CA2182222A1 - Systeme et procede pour transporter un fluide susceptible de former des hydrates - Google Patents
Systeme et procede pour transporter un fluide susceptible de former des hydratesInfo
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Abstract
Procédé pour produire et/ou transporter dans une conduite d'un endroit,par exemple un gisement, vers un lieu de destination, un fluide polyphasique susceptible de former des hydrates dans des conditions thermodynamiques données, au cours duquel on détermine au moins une relation entre au moins deux paramètres physiques liés à la formation des hydrates, tels la pression P, la température T et/ou un paramètre lié à la composition du fluide ou la composition du fluide, ladite relation délimitant au moins un domaine de formation d'hydrates, on mesure au moins un desdits paramètres physiques, et à partir de ladite relation et/ou du domaine de formation déterminé et d'un dispositif de traitement et de commande, on fait varier d'au moins un des paramètres physiques pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates .
Description
2 1 &222~
La présente invention concerne un procédé et un système permettant d'éviter la formation d'hydrates au sein d'un fluide comportant au moins une phase gazeuse et une phase aqueuse pendant son transfert d'un endroit à un autre, dans des conditions susceptibles de varier et de conduire à la formation d'hydrates.
La présente invention trouve avantageusement son application pour éviter la formation d'hydrates d'hydrocarbures légers, tels les hydrates de gaz naturel, de gaz de pétrole ou d'autres gaz à l'intérieur d'un fluide.
Ces hydrates peuvent se former lorsque l'eau se trouve en présence 10 d'hydrocarbures légers, qui se présentent soit en phase gazeuse, soit à
l'état dissous dans une phase liquide, telle qu'un hydrocarbure liquide, et notamment lorsque la température atteinte par le mélange, devient inférieure à une température critique (température thermodynamique de formation des hydrates), dépendant de la composition des gaz et de la pression. Ces derniers sont des composés d'inclusion qui résultent de ce que les molécules d'eau s'assemblent pour former des cages dans lesquelles sont enfermées des molécules d'hydrocarbures légers, par exemple le méthane, I'éthane, le propane, l'isobutane~ Certains gaz acides présents dans le gaz naturel, tels que le dioxyde de carbone ou l'hydrogène 2 0 sulfuré, peuvent également former des hydrates en présence d'eau.
Il est rappelé que pour un fluide polyphasique comportant une phase aqueuse et une phase gazeuse, lorsque la température et la pression varient, il est possible de déterminer un domaine de formation des hydrates qui dépend de la composition du fluide, et qui, pour une composition donnée est limité par une courbe pression, température.
Pour diminuer le coût de production du pétrole brut et pu gaz, tant au point de vue des investissements qu'au point de vue de l'exploitation, une voie envisagée, par exemple dans le cas de la production en mer, consiste à réduire, voire à supprimer, les traitements appliqués au brut ou
La présente invention concerne un procédé et un système permettant d'éviter la formation d'hydrates au sein d'un fluide comportant au moins une phase gazeuse et une phase aqueuse pendant son transfert d'un endroit à un autre, dans des conditions susceptibles de varier et de conduire à la formation d'hydrates.
La présente invention trouve avantageusement son application pour éviter la formation d'hydrates d'hydrocarbures légers, tels les hydrates de gaz naturel, de gaz de pétrole ou d'autres gaz à l'intérieur d'un fluide.
Ces hydrates peuvent se former lorsque l'eau se trouve en présence 10 d'hydrocarbures légers, qui se présentent soit en phase gazeuse, soit à
l'état dissous dans une phase liquide, telle qu'un hydrocarbure liquide, et notamment lorsque la température atteinte par le mélange, devient inférieure à une température critique (température thermodynamique de formation des hydrates), dépendant de la composition des gaz et de la pression. Ces derniers sont des composés d'inclusion qui résultent de ce que les molécules d'eau s'assemblent pour former des cages dans lesquelles sont enfermées des molécules d'hydrocarbures légers, par exemple le méthane, I'éthane, le propane, l'isobutane~ Certains gaz acides présents dans le gaz naturel, tels que le dioxyde de carbone ou l'hydrogène 2 0 sulfuré, peuvent également former des hydrates en présence d'eau.
Il est rappelé que pour un fluide polyphasique comportant une phase aqueuse et une phase gazeuse, lorsque la température et la pression varient, il est possible de déterminer un domaine de formation des hydrates qui dépend de la composition du fluide, et qui, pour une composition donnée est limité par une courbe pression, température.
Pour diminuer le coût de production du pétrole brut et pu gaz, tant au point de vue des investissements qu'au point de vue de l'exploitation, une voie envisagée, par exemple dans le cas de la production en mer, consiste à réduire, voire à supprimer, les traitements appliqués au brut ou
3 0 au gaz à transporter, du gisement à la côte et~ notamment à laisser toute ou une partie de l'eau dans le fluide à transporter. Les effluents pétroliers sont ainsi transférés sous forme d'un écoulement polyphasique à l'aide d'une conduite jusqu'à une plate-forme de traitement. 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, et aux conditions fixées notamment par l'environnement extérieur.
En effet, les effluents pétroliers comprenant une phase gazeuse et
En effet, les effluents pétroliers comprenant une phase gazeuse et
4 0 une phase liquide peuvent être constitués, par exemple, par un gaz à
c~ndensat ou par un gaz associé, en mélange avec du pétrole brut. Ils sont g~énéralement saturés en eau et peuvent même dans certains cas contenir de l'eau libre.
Lorsque les effluents de production d'un gisement sous-marin de gaz naturel ou, de pétrole et de gaz comportant de l'eau sont transportés au fond de la mer, où règne souvent une température assez basse de l'ordre de quelques degrés, leur température évolue dans ce cas tout le long de la conduite et peut atteindre des valeurs relativement basses où les conditions pour lesquelles des hydrates peuvent se former sont réunies.
Ces hydrates provoquent le remplissage et le blocage des conduites de transport qui empêchent à la longue tout passage de pétrole brut ou de gaz entraînant des conséquences extrêmement, pénalisantes : un arrêt de la production souvent assez long, car la décomposition des hydrates formé
est très difficile, et donc entraîne des pertes financières importantes.
D'autres paramètres peuvent aussi induire la formation des hydrates lorsque les conditions thermodynamiques sont réunies, par exemple des changements de forme de la conduite, tels des coudes, des variations de vitesse de l'écoulement ainsi que des phénomènes de turbulence dans l'écoulement.
2 0 Les conditions de formation des hydrates peuvent aussi survenir lors d'un arrêt de production ou lors de variations de débit imposées par l'exploitation .
Avantageusement, la présente invention pallie les conséquences éventuelles résultant de variations de débit de l'effluent imposées par l'exploitant dans la majorité des applications de production et de transport pétroliér.
Ces variations de débit peuvent se traduire par des modifications importantes des profils de pression et de température le long de la conduite qui peuvent placer certaines zones de la conduite dans des 3 0 conditions défavorables correspondant à des domaines de formation des hydrates .
La présente invention permet dans ce cas de tenir compte des modifications de profil de pression et de température liées à la variation du débit pour contrôler les conditions régnant tout le long de la conduite en ramenant et/ou en conservant le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
Il en est de même lorsque l'on considère le cas du gaz naturel qui dans certaines conditions est susceptible de former des hydrates.
Des conditions favorables à la formation d'hydrates peuvent aussi 4 0 être réunies de la même façon à terre pour des conduites peu enfouies 2 1 822~
~a`ns le sol terrestre, lorsque par exemple la température de l'air ambiant est assez basse, notamment dans des zones septentrionales telles les zones arctiques .
Pour éviter ces inconvénients, différentes méthodes sont décrites dans l'art antérieur.
Un traitement visant à éliminer l'eau peut être effectué sur une plate-forme située en surface à proximité du gisement, de manière que l'effluent, initialement chaud, puisse être traité avant que les conditions de formation des hydrates ne soient atteintes du fait du refroidissement de l O l'effluent avec l'eau de mer. Cette solution impose néanmoins l'obligation de remonter l'effluent vers la surface avant son transfert vers une plate-forme principale de traitement et de disposer d'une plate-forme intermédiaire de traitement.
Une autre manière de procéder consiste à munir la conduite de moyens d'isolation ou de l'équiper de moyens de chauffage, tel que décrit dans le brevet US 5.241.147, pour éviter un refroidissement trop rapide des fluides transportés. De tels dispositifs sont néanmoins coûteux, d'autant plus qu'ils doivent être en général prévus en fonction des cas les plus pénalisants rencontrés.
2 0 D'autres méthodes font appel à des rayonnements. Ainsi, le brevet HU 186511 enseigne que l'on peut envoyer une onde électromagnétique dont les valeurs de fréquence et les modes de propagation sont choisis pour faire fondre les hydrates formés.
Le brevet SU 442287, enseigne d'utiliser une onde ultrasonore pour briser les cristaux d'hydrates et libérer le gaz piégé.
Il est aussi~ connu d'ajouter en permanence des additifs permettant d'inhiber la formation des hydrates ou de les réduire sous forme dispersée. Une telle technique est coûteuse, et souvent néfaste à
l'environnement.
3 0 La présente invention pallie les inconvénients de l'art antérieur et permet de produire et transporter à moindre coût les effluents polyphasiques, dans des conditions thermodynamiques, not~mment de pression et de température, susceptibles de varier tout en préservant - I'environnement.
La présente invention concerne un procédé pour produire un fluide polyphasique et/ou transporter dans une conduite à partir d'un endroit, par exemple un gisement, vers un lieu de destination, un fluide polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et de l'eau, ledit 4 0 fluide étant susceptible de former des hydrates dans des conditions -~hèrmodynamiques données. Il est caractérisé en ce qu'il comporte au , moins les étapes suivantes:
a) on détermine au moins une relation entre au moins un premier et un deuxième paramètre physiques influant sur la formation des hydrates, tels la pression P, la température T et/ou un troisième paramètre lié à la composition du fluide ou la composition du fluide, ladite relation délimitant au moins un domaine de formation d'hydrates, b) on mesure au moins un desdits paramètres physiques, c) on fait varier au moins un desdits paramètres physiques pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
Selon un mode de réalisation, on fait varier, par exemple, le paramètre physique mesuré au cours de l'étape b). En tenant compte par exemple de la relation déterminée au cours de l'étape a) et/ou du domaine de formation des hydrates, on peut avantageusement comparer la valeur du paramètre physique mesuré au cours de l'étape b) à une valeur limite correspondant par exemple à un seuil de formation des hydrates, et réguler cette valeur pour la conserver en dessous de la valeur critique.
Une autre façon de procéder peut consister à faire varier un des paramètres physiques non mesuré influant sur la formation des hydrates.
2 0 Selon un mode de réalisation on détermine par exemple un autre paramètre et à partir de sa valeur et de celle du paramètre physique obtenu au cours de l'étape b) on détermine les profils de température et/ou de pression le long de la conduite et on fait varier au cours de l'étape c) au moins un desdits paramètres pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
Le deuxième paramètre est par exemple le débit du fluide qui va permettre de définir un profil de température et/ou un profil de pression le long de la conduite.
On peut aussi déterminer l'évolution de la composition du fluide dans le temps et corriger la relation établie au cours de l'étape a) liant la pression et la température.
Avantageusement, on détermine et on régule la valeur de débit du fluide dans la conduite au cours d'une étape distincte de l'étape c).
On peut mesurer la pression en au moins une zone de la conduite comme paramètre physique au cours de l'étape b). En fonction du domaine de formation des hydrates, de la température régnant dans la conduite~ le dispositif de traitement peut ainsi déterminer pour chaque valeur de température la valeur limite de pression et en maintenant la valeur de pression mesurée en dessous de cette valeur limite, maintenir et/ou 4 0 ramener le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
s 2 1 82222 On peut aussi mesurer comme paramètre physique au cours de etape b) la température en au moins une zone de la conduite et faire varier la température par exemple en appliquant de l'énergie thermique au fluide.
On procède par exemple en régulant la puissance de chauffage d'un dispositif associé.
On peut déterminer comme paramètre lié à la composition du fluide, sa densité.
On peut aussi mesurer comme paramètre représentatif de la 10 composition du fluide une concentration en un produit inhibiteur présent dans ledit fluide et faire varier la valeur de concentration en régulant la quantité ou le débit d'injection d'inhibiteur dans le fluide.
Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on détermine comme paramètre physique au cours de l'étape b) la pression en au moins une zone de la conduite, on fait varier la valeur de ladite pression pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates tant que la valeur de la pression est supérieure ou égale à une valeur limite fixée, puis lorsque la pression est inférieure à
ladite valeur limite Pl on fait varier 2 0 - la température, et/ou - la composition du fluide en ajoutant une certaine quantité d'inhibiteurs, en maintenant et/ou en conservant le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
Le procédé selon l'invention est particulièrement bien utilisé lors d'un arrêt de production. Dans ce cas on fait varier, par exemple, la valeur du pararnètre physique déterminé au cours de l'étape b) pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
Le procédé selon l'invention s'applique avantageusement au transport d'un effluent pétrolier polyphasique et/ou au transport du gaz 3 0 naturel.
La présente invention concerne aussi une installation ou système permettant de transporter dans une conduite d'un endroit, par exemple un gisement, vers un lieu de destination, un fluide polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et de l'eau, ledit fluide étant susceptible de former des hydrates dans des conditions thermodynamiques données.
Il est caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison:
- au moins un dispositif de mesure d'au moins un paramètre physique représentatif de la température et/ou de la pression, et/ou d'un paramètre lié à la composition du fluide ou de la composition du fluide, et - un dispositif de traitement et de commande permettant d'établir et/ou ~- de mémoriser une relation entre des paramètres physiques liés à la formation des hydrates, tels la pression P, la température T et la composition du fluide, délimitant des domaines de formation des hydrates, et de déterminer une valeur limite pour au moins un desdits paramètres, et capable de délivrer au moins un signal pour faire varier la valeur d'au moins un desdits paramètres physiques pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
Avantageusement il peut comporter un moyen pour déterminer et contrôler la valeur du débit du fluide dans la conduite.
Le ou les dispositifs de mesure d'au moins un paramètre physique peuvent être situés, par exemple, à l'entrée de la conduite au voisinage du ~J,isement et/ou en sortie de la conduite à proximité de l'endroit de destination .
Avantageusement le dispositif de traitement est adapté à déterminer le profil de température régnant sur au moins une partie de la longueur de la conduite et à en déduire par exemple la valeur de pression limite de formation des hydrates sur au moins une partie de la longueur de la conduite.
2 0 Le dispositif de traitement peut être capable de localiser et prévoir les zones de formation des hydrates, le long de la conduite.
Le système peut aussi comporter un moyen annexe de prévention des hydrates tels qu'un moyen d'injection d'un additif relié à une source extérieure et/ou un dispositif de chauffage et/ou un moyen d'émission d'ondes, chacun de ces dispositifs étant relié au dispositif de traitement et de commande qùi déclenche leur mise en oeuvre par exemple à partir d'une valeur seuil.
Le procédé et le système selon l'invention trouvent avantageusement Ieur application dans le cadre du transport et/ou de la production d'un 3 0 effluent polyphasique de type pétrolier et/ou du gaz naturel.
La présente invention s'applique particulièrement bien dans le domaine de la production de pétrole et/ou de gaz naturel à laquelle s'applique des réglementations de plus en plus sévères, notamment en ce qui concerne les rejets de produits polluants.
Ainsi, le système selon la présente invention offre notamment les avantages suivants:
- il permet de prévoir et d'éviter la forniation d'hydrates, de manière simple en contrôlant et en faisant varier au moins un paramètre influant sur la formation des hydrates, tel que la pression, la température, la 4 0 composition et/ou un paramètre représentatif de la composition du 7 2 1 ~2222 ~luide, pour conserver et/ou ramener le fluide hors du domaine de formation des hydrates, - il peut être utilisé associé à des moyens habituels évitant la formation des hydrates tels que des additifs inhibiteurs, et/ou d'autres moyens de traitement tels des rayonnements électromagnétiques ou des ondes ultrasonores, et/ou un moyen de chauffage, - il offre de plus la possibilité de contrôler et de régler la valeur de débit du fluide de manière à satisfaire à la demande du producteur, ceci indépendamment de la régulation du paramètre précité.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description donnée ci-après d'exemples de réalisation, dans le cadre d'applications nullement limitatives, au transport d'un fluide polyphasique pétrolier par une conduite depuis un lieu de production jusqu'à une plate-forme de traitement, en se référant aux dessins annexés où:
- la figure 1 représente un schéma général de transport d'un fluide polyphasique selon l'invention, - la figure 2 schématise un diagramme pression, température montrant le domaine de formation des hydrates pour une composition de fluide 2 0 donné, - les figures 3A et 3B montrent différents diagrammes de formation des hydrates variant en fonction de la composition et la densité du fluide, - les figures 4A et 4B schématisent différents exemples d'agencement de moyens de régulation de la pression associé à un dispositif de chauffage et/ou à une source d'inhibiteurs, et - les figures SA" SB et SC montrent en détail différents agencements de moyens indépendants de régulation de la pression et du débit, Le procédé mis en oeuvre selon l'invention consiste à contrôler et faire varier si nécessaire un paramètre relié à la formation des hydrates, 3 0 pour conserver et/ou maintenir le fluide transporté ou produit, susceptible de former des hydrates hors du domaine de formation des hydrates.
On régule, de préférence, la valeur de la pression pour la maintenir en dessous d'une valeur de pression limite liée à la formation d'hydrates.
Avantageusement, le système permet de réguler la valeur de débit du fluide indépendamment de la régulation du paramètre permettant le maintien du fluide hors du domaine de formation.
Afin de mieux cerner l'invention, la description donnée ci-après, à
titre illustratif et nullement limitatif, concerne le transport d'un fluide polyphasique tel un effluent pétrolier, comportant au moins une phase 4 0 gazeuse et une phase aqueuse, le fluide étant susceptible de former des 2 1 &2222 -hydrates lorsqu'il est transporté à partir d'un endroit par exemple un gisement vers un lieu de destination tel qu'une plate forme de traitement.
L'effluent peut aussi comporter des particules solides se présentant par exemple sous forme de sable.
La figure 1 montre un exemple de réalisation d'un système selon l'invention équipant un champ de production comprenant par exemple une tête de puits 1 située à une certaine distance d'une plate-forme principale 2, le transfert de l'effluent polyphasique s'effectuant à l'aide de moyens de transfert 3 comprenant une conduite reliant le gisement à la plate-forme.
Plusieurs têtes de puits peuvent être reliées à la plate-forme principale .
La tête de puits 1 peut être pourvue des équipements permettant de fixer la valeur de pression tête de puits fixée par le producteur pour obtenir une certaine valeur de débit de production des effluents, par exemple une duse ou une vanne 7. Cette vanne est de préférence ré~lable, afin de réguler la valeur de pression tête de puits et/ou le débit de production, ceci à tout moment.
Un capteur de pression 8, un capteur de température 9 et un débitmètre 10 sont disposés au voisinage du gisement, par exemple au 2 0 niveau de la tête de puits, pour mesurer respectivement la pression, la température et le débit de l'effluent.
Ces capteurs peuvent aussi, sans sortir du cadre de l'invention, être disposés et répartis le long de la conduite, et éventuellement situés sur la plate-forme principale, pour multiplier les points de mesure. Le nombre et la position de ces capteurs sont choisis par exemple par rapport au traitement des données dont certains exemples sont donnés ci-après.
On utilise aussi un dispositif 11 d'analyse de la composition de l'effluent pétrolier et ou d'un paramètre représentatif de la composition, et éventuellement de l'évolution de ces paramètres dans le temps. Ce dernier 3 0 sera positionné de préférence à l'endroit ou au voisinage de l'endroit où
l'on souhaite obtenir une information sur la composition de l'écoulement, par exemple en tête de puits, ou encore au niveau de la plate-forme de traitement.
La plate-forme principale peut être équipée de moyens de réexpédition de l'effluent vers une destination finale comportant un compresseur K et son moteur d'entraînement M.
Les différents moyens ou dispositifs de mesure et d'analyse (7, 8, 9, 10, 1 1 ) sont reliés à un dispositif de traitement et de commande 12 capable:
9 2 1 &2222 -; de mémoriser, d'acquérir et de traiter les différentes mesures, telle la pression, la température, la composition et/ou un paramètre lié la composition de l'effluent, et - de générer au moins un signal pour des dispositifs auxiliaires (non représentés) ayant pour fonction notamment de faire varier la valeur d'au moins un des paramètres représentatifs de la formation des hydrates si nécessaire, tels que la pression P dans la conduite 3, ou encore la température ou la composition.
Le dispositif de traitement et de commande est par exemple un micro-contrôleur équipé d'un logiciel adapté pour effectuer les différentes étapes et déclencher les actions du procédé décrit ci-après. L'échange des informations peut s'effectuer en continu ou temps réel.
Dans le cas de l'exemple qui est schématisé sur la figure 1, la pression à l'arrivée de la conduite est régulée en jouant sur la vitesse d'entraînement du compresseur K de réexpédition de l'effluent par le moteur M qui est commandée par un signal émis par le dispositif de traitement et de commande 12.
En ce qui concerne la température, on peut utiliser des moyens de chauffage ( 13, Fig.4A).
2 0 Pour ce qui est de la composition, on peut aussi utiliser une sourceauxiliaire d'inhibiteurs reliée à la conduite principale par un conduit muni d'une vanne qui permet de régler le débit de l'inhibiteur envoyé dans la conduite, la vanne étant commandée par le dispositif de traitement et de commande 12 (Fig. 4B).
Différents exemples de réalisation et de régulation sont donnés en relation aux figures 4A, 4B.
On a ainsi un échange d'informations entre le dispositif de traitement et de commande 12 et les différents moyens et dispositifs de mesure, de manière à éviter la formation des hydrates dans un fluide en conservant et/ou en ramenant ce dernier hors du domaine de formation des hydrates.
Dans le cas de l'exemple décrit ci-dessus, la régulation du débit au moyen de la vanne de contrôle 7 est distincte de la régulation de la pression obtenue en jouant sur la vitesse de rotation du compresseur de réexpédition. Un tel dispositif permet notamment de compenser une - éventuelle variation de débit de l'effluent pouvant résulter de l'action ou des actions effectuées pour éviter la formation d'hydrates, par exemple à
la suite d'un abaissement de la pression.
Différents exemples d'agencement ou association des moyens de régulation de formation des hydrates et de régulation éventuelle du débit sont donnés aux figures SA à S C.
2 1 ~2222 1 o Le fait d'utiliser des moyens distincts et indépendants pour réguler ` d'une part la valeur de pression et d'autre part la valeur de débit de l'effluent offre un avantage non négligeable dans la conduite de process de production .
Le micro-contrôleur 12, qui sur la figure 1 est représenté au voisinage de la tête de puits, peut tout aussi bien être situé sur une plate-forme intermédiaire positionnée par exemple au-dessus ou encore au voisinage de l'unité de production, ou encore sur la plate-forme principale de traitement.
Dans tous les schémas d'architecture de production pétrolière envisagés et envisageables, le micro-contrôleur est relié aux différents moyens de mesure et d'actions de régulation (vanne, moyen de régulation de débit ou autres, par exemple source d'inhibiteurs, moyens de chauffage) par des liaisons physiques ou par télétransmission ou encore par télémétrie. Le type de liaison est choisi en fonction de l'architecture du système et éventuellement des zones de production, notamment en tenant compte des conditions extérieures, par exemple des accès à ces zones.
Pour un fluide de composition donnée, le domaine de formation des hydrates est limité par une courbe limite pression P et température T
2 0 représentée sur la figure 2 par la référence L.
La courbe limite L regroupe un ensemble de couples de valeurs limites (PL, TL), qui définissent pour une composition donnée du fluide des points limites de formation des hydrates.
Dans des conditions initiales de production du puits, la valeur de pression tête de puits, Pw, est, par exemple, fixée par les besoins du producteur, et la température de l'effluent est fréquemment ~uffisamment importante pour que le point A représentant les conditions de pression Pw et de température Tw en tête de puits soit situé sur le diagramme de la figure 2 en dehors du domaine de formation des hydrates.
3 0 Lorsqu'il est transporté dans une conduite sous-marine jusqu'à une plate-forme de traitement, la température de l'effluent est affectée par celle de l'eau qui peut dans certaines régions être située par exemple, aux environs de 4C, et elle diminue tout le long de la conduite. Sa pression diminue également du fait des pertes de charge.
Compte tenu des variations de ces deux paramètres, température et pression, le point représentatif des conditions de température et de pression au sein de l'effluent peut évoluer dans un diagramme de variation (P, T) vers un point B situé dans le domaine de formation des hydrates délimité notamment par la courbe limite L et franchir cette 4 0 courbe limite en un point C, par exemple. La variation d'un seul de ces 1 1 2 1 &2222 pàramètres est dans certains cas suffisante pour faire passer le point dans le domaine de formation des hydrates.
Il faut noter également que le refroidissement du fluide peut être plus rapide dans certaines zones de la conduite, par exemple, à la périphérie .
Le but de l'invention consiste à empêcher le point représentatif des conditions de pression et de température en une zone quelconque de la conduite, de traverser la courbe limite L et de pénétrer dans le domaine de formation des hydrates.
Lors du démarrage de la production on estime, par exemple, la composition de l'effluent pétrolier et on fixe les conditions de pression en tête de puits.
On possède donc, les données initiales suivantes, la pression tête de puits Pw, la composition de l'effluent, et la température de l'effluent en sortie du gisement que l'on peut mesurer à l'aide du capteur de température 9.
Au cours de la première étape du procédé, le micro-contrôleur 12 établit une relation entre au moins deux paramètres physiques liés à la formation des hydrates par exemple la pression et la température afin de 2 0 définir le domaine de formation des hydrates pour le fluide de composition connue. Ainsi le micro-contrôleur détermine numériquement par exemple pour chaque valeur de température la valeur limite de pression, ce qui conduit à un ensemble de couples de valeurs limites (pression PL, température TL ) qui définissent des points limites par rapport auxquels on doit toujours se trouver pour éviter la formation d'hydrates au sein d'un fluide.
Connaissant la relation entre la température et la pression délimitant le domaine de formation des hydrates, il est possible de construire un réseau de courbes définissant des domaines de formation d'hydrates 3 0 obtenues pour des fluides ayant des compositions différentes. Des exemples montrant de telles courbes pour différents corps présents dans le gaz naturel sont données à la figure 3A.
L'art antérieur décrit des modèles compositionnels permettant d'obtenir la relation entre la température et la pression ainsi que les domaines de formation d'hydrates pour un mélange quelconque de tels constituants .
La seconde étape consiste à mesurer au moins un paramètre physique lié à la formation des hydrates. Avantageusement, on mesure la pression en au moins un point de la conduite. Cette mesure peut être 2 1 ~2222 effectuée en continu par exemple de manière à surveiller l'évolution de ce paramètre dans le temps.
La valeur de pression mesurée est transmise du capteur de pression vers le micro-contrôleur 12 qui dispose donc des données suivantes : la relation permettant de délimiter le domaine de formation des hydrates, la valeur de la pression mesurée et représentative de la formation d'hydrates et la température de l'effluent, cette dernière donnée étant mesurée par le capteur de température ou estimée.
Ces données sont ensuite traitées par exemple de la manière suivante: à une valeur donnée de température T, correspond une valeur de pression limite PL au-dessus de laquelle le risque de formation des hydrates est important. Le micro-contrôleur détermine à partir de la valeur de température Tmes et de la relation établie ou du domaine de formation d'hydrates, la valeur de pression limite PL correspondante. Il compare alors la valeur de pression mesurée Pmes à la valeur de pression limite PL. Si Pmes est supérieure à PL, le micro-contrôleur envoie un signal vers le dispositif de contrôle et de régulation de l'ouverture de la vanne réglable 7 de manière à abaisser la pression pour la ramener à une valeur inférieure ou égale à PL.
2 0 11 est possible de définir un intervalle de sécurité autour de cette valeur limite. Ainsi, la valeur de pression peut être abaissée jusqu'à par exemple une valeur PL-x%, ce qui permet notamment de s'affranchir de paramètres aléatoires, autres que la température, la pression et la composition du fluide, pouvant déplacer la courbe limite de formation des hydrates .
L'exemple de mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus suppose que la composition de l'effluent varie peu et que cette variation n'a pas d'influence sur le domaine de formation des hydrates.
Avantageusement, on détermine un deuxième paramètre, par 3 0 exemple le débit du fluide à l'aide du débitmètre 10 (figure 1).
Le micro-contrôleur 12 traite alors cette information pour obtenir les profils de température et/ou de pression P le long de la conduite. Cette façon de procéder offre notamment l'avantage de prévoir une régulation sur l'ensemble du parcours du fluide, donc d'avoir une action plus étendue et que l'on peut prévoir.
Le micro-contrôleur peut faire appel, par exemple à un sous-programme de calcul thermodynamique.
Il est bien entendu que des paramètres autres que la valeur de pression peuvent être mesurés. On peut ainsi mesurer la température en 4 0 un ou plusieurs points de la conduite, ou encore la composition ou un 1 3 2 1 &2222 p~ramètre représentatif de la composition du fluide. Ce paramètre est, par exemple la densité du fluide. Dans ce cas le micro-contrôleur acquiert les données mesurées température et/ou densité par exemple, et génère un signal à un dispositif permettant de régler cette valeur si nécessaire. Le schéma de contrôle est sensiblement identique à la régulation de pression décrite précédemment.
Des exemples de domaine de formation variant en fonction de la densité d'un effluent sont donnés sur la figure 3B, par exemple pour le méthane pur dont la densité varie entre 0.555 et 0.9.
La figure 4A schématise un agencement comportant des moyens de chauffage 13 positionnés par exemple à proximité de la tête de puits et au voisinage du capteur de température 9 et reliés au micro-contrôleur.
Celui-ci compare la valeur de température mesurée par rapport à une valeur seuil et commande le moyen de chauffage pour qu'il génère une puissance suffisante permettant d'augmenter la température et faire passer le point hors du domaine de formation des hydrates.
Cette augmentation de température peut être locale ou localisée, par exemple au niveau de la vanne de pression équipant la tête de puits. Son action peut avoir une portée plus générale.
2 0 Le moyen de chauffage 13 est choisi en fonction de la conduite de transport, celle-ci pouvant être isolée ou non. On peut utiliser, par exemple, les moyens de chauffage tels que ceux décrits dans le brevet US
c~ndensat ou par un gaz associé, en mélange avec du pétrole brut. Ils sont g~énéralement saturés en eau et peuvent même dans certains cas contenir de l'eau libre.
Lorsque les effluents de production d'un gisement sous-marin de gaz naturel ou, de pétrole et de gaz comportant de l'eau sont transportés au fond de la mer, où règne souvent une température assez basse de l'ordre de quelques degrés, leur température évolue dans ce cas tout le long de la conduite et peut atteindre des valeurs relativement basses où les conditions pour lesquelles des hydrates peuvent se former sont réunies.
Ces hydrates provoquent le remplissage et le blocage des conduites de transport qui empêchent à la longue tout passage de pétrole brut ou de gaz entraînant des conséquences extrêmement, pénalisantes : un arrêt de la production souvent assez long, car la décomposition des hydrates formé
est très difficile, et donc entraîne des pertes financières importantes.
D'autres paramètres peuvent aussi induire la formation des hydrates lorsque les conditions thermodynamiques sont réunies, par exemple des changements de forme de la conduite, tels des coudes, des variations de vitesse de l'écoulement ainsi que des phénomènes de turbulence dans l'écoulement.
2 0 Les conditions de formation des hydrates peuvent aussi survenir lors d'un arrêt de production ou lors de variations de débit imposées par l'exploitation .
Avantageusement, la présente invention pallie les conséquences éventuelles résultant de variations de débit de l'effluent imposées par l'exploitant dans la majorité des applications de production et de transport pétroliér.
Ces variations de débit peuvent se traduire par des modifications importantes des profils de pression et de température le long de la conduite qui peuvent placer certaines zones de la conduite dans des 3 0 conditions défavorables correspondant à des domaines de formation des hydrates .
La présente invention permet dans ce cas de tenir compte des modifications de profil de pression et de température liées à la variation du débit pour contrôler les conditions régnant tout le long de la conduite en ramenant et/ou en conservant le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
Il en est de même lorsque l'on considère le cas du gaz naturel qui dans certaines conditions est susceptible de former des hydrates.
Des conditions favorables à la formation d'hydrates peuvent aussi 4 0 être réunies de la même façon à terre pour des conduites peu enfouies 2 1 822~
~a`ns le sol terrestre, lorsque par exemple la température de l'air ambiant est assez basse, notamment dans des zones septentrionales telles les zones arctiques .
Pour éviter ces inconvénients, différentes méthodes sont décrites dans l'art antérieur.
Un traitement visant à éliminer l'eau peut être effectué sur une plate-forme située en surface à proximité du gisement, de manière que l'effluent, initialement chaud, puisse être traité avant que les conditions de formation des hydrates ne soient atteintes du fait du refroidissement de l O l'effluent avec l'eau de mer. Cette solution impose néanmoins l'obligation de remonter l'effluent vers la surface avant son transfert vers une plate-forme principale de traitement et de disposer d'une plate-forme intermédiaire de traitement.
Une autre manière de procéder consiste à munir la conduite de moyens d'isolation ou de l'équiper de moyens de chauffage, tel que décrit dans le brevet US 5.241.147, pour éviter un refroidissement trop rapide des fluides transportés. De tels dispositifs sont néanmoins coûteux, d'autant plus qu'ils doivent être en général prévus en fonction des cas les plus pénalisants rencontrés.
2 0 D'autres méthodes font appel à des rayonnements. Ainsi, le brevet HU 186511 enseigne que l'on peut envoyer une onde électromagnétique dont les valeurs de fréquence et les modes de propagation sont choisis pour faire fondre les hydrates formés.
Le brevet SU 442287, enseigne d'utiliser une onde ultrasonore pour briser les cristaux d'hydrates et libérer le gaz piégé.
Il est aussi~ connu d'ajouter en permanence des additifs permettant d'inhiber la formation des hydrates ou de les réduire sous forme dispersée. Une telle technique est coûteuse, et souvent néfaste à
l'environnement.
3 0 La présente invention pallie les inconvénients de l'art antérieur et permet de produire et transporter à moindre coût les effluents polyphasiques, dans des conditions thermodynamiques, not~mment de pression et de température, susceptibles de varier tout en préservant - I'environnement.
La présente invention concerne un procédé pour produire un fluide polyphasique et/ou transporter dans une conduite à partir d'un endroit, par exemple un gisement, vers un lieu de destination, un fluide polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et de l'eau, ledit 4 0 fluide étant susceptible de former des hydrates dans des conditions -~hèrmodynamiques données. Il est caractérisé en ce qu'il comporte au , moins les étapes suivantes:
a) on détermine au moins une relation entre au moins un premier et un deuxième paramètre physiques influant sur la formation des hydrates, tels la pression P, la température T et/ou un troisième paramètre lié à la composition du fluide ou la composition du fluide, ladite relation délimitant au moins un domaine de formation d'hydrates, b) on mesure au moins un desdits paramètres physiques, c) on fait varier au moins un desdits paramètres physiques pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
Selon un mode de réalisation, on fait varier, par exemple, le paramètre physique mesuré au cours de l'étape b). En tenant compte par exemple de la relation déterminée au cours de l'étape a) et/ou du domaine de formation des hydrates, on peut avantageusement comparer la valeur du paramètre physique mesuré au cours de l'étape b) à une valeur limite correspondant par exemple à un seuil de formation des hydrates, et réguler cette valeur pour la conserver en dessous de la valeur critique.
Une autre façon de procéder peut consister à faire varier un des paramètres physiques non mesuré influant sur la formation des hydrates.
2 0 Selon un mode de réalisation on détermine par exemple un autre paramètre et à partir de sa valeur et de celle du paramètre physique obtenu au cours de l'étape b) on détermine les profils de température et/ou de pression le long de la conduite et on fait varier au cours de l'étape c) au moins un desdits paramètres pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
Le deuxième paramètre est par exemple le débit du fluide qui va permettre de définir un profil de température et/ou un profil de pression le long de la conduite.
On peut aussi déterminer l'évolution de la composition du fluide dans le temps et corriger la relation établie au cours de l'étape a) liant la pression et la température.
Avantageusement, on détermine et on régule la valeur de débit du fluide dans la conduite au cours d'une étape distincte de l'étape c).
On peut mesurer la pression en au moins une zone de la conduite comme paramètre physique au cours de l'étape b). En fonction du domaine de formation des hydrates, de la température régnant dans la conduite~ le dispositif de traitement peut ainsi déterminer pour chaque valeur de température la valeur limite de pression et en maintenant la valeur de pression mesurée en dessous de cette valeur limite, maintenir et/ou 4 0 ramener le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
s 2 1 82222 On peut aussi mesurer comme paramètre physique au cours de etape b) la température en au moins une zone de la conduite et faire varier la température par exemple en appliquant de l'énergie thermique au fluide.
On procède par exemple en régulant la puissance de chauffage d'un dispositif associé.
On peut déterminer comme paramètre lié à la composition du fluide, sa densité.
On peut aussi mesurer comme paramètre représentatif de la 10 composition du fluide une concentration en un produit inhibiteur présent dans ledit fluide et faire varier la valeur de concentration en régulant la quantité ou le débit d'injection d'inhibiteur dans le fluide.
Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on détermine comme paramètre physique au cours de l'étape b) la pression en au moins une zone de la conduite, on fait varier la valeur de ladite pression pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates tant que la valeur de la pression est supérieure ou égale à une valeur limite fixée, puis lorsque la pression est inférieure à
ladite valeur limite Pl on fait varier 2 0 - la température, et/ou - la composition du fluide en ajoutant une certaine quantité d'inhibiteurs, en maintenant et/ou en conservant le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
Le procédé selon l'invention est particulièrement bien utilisé lors d'un arrêt de production. Dans ce cas on fait varier, par exemple, la valeur du pararnètre physique déterminé au cours de l'étape b) pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
Le procédé selon l'invention s'applique avantageusement au transport d'un effluent pétrolier polyphasique et/ou au transport du gaz 3 0 naturel.
La présente invention concerne aussi une installation ou système permettant de transporter dans une conduite d'un endroit, par exemple un gisement, vers un lieu de destination, un fluide polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et de l'eau, ledit fluide étant susceptible de former des hydrates dans des conditions thermodynamiques données.
Il est caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison:
- au moins un dispositif de mesure d'au moins un paramètre physique représentatif de la température et/ou de la pression, et/ou d'un paramètre lié à la composition du fluide ou de la composition du fluide, et - un dispositif de traitement et de commande permettant d'établir et/ou ~- de mémoriser une relation entre des paramètres physiques liés à la formation des hydrates, tels la pression P, la température T et la composition du fluide, délimitant des domaines de formation des hydrates, et de déterminer une valeur limite pour au moins un desdits paramètres, et capable de délivrer au moins un signal pour faire varier la valeur d'au moins un desdits paramètres physiques pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
Avantageusement il peut comporter un moyen pour déterminer et contrôler la valeur du débit du fluide dans la conduite.
Le ou les dispositifs de mesure d'au moins un paramètre physique peuvent être situés, par exemple, à l'entrée de la conduite au voisinage du ~J,isement et/ou en sortie de la conduite à proximité de l'endroit de destination .
Avantageusement le dispositif de traitement est adapté à déterminer le profil de température régnant sur au moins une partie de la longueur de la conduite et à en déduire par exemple la valeur de pression limite de formation des hydrates sur au moins une partie de la longueur de la conduite.
2 0 Le dispositif de traitement peut être capable de localiser et prévoir les zones de formation des hydrates, le long de la conduite.
Le système peut aussi comporter un moyen annexe de prévention des hydrates tels qu'un moyen d'injection d'un additif relié à une source extérieure et/ou un dispositif de chauffage et/ou un moyen d'émission d'ondes, chacun de ces dispositifs étant relié au dispositif de traitement et de commande qùi déclenche leur mise en oeuvre par exemple à partir d'une valeur seuil.
Le procédé et le système selon l'invention trouvent avantageusement Ieur application dans le cadre du transport et/ou de la production d'un 3 0 effluent polyphasique de type pétrolier et/ou du gaz naturel.
La présente invention s'applique particulièrement bien dans le domaine de la production de pétrole et/ou de gaz naturel à laquelle s'applique des réglementations de plus en plus sévères, notamment en ce qui concerne les rejets de produits polluants.
Ainsi, le système selon la présente invention offre notamment les avantages suivants:
- il permet de prévoir et d'éviter la forniation d'hydrates, de manière simple en contrôlant et en faisant varier au moins un paramètre influant sur la formation des hydrates, tel que la pression, la température, la 4 0 composition et/ou un paramètre représentatif de la composition du 7 2 1 ~2222 ~luide, pour conserver et/ou ramener le fluide hors du domaine de formation des hydrates, - il peut être utilisé associé à des moyens habituels évitant la formation des hydrates tels que des additifs inhibiteurs, et/ou d'autres moyens de traitement tels des rayonnements électromagnétiques ou des ondes ultrasonores, et/ou un moyen de chauffage, - il offre de plus la possibilité de contrôler et de régler la valeur de débit du fluide de manière à satisfaire à la demande du producteur, ceci indépendamment de la régulation du paramètre précité.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description donnée ci-après d'exemples de réalisation, dans le cadre d'applications nullement limitatives, au transport d'un fluide polyphasique pétrolier par une conduite depuis un lieu de production jusqu'à une plate-forme de traitement, en se référant aux dessins annexés où:
- la figure 1 représente un schéma général de transport d'un fluide polyphasique selon l'invention, - la figure 2 schématise un diagramme pression, température montrant le domaine de formation des hydrates pour une composition de fluide 2 0 donné, - les figures 3A et 3B montrent différents diagrammes de formation des hydrates variant en fonction de la composition et la densité du fluide, - les figures 4A et 4B schématisent différents exemples d'agencement de moyens de régulation de la pression associé à un dispositif de chauffage et/ou à une source d'inhibiteurs, et - les figures SA" SB et SC montrent en détail différents agencements de moyens indépendants de régulation de la pression et du débit, Le procédé mis en oeuvre selon l'invention consiste à contrôler et faire varier si nécessaire un paramètre relié à la formation des hydrates, 3 0 pour conserver et/ou maintenir le fluide transporté ou produit, susceptible de former des hydrates hors du domaine de formation des hydrates.
On régule, de préférence, la valeur de la pression pour la maintenir en dessous d'une valeur de pression limite liée à la formation d'hydrates.
Avantageusement, le système permet de réguler la valeur de débit du fluide indépendamment de la régulation du paramètre permettant le maintien du fluide hors du domaine de formation.
Afin de mieux cerner l'invention, la description donnée ci-après, à
titre illustratif et nullement limitatif, concerne le transport d'un fluide polyphasique tel un effluent pétrolier, comportant au moins une phase 4 0 gazeuse et une phase aqueuse, le fluide étant susceptible de former des 2 1 &2222 -hydrates lorsqu'il est transporté à partir d'un endroit par exemple un gisement vers un lieu de destination tel qu'une plate forme de traitement.
L'effluent peut aussi comporter des particules solides se présentant par exemple sous forme de sable.
La figure 1 montre un exemple de réalisation d'un système selon l'invention équipant un champ de production comprenant par exemple une tête de puits 1 située à une certaine distance d'une plate-forme principale 2, le transfert de l'effluent polyphasique s'effectuant à l'aide de moyens de transfert 3 comprenant une conduite reliant le gisement à la plate-forme.
Plusieurs têtes de puits peuvent être reliées à la plate-forme principale .
La tête de puits 1 peut être pourvue des équipements permettant de fixer la valeur de pression tête de puits fixée par le producteur pour obtenir une certaine valeur de débit de production des effluents, par exemple une duse ou une vanne 7. Cette vanne est de préférence ré~lable, afin de réguler la valeur de pression tête de puits et/ou le débit de production, ceci à tout moment.
Un capteur de pression 8, un capteur de température 9 et un débitmètre 10 sont disposés au voisinage du gisement, par exemple au 2 0 niveau de la tête de puits, pour mesurer respectivement la pression, la température et le débit de l'effluent.
Ces capteurs peuvent aussi, sans sortir du cadre de l'invention, être disposés et répartis le long de la conduite, et éventuellement situés sur la plate-forme principale, pour multiplier les points de mesure. Le nombre et la position de ces capteurs sont choisis par exemple par rapport au traitement des données dont certains exemples sont donnés ci-après.
On utilise aussi un dispositif 11 d'analyse de la composition de l'effluent pétrolier et ou d'un paramètre représentatif de la composition, et éventuellement de l'évolution de ces paramètres dans le temps. Ce dernier 3 0 sera positionné de préférence à l'endroit ou au voisinage de l'endroit où
l'on souhaite obtenir une information sur la composition de l'écoulement, par exemple en tête de puits, ou encore au niveau de la plate-forme de traitement.
La plate-forme principale peut être équipée de moyens de réexpédition de l'effluent vers une destination finale comportant un compresseur K et son moteur d'entraînement M.
Les différents moyens ou dispositifs de mesure et d'analyse (7, 8, 9, 10, 1 1 ) sont reliés à un dispositif de traitement et de commande 12 capable:
9 2 1 &2222 -; de mémoriser, d'acquérir et de traiter les différentes mesures, telle la pression, la température, la composition et/ou un paramètre lié la composition de l'effluent, et - de générer au moins un signal pour des dispositifs auxiliaires (non représentés) ayant pour fonction notamment de faire varier la valeur d'au moins un des paramètres représentatifs de la formation des hydrates si nécessaire, tels que la pression P dans la conduite 3, ou encore la température ou la composition.
Le dispositif de traitement et de commande est par exemple un micro-contrôleur équipé d'un logiciel adapté pour effectuer les différentes étapes et déclencher les actions du procédé décrit ci-après. L'échange des informations peut s'effectuer en continu ou temps réel.
Dans le cas de l'exemple qui est schématisé sur la figure 1, la pression à l'arrivée de la conduite est régulée en jouant sur la vitesse d'entraînement du compresseur K de réexpédition de l'effluent par le moteur M qui est commandée par un signal émis par le dispositif de traitement et de commande 12.
En ce qui concerne la température, on peut utiliser des moyens de chauffage ( 13, Fig.4A).
2 0 Pour ce qui est de la composition, on peut aussi utiliser une sourceauxiliaire d'inhibiteurs reliée à la conduite principale par un conduit muni d'une vanne qui permet de régler le débit de l'inhibiteur envoyé dans la conduite, la vanne étant commandée par le dispositif de traitement et de commande 12 (Fig. 4B).
Différents exemples de réalisation et de régulation sont donnés en relation aux figures 4A, 4B.
On a ainsi un échange d'informations entre le dispositif de traitement et de commande 12 et les différents moyens et dispositifs de mesure, de manière à éviter la formation des hydrates dans un fluide en conservant et/ou en ramenant ce dernier hors du domaine de formation des hydrates.
Dans le cas de l'exemple décrit ci-dessus, la régulation du débit au moyen de la vanne de contrôle 7 est distincte de la régulation de la pression obtenue en jouant sur la vitesse de rotation du compresseur de réexpédition. Un tel dispositif permet notamment de compenser une - éventuelle variation de débit de l'effluent pouvant résulter de l'action ou des actions effectuées pour éviter la formation d'hydrates, par exemple à
la suite d'un abaissement de la pression.
Différents exemples d'agencement ou association des moyens de régulation de formation des hydrates et de régulation éventuelle du débit sont donnés aux figures SA à S C.
2 1 ~2222 1 o Le fait d'utiliser des moyens distincts et indépendants pour réguler ` d'une part la valeur de pression et d'autre part la valeur de débit de l'effluent offre un avantage non négligeable dans la conduite de process de production .
Le micro-contrôleur 12, qui sur la figure 1 est représenté au voisinage de la tête de puits, peut tout aussi bien être situé sur une plate-forme intermédiaire positionnée par exemple au-dessus ou encore au voisinage de l'unité de production, ou encore sur la plate-forme principale de traitement.
Dans tous les schémas d'architecture de production pétrolière envisagés et envisageables, le micro-contrôleur est relié aux différents moyens de mesure et d'actions de régulation (vanne, moyen de régulation de débit ou autres, par exemple source d'inhibiteurs, moyens de chauffage) par des liaisons physiques ou par télétransmission ou encore par télémétrie. Le type de liaison est choisi en fonction de l'architecture du système et éventuellement des zones de production, notamment en tenant compte des conditions extérieures, par exemple des accès à ces zones.
Pour un fluide de composition donnée, le domaine de formation des hydrates est limité par une courbe limite pression P et température T
2 0 représentée sur la figure 2 par la référence L.
La courbe limite L regroupe un ensemble de couples de valeurs limites (PL, TL), qui définissent pour une composition donnée du fluide des points limites de formation des hydrates.
Dans des conditions initiales de production du puits, la valeur de pression tête de puits, Pw, est, par exemple, fixée par les besoins du producteur, et la température de l'effluent est fréquemment ~uffisamment importante pour que le point A représentant les conditions de pression Pw et de température Tw en tête de puits soit situé sur le diagramme de la figure 2 en dehors du domaine de formation des hydrates.
3 0 Lorsqu'il est transporté dans une conduite sous-marine jusqu'à une plate-forme de traitement, la température de l'effluent est affectée par celle de l'eau qui peut dans certaines régions être située par exemple, aux environs de 4C, et elle diminue tout le long de la conduite. Sa pression diminue également du fait des pertes de charge.
Compte tenu des variations de ces deux paramètres, température et pression, le point représentatif des conditions de température et de pression au sein de l'effluent peut évoluer dans un diagramme de variation (P, T) vers un point B situé dans le domaine de formation des hydrates délimité notamment par la courbe limite L et franchir cette 4 0 courbe limite en un point C, par exemple. La variation d'un seul de ces 1 1 2 1 &2222 pàramètres est dans certains cas suffisante pour faire passer le point dans le domaine de formation des hydrates.
Il faut noter également que le refroidissement du fluide peut être plus rapide dans certaines zones de la conduite, par exemple, à la périphérie .
Le but de l'invention consiste à empêcher le point représentatif des conditions de pression et de température en une zone quelconque de la conduite, de traverser la courbe limite L et de pénétrer dans le domaine de formation des hydrates.
Lors du démarrage de la production on estime, par exemple, la composition de l'effluent pétrolier et on fixe les conditions de pression en tête de puits.
On possède donc, les données initiales suivantes, la pression tête de puits Pw, la composition de l'effluent, et la température de l'effluent en sortie du gisement que l'on peut mesurer à l'aide du capteur de température 9.
Au cours de la première étape du procédé, le micro-contrôleur 12 établit une relation entre au moins deux paramètres physiques liés à la formation des hydrates par exemple la pression et la température afin de 2 0 définir le domaine de formation des hydrates pour le fluide de composition connue. Ainsi le micro-contrôleur détermine numériquement par exemple pour chaque valeur de température la valeur limite de pression, ce qui conduit à un ensemble de couples de valeurs limites (pression PL, température TL ) qui définissent des points limites par rapport auxquels on doit toujours se trouver pour éviter la formation d'hydrates au sein d'un fluide.
Connaissant la relation entre la température et la pression délimitant le domaine de formation des hydrates, il est possible de construire un réseau de courbes définissant des domaines de formation d'hydrates 3 0 obtenues pour des fluides ayant des compositions différentes. Des exemples montrant de telles courbes pour différents corps présents dans le gaz naturel sont données à la figure 3A.
L'art antérieur décrit des modèles compositionnels permettant d'obtenir la relation entre la température et la pression ainsi que les domaines de formation d'hydrates pour un mélange quelconque de tels constituants .
La seconde étape consiste à mesurer au moins un paramètre physique lié à la formation des hydrates. Avantageusement, on mesure la pression en au moins un point de la conduite. Cette mesure peut être 2 1 ~2222 effectuée en continu par exemple de manière à surveiller l'évolution de ce paramètre dans le temps.
La valeur de pression mesurée est transmise du capteur de pression vers le micro-contrôleur 12 qui dispose donc des données suivantes : la relation permettant de délimiter le domaine de formation des hydrates, la valeur de la pression mesurée et représentative de la formation d'hydrates et la température de l'effluent, cette dernière donnée étant mesurée par le capteur de température ou estimée.
Ces données sont ensuite traitées par exemple de la manière suivante: à une valeur donnée de température T, correspond une valeur de pression limite PL au-dessus de laquelle le risque de formation des hydrates est important. Le micro-contrôleur détermine à partir de la valeur de température Tmes et de la relation établie ou du domaine de formation d'hydrates, la valeur de pression limite PL correspondante. Il compare alors la valeur de pression mesurée Pmes à la valeur de pression limite PL. Si Pmes est supérieure à PL, le micro-contrôleur envoie un signal vers le dispositif de contrôle et de régulation de l'ouverture de la vanne réglable 7 de manière à abaisser la pression pour la ramener à une valeur inférieure ou égale à PL.
2 0 11 est possible de définir un intervalle de sécurité autour de cette valeur limite. Ainsi, la valeur de pression peut être abaissée jusqu'à par exemple une valeur PL-x%, ce qui permet notamment de s'affranchir de paramètres aléatoires, autres que la température, la pression et la composition du fluide, pouvant déplacer la courbe limite de formation des hydrates .
L'exemple de mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus suppose que la composition de l'effluent varie peu et que cette variation n'a pas d'influence sur le domaine de formation des hydrates.
Avantageusement, on détermine un deuxième paramètre, par 3 0 exemple le débit du fluide à l'aide du débitmètre 10 (figure 1).
Le micro-contrôleur 12 traite alors cette information pour obtenir les profils de température et/ou de pression P le long de la conduite. Cette façon de procéder offre notamment l'avantage de prévoir une régulation sur l'ensemble du parcours du fluide, donc d'avoir une action plus étendue et que l'on peut prévoir.
Le micro-contrôleur peut faire appel, par exemple à un sous-programme de calcul thermodynamique.
Il est bien entendu que des paramètres autres que la valeur de pression peuvent être mesurés. On peut ainsi mesurer la température en 4 0 un ou plusieurs points de la conduite, ou encore la composition ou un 1 3 2 1 &2222 p~ramètre représentatif de la composition du fluide. Ce paramètre est, par exemple la densité du fluide. Dans ce cas le micro-contrôleur acquiert les données mesurées température et/ou densité par exemple, et génère un signal à un dispositif permettant de régler cette valeur si nécessaire. Le schéma de contrôle est sensiblement identique à la régulation de pression décrite précédemment.
Des exemples de domaine de formation variant en fonction de la densité d'un effluent sont donnés sur la figure 3B, par exemple pour le méthane pur dont la densité varie entre 0.555 et 0.9.
La figure 4A schématise un agencement comportant des moyens de chauffage 13 positionnés par exemple à proximité de la tête de puits et au voisinage du capteur de température 9 et reliés au micro-contrôleur.
Celui-ci compare la valeur de température mesurée par rapport à une valeur seuil et commande le moyen de chauffage pour qu'il génère une puissance suffisante permettant d'augmenter la température et faire passer le point hors du domaine de formation des hydrates.
Cette augmentation de température peut être locale ou localisée, par exemple au niveau de la vanne de pression équipant la tête de puits. Son action peut avoir une portée plus générale.
2 0 Le moyen de chauffage 13 est choisi en fonction de la conduite de transport, celle-ci pouvant être isolée ou non. On peut utiliser, par exemple, les moyens de chauffage tels que ceux décrits dans le brevet US
5 .24 1 . 147.
Sur la figure 4B, on a représenté un exemple de réalisation d'un système selon l'invention comportant un dispositif délivrant un additif permettant d'inhiber la formation des hydrates en fonction de la composition contrôlée du fluide. Sur cette figure, le moyen d'analyse de la composition du fluide 11, par exemple un dispositif pour déterminer la concentration d'inhibiteur contenu dans le fluide, est positionné au 3 0 voisinage de la tête de puits 1 et relié au micro-contrôleur 12.
La plate forme principale comporte par exemple une source auxiliaire 14 contenant un inhibiteur de formation d'hydrates relié à la tête de production 1 par une conduite 15 munie d'une vanne 16.
Le micro-contrôleur 12 reçoit l'information relative à la concentration d'inhibiteurs et la compare à une valeur seuil, et lorsqu'il est nécessaire, envoie un signal de commande vers la vanne 16 pour l'injection d'une certaine quantité d'inhibiteur de la source auxiliaire 14 vers la tête de puits, par exemple par l'intermédiaire de la conduite 15. Le débit de l'inhibiteur est facilement contrôlable. Une alternative consiste 4 0 par exemple à mesurer le débit d'inhibiteur passant dans la conduite I S
21 &2222 I
ainsi que le débit passant dans la conduite 3 et à en déduire la teneur en inhibiteur à l'aide du dispositif 12.
Au cours de la durée de vie d'un gisement, la composition du fluide évolue fréquemment et il peut s'avérer nécessaire de tenir compte de cette variation pour corriger le domaine de formation des hydrates défini par exemple au démarrage de production d'un gisement.
Une façon de procéder consiste à prendre en compte un paramètre dépendant de la composition du fluide, par exemple sa densité et à
déterminer l'évolution de ce paramètre dans le temps. Le densimètre l l 10 utilisé à cet effet est relié au micro-contrôleur qui tient compte de sa mesure pour corriger la relation entre la pression et la température et redéfinir le domaine de formation des hydrates, en se basant par exemple sur un réseau de courbes dépendant de la densité tel celui représenté sur la figure 3B. Ce réseau de courbes a été obtenu par exemple préalablement à partir de plusieurs échantillons de fluide ayant des densités différentes et connues dans des conditions de pression et de température données.
Le fait d'abaisser la pression peut changer la valeur de débit de l'effluent dans la conduite.
Il s'avère avantageux lors du transport d'effluent pétrolier de conserver ce 2 0 débit à une valeur sensiblement voisine de celle fixée par le producteur en démarrage de production pour un gisement donné.
Il est possible de remédier à ce problème par exemple à I'aide d'un dispositif de régulation du débit de l'effluent indépendant du moyen de régulation de la pression. Différents agencements pour ces dispositifs de régulation sont décrits aux figures 5A à SC, la mise en oeuvre du procédé
étant sensiblement identique pour tous ces agencements.
Le débitmètre 10 envoie au micro-contrôleur 12 la mesure de débit effectuée Q, par exemple après une variation de pression, la mesure pouvant être déclenchée par le micro-contrôleur en comparant la 3 0 diminution de pression par rapport à une valeur limite ou encore surveillée en continu. Il compare ensuite cette valeur mesurée de débit Q à
une valeur seuil Qs, définie par exemple à partir de la valeur de débit initiale Qi fixée par le producteur, par Qs = Qi +/- y%. La quantité y peut être définie en fonction de la variation de débit tolérable pour le producteur. Si la valeur du débit mesurée est située en dehors de la fourchette ainsi définie, le micro-contrôleur envoie un signal vers le dispositif de régulation de débit pour ramener le débit mesuré à une valeur située dans la fourchette acceptable pour le producteur.
Dans certains cas, lorsque la chute de pression à travers la vanne de 4 0 contrôle 7 placée en tête de la conduite est importante en raison d'un écart 21 &2222 i~nportant entre la pression en tête de puits résultant de la régulation du débit et la pression dans la conduite résultant de la régulation de pression destinée à empêcher la formation des hydrates, cette chute de pression peut se traduire par un abaissement de température qui peut favoriser la formation des hydrates.
Dans certains cas, il est possible de corriger cet abaissement de température en agissant sur le moyen de chauffage, tel que le moyen 13 de la figure 4A.
Le micro-contrôleur 12 surveille, par exemple, I'abaissement ou 10 diminution de pression réalisée pour ramener le fluide en dehors de la formation d'hydrates. Lorsque cette valeur est supérieure à une valeur DPmax, il envoie une commande vers le moyen de chauffage qui génère une quantité d'énergie ou puissance suffisante pour qu'il ramène la température du fluide hors du domaine critique de formation des hydrates. La quantité d'énergie à envoyer peut être déterminée à partir de la diminution de pression et du fluide concerné.
Une table de correspondance entre l'échauffement à provoquer et la différence de pression DP peut être déterminée à partir des courbes limites de formation des hydrates et/ou de la relation établie pour chaque 2 0 fluide.
Selon une autre manière de procéder on peut aussi corriger ce glissement par exemple en modifiant la composition du fluide en ajoutant une certaine quantité d'additif tel un inhibiteur d'hydrates. Un schéma possible d'agencement de moyens pour effectuer cet addition est représenté, par exemple, sur la figure 4B.
Pour obtenir un tel résultat, le micro-contrôleur 12 envoie par exemple un signal de commande par exemple vers l'ensemble d'injection d'inhibiteur d'hydrates (figure 4B) comportant une ou plusieurs sources d'inhibiteurs d'hydrates reliées par la conduite 15 pourvue de la vanne 16 3 0 à la tête de puits 1. Le micro-contrôleur commande l'ouverture de la vanne 16 de façon à contrôler le débit de l'inhibiteur envoyé pour faire glisser le point limite de formation des hydrates. La quantité d'inhibiteurs à injecter peut être contrôlée à partir d'une relation ou d'un modèle liant la quantité d'inhibiteurs en fonction de la chute de pression et pour un fluide donné par exemple.
Il est bien entendu que sans sortir du cadre de l'invention, les différents moyens de chauffage et d'injection d'inhibiteurs peuvent être associés pour optimiser le procédé selon l'invention, et corriger d'éventuels glissements ou déplacement des domaines de formation des hydrates 4 0 survenant après une baisse de pression importante.
21 &~222 Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé, le micro-contrôleur peut comprendre et/ou déterminer des modèles ou données permettant de prendre en compte des paramètres complémentaires tels que la vitesse de l'effluent, les turbulences dans les écoulements circulant dans la conduite de transport de manière à affiner l'intervalle x d'incertitudes liés à la valeur de pression limite.
Il peut éventuellement faire appel à des modèles de prédiction ou des modèles probabilistes pour déterminer le domaine de formation des hydrates .
l 0 Les figures 5A à 5C schématisent différents exemples d'agencements possible pour associer les moyens de régulation de la valeur de pression et les moyens de régulation de la valeur de débit.
Avantageusement, ces deux moyens sont distincts et offrent l'avantage de faire varier indépendamment ces deux paramètres.
Dans le cas de l'exemple schématisé sur la figure 5A, un débitmètre est placé en 20 et le débit est régulé au moyen de la vanne de contrôle 7.
Un capteur de pression associé à un dispositif de mesure et de contrôle (PRC) est placé en 23, un capteur de température associé à un dispositif de mesure (TR), en 24, un densimètre associé à un dispositif de mesure (MR), 2 0 en 25. A partir des informations transmises par les capteurs placés en 20, 24 et 25, le dispositif de traitement et de commande 12 détermine une valeur de limite de la pression à ne pas dépasser en 23 et transmet un signal au dispositif de mesure et de contrôle de la pression (PRC) qui agit sur la vitesse du moteur d'entraînement M du compresseur K de façon à
réguler la pression en 23.
Dans le ca's de l'exemple schématisé sur la figure 5B,. Ia vanne 7 contrôle la pression qui est mesurée à l'aide d'un capteur de pression placé en 21, le dispositif de mesure et de contrôle de la pression (PRC) étant commandé par un signal transmis par le dispositif de traitement et 3 0 de commande 12.
Le débit est contrôlé par la vanne 26 actionnée par le dispositif de mesure et de contrôle de débit (FRC) à partir d'un signal envoyé par le dispositif de traitement et de commande 12, le débit étant mesuré à l'aide d'un capteur placé en 27.
Dans le cas de l'exemple schématisé sur la figure 5C, la vanne 7 contrôle la pression comme dans le cas de l'exemple schématisé sur la figure 5B, mais le débit est contrôlé en jouant sur la vitesse d'entraînement du moteur entraînant le compresseur K comme dans le cas de la figure 5A.
` _ 17 21 ~2222 Dans tous les exemples de réalisation selon l'invention, le dispositif . de traitement et de commande 12 est adapté à tout instant, à mémoriser et traiter les données mesurées et enregistrées ainsi qu'à d'effectuer les calculs permettant, notamment, de déterminer les valeurs limites des paramètres mesurés tels que la température et la pression.
Afin d'effectuer ces calculs, le micro-contrôleur utilise, par exemple un logiciel de détermination du domaine de formation des hydrates.
Différents types de logiciels peuvent être utilisés, par exemple le logiciel peut mettre en oeuvre un modèle compositionnel tel que les l O modèles de Ng et Robinson décrits dans le chapitre 6 de l'ouvrage intitulé
"Le Gaz Naturel" (A.~ojey et al, paru en 1994 aux Éditions Technip), ou encore des modèles empiriques simplifiés dans lesquels l'effet de la composition est pris en compte que par l'intermédiaire de la densité, ces modèles étant basés sur la représentation sous forme de relations analytiques d'un réseau de courbes, tels que celui représenté sur la figure 3B.
Les différents moyens de mesure et d'analyse précédemment décrits et mis en oeuvre dans le cadre de l'invention, peuvent se trouver au voisinage du gisement, sur une plate-forme intermédiaire ou au niveau du 2 0 lieu de traitement et de destination finale, en fonction notamment des facilités d'accès des gisements de production.
La plate-forme intermédiaire peut être une bouée flottante, mobile et facilement déplaçable d'un champ de production vers un autre en fonction des besoins et notamment des conditions de production.
Les différents dispositifs permettant de faire varier au moins un paramètre pour ~maintenir et/ou ramener le fluide hors du . domaine de formation des hydrates, par exemple les vannes de régulation de pression, les moyens de régulation de vitesse du moteur, les moyens de chauffage, Ies dispositifs d'injection d'inhibiteurs d'hydrates peuvent être utilisés 30 seuls ou associés sans sortir du cadre de l'invention.
Ces dispositifs ainsi que leur agencement seront notamment choisis en fonction des conditions de production.
Il est aussi possible d'inclure dans le système précédemment décrit, un moyen de prétraitement de l'effluent tel qu'un séparateur d'eau permettant d'ôter au moins une partie de l'eau dans le cas d'effluent comportant une phase aqueuse en quantité importante.
La méthode et le dispositif selon la présente invention peuvent être envisagés pour des applications ponctuelles ou ayant un champ d'application restreint ou limité, le dispositif étant alors situé dans des 4 0 endroits propices à la formation d'hydrates.
2 1 &2222 La méthode et le système selon l'invention sont avantageusement utilisés dans le cas d'un arrêt de production. L'arrêt est par exemple détecté par le micro-contrôleur par l'intermédiaire d'une mesure de débit qui tend vers 0. Dès qu'il reçoit une information traduisant un arrêt de production, le micro-contrôleur envoie par exemple un signal pour abaisser et maintenir la pression en dessous d'une valeur seuil.
Lors du redémarrage de la production, le micro-contrôleur peut rétablir les conditions de pression et température souhaitées en contrôlant l'évolution de la courbe pression, température de manière à éviter au 10 fluide de pénétrer dans le domaine de formation des hydrates.
Sur la figure 4B, on a représenté un exemple de réalisation d'un système selon l'invention comportant un dispositif délivrant un additif permettant d'inhiber la formation des hydrates en fonction de la composition contrôlée du fluide. Sur cette figure, le moyen d'analyse de la composition du fluide 11, par exemple un dispositif pour déterminer la concentration d'inhibiteur contenu dans le fluide, est positionné au 3 0 voisinage de la tête de puits 1 et relié au micro-contrôleur 12.
La plate forme principale comporte par exemple une source auxiliaire 14 contenant un inhibiteur de formation d'hydrates relié à la tête de production 1 par une conduite 15 munie d'une vanne 16.
Le micro-contrôleur 12 reçoit l'information relative à la concentration d'inhibiteurs et la compare à une valeur seuil, et lorsqu'il est nécessaire, envoie un signal de commande vers la vanne 16 pour l'injection d'une certaine quantité d'inhibiteur de la source auxiliaire 14 vers la tête de puits, par exemple par l'intermédiaire de la conduite 15. Le débit de l'inhibiteur est facilement contrôlable. Une alternative consiste 4 0 par exemple à mesurer le débit d'inhibiteur passant dans la conduite I S
21 &2222 I
ainsi que le débit passant dans la conduite 3 et à en déduire la teneur en inhibiteur à l'aide du dispositif 12.
Au cours de la durée de vie d'un gisement, la composition du fluide évolue fréquemment et il peut s'avérer nécessaire de tenir compte de cette variation pour corriger le domaine de formation des hydrates défini par exemple au démarrage de production d'un gisement.
Une façon de procéder consiste à prendre en compte un paramètre dépendant de la composition du fluide, par exemple sa densité et à
déterminer l'évolution de ce paramètre dans le temps. Le densimètre l l 10 utilisé à cet effet est relié au micro-contrôleur qui tient compte de sa mesure pour corriger la relation entre la pression et la température et redéfinir le domaine de formation des hydrates, en se basant par exemple sur un réseau de courbes dépendant de la densité tel celui représenté sur la figure 3B. Ce réseau de courbes a été obtenu par exemple préalablement à partir de plusieurs échantillons de fluide ayant des densités différentes et connues dans des conditions de pression et de température données.
Le fait d'abaisser la pression peut changer la valeur de débit de l'effluent dans la conduite.
Il s'avère avantageux lors du transport d'effluent pétrolier de conserver ce 2 0 débit à une valeur sensiblement voisine de celle fixée par le producteur en démarrage de production pour un gisement donné.
Il est possible de remédier à ce problème par exemple à I'aide d'un dispositif de régulation du débit de l'effluent indépendant du moyen de régulation de la pression. Différents agencements pour ces dispositifs de régulation sont décrits aux figures 5A à SC, la mise en oeuvre du procédé
étant sensiblement identique pour tous ces agencements.
Le débitmètre 10 envoie au micro-contrôleur 12 la mesure de débit effectuée Q, par exemple après une variation de pression, la mesure pouvant être déclenchée par le micro-contrôleur en comparant la 3 0 diminution de pression par rapport à une valeur limite ou encore surveillée en continu. Il compare ensuite cette valeur mesurée de débit Q à
une valeur seuil Qs, définie par exemple à partir de la valeur de débit initiale Qi fixée par le producteur, par Qs = Qi +/- y%. La quantité y peut être définie en fonction de la variation de débit tolérable pour le producteur. Si la valeur du débit mesurée est située en dehors de la fourchette ainsi définie, le micro-contrôleur envoie un signal vers le dispositif de régulation de débit pour ramener le débit mesuré à une valeur située dans la fourchette acceptable pour le producteur.
Dans certains cas, lorsque la chute de pression à travers la vanne de 4 0 contrôle 7 placée en tête de la conduite est importante en raison d'un écart 21 &2222 i~nportant entre la pression en tête de puits résultant de la régulation du débit et la pression dans la conduite résultant de la régulation de pression destinée à empêcher la formation des hydrates, cette chute de pression peut se traduire par un abaissement de température qui peut favoriser la formation des hydrates.
Dans certains cas, il est possible de corriger cet abaissement de température en agissant sur le moyen de chauffage, tel que le moyen 13 de la figure 4A.
Le micro-contrôleur 12 surveille, par exemple, I'abaissement ou 10 diminution de pression réalisée pour ramener le fluide en dehors de la formation d'hydrates. Lorsque cette valeur est supérieure à une valeur DPmax, il envoie une commande vers le moyen de chauffage qui génère une quantité d'énergie ou puissance suffisante pour qu'il ramène la température du fluide hors du domaine critique de formation des hydrates. La quantité d'énergie à envoyer peut être déterminée à partir de la diminution de pression et du fluide concerné.
Une table de correspondance entre l'échauffement à provoquer et la différence de pression DP peut être déterminée à partir des courbes limites de formation des hydrates et/ou de la relation établie pour chaque 2 0 fluide.
Selon une autre manière de procéder on peut aussi corriger ce glissement par exemple en modifiant la composition du fluide en ajoutant une certaine quantité d'additif tel un inhibiteur d'hydrates. Un schéma possible d'agencement de moyens pour effectuer cet addition est représenté, par exemple, sur la figure 4B.
Pour obtenir un tel résultat, le micro-contrôleur 12 envoie par exemple un signal de commande par exemple vers l'ensemble d'injection d'inhibiteur d'hydrates (figure 4B) comportant une ou plusieurs sources d'inhibiteurs d'hydrates reliées par la conduite 15 pourvue de la vanne 16 3 0 à la tête de puits 1. Le micro-contrôleur commande l'ouverture de la vanne 16 de façon à contrôler le débit de l'inhibiteur envoyé pour faire glisser le point limite de formation des hydrates. La quantité d'inhibiteurs à injecter peut être contrôlée à partir d'une relation ou d'un modèle liant la quantité d'inhibiteurs en fonction de la chute de pression et pour un fluide donné par exemple.
Il est bien entendu que sans sortir du cadre de l'invention, les différents moyens de chauffage et d'injection d'inhibiteurs peuvent être associés pour optimiser le procédé selon l'invention, et corriger d'éventuels glissements ou déplacement des domaines de formation des hydrates 4 0 survenant après une baisse de pression importante.
21 &~222 Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé, le micro-contrôleur peut comprendre et/ou déterminer des modèles ou données permettant de prendre en compte des paramètres complémentaires tels que la vitesse de l'effluent, les turbulences dans les écoulements circulant dans la conduite de transport de manière à affiner l'intervalle x d'incertitudes liés à la valeur de pression limite.
Il peut éventuellement faire appel à des modèles de prédiction ou des modèles probabilistes pour déterminer le domaine de formation des hydrates .
l 0 Les figures 5A à 5C schématisent différents exemples d'agencements possible pour associer les moyens de régulation de la valeur de pression et les moyens de régulation de la valeur de débit.
Avantageusement, ces deux moyens sont distincts et offrent l'avantage de faire varier indépendamment ces deux paramètres.
Dans le cas de l'exemple schématisé sur la figure 5A, un débitmètre est placé en 20 et le débit est régulé au moyen de la vanne de contrôle 7.
Un capteur de pression associé à un dispositif de mesure et de contrôle (PRC) est placé en 23, un capteur de température associé à un dispositif de mesure (TR), en 24, un densimètre associé à un dispositif de mesure (MR), 2 0 en 25. A partir des informations transmises par les capteurs placés en 20, 24 et 25, le dispositif de traitement et de commande 12 détermine une valeur de limite de la pression à ne pas dépasser en 23 et transmet un signal au dispositif de mesure et de contrôle de la pression (PRC) qui agit sur la vitesse du moteur d'entraînement M du compresseur K de façon à
réguler la pression en 23.
Dans le ca's de l'exemple schématisé sur la figure 5B,. Ia vanne 7 contrôle la pression qui est mesurée à l'aide d'un capteur de pression placé en 21, le dispositif de mesure et de contrôle de la pression (PRC) étant commandé par un signal transmis par le dispositif de traitement et 3 0 de commande 12.
Le débit est contrôlé par la vanne 26 actionnée par le dispositif de mesure et de contrôle de débit (FRC) à partir d'un signal envoyé par le dispositif de traitement et de commande 12, le débit étant mesuré à l'aide d'un capteur placé en 27.
Dans le cas de l'exemple schématisé sur la figure 5C, la vanne 7 contrôle la pression comme dans le cas de l'exemple schématisé sur la figure 5B, mais le débit est contrôlé en jouant sur la vitesse d'entraînement du moteur entraînant le compresseur K comme dans le cas de la figure 5A.
` _ 17 21 ~2222 Dans tous les exemples de réalisation selon l'invention, le dispositif . de traitement et de commande 12 est adapté à tout instant, à mémoriser et traiter les données mesurées et enregistrées ainsi qu'à d'effectuer les calculs permettant, notamment, de déterminer les valeurs limites des paramètres mesurés tels que la température et la pression.
Afin d'effectuer ces calculs, le micro-contrôleur utilise, par exemple un logiciel de détermination du domaine de formation des hydrates.
Différents types de logiciels peuvent être utilisés, par exemple le logiciel peut mettre en oeuvre un modèle compositionnel tel que les l O modèles de Ng et Robinson décrits dans le chapitre 6 de l'ouvrage intitulé
"Le Gaz Naturel" (A.~ojey et al, paru en 1994 aux Éditions Technip), ou encore des modèles empiriques simplifiés dans lesquels l'effet de la composition est pris en compte que par l'intermédiaire de la densité, ces modèles étant basés sur la représentation sous forme de relations analytiques d'un réseau de courbes, tels que celui représenté sur la figure 3B.
Les différents moyens de mesure et d'analyse précédemment décrits et mis en oeuvre dans le cadre de l'invention, peuvent se trouver au voisinage du gisement, sur une plate-forme intermédiaire ou au niveau du 2 0 lieu de traitement et de destination finale, en fonction notamment des facilités d'accès des gisements de production.
La plate-forme intermédiaire peut être une bouée flottante, mobile et facilement déplaçable d'un champ de production vers un autre en fonction des besoins et notamment des conditions de production.
Les différents dispositifs permettant de faire varier au moins un paramètre pour ~maintenir et/ou ramener le fluide hors du . domaine de formation des hydrates, par exemple les vannes de régulation de pression, les moyens de régulation de vitesse du moteur, les moyens de chauffage, Ies dispositifs d'injection d'inhibiteurs d'hydrates peuvent être utilisés 30 seuls ou associés sans sortir du cadre de l'invention.
Ces dispositifs ainsi que leur agencement seront notamment choisis en fonction des conditions de production.
Il est aussi possible d'inclure dans le système précédemment décrit, un moyen de prétraitement de l'effluent tel qu'un séparateur d'eau permettant d'ôter au moins une partie de l'eau dans le cas d'effluent comportant une phase aqueuse en quantité importante.
La méthode et le dispositif selon la présente invention peuvent être envisagés pour des applications ponctuelles ou ayant un champ d'application restreint ou limité, le dispositif étant alors situé dans des 4 0 endroits propices à la formation d'hydrates.
2 1 &2222 La méthode et le système selon l'invention sont avantageusement utilisés dans le cas d'un arrêt de production. L'arrêt est par exemple détecté par le micro-contrôleur par l'intermédiaire d'une mesure de débit qui tend vers 0. Dès qu'il reçoit une information traduisant un arrêt de production, le micro-contrôleur envoie par exemple un signal pour abaisser et maintenir la pression en dessous d'une valeur seuil.
Lors du redémarrage de la production, le micro-contrôleur peut rétablir les conditions de pression et température souhaitées en contrôlant l'évolution de la courbe pression, température de manière à éviter au 10 fluide de pénétrer dans le domaine de formation des hydrates.
Claims (15)
1) Procédé pour produire et/ou transporter dans une conduite d'un endroit, par exemple un gisement, vers un lieu de destination, un fluide polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et de l'eau, ledit fluide étant susceptible de former des hydrates dans des conditions thermodynamiques données, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes:
a) on détermine au moins une relation entre au moins un premier et un deuxième paramètre physiques influant sur la formation des hydrates, tels la pression P, la température T et/ou un paramètre lié à la composition du fluide ou la composition du fluide, ladite relation permettant de délimiter au moins un domaine de formation d'hydrates, b) on mesure au moins un desdits paramètres physiques, c) on fait varier au moins un desdits paramètres physiques pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
a) on détermine au moins une relation entre au moins un premier et un deuxième paramètre physiques influant sur la formation des hydrates, tels la pression P, la température T et/ou un paramètre lié à la composition du fluide ou la composition du fluide, ladite relation permettant de délimiter au moins un domaine de formation d'hydrates, b) on mesure au moins un desdits paramètres physiques, c) on fait varier au moins un desdits paramètres physiques pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on détermine un autre paramètre et à partir de sa valeur et de celle du paramètre physique obtenu au cours de l'étape b) on détermine les profils de température et/ou de pression le long de la conduite et on fait varier au cours de l'étape c) au moins un desdits paramètres pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
3) Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'on détermine et on régule la valeur de débit du fluide dans la conduite au cours d'une étape distincte de l'étape c).
4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'on détermine comme paramètre physique au cours de l'étape b) la pression en au moins une zone de la conduite.
5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'on détermine comme paramètre physique au cours de l'étape b) la température en au moins une zone de la conduite et l'on fait varier ce paramètre en appliquant de l'énergie thermique au fluide.
6) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'on détermine comme paramètre lié à la composition du fluide, la densité.
7) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'on détermine comme paramètre physique au cours de l'étape b) une concentration en un produit inhibiteur présent dans ledit fluide et on fait varier ladite concentration en régulant le débit d'injection d'inhibiteur dans le fluide.
8) Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on détermine comme paramètre physique au cours de l'étape b) la pression en au moins une zone de la conduite, on fait varier la valeur de ladite pression pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates tant que la valeur de la pression est supérieure ou égale à une valeur limite fixée, puis lorsque la pression est inférieure à
ladite valeur limite Pl on fait varier - la température, et/ou - la composition du fluide en ajoutant une certaine quantité d'inhibiteurs, en maintenant et/ou en conservant le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
ladite valeur limite Pl on fait varier - la température, et/ou - la composition du fluide en ajoutant une certaine quantité d'inhibiteurs, en maintenant et/ou en conservant le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
9) Application du procédé selon l'une des revendications précédentes lors d'un arrêt de production dans laquelle on fait varier la valeur du paramètre physique déterminé au cours de l'étape b) pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
10) Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 8 au transport et/ou à la production d'un effluent pétrolier polyphasique ou du gaz naturel.
11 ) Système permettant de transporter dans une conduite d'un endroit, par exemple un gisement, vers un lieu de destination, un fluide polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et de l'eau, ledit fluide étant susceptible de former des hydrates dans des conditions thermodynamiques données, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison:
au moins un dispositif de mesure (9, 8, 11 ) d'au moins un paramètre physique représentatif de la température et/ou de la pression et/ou de la composition du fluide ou d'un paramètre lié à la composition du fluide, et - un dispositif ( 12) de traitement et de commande permettant d'établir et/ou de mémoriser une relation entre des paramètres physiques liés à
la formation des hydrates, tels la pression P, la température T et la composition du fluide, délimitant des domaines de formation des hydrates, et de déterminer une valeur limite pour au moins un desdits paramètres, et - capable de délivrer au moins un signal pour faire varier la valeur d'au moins un desdits paramètres physiques pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
au moins un dispositif de mesure (9, 8, 11 ) d'au moins un paramètre physique représentatif de la température et/ou de la pression et/ou de la composition du fluide ou d'un paramètre lié à la composition du fluide, et - un dispositif ( 12) de traitement et de commande permettant d'établir et/ou de mémoriser une relation entre des paramètres physiques liés à
la formation des hydrates, tels la pression P, la température T et la composition du fluide, délimitant des domaines de formation des hydrates, et de déterminer une valeur limite pour au moins un desdits paramètres, et - capable de délivrer au moins un signal pour faire varier la valeur d'au moins un desdits paramètres physiques pour ramener et/ou conserver le fluide hors du domaine de formation des hydrates.
12) Système selon la revendication 11 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (10) de détermination et de contrôle du débit du fluide sur la conduite.
13) Système selon la revendication 11 caractérisé en ce lesdits dispositifs de mesure (8, 9, 11) d'un paramètre physique sont situés à
l'entrée de la conduite au voisinage du gisement et/ou en sortie de la conduite à proximité de l'endroit de destination.
l'entrée de la conduite au voisinage du gisement et/ou en sortie de la conduite à proximité de l'endroit de destination.
14) Système selon la revendication 11 caractérisé en ce que le dispositif (12) de traitement est adapté à déterminer le profil de température régnant dans la conduite et d'en déduire la valeur de pression limite de formation des hydrates sur au moins une partie de la longueur de la conduite.
15) Système selon la revendication 14 caractérisé en ce que le dispositif de traitement est capable de localiser et prévoir des zones de formation des hydrates.
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