour le transport ultérieur de la suspension d'hydrates et une o quantité minimale de cette phase est requise.
Ainsi, il est possible d'utiliser cette technique pour le transport de fluide, par exemple des gaz à condensat, ou d'huile avec gaz associé, puisque dans ces deux cas la présence d'une phase hydrocarbure liquide est assurée dans la conduite de production (par exemple produite par condensation lors du transport et/ou présente dans le fluide), et ceci dès la tête de puits jusqu'au séparateur ou au terminal.
Cette méthode est par contre inutilisable pour des fluides ayant des valeurs élevées de GLR, ou des gaz secs, puisque pour de tels effluents il n'y a pas condensation d'une phase hydrocarbure liquide dans les conditions de pression et de température rencontrées lors du transport. Un gaz sec contient par contre de l'eau, généralement à l'état vapeur, puis partiellement à l'état liquide suite à sa condensation progressive par diminution de la température dans la conduite. Cette eau liquide peut alors conduire ~i la formation d'hydrates lorsqu'elle est en présence d'une phase gazeuse et pour des conditions thermodynamiques données.
Cette méthode donne aussi de mauvais résultats pour les gaz à
condensats à très fort Gas Oil Ratio qui ne sont pas susceptibles de produire des quantités de condensat suffisantes pour assurer le transport d'hydrates éventuellement formés.
Il apparaît alors intéressant de disposer d'une méthode permettant de transporter un fluide susceptible de former des hydrates et de prévenir l'agglomération des hydrates, appliquée plus particulièrement au transport des gaz secs ou des gaz à condensat peu riches en condensats.
La présente invention vise ainsi à fournir un moyen simple permettant d'utiliser les agents classiquesdispersants des hydrates, dans le cas des gaz secs pour lesquels on n'assiste pas à la condensation d'une phase hydrocarbure liquide, ou dans le cas des gaz à condensats pour lesquels la quantité de condensat produite reste inférieure à la quantité
~o d'eau produite.
_ s Il a été découvert qu'il était avantageux d'introduire l'additif dispersant des hydrates en solution dans une phase liquide telle une fraction hydrocarbure liquide, la fraction hydrocarbure liquide étant introduite en quantité suffisante pour obtenir une dispersion de l'eau liquide présente.
En effet, en choisissant de manière judicieuse la quantité de fraction d'hydrocarbure liquide par rapport à la fraction d'eau présente dans le fluide, l'additif devient en mesure de disperser l'eau, ainsi que les hydrates éventuellement formés, au sein de la phase hydrocarbure o liquide, en assurant ainsi leur transport sous forme dispersée.
Avantageusement, il est possible de choisir la composition de la phase hydrocarbure par exemple en prenant un mélange d'hydrocarbures ayant une tension de vapeur ou une pression de rosée suffisamment faible de telle manière que cette fraction hydrocarbure puisse exister totalement ou partiellement à l'état liquide dans la conduite.
Ainsi il sera possible, en choisissant judicieusement la composition de cette fraction hydrocarbure liquide ainsi que sa quantité introduite dans la conduite par rapport à la quantité et à la composition du gaz produit, de 20 contrôler la quantité de phase hydrocarbure liquide en un point donné de la conduite, en fonction des conditions de pression et de température et de la quantité d'eau susceptible de se condenser dans ces mêmes conditions.
Dans la description les expressions 'le ou les additifs' ou 'additif dispersant' désignent un ou plusieurs additifs mélangés, par exemple, et injectés dans le fluide.
La présente invention concerne un procédé pour transporter dans une conduite un fluide comprenant au moins une phase gazeuse telle des
La présente invention concerne un procédé permettant le transport dans une conduite d'un fluide comprenant au moins une phase gazeuse telle des hydrocarbures gazeux et de l'eau dans des conditions où des hydrates peuvent se former, en ajoutant une phase liquide, par exemple une fraction hydrocarbure liquide contenant au moins un additif 0 dispersant, pour assurer le transport des hydrates éventuellement formés et/ou en recyclant au moins en partie la phase hydrocarbure liquide contenant le ou les additifs.
La présente invention trouve notamment son application pour transporter dans des co~ditions thermodynamiques où des hydrates peuvent se former, un gaz naturel ou un gaz à condensat, de l'eau, et les hydrates éventuellement formés.
La présente invention peut aussi s'appliquer pour le transport de fluide pour lesquels les valeurs du rapport de la phase gazeuse à la phase liquide, habituellement dénommé GLR (Gas Liquid Ratio) ou GOR (Gas Oil 20 Ratio) sont élevés.
En effet, les hydrates peuvent se former lorsque de l'eau se trouve en présence d'hydrocarbures légers, soit en phase gazeuse, soit à l'état dissous dans une phase liquide, telle qu'un hydrocarbure liquide, et lorsque la température atteinte par le mélange devient inférieure à la température thermodynamique de formation des hydrates, cette température étant donnée pour une composition des gaz, et pour une valeur de pression donnée.
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La formation d'hydrates peut être redoutée, notamment dans les 30 industries pétrolière et gazière, pour lesquelles les conditions de formationdes hydrates peuvent être réunies. En effet, pour diminuer le coût de production du pétrole brut et du gaz, tant au point de vue des investissements qu'au point de vue de l'exploitation, une voie envisagée, notamment en production en mer, est de réduire, voire de supprimer, les traitements appliqués au brut ou au gaz à transporter du gisement jusqu'à
la côte et notamment de conserver toute ou une partie de l'eau dans le fluide à transporter. Les traitements en mer s'effectuent en général sur une plate-forme située en surface à proximité du gisement, de manière que l'effluent, initialement chaud, puisse être traité avant que les 40 conditions thermodynamiques de formation des hydrates ne soient atteintes du fait du refroidissement de l'effluent en circulation dans une conduite en contact indirect avec l'eau de mer. Cette manière de procéder est particulièrement avantageuse lorsque la production en mer se situe dans une zone difficile d'accès. Néanmoins, elle présente un inconvénient notable du fait des risques de formation d'hydrates dus à la présence d'eau .
En effet, les effluents pétroliers comprenant une phase gazeuse et éventuellement une phase liquide peuvent être constitués, par exemple, par un gaz naturel, un gaz à condensat ou un gaz associé en mélange avec o du pétrole brut. Ils sont généralement saturés en eau et peuvent même dans certains cas contenir de l'eau libre.
Lors du transport d'effluents de production d'un gisement sous-marin de gaz naturel ou, de pétrole et de gaz, comportant de l'eau, la température du fond de la mer peut être de l'ordre de 3 ou 4C. Une telle température provoque un abaissement de la température de l'effluent produit, pouvant le mettre dans des conditions thermodynamiques susceptibles de conduire à la formation d'hydrates, qui s'agglomèrent et bloquent les conduites de production.
Les hydrates sont des composés d'inclusion formés à partir de l'eau 20 et d'hydrocarbures légers comme le méthane, l'éthane, le propane, I'iso ou le n-butane. L'azote, de même que certains gaz acides présents dans le gaz naturel comme le dioxyde de carbone ou l'hydrogène sulfuré peuvent également former des hydrates en présence d'eau.
La formation puis l'agglomération des hydrates entraînent le remplissage puis le blocage des conduites de transport qui empêchent à la longue tout passage de pétrole ou de gaz entraînant des conséquences extrêmement pénalisantes. En effet, ces phénomènes peuvent conduire à
un arrêt de la production et à des pertes financières importantes. De plus, la remise en service de l'installation, surtout lorsqu'il s'agit de production 30 ou de transport en mer, peut être longue car la décomposition des hydrates formés est très difficile à réaliser.
Des conditions favorables à la formation d'hydrates peuvent aussi être réunies de la même façon à terre pour des conduites peu enfouies dans le sol terrestre lorsque, par exemple, la température de l'air ambiant est assez basse, notamment dans des zones septentrionales telles que des zones arctiques.
Pour~ éviter ces inconvénients, on a cherché, dans l'art antérieur, à
40 utiliser des produits qui, ajoutés au fluide, agissent comme inhibiteurs en abaissant la température thermodynamique de formation des hydrates. Ce sont notamment des alcools, tels que le méthanol, ou des glycols, tels que le mono-, le di- ou le tri-éthylène glycol. Cette solution est très onéreuse car la quantité d'inhibiteurs à ajouter peut atteindre 10 à 50% poids de la teneur en eau et ces inhibiteurs sont difficiles à récupérer complètement.
Il a également été préconisé l'isolation ou même le chauffage des conduites de transport à l'aide d'un dispositif approprié, tel que décrit dans la demande de brevet WO-90/05260, pour éviter un refroidissement trop rapide des fluides transportés. De tels dispositifs sont néanmoins I o coûteux et complexes dans leur réalisation technique.
D'autres moyens consistent à utiliser des rayonnements, par exemple, le brevet HU- 18511 enseigne d'envoyer une onde électromagnétique dont les valeurs de fréquences et les modes de propagation sont choisis pour faire fondre les hydrates formés.
Dans le brevet SU-442287, on utilise une onde ultrasonore pour briser les cristaux d'hydrates et libérer le gaz piégé.
On a encore décrit l'utilisation d'additifs capables de modifier le mécanisme de formation des hydrates, puisqu'au lieu de s'agglomérer 20 rapidement les uns aux autres et de former des bouchons très solides, les hydrates formés se dispersent dans le fluide sans s'agglomérer et sans obstruer les conduites. On peut citer à cet égard la demande de brevet EP-A-323.774 au nom du demandeur, qui décrit l'utilisation de composés amphiphiles non-ioniques, choisis parmi les esters de polyols et d'acides carboxyliques, substitués ou non substitués, et les composés à fonction imide. On peut encore citer la demande de brevet EP-A-323.775, toujours au nom du demandeur, qui décrit notamment l'utilisation de composés appartenant à la famille des diéthanolamides d'acides gras ou de dérivés d' acide s gras . Le b reve t 30 US-A-4.956.593 décrit l'utilisation de composés tensioactifs tels que des phosphonates organiques, des esters phosphates, des acides phosphoniques, leurs sels et leurs esters, des polyphosphates organiques et leurs esters, ainsi que des polyacrylates et polyacrylamides. La demande de brevet EP-A-457.375 décrit l'utilisation de composés tensioactifs anioniques, tels que les acides alkylsulfoniques et leurs sels de métaux alcalins. Des composés amphiphiles, obtenus par réaction d'au moins un dérivé succinique choisi dans le groupe formé par les amides et les anhydrides polyalkénylsucciniques, sur au moins un monoéther de polyéthylèneglycol ont également été proposés pour réduire la tendance à
l'agglomération des hydrates de gaz dans la demande de brevet EP-A-582.507 .
Les méthodes préconisant l'utilisation d'agents dispersants pour transporter les hydrates ou pour réduire leur tendance à l'agglomération sont particulièrement avantageuses lorsque la phase hydrocarbure liquide, huile ou condensat, est en quantité telle que la formation d'une émulsion eau dans huile est possible. La phase hydrocarbure liquide sert en effet de véhicule pour le transport ultérieur de la suspension d'hydrates et une o quantité minimale de cette phase est requise.
Ainsi, il est possible d'utiliser cette technique pour le transport de fluide, par exemple des gaz à condensat, ou d'huile avec gaz associé, puisque dans ces deux cas la présence d'une phase hydrocarbure liquide est assurée dans la conduite de production (par exemple produite par condensation lors du transport et/ou présente dans le fluide), et ceci dès la tête de puits jusqu'au séparateur ou au terminal.
Cette méthode est par contre inutilisable pour des fluides ayant des valeurs élevées de GLR, ou des gaz secs, puisque pour de tels effluents il n'y a pas condensation d'une phase hydrocarbure liquide dans les conditions de pression et de température rencontrées lors du transport. Un gaz sec contient par contre de l'eau, généralement à l'état vapeur, puis partiellement à l'état liquide suite à sa condensation progressive par diminution de la température dans la conduite. Cette eau liquide peut alors conduire ~i la formation d'hydrates lorsqu'elle est en présence d'une phase gazeuse et pour des conditions thermodynamiques données.
Cette méthode donne aussi de mauvais résultats pour les gaz à
condensats à très fort Gas Oil Ratio qui ne sont pas susceptibles de produire des quantités de condensat suffisantes pour assurer le transport d'hydrates éventuellement formés.
Il apparaît alors intéressant de disposer d'une méthode permettant de transporter un fluide susceptible de former des hydrates et de prévenir l'agglomération des hydrates, appliquée plus particulièrement au transport des gaz secs ou des gaz à condensat peu riches en condensats.
La présente invention vise ainsi à fournir un moyen simple permettant d'utiliser les agents classiquesdispersants des hydrates, dans le cas des gaz secs pour lesquels on n'assiste pas à la condensation d'une phase hydrocarbure liquide, ou dans le cas des gaz à condensats pour lesquels la quantité de condensat produite reste inférieure à la quantité
~o d'eau produite.
_ s Il a été découvert qu'il était avantageux d'introduire l'additif dispersant des hydrates en solution dans une phase liquide telle une fraction hydrocarbure liquide, la fraction hydrocarbure liquide étant introduite en quantité suffisante pour obtenir une dispersion de l'eau liquide présente.
En effet, en choisissant de manière judicieuse la quantité de fraction d'hydrocarbure liquide par rapport à la fraction d'eau présente dans le fluide, l'additif devient en mesure de disperser l'eau, ainsi que les hydrates éventuellement formés, au sein de la phase hydrocarbure o liquide, en assurant ainsi leur transport sous forme dispersée.
Avantageusement, il est possible de choisir la composition de la phase hydrocarbure par exemple en prenant un mélange d'hydrocarbures ayant une tension de vapeur ou une pression de rosée suffisamment faible de telle manière que cette fraction hydrocarbure puisse exister totalement ou partiellement à l'état liquide dans la conduite.
Ainsi il sera possible, en choisissant judicieusement la composition de cette fraction hydrocarbure liquide ainsi que sa quantité introduite dans la conduite par rapport à la quantité et à la composition du gaz produit, de 20 contrôler la quantité de phase hydrocarbure liquide en un point donné de la conduite, en fonction des conditions de pression et de température et de la quantité d'eau susceptible de se condenser dans ces mêmes conditions.
Dans la description les expressions 'le ou les additifs' ou 'additif dispersant' désignent un ou plusieurs additifs mélangés, par exemple, et injectés dans le fluide.
La présente invention concerne un procédé pour transporter dans une conduite un fluide comprenant au moins une phase gazeuse telle des
3 o hydrocarbures gazeux et de l'eau, dans des conditions où des hydrates peuvent se former, les hydrates étant formés à partir de l'eau et du gaz. Il est caractérisé en ce que l'on incorpore au dit fluide un mélange comportant une phase liquide telle une fraction hydrocarbure liquide et des additifs en solution dans la fraction liquide, la quantité ou proportion de la phase liquide étant choisie de façon à disperser l'eau liquide présente dans le fluide.
Avantageusement, le rapport de la fraction d'hydrocarbure par rapport à la quantité d'eau liquide est compris de préférence entre 1 et 20.
, On peut ajouter une quantité d'additif dans la fraction d'hydrocarbure liquide pour obtenir une concentration comprise entre 0.01 et 4% poids.
Selon un mode de mise en oeuvre du procédé, on sépare et on recycle par exemple, au moins en partie, le mélange formé par la fraction d'hydrocarbure liquide et les additifs en solution en un point de la conduite. Le recyclage pourra se faire de préférence en tete de conduite.
La séparation peut s'effectuer par exemple de la manière suivante, 1 0 ( 1 ) on introduit dans la conduite de transport le mélange composé de l'additif dispersant en solution dans ladite fraction hydrocarbure liquide, la fraction hydrocarbure liquide pouvant être vaporisée au moins partiellement dans la phase gazeuse, (2) on transporte l'ensemble comportant une phase gazeuse, l'eau contenue dans le fluide, le mélange ajouté et éventuellement des hydrates formés jusqu'à un lieu de traitement, (3) à l'arrivée de la conduite, on sépare l'ensemble de la manière suivante:
- on sépare au moins en partie la phase gazeuse du reste de l'ensemble comportant la fraction hydrocarbure liquide et les additifs en solution, les hydrates éventuellement formés au cours du transport et l'eau, - on dissocie les hydrates formés pour obtenir une phase gazeuse et une phase aqueuse et on sépare après dissociation, la phase gazeuse, et la phase aqueuse de la phase hydrocarbure liquide comprenant l'additif,
Avantageusement, le rapport de la fraction d'hydrocarbure par rapport à la quantité d'eau liquide est compris de préférence entre 1 et 20.
, On peut ajouter une quantité d'additif dans la fraction d'hydrocarbure liquide pour obtenir une concentration comprise entre 0.01 et 4% poids.
Selon un mode de mise en oeuvre du procédé, on sépare et on recycle par exemple, au moins en partie, le mélange formé par la fraction d'hydrocarbure liquide et les additifs en solution en un point de la conduite. Le recyclage pourra se faire de préférence en tete de conduite.
La séparation peut s'effectuer par exemple de la manière suivante, 1 0 ( 1 ) on introduit dans la conduite de transport le mélange composé de l'additif dispersant en solution dans ladite fraction hydrocarbure liquide, la fraction hydrocarbure liquide pouvant être vaporisée au moins partiellement dans la phase gazeuse, (2) on transporte l'ensemble comportant une phase gazeuse, l'eau contenue dans le fluide, le mélange ajouté et éventuellement des hydrates formés jusqu'à un lieu de traitement, (3) à l'arrivée de la conduite, on sépare l'ensemble de la manière suivante:
- on sépare au moins en partie la phase gazeuse du reste de l'ensemble comportant la fraction hydrocarbure liquide et les additifs en solution, les hydrates éventuellement formés au cours du transport et l'eau, - on dissocie les hydrates formés pour obtenir une phase gazeuse et une phase aqueuse et on sépare après dissociation, la phase gazeuse, et la phase aqueuse de la phase hydrocarbure liquide comprenant l'additif,
(4) on recycle en un point de la conduite au moins une partie de la phase hydrocarbure liquide comprenant l'additif provenant de l'étape (3).
Pour des fluides susceptibles de former une phase liquide en exces, par exemple des gaz à condensats, on peut séparer la fraction hydrocarbure liquide en deux étapes:
- en obtenant à l'issue de la première étape d'une part une suspension ou une émulsion concentrée en eau et une fraction hydrocarbure liquide substantiellement débarrassée d'eau qui est évacuée, et - en séparant au cours d'une deuxième étape l'eau, contenue dans l'émulsion ou la suspension provenant de la première étape, d'une fraction liquide enrichie en additif dispersant et en recyclant au moins en partie la dite fraction hydrocarbure liquide.
_ 7 On utilise comme additif dispersant un ester de polyols et d'acide carboxylique, substitué ou non substitué.
L'ester de polyol peut être formé entre un acide ou un anhydride alkénylsuccinique et un polyalkylèneglycol; et/ou entre un anhydride polyisobuténylsuccinique et un polyéthylèneglycol; et/ou obtenu par action de monoéther de polyalkylèneglycol et d'anhydride polyisobuténylsuccinique.
L'additif dispersant peut être un hydroxycarbylamide d'acide I o carboxylique, substitué ou non substitué, tel un hydroxycarbylamide aliphatique ou cyclanique et/ou un mono- ou diéthanolamide d'acide carboxylique comportant de préférence 3 à 36 atomes de carbone.
Selon un mode de réalisation de l'invention on utilise un additif conjointement avec un inhibiteur thermodynamique classique, tels que le méthanol, ou les glycols.
On peut introduire dans la conduite un mélange formé d'une fraction hydrocarbure liquide et d'un additif rendant la paroi de la conduite 20 mouillable par la dite fraction hydrocarbure liquide.
L'additif rendant la paroi de la conduite mouillable par la fraction hydrocarbure liquide peut être en même temps un additif anticorrosion.
On injecte, par exemple, une fraction d'hydrocarbure liquide comportant des constituants dont le nombre d'atomes de carbone est compris entre 5 et 30, ou un condensat, ou encore une coupe de distillation d'un pétrole brut.
.
Le procédé selon l'invention s'applique particulièrement bien pour transporter un gaz à condensat ou un gaz naturel susceptibles de former des hydrates.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la description qui suit d'exemples particuliers, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-annexées:
- la figure 1 illustre un schéma permettant la mise en oeuvre de 1 'invention, - la figure 2 montre un détail d'une variante de réalisation permettant de réduire ~a consommation de chaleur lors du procédé, - la figure 3 représente un mode de séparation bien adapté au gaz à
condensat, et - la figure 4 montre une autre possibilité pour réaliser la fusion des hydrates .
Le principe mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention consiste à injecter un mélange formé d'une phase liquide, par exemple une phase hydrocarbure liquide, et d'un additif, dans un fluide susceptible de former des hydrates dans des conditions thermodynamiques données, le fluide I o étant en écoulement dans une conduite.
L'additif a notamment pour fonction de disperser les hydrates éventuellement formés et la quantité de phase hydrocarbure liquide est choisie par rapport à la proportion d'eau liquide présente dans le fluide pour obtenir la dispersion sensiblement totale de l'eau présente et assurer le transport des hydrates éventuellement formés.
Avantageusement, il est possible de recycler au moins une partie du mélange formé par la fraction hydrocarbure liquide contenant le ou les additifs .
Afin de mieux cerner le principe mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention l'exemple décrit en relation avec la figure 1, donné à titre indicatif et nullement limitatif, s'applique au transport d'un gaz sec, saturé
en eau tel un effluent de production, comprenant des hydrates formés dans des conditions thermodynamiques spécifiques.
Le gaz sec saturé en eau, est évacué du sous-sol en 1 par une tête de puits, qui peut être sous-marine dans le cas d'un gisement situé en mer. La tête de puits est schématisée sur la figure 1 par un manifold de vannes V 1, V2, V3. A la sortie de la tête de puits, l'effluent est à une température relativement élevée de l'ordre par exemple de 70C passe dans une conduite C pour être transporté jusqu'à une station de traitement A située à terre ou une plate-forme de production comportant les équipements habituellement employés pour le traitement dans l'industrie pétrolière.
Lors de son transport dans la conduite C, le gaz sec est progressivement refroidi, du fait du contact indirect de la conduite avec l'eau de mer conduisant ainsi à la formation d'hydrates, plus particulièrement au voisinage de la paroi. L'agglomération de ces hydrates peut à terme bloquer progressivement la conduite C.
Pour~ éviter la formation d'un bouchon d'hydrates, le procédé selon l'invention consiste à envoyer par une conduite 2 en liaison avec la g conduite C en au moins un point 3, ou point d'injection, un mélange comprenant une phase liquide, telle une fraction hydrocarbure liquide et un additif dispersant en solution dans la fraction liquide. Ce mélange injecté au point 3 peut être partiellement vaporisé au contact du gaz.
On injecte, de préférence, une quantité de fraction d'hydroçarbure liquide par rapport à l'eau présente dans le gaz sec dans une proportion variant de 1 à S, et de préférence de 1 à 20.
La concentration d'additif dans la fraction d'hydrocarbure liquide est de préférence comprise entre 0.01 et 4% poids, ce qui correspond 10 sensiblement à une concentration comprise entre 0.1 et 4% poids par rapport à l'eau produite.
De cette manière on obtient une dispersion de la phase aqueuse et on maintient cette dispersion tout le long du transport dans la conduite.
Lorsque des hydrates se forment, les particules d'hydrates sont ainsi entraînées dans l'écoulement diphasique.
Afin d'éviter les risques d'agglomération des particules d'hydrates, on utilise préférentiellement un additif dispersant formé au moins en 20 partie de molécules qui s'adsorbent sur la surface des cristaux d'hydrates et empêche les particules de se rapprocher par exemple par effet stérique.
Avantageusement, on recycle le mélange comportant la phase hydrocarbure liquide et l'additif, en procédant par exemple de la façon suivante.
L'effluent transporté dans la conduite C comporte le gaz sec, le - mélange hydrocarbure liquide additifs et éventuellement les hydrates formés lors du transport. A l'arrivée sur la plate-forme A, il est envoyé
30 dans un séparateur S 1 par exemple, dans lequel la phase gazeuse et la phase hydrocarbure liquide contenant les hydrates en suspension sont séparés. La phase gazeuse est évacuée par une conduite 4 située de préférence en tête du séparateur et la phase hydrocarbure liquide contenant les hydrates en suspension et l'additif par une conduite 5 située dans la partie inférieure du séparateur.
Le mélange provenant de la conduite 5 est envoyée vers un échangeur E 1 où il est chauffé de manière à dissocier les cristaux d'hydrates,~ par exemple par fusion, pour obtenir une phase gazeuse et une 40 phase aqueuse liquide provenant de cette dissociation. A l'issue de cet échangeur, l'ensemble, hydrates dissociés, hydrocarbure liquide et additifs en solution, est envoyé par une conduite 6 dans un second séparateur S2 pour réaliser leur séparation. La phase gazeuse ou hydrocarbures gazeux sont évacués en tête du séparateur par une conduite 7 pour être remélangés, par exemple, avec la phase gazeuse qui est évacuée par la conduite 4. La phase aqueuse est évacuée par une conduite 8 située dans la partie inférieure du séparateur et la phase hydrocarbure liquide contenant une fraction majoritaire de l'additif dispersant qui est préférentiellement soluble dans cette phase est évacuée par la conduite 9 o reliée à la conduite d'injection 2. Avantageusement, le mélange formé
d'hydrocarbure liquide et d'additif est recyclé vers la conduite 2 par exemple en passant dans une pompe P 1 pour mettre le mélange recyclé à
une pression sensiblement égale à la pression de l'effluent circulant dans la conduite.
Une fraction de cette phase hydrocarbure liquide peut être vaporisée dans la phase gazeuse qui est évacuée par les conduites 4 et 7.
La température mise en jeu dans l'échangeur est comprise par exemple entre 30 et 100C et, de préférence entre 50 et 80C.
Selon un autre mode de réalisation, il est possible de dissocier, partiellement ou en totalité, les hydrates au niveau du séparateur S 1 . Pour cela on fixe des conditions de pression et de température telles que les hydrates formés lors du transport soient instables.
On obtient ainsi une émulsion eau dans l'huile qui décante progressivement dans le fond du séparateur S 1 . I1 est nécessaire de contrôler la température pour éviter de casser l'émulsion. L'additif dispersant se trouve alors préférentiellement dans la phase émulsionnée ainsi produite.
La phase émulsionnée contenant les additifs est évacuée par la conduite 5 vers l'échangeur El dans lequel elle est chauffée pour la casser avant d'être envoyée dans le séparateur S2 dans lequel, la phase émulsionnée est séparée en une phase aqueuse évacuée par la conduite 8 et une phase hydrocarbure liquide contenant une grande partie des additifs préférentiellement solubles dans cette phase qui est évacuée par la conduite 9 et éventuellement reprise par la pompe P 1 afin d'être recyclée comme indiquée ci-dessus .
Dans les deux modes de réalisation précédemment décrits, un appoint en additif dispersant, éventuellement en solution dans une fraction d'hydrocarbure liquide, destiné à pallier les pertes éventuelles, peut être introduit par un conduit l0.
~ I .
Selon un mode avantageux de réalisation de l'invention, il est possible de réduire la consommation de chaleur dans l'échangeur E 1 .
La figure 2 montre un schéma pour lequel la fraction hydrocarbure liquide évacuée par la conduite 9 d'être échangée thermiquement avec le mélange évacué par le conduit 5 dans un échangeur E2 situé avant l'échangeur E 1 . Au cours de cet échange la fraction hydrocarbure liquide cède une partie de son énergie à l'effluent évacué par la conduite 5. Après passage dans l'échangeur E2, cette fraction hydrocarbure liquide refroidie o est reprise par la pompe P 1 et recyclée à travers le conduit 2, par exemple, en tête de la conduite C.
La figure 3 montre un exemple de réalisation particulièrement bien appliqué pour des fluides tels les gaz à condensats qui génèrent une fraction d'hydrocarbure liquide, cette dernière pouvant constituer un excès par rapport à l'eau liquide. Elle se présente par exemple sous forme de condensat .
Il est alors possible et avantageux de recycler une partie seulement du condensat afin de concentrer l'additif.
On peut procéder, par exemple de la façon suivante:
Le mélange circulant dans la conduite C formé par le gaz à condensat, I'hydrocarbure liquide et l'additif, et les hydrates formés arrivent dans le séparateur S 1, où les particules d'hydrates sédimentent dans le fond du séparateur. Il est alors possible d'évacuer par le conduit 11 une phase condensat claire qui constitue le condensat évacué en même temps que le gaz et par le conduit 12 une suspension concentrée en particules d'hydrates qui est envoyée dans l'échangeur El. La suspension est chauffée dans l'échangeur E 1 de manière à obtenir la fusion des hydrates et un cassage de l'émulsion eau/condensat ou fraction hydrocarbure liquide susceptible de se former après dissociation des hydrates. L'additif dispersant se trouvant préférentiellement à la surface des particules d'hydrates, il est possible de concentrer ainsi une majeure partie de cet additif dans la phase hydrocarbure liquide qui est séparée dans le séparateur S2, év~cuée par le conduit 9 et recyclée au moyen de la pompe Pl .
La phase gazeuse est évacuée par la conduite 7, éventuellement vers la conduite 4 alors que la phase aqueuse sort du séparateur par la conduite 8.
~, Différents moyens peuvent être -employés pour améliorer les performances des différentes étapes de séparation et de recyclage effectuées .
Dans le cas de l'exemple illustré par la figure 3, on obtient une suspension concentrée de particules d'hydrates par simple décantation dans le séparateur S l . Il est également possible de mettre en oeuvre d'autres méthodes connues de concentration d'une suspension telles que, par exemple, le passage dans un cyclone, la centrifugation, la filtration et notamment la filtration tangentielle.
Il est également possible de concentrer cette suspension en chauffant, de manière à vaporiser la fraction hydrocarbure que l'on veut évacuer avec le gaz.
Le chauffage effectué par exemple dans l'échangeur E l, dans le cas des exemples illustrés par les figures l, 2 et 3, permet de réaliser la fusion des cristaux d'hydrates et facilite la séparation de l'émulsion par élévation de la température. Ce chauffage peut être réalisé par des moyens différents de ceux qui sont illustrés sur les figures l, 2 et 3. Il est possiblenotamment de fournir la chaleur nécessaire en ne chauffant pas directement la suspension mais en chauffant une fraction d'un des fluides 20 obtenus après séparation, que l'on fait recirculer.
Ainsi, par exemple, comme le montre l'exemple de réalisation illustrée par la figure 4, la suspension arrivant par le conduit l 2 peut être mélangée avec une *action de phase aqueuse provenant du séparateur S2, recirculée au moyen de la pompe P2 et chauffée dans un échangeur E3.
Cette conception présente notamment l'avantage de faciliter la conception de l'échangeur de chauffage et d'en réduire la surface grâce aux bonnes propriétés de transfert thermique de l'eau.
Dans le cas des exemples illustrés par les figures l, 2 et 3, les deux phases formant l'émulsion sont séparées dans le séparateur par simple 30 décantation. Il est possible de mettre en oeuvre les différentes méthodes connues pour faciliter cette séparation: passage à travers un lit coalescent, centrifugation, passage à travers un cyclone, techniques membranaires, électrocoalescence. Il est également possible de faciliter cette séparation en ajoutant un additif désémulsifiant.
On ne sortira pas du cadre de l'invention, en effectuant les étapes de séparation décrites ci-dessus dans un dispositif unique combinant des fonctions sensiblement identiques à celles réalisées par l'ensemble comportant les séparateurs Sl, S2 et l'échangeur El.
Dans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus, les additifs peuvent être choisis parmi les additifs habituellement utilisés pour inhiber la formation des hydrates et/ou leur agglomération.
L'additif dispersant pourra être par exemple un tensioactif non ionique choisi parmi des composés amidiques hydrogénés décrits dans le brevet EP-A-323.775 du demandeur.
La synthèse de ces hydroxycarbylamides peut être réalisée à partir d'acides gras, d'esters de ces acides gras, des huiles ou graisses végétales o ou animales, en faisant réagir ces composés avec des hydroxylcarbylamines telle que la diéthanolamine ou la monoéthanolamine. Par "hydroxycarbyl", on entend un radical hydrocarbyl substitué par au moins un groupe hydroxy.
Les acides carboxyliques des amides pourront être des acides linéaires saturés ou insaturés, présents tels quels ou en mélange sous forme liée dans les huiles, les esters, dans le mélanges d'acides gras servant de matière première aux amides. Les huiles utilisables les plus courantes sont par exemple les huiles de colza, de coprah, de tournesol ...
Les acides carboxyliques des amides pourront être des acides 20 hydroxycarboxyliques, tel que l'acide ricinoléique, ou des estolides, tels que les estolides de l'acide ricinoléique.
Les acides carboxyliques pourront être des diacides ou triacides correspondant aux dimères et trimères des acides gras ou à des acides dicarboxyliques, tel l'acide dodecanedioïque.
Les amines servant à réaliser avec les acides carboxyliques la synthèse des amides sont par exemple des alkanolamines ou des diols aminés, tels que la diéthanolamine, la diisopropanolamine ou le trihydroxyméthylaminométhane .
Les amides pourront être des mono ou diéthaloamides d'acides 30 carboxyliques et pourront compter 3 à 36 atomes de carbone.
L'additif dispersant peut être un composé amphiphile non ionique choisi parmi les esters de polyols, substitués ou non substitués, comme ceux décrits dans le brevet EP-A 323 774 du demandeur.
Ces esters sont par exemple obtenus à partir d'acides carboxyliques linéaires ou non linéaires (par exemple ramifiés), saturés ou insaturés, correspondant par exemple aux acides gras contenus dans les huiles ou graisses végétales et animales, comme par exemple les acides laurique, palmitique,~ stéarique, pour les acides saturés, ou les acides palmitoléïque, 40 oleïque, linoléïque pour les acides insaturés.
Les acides carboxyliques peuvent aussi être des diacides ou triacides, correspondant aux dimères ou trimères des acides gras, ou des acides dicarboxyliques, comme par exemple l'acide dodécanedioïque pour lequel l'une des fonctions acides peut être libre.
Les acides carboxyliques pourront être des acides hydroxycarboxyliques, tel que l'acide ricinoléïque.
Les acides carboxyliques se présentent par exemple sous la forme de polymères comme les acides estolisés obtenus à partir du ricin.
Les esters de polyols pourront enfin être obtenus à partir d'acide I o alkénylsuccinique ou d'anhydride alkénylsuccinique. Le groupe alkénylede l'acide ou de l'anhydride pourra dériver d'un polymère d'une monooléfine contenant 2 à 5 atomes de carbone. Ce polymère pourra plus particulièrement être un polyisobutène dans lequel le groupe alkényle a une masse moléculaire moyenne de 300 à 5000.
Les polyols sont par exemple: -- des diols, tels que l'éthylèneglycol, les polyalkylèneglycols, comme le polyéthylèneglycol ou le polypropylèneglycol, ou le néopentylglycol;
- des triols, tels que le glycérol ou le triméthylolpropane;
- des tétrols, tels que le pentaérythritol, l'érythritol;
- des polyols, tels que le sorbitol, le mannitol, les polyglycérols, ou des sucres tels que le saccharose, le glucose, le fructose ou des dérivés de ces différents produits tel que l'amidon.
L'additif dispersant peut également être un composé amphiphile non ionique obtenu par réaction d'au moins un dérivé succinique choisi dans le groupe formé par les acides et les anhydrides polyalkénylsucciniques, sur au moins un monoéther de polyéthylèneglycol, comme ceux décrits dans le brevet EP-A-582.507 du demandeur.
Les dérivés succiniques utilisés pour préparer les composés utilisés dans l'invention sont par exemple obtenus par action d'au moins une oléfine ou d'un hydrocarbure chloré sur l'acide ou l'anhydride maléïque.
L'oléfine ou l'hydrocarbure chloré utilisés dans cette synthèse peuvent etre linéaires ou ramifiés, et comportent habituellement 10 à 200 atomes de carbone, de préférence de 15 à 150 atomes de carbone, et le plus souvent 20 à 100 atomes de carbone dans leur molécule. Cette oléfine peut également être un oligomère, par exemple un dimère, un trimère ou un tétramère, ou encore un polymère d'une oléfine inférieure, ayant par exemple de 2 à 12 atomes de carbone, telle que l'éthylène, le propylène, . .
~s l'isobutène. L'hydrocarbure chloré peut provenir de la chloration de tels polymères .
Les monoéthers de polyéthylèneglycol utilisés pour préparer les composés utilisés dans l'invention ont habituellement une masse molaire moyenne en nombre comprise entre 100 et 6000 et répondent à la formule générale suivante:
R-(O-CH2-CH2)n-OH
dans laquelle R est un groupe hydrocarboné renfermant par exemple de 1 à 30 atomes de carbone et n, représentant le degré de polymérisation, a I o une valeur comprise entre 2 et 140.
La phase hydrocarbure peur être au moins partiellement séparée et recyclée. L'additif utilisé étant de préférence soluble dans la phase hydrocarbure, il peut être ainsi au moins partiellement recyclé, ce qui est particulièrement avantageux puisqu'il est possible de réduire très sensiblement la consommation d'additif.
Selon un mode de réalisation préférentielle, on évite la formation de cristaux d'hydrates à la paroi qui pourraient adhérer à la paroi et ne pas 20 être entraînés par l'écoulement. Pour cela, on rend par exemple la paroi de la conduite mouillable par la fraction hydrocarbure liquide et non mouillable par l'eau en introduisant par exemple dans la fraction hydrocarbure liquide un additif qui s'adsorbe sur la paroi en tapissant la paroi de groupements fonctionnels oléophiles.
Cet additif peut etre avantageusement constitué par un additif anticorrosion, ce qui permet de protéger simultanément contre la corrosion et contre les risques de bouchage par les hydrates.
Il peut aussi être constitué par un mélange d'additifs, et par additif dispersant nous entendons par la suite soit un additif unique soit un 30 mélange d'additifs.
Il est également possible de réaliser la paroi de la conduite en un matériau mouillable par la fraction hydrocarbure liquide ou d'utiliser un revêtement interne, par exemple en téflon, réduisant le risque d'adhésion d'hydrates à la paroi.
La teneur en eau d'un gaz naturel reste faible et dépend à la fois des conditions de pression et de température. Les gaz contenant initialement de l'eau à~ I'état vapeur, celle-ci est susceptible de se condenser avec une 40 baisse de la température dans la conduite. Dans les conditions ""~ 16 généralement rencontrées lors de la production, elle est de l'ordre de quelques grammes d'eau liquide pour un standard mètre cube de gaz.
Les quantités d'eau susceptibles de se condenser étant faibles, il n'est pas nécessaire d'introduire une grande quantité d'hydrocarbures en phase liquide. D'une manière générale, la quantité à introduire est telle que le rapport eau liquide/hydrocarbure liquide soit de l'ordre de 0.3. La quantité d'hydrocarbures en phase liquide à injecter sera naturellement d'autant plus faible que celui-ci sera plus lourd.
Ce mélange d'hydrocarbures en phase liquide peut être un condensat tels que ceux obtenus lors de la production des gaz à condensats. Ce peut être également une coupe de distillation d'un pétrole brut. Il comprend des hydrocarbures dont le nombre d'atomes de carbone est compris par exemple entre 5 et 30 et de préférence entre 5 et 20.
Selon un mode de mise en oeuvre du procédé, il est possible de choisir une fraction hydrocarbure liquide de telle manière que cette fraction hydrocarbure liquide soit tout ou partiellement vaporisé dans la phase gazeuse dans les conditions au point d'injection.
Toujours selon un mode de mise en oeuvre du procédé, il est possible de choisir une fraction hydrocarbure liquide de telle manière que cette fraction hydrocarbure liquide ait une pression de rosée voisine de celle de l'eau dans les conditions de température rencontrées dans la conduite.
Le présent procédé sera mieux compris et ses avantages apparaîtront plus nettement à la description de l'exemple qui suit, nullement limitatif.
Considérons un gaz naturel de composition molaire suivante:
Cl = 85.3%, C2 = 5.8%, C3 _ 5.3%, i-C4 = 0.7%, n-C4 = 1.4%, N2 = 1.0% et C02 = 0.5%, produit dans une conduite dont les conditions de tête de puits sont 15 MPa et 70 C.
Dans ces conditions, la teneur en eau du gaz (densité = 19.48/29 =
0.672) est d'environ 2.5 m3/MSm3 de gaz, soit encore environ 6 m3 d'eau pour 100 Mmoles de gaz produites.
Si l'on considère que les conditions dans la conduite de transport sont par exemple de 4C et 4 MPa, la teneur maximale en eau du gaz est de l'ordre de 0.2 m3 / M S m 3 de gaz. On peut donc considérer que toute l'eau s'est condensée.
~ 1 7828 1 l 7 En supposant par exemple que la quantité d'hydrocarbure liquide doit représenter les 4/5 de la quantité d'eau liquide produite de telle manière à pouvoir former une émulsion eau dans huile stable rendant possible le transport des hydrates en suspensiont la quantité de solvant hydrocarbure à introduire sera telle que la quantité d'hydrocarbure liquide condensée dans la conduite représente environ 24 m3 pour 100 Mmoles de gaz dans les conditions de production.
Dans les conditions de production 4 MPa et 4C, I'ajout de 0.1% mole d'un hydrocarbure liquide de masse molaire moyenne de 210 et de masse o volumique de 0.77 g/cm3 conduit à la formation de 50 m3 d'une phase hydrocarbure liquide pour 100 Mmoles de gaz produit. La teneur en eau dans la phase liquide est donc de 11% environ en volume.
Dans les mêmes conditionst l'ajout 0.05% mole du même hydrocarbure liquide conduit à la formation de 26 m3 d'une phase hydrocarbure liquide pour 100 Mmoles de gaz produit. La teneur en eau dans la phase liquide est donc de 19% environ en volume.
Dans les mêmes conditionst l'ajout 0.01% mole du même hydrocarbure liquide conduit à la formation de 5.3 m3 d'une phase hydrocarbure liquide pour 100 moles de gaz produit. La teneur en eau 20 dans la phase liquide est donc de 53% environ en volume.
La quantité d'additif dispersant des hydrates à introduire dans la fraction hydrocarbure liquide doit être ajustée de telle sorte que la teneur en additif par rapport à l'eau produite soit comprise par exemple entre 0.1 et 4% poids. Cette teneur en additif dans la fraction hydrocarbure liquide peut varier en fonction du rapport des phases hydrocarbure liquide et eau.
Elle est néanmoins comprise par exemple entre 0.01 et 4% poids.
Un avantage annexe de ce mode d'introduction est la réduction de viscosité de l'additif.
Cette invention s'applique principalement au transport des hydrates formés à partir de l'eau et de gaz. Ce gaz, qui peut être du gaz naturel, du gaz de pétrole ou tout autre gaz, peut notamment comprendre par exemple du méthane, de l'éthane, de l'éthylène, du propane, du propène, du n-butane, de l'i-butane, de l'H2S, du C02 ou encore de l'azote.
Pour des fluides susceptibles de former une phase liquide en exces, par exemple des gaz à condensats, on peut séparer la fraction hydrocarbure liquide en deux étapes:
- en obtenant à l'issue de la première étape d'une part une suspension ou une émulsion concentrée en eau et une fraction hydrocarbure liquide substantiellement débarrassée d'eau qui est évacuée, et - en séparant au cours d'une deuxième étape l'eau, contenue dans l'émulsion ou la suspension provenant de la première étape, d'une fraction liquide enrichie en additif dispersant et en recyclant au moins en partie la dite fraction hydrocarbure liquide.
_ 7 On utilise comme additif dispersant un ester de polyols et d'acide carboxylique, substitué ou non substitué.
L'ester de polyol peut être formé entre un acide ou un anhydride alkénylsuccinique et un polyalkylèneglycol; et/ou entre un anhydride polyisobuténylsuccinique et un polyéthylèneglycol; et/ou obtenu par action de monoéther de polyalkylèneglycol et d'anhydride polyisobuténylsuccinique.
L'additif dispersant peut être un hydroxycarbylamide d'acide I o carboxylique, substitué ou non substitué, tel un hydroxycarbylamide aliphatique ou cyclanique et/ou un mono- ou diéthanolamide d'acide carboxylique comportant de préférence 3 à 36 atomes de carbone.
Selon un mode de réalisation de l'invention on utilise un additif conjointement avec un inhibiteur thermodynamique classique, tels que le méthanol, ou les glycols.
On peut introduire dans la conduite un mélange formé d'une fraction hydrocarbure liquide et d'un additif rendant la paroi de la conduite 20 mouillable par la dite fraction hydrocarbure liquide.
L'additif rendant la paroi de la conduite mouillable par la fraction hydrocarbure liquide peut être en même temps un additif anticorrosion.
On injecte, par exemple, une fraction d'hydrocarbure liquide comportant des constituants dont le nombre d'atomes de carbone est compris entre 5 et 30, ou un condensat, ou encore une coupe de distillation d'un pétrole brut.
.
Le procédé selon l'invention s'applique particulièrement bien pour transporter un gaz à condensat ou un gaz naturel susceptibles de former des hydrates.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la description qui suit d'exemples particuliers, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-annexées:
- la figure 1 illustre un schéma permettant la mise en oeuvre de 1 'invention, - la figure 2 montre un détail d'une variante de réalisation permettant de réduire ~a consommation de chaleur lors du procédé, - la figure 3 représente un mode de séparation bien adapté au gaz à
condensat, et - la figure 4 montre une autre possibilité pour réaliser la fusion des hydrates .
Le principe mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention consiste à injecter un mélange formé d'une phase liquide, par exemple une phase hydrocarbure liquide, et d'un additif, dans un fluide susceptible de former des hydrates dans des conditions thermodynamiques données, le fluide I o étant en écoulement dans une conduite.
L'additif a notamment pour fonction de disperser les hydrates éventuellement formés et la quantité de phase hydrocarbure liquide est choisie par rapport à la proportion d'eau liquide présente dans le fluide pour obtenir la dispersion sensiblement totale de l'eau présente et assurer le transport des hydrates éventuellement formés.
Avantageusement, il est possible de recycler au moins une partie du mélange formé par la fraction hydrocarbure liquide contenant le ou les additifs .
Afin de mieux cerner le principe mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention l'exemple décrit en relation avec la figure 1, donné à titre indicatif et nullement limitatif, s'applique au transport d'un gaz sec, saturé
en eau tel un effluent de production, comprenant des hydrates formés dans des conditions thermodynamiques spécifiques.
Le gaz sec saturé en eau, est évacué du sous-sol en 1 par une tête de puits, qui peut être sous-marine dans le cas d'un gisement situé en mer. La tête de puits est schématisée sur la figure 1 par un manifold de vannes V 1, V2, V3. A la sortie de la tête de puits, l'effluent est à une température relativement élevée de l'ordre par exemple de 70C passe dans une conduite C pour être transporté jusqu'à une station de traitement A située à terre ou une plate-forme de production comportant les équipements habituellement employés pour le traitement dans l'industrie pétrolière.
Lors de son transport dans la conduite C, le gaz sec est progressivement refroidi, du fait du contact indirect de la conduite avec l'eau de mer conduisant ainsi à la formation d'hydrates, plus particulièrement au voisinage de la paroi. L'agglomération de ces hydrates peut à terme bloquer progressivement la conduite C.
Pour~ éviter la formation d'un bouchon d'hydrates, le procédé selon l'invention consiste à envoyer par une conduite 2 en liaison avec la g conduite C en au moins un point 3, ou point d'injection, un mélange comprenant une phase liquide, telle une fraction hydrocarbure liquide et un additif dispersant en solution dans la fraction liquide. Ce mélange injecté au point 3 peut être partiellement vaporisé au contact du gaz.
On injecte, de préférence, une quantité de fraction d'hydroçarbure liquide par rapport à l'eau présente dans le gaz sec dans une proportion variant de 1 à S, et de préférence de 1 à 20.
La concentration d'additif dans la fraction d'hydrocarbure liquide est de préférence comprise entre 0.01 et 4% poids, ce qui correspond 10 sensiblement à une concentration comprise entre 0.1 et 4% poids par rapport à l'eau produite.
De cette manière on obtient une dispersion de la phase aqueuse et on maintient cette dispersion tout le long du transport dans la conduite.
Lorsque des hydrates se forment, les particules d'hydrates sont ainsi entraînées dans l'écoulement diphasique.
Afin d'éviter les risques d'agglomération des particules d'hydrates, on utilise préférentiellement un additif dispersant formé au moins en 20 partie de molécules qui s'adsorbent sur la surface des cristaux d'hydrates et empêche les particules de se rapprocher par exemple par effet stérique.
Avantageusement, on recycle le mélange comportant la phase hydrocarbure liquide et l'additif, en procédant par exemple de la façon suivante.
L'effluent transporté dans la conduite C comporte le gaz sec, le - mélange hydrocarbure liquide additifs et éventuellement les hydrates formés lors du transport. A l'arrivée sur la plate-forme A, il est envoyé
30 dans un séparateur S 1 par exemple, dans lequel la phase gazeuse et la phase hydrocarbure liquide contenant les hydrates en suspension sont séparés. La phase gazeuse est évacuée par une conduite 4 située de préférence en tête du séparateur et la phase hydrocarbure liquide contenant les hydrates en suspension et l'additif par une conduite 5 située dans la partie inférieure du séparateur.
Le mélange provenant de la conduite 5 est envoyée vers un échangeur E 1 où il est chauffé de manière à dissocier les cristaux d'hydrates,~ par exemple par fusion, pour obtenir une phase gazeuse et une 40 phase aqueuse liquide provenant de cette dissociation. A l'issue de cet échangeur, l'ensemble, hydrates dissociés, hydrocarbure liquide et additifs en solution, est envoyé par une conduite 6 dans un second séparateur S2 pour réaliser leur séparation. La phase gazeuse ou hydrocarbures gazeux sont évacués en tête du séparateur par une conduite 7 pour être remélangés, par exemple, avec la phase gazeuse qui est évacuée par la conduite 4. La phase aqueuse est évacuée par une conduite 8 située dans la partie inférieure du séparateur et la phase hydrocarbure liquide contenant une fraction majoritaire de l'additif dispersant qui est préférentiellement soluble dans cette phase est évacuée par la conduite 9 o reliée à la conduite d'injection 2. Avantageusement, le mélange formé
d'hydrocarbure liquide et d'additif est recyclé vers la conduite 2 par exemple en passant dans une pompe P 1 pour mettre le mélange recyclé à
une pression sensiblement égale à la pression de l'effluent circulant dans la conduite.
Une fraction de cette phase hydrocarbure liquide peut être vaporisée dans la phase gazeuse qui est évacuée par les conduites 4 et 7.
La température mise en jeu dans l'échangeur est comprise par exemple entre 30 et 100C et, de préférence entre 50 et 80C.
Selon un autre mode de réalisation, il est possible de dissocier, partiellement ou en totalité, les hydrates au niveau du séparateur S 1 . Pour cela on fixe des conditions de pression et de température telles que les hydrates formés lors du transport soient instables.
On obtient ainsi une émulsion eau dans l'huile qui décante progressivement dans le fond du séparateur S 1 . I1 est nécessaire de contrôler la température pour éviter de casser l'émulsion. L'additif dispersant se trouve alors préférentiellement dans la phase émulsionnée ainsi produite.
La phase émulsionnée contenant les additifs est évacuée par la conduite 5 vers l'échangeur El dans lequel elle est chauffée pour la casser avant d'être envoyée dans le séparateur S2 dans lequel, la phase émulsionnée est séparée en une phase aqueuse évacuée par la conduite 8 et une phase hydrocarbure liquide contenant une grande partie des additifs préférentiellement solubles dans cette phase qui est évacuée par la conduite 9 et éventuellement reprise par la pompe P 1 afin d'être recyclée comme indiquée ci-dessus .
Dans les deux modes de réalisation précédemment décrits, un appoint en additif dispersant, éventuellement en solution dans une fraction d'hydrocarbure liquide, destiné à pallier les pertes éventuelles, peut être introduit par un conduit l0.
~ I .
Selon un mode avantageux de réalisation de l'invention, il est possible de réduire la consommation de chaleur dans l'échangeur E 1 .
La figure 2 montre un schéma pour lequel la fraction hydrocarbure liquide évacuée par la conduite 9 d'être échangée thermiquement avec le mélange évacué par le conduit 5 dans un échangeur E2 situé avant l'échangeur E 1 . Au cours de cet échange la fraction hydrocarbure liquide cède une partie de son énergie à l'effluent évacué par la conduite 5. Après passage dans l'échangeur E2, cette fraction hydrocarbure liquide refroidie o est reprise par la pompe P 1 et recyclée à travers le conduit 2, par exemple, en tête de la conduite C.
La figure 3 montre un exemple de réalisation particulièrement bien appliqué pour des fluides tels les gaz à condensats qui génèrent une fraction d'hydrocarbure liquide, cette dernière pouvant constituer un excès par rapport à l'eau liquide. Elle se présente par exemple sous forme de condensat .
Il est alors possible et avantageux de recycler une partie seulement du condensat afin de concentrer l'additif.
On peut procéder, par exemple de la façon suivante:
Le mélange circulant dans la conduite C formé par le gaz à condensat, I'hydrocarbure liquide et l'additif, et les hydrates formés arrivent dans le séparateur S 1, où les particules d'hydrates sédimentent dans le fond du séparateur. Il est alors possible d'évacuer par le conduit 11 une phase condensat claire qui constitue le condensat évacué en même temps que le gaz et par le conduit 12 une suspension concentrée en particules d'hydrates qui est envoyée dans l'échangeur El. La suspension est chauffée dans l'échangeur E 1 de manière à obtenir la fusion des hydrates et un cassage de l'émulsion eau/condensat ou fraction hydrocarbure liquide susceptible de se former après dissociation des hydrates. L'additif dispersant se trouvant préférentiellement à la surface des particules d'hydrates, il est possible de concentrer ainsi une majeure partie de cet additif dans la phase hydrocarbure liquide qui est séparée dans le séparateur S2, év~cuée par le conduit 9 et recyclée au moyen de la pompe Pl .
La phase gazeuse est évacuée par la conduite 7, éventuellement vers la conduite 4 alors que la phase aqueuse sort du séparateur par la conduite 8.
~, Différents moyens peuvent être -employés pour améliorer les performances des différentes étapes de séparation et de recyclage effectuées .
Dans le cas de l'exemple illustré par la figure 3, on obtient une suspension concentrée de particules d'hydrates par simple décantation dans le séparateur S l . Il est également possible de mettre en oeuvre d'autres méthodes connues de concentration d'une suspension telles que, par exemple, le passage dans un cyclone, la centrifugation, la filtration et notamment la filtration tangentielle.
Il est également possible de concentrer cette suspension en chauffant, de manière à vaporiser la fraction hydrocarbure que l'on veut évacuer avec le gaz.
Le chauffage effectué par exemple dans l'échangeur E l, dans le cas des exemples illustrés par les figures l, 2 et 3, permet de réaliser la fusion des cristaux d'hydrates et facilite la séparation de l'émulsion par élévation de la température. Ce chauffage peut être réalisé par des moyens différents de ceux qui sont illustrés sur les figures l, 2 et 3. Il est possiblenotamment de fournir la chaleur nécessaire en ne chauffant pas directement la suspension mais en chauffant une fraction d'un des fluides 20 obtenus après séparation, que l'on fait recirculer.
Ainsi, par exemple, comme le montre l'exemple de réalisation illustrée par la figure 4, la suspension arrivant par le conduit l 2 peut être mélangée avec une *action de phase aqueuse provenant du séparateur S2, recirculée au moyen de la pompe P2 et chauffée dans un échangeur E3.
Cette conception présente notamment l'avantage de faciliter la conception de l'échangeur de chauffage et d'en réduire la surface grâce aux bonnes propriétés de transfert thermique de l'eau.
Dans le cas des exemples illustrés par les figures l, 2 et 3, les deux phases formant l'émulsion sont séparées dans le séparateur par simple 30 décantation. Il est possible de mettre en oeuvre les différentes méthodes connues pour faciliter cette séparation: passage à travers un lit coalescent, centrifugation, passage à travers un cyclone, techniques membranaires, électrocoalescence. Il est également possible de faciliter cette séparation en ajoutant un additif désémulsifiant.
On ne sortira pas du cadre de l'invention, en effectuant les étapes de séparation décrites ci-dessus dans un dispositif unique combinant des fonctions sensiblement identiques à celles réalisées par l'ensemble comportant les séparateurs Sl, S2 et l'échangeur El.
Dans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus, les additifs peuvent être choisis parmi les additifs habituellement utilisés pour inhiber la formation des hydrates et/ou leur agglomération.
L'additif dispersant pourra être par exemple un tensioactif non ionique choisi parmi des composés amidiques hydrogénés décrits dans le brevet EP-A-323.775 du demandeur.
La synthèse de ces hydroxycarbylamides peut être réalisée à partir d'acides gras, d'esters de ces acides gras, des huiles ou graisses végétales o ou animales, en faisant réagir ces composés avec des hydroxylcarbylamines telle que la diéthanolamine ou la monoéthanolamine. Par "hydroxycarbyl", on entend un radical hydrocarbyl substitué par au moins un groupe hydroxy.
Les acides carboxyliques des amides pourront être des acides linéaires saturés ou insaturés, présents tels quels ou en mélange sous forme liée dans les huiles, les esters, dans le mélanges d'acides gras servant de matière première aux amides. Les huiles utilisables les plus courantes sont par exemple les huiles de colza, de coprah, de tournesol ...
Les acides carboxyliques des amides pourront être des acides 20 hydroxycarboxyliques, tel que l'acide ricinoléique, ou des estolides, tels que les estolides de l'acide ricinoléique.
Les acides carboxyliques pourront être des diacides ou triacides correspondant aux dimères et trimères des acides gras ou à des acides dicarboxyliques, tel l'acide dodecanedioïque.
Les amines servant à réaliser avec les acides carboxyliques la synthèse des amides sont par exemple des alkanolamines ou des diols aminés, tels que la diéthanolamine, la diisopropanolamine ou le trihydroxyméthylaminométhane .
Les amides pourront être des mono ou diéthaloamides d'acides 30 carboxyliques et pourront compter 3 à 36 atomes de carbone.
L'additif dispersant peut être un composé amphiphile non ionique choisi parmi les esters de polyols, substitués ou non substitués, comme ceux décrits dans le brevet EP-A 323 774 du demandeur.
Ces esters sont par exemple obtenus à partir d'acides carboxyliques linéaires ou non linéaires (par exemple ramifiés), saturés ou insaturés, correspondant par exemple aux acides gras contenus dans les huiles ou graisses végétales et animales, comme par exemple les acides laurique, palmitique,~ stéarique, pour les acides saturés, ou les acides palmitoléïque, 40 oleïque, linoléïque pour les acides insaturés.
Les acides carboxyliques peuvent aussi être des diacides ou triacides, correspondant aux dimères ou trimères des acides gras, ou des acides dicarboxyliques, comme par exemple l'acide dodécanedioïque pour lequel l'une des fonctions acides peut être libre.
Les acides carboxyliques pourront être des acides hydroxycarboxyliques, tel que l'acide ricinoléïque.
Les acides carboxyliques se présentent par exemple sous la forme de polymères comme les acides estolisés obtenus à partir du ricin.
Les esters de polyols pourront enfin être obtenus à partir d'acide I o alkénylsuccinique ou d'anhydride alkénylsuccinique. Le groupe alkénylede l'acide ou de l'anhydride pourra dériver d'un polymère d'une monooléfine contenant 2 à 5 atomes de carbone. Ce polymère pourra plus particulièrement être un polyisobutène dans lequel le groupe alkényle a une masse moléculaire moyenne de 300 à 5000.
Les polyols sont par exemple: -- des diols, tels que l'éthylèneglycol, les polyalkylèneglycols, comme le polyéthylèneglycol ou le polypropylèneglycol, ou le néopentylglycol;
- des triols, tels que le glycérol ou le triméthylolpropane;
- des tétrols, tels que le pentaérythritol, l'érythritol;
- des polyols, tels que le sorbitol, le mannitol, les polyglycérols, ou des sucres tels que le saccharose, le glucose, le fructose ou des dérivés de ces différents produits tel que l'amidon.
L'additif dispersant peut également être un composé amphiphile non ionique obtenu par réaction d'au moins un dérivé succinique choisi dans le groupe formé par les acides et les anhydrides polyalkénylsucciniques, sur au moins un monoéther de polyéthylèneglycol, comme ceux décrits dans le brevet EP-A-582.507 du demandeur.
Les dérivés succiniques utilisés pour préparer les composés utilisés dans l'invention sont par exemple obtenus par action d'au moins une oléfine ou d'un hydrocarbure chloré sur l'acide ou l'anhydride maléïque.
L'oléfine ou l'hydrocarbure chloré utilisés dans cette synthèse peuvent etre linéaires ou ramifiés, et comportent habituellement 10 à 200 atomes de carbone, de préférence de 15 à 150 atomes de carbone, et le plus souvent 20 à 100 atomes de carbone dans leur molécule. Cette oléfine peut également être un oligomère, par exemple un dimère, un trimère ou un tétramère, ou encore un polymère d'une oléfine inférieure, ayant par exemple de 2 à 12 atomes de carbone, telle que l'éthylène, le propylène, . .
~s l'isobutène. L'hydrocarbure chloré peut provenir de la chloration de tels polymères .
Les monoéthers de polyéthylèneglycol utilisés pour préparer les composés utilisés dans l'invention ont habituellement une masse molaire moyenne en nombre comprise entre 100 et 6000 et répondent à la formule générale suivante:
R-(O-CH2-CH2)n-OH
dans laquelle R est un groupe hydrocarboné renfermant par exemple de 1 à 30 atomes de carbone et n, représentant le degré de polymérisation, a I o une valeur comprise entre 2 et 140.
La phase hydrocarbure peur être au moins partiellement séparée et recyclée. L'additif utilisé étant de préférence soluble dans la phase hydrocarbure, il peut être ainsi au moins partiellement recyclé, ce qui est particulièrement avantageux puisqu'il est possible de réduire très sensiblement la consommation d'additif.
Selon un mode de réalisation préférentielle, on évite la formation de cristaux d'hydrates à la paroi qui pourraient adhérer à la paroi et ne pas 20 être entraînés par l'écoulement. Pour cela, on rend par exemple la paroi de la conduite mouillable par la fraction hydrocarbure liquide et non mouillable par l'eau en introduisant par exemple dans la fraction hydrocarbure liquide un additif qui s'adsorbe sur la paroi en tapissant la paroi de groupements fonctionnels oléophiles.
Cet additif peut etre avantageusement constitué par un additif anticorrosion, ce qui permet de protéger simultanément contre la corrosion et contre les risques de bouchage par les hydrates.
Il peut aussi être constitué par un mélange d'additifs, et par additif dispersant nous entendons par la suite soit un additif unique soit un 30 mélange d'additifs.
Il est également possible de réaliser la paroi de la conduite en un matériau mouillable par la fraction hydrocarbure liquide ou d'utiliser un revêtement interne, par exemple en téflon, réduisant le risque d'adhésion d'hydrates à la paroi.
La teneur en eau d'un gaz naturel reste faible et dépend à la fois des conditions de pression et de température. Les gaz contenant initialement de l'eau à~ I'état vapeur, celle-ci est susceptible de se condenser avec une 40 baisse de la température dans la conduite. Dans les conditions ""~ 16 généralement rencontrées lors de la production, elle est de l'ordre de quelques grammes d'eau liquide pour un standard mètre cube de gaz.
Les quantités d'eau susceptibles de se condenser étant faibles, il n'est pas nécessaire d'introduire une grande quantité d'hydrocarbures en phase liquide. D'une manière générale, la quantité à introduire est telle que le rapport eau liquide/hydrocarbure liquide soit de l'ordre de 0.3. La quantité d'hydrocarbures en phase liquide à injecter sera naturellement d'autant plus faible que celui-ci sera plus lourd.
Ce mélange d'hydrocarbures en phase liquide peut être un condensat tels que ceux obtenus lors de la production des gaz à condensats. Ce peut être également une coupe de distillation d'un pétrole brut. Il comprend des hydrocarbures dont le nombre d'atomes de carbone est compris par exemple entre 5 et 30 et de préférence entre 5 et 20.
Selon un mode de mise en oeuvre du procédé, il est possible de choisir une fraction hydrocarbure liquide de telle manière que cette fraction hydrocarbure liquide soit tout ou partiellement vaporisé dans la phase gazeuse dans les conditions au point d'injection.
Toujours selon un mode de mise en oeuvre du procédé, il est possible de choisir une fraction hydrocarbure liquide de telle manière que cette fraction hydrocarbure liquide ait une pression de rosée voisine de celle de l'eau dans les conditions de température rencontrées dans la conduite.
Le présent procédé sera mieux compris et ses avantages apparaîtront plus nettement à la description de l'exemple qui suit, nullement limitatif.
Considérons un gaz naturel de composition molaire suivante:
Cl = 85.3%, C2 = 5.8%, C3 _ 5.3%, i-C4 = 0.7%, n-C4 = 1.4%, N2 = 1.0% et C02 = 0.5%, produit dans une conduite dont les conditions de tête de puits sont 15 MPa et 70 C.
Dans ces conditions, la teneur en eau du gaz (densité = 19.48/29 =
0.672) est d'environ 2.5 m3/MSm3 de gaz, soit encore environ 6 m3 d'eau pour 100 Mmoles de gaz produites.
Si l'on considère que les conditions dans la conduite de transport sont par exemple de 4C et 4 MPa, la teneur maximale en eau du gaz est de l'ordre de 0.2 m3 / M S m 3 de gaz. On peut donc considérer que toute l'eau s'est condensée.
~ 1 7828 1 l 7 En supposant par exemple que la quantité d'hydrocarbure liquide doit représenter les 4/5 de la quantité d'eau liquide produite de telle manière à pouvoir former une émulsion eau dans huile stable rendant possible le transport des hydrates en suspensiont la quantité de solvant hydrocarbure à introduire sera telle que la quantité d'hydrocarbure liquide condensée dans la conduite représente environ 24 m3 pour 100 Mmoles de gaz dans les conditions de production.
Dans les conditions de production 4 MPa et 4C, I'ajout de 0.1% mole d'un hydrocarbure liquide de masse molaire moyenne de 210 et de masse o volumique de 0.77 g/cm3 conduit à la formation de 50 m3 d'une phase hydrocarbure liquide pour 100 Mmoles de gaz produit. La teneur en eau dans la phase liquide est donc de 11% environ en volume.
Dans les mêmes conditionst l'ajout 0.05% mole du même hydrocarbure liquide conduit à la formation de 26 m3 d'une phase hydrocarbure liquide pour 100 Mmoles de gaz produit. La teneur en eau dans la phase liquide est donc de 19% environ en volume.
Dans les mêmes conditionst l'ajout 0.01% mole du même hydrocarbure liquide conduit à la formation de 5.3 m3 d'une phase hydrocarbure liquide pour 100 moles de gaz produit. La teneur en eau 20 dans la phase liquide est donc de 53% environ en volume.
La quantité d'additif dispersant des hydrates à introduire dans la fraction hydrocarbure liquide doit être ajustée de telle sorte que la teneur en additif par rapport à l'eau produite soit comprise par exemple entre 0.1 et 4% poids. Cette teneur en additif dans la fraction hydrocarbure liquide peut varier en fonction du rapport des phases hydrocarbure liquide et eau.
Elle est néanmoins comprise par exemple entre 0.01 et 4% poids.
Un avantage annexe de ce mode d'introduction est la réduction de viscosité de l'additif.
Cette invention s'applique principalement au transport des hydrates formés à partir de l'eau et de gaz. Ce gaz, qui peut être du gaz naturel, du gaz de pétrole ou tout autre gaz, peut notamment comprendre par exemple du méthane, de l'éthane, de l'éthylène, du propane, du propène, du n-butane, de l'i-butane, de l'H2S, du C02 ou encore de l'azote.
Claims (14)
1 - Procédé pour transporter dans une conduite un fluide comprenant au moins une phase gazeuse telle des hydrocarbures gazeux et de l'eau, dans des conditions où des hydrates peuvent se former, les hydrates étant formés à partir de l'eau et du gaz, caractérisé en ce que l'on incorpore au dit fluide un mélange formé par une phase liquide telle une fraction hydrocarbure liquide et un additif en solution dans la phase liquide, la quantité ou proportion de la phase liquide étant choisie de façon à
disperser l'eau liquide présente.
disperser l'eau liquide présente.
2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on incorpore au dit fluide une quantité d'hydrocarbure liquide pour que le rapport hydrocarbure liquide/eau liquide soit compris de préférence entre 1 et 20.
3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'on ajoute une quantité d'additif dans la fraction d'hydrocarbure liquide pour obtenir une concentration comprise entre 0.01 et 4% poids.
4 - Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on sépare, au moins en partie, le mélange formé par l'additif et la fraction d'hydrocarbure liquide et on recycle ladite partie de mélange séparée en un point de la conduite.
5 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 4 comprenant les étapes suivantes:
(1) on introduit dans la conduite de transport le mélange composé de l'additif dispersant en solution dans ladite fraction hydrocarbure liquide (2) on transporte l'ensemble comportant une phase gazeuse, l'eau contenue dans le fluide, le mélange ajouté et éventuellement des hydrates formés jusqu'à un lieu de traitement, (3) à l'arrivée de la conduite, on sépare l'ensemble de la manière suivante:
- on sépare au moins en partie la phase gazeuse du reste de l'ensemble comportant la fraction hydrocarbure liquide et les additifs en solution, les hydrates éventuellement formés au cours du transport et l'eau, - on dissocie les hydrates formés pour obtenir une phase gazeuse et une phase aqueuse et on sépare après dissociation, la phase gazeuse, et la phase aqueuse de la phase hydrocarbure liquide comprenant l'additif, (4) on recycle en un point de la conduite au moins une partie de la phase hydrocarbure liquide comprenant l'additif provenant de l'étape (3).
(1) on introduit dans la conduite de transport le mélange composé de l'additif dispersant en solution dans ladite fraction hydrocarbure liquide (2) on transporte l'ensemble comportant une phase gazeuse, l'eau contenue dans le fluide, le mélange ajouté et éventuellement des hydrates formés jusqu'à un lieu de traitement, (3) à l'arrivée de la conduite, on sépare l'ensemble de la manière suivante:
- on sépare au moins en partie la phase gazeuse du reste de l'ensemble comportant la fraction hydrocarbure liquide et les additifs en solution, les hydrates éventuellement formés au cours du transport et l'eau, - on dissocie les hydrates formés pour obtenir une phase gazeuse et une phase aqueuse et on sépare après dissociation, la phase gazeuse, et la phase aqueuse de la phase hydrocarbure liquide comprenant l'additif, (4) on recycle en un point de la conduite au moins une partie de la phase hydrocarbure liquide comprenant l'additif provenant de l'étape (3).
6 - Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que dans le cas d'un fluide susceptible de former une fraction d'hydrocarbure liquide en excès par rapport à la quantité d'eau liquide, on sépare la fraction hydrocarbure liquide en deux étapes:
- en obtenant à l'issue de la première étape d'une part une suspension ou une émulsion concentrée en eau et une fraction hydrocarbure liquide substantiellement débarrassée d'eau qui est évacuée, et - en séparant au cours d'une deuxième étape l'eau, contenue dans l'émulsion ou la suspension provenant de la première étape, d'une fraction liquide enrichie en additif dispersant et en recyclant au moins en partie la dite fraction hydrocarbure liquide.
- en obtenant à l'issue de la première étape d'une part une suspension ou une émulsion concentrée en eau et une fraction hydrocarbure liquide substantiellement débarrassée d'eau qui est évacuée, et - en séparant au cours d'une deuxième étape l'eau, contenue dans l'émulsion ou la suspension provenant de la première étape, d'une fraction liquide enrichie en additif dispersant et en recyclant au moins en partie la dite fraction hydrocarbure liquide.
7 - Procédé selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'additif dispersant est un ester de polyols et d'acide carboxylique, substitué ou non substitué.
8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit ester de polyol est formé entre un acide ou un anhydride alkénylsuccinique et un polyalkylèneglycol; et/ou entre un anhydride polyisobuténylsuccinique et un polyéthylèneglycol; et/ou obtenu par action de monoéther de polyalkylèneglycol et d'anhydride polyisobuténylsuccinique.
9 - Procédé selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'additif dispersant est un hydroxycarbylamide d'acide carboxylique, substitué ou non substitué, tel un hydroxycarbylamide aliphatique ou cyclanique et/ou un mono- ou diéthanolamide d'acide carboxylique comportant de préférence 3 à 36 atomes de carbone.
10 - Procédé selon les revendications 1 à 9, caractérisé en ce que on utilise un additif conjointement avec un inhibiteur thermodynamique classique, tels que le méthanol, ou les glycols.
11 - Procédé l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on introduit dans la conduite un mélange formé d'une fraction hydrocarbure liquide et d'un additif rendant la paroi de la conduite mouillable par ladite fraction hydrocarbure liquide.
12 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'additif rendant la paroi de la conduite mouillable par la fraction hydrocarbure liquide est un additif anticorrosion.
13 - Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on injecte une fraction d'hydrocarbure liquide telle une phase hydrocarbure liquide comportant des constituants dont le nombre d'atomes de carbone est compris entre 5 et 30, ou un condensat, ou une coupe de distillation d'un pétrole brut.
14 - Application du procédé selon l'une des revendications précédentes pour transporter un gaz à condensât ou un pétrole brut avec gaz associé
susceptibles de former des hydrates.
susceptibles de former des hydrates.
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