FR2756377A1 - Procede et dispositif pour etudier les proprietes d'un fluide multiphasique sous pression, tel qu'un fluide petrolier, circulant dans une canalisation - Google Patents
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Abstract
Pour étudier les propriétés d'un fluide multiphasique sous pression, tel qu'un fluide pétrolier, circulant dans une canalisation (10), on prélève une fraction du fluide dans un premier tronçon (12), sensiblement vertical, de la canalisation, dans lequel le fluide est agité et circule de bas en haut, et on transfère cette fraction dans un récipient séparateur (20), en reliant le haut de ce récipient à un deuxième tronçon (16) de la canalisation, placé en aval du premier tronçon et en légère dépression par rapport à ce dernier. On peut ensuite déterminer le rapport volumique des phases liquides, par exemple en faisant décanter celles-ci dans le récipient (20) et en mesurant leurs niveaux, ou en faisant passer l'émulsion liquide dans un appareil approprié.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF POUR ETUDIER LES PROPRIETES D'UN
FLUIDE MULTIPHASIQUE SOUS PRESSION, TEL QU'UN FLUIDE
PETROLIER, CIRCULANT DANS UNE CANALISATION.
DESCRIPTION
Domaine technique
L'invention concerne un procédé et un dis-
positif permettant d'étudier les propriétés d'un fluide
multiphasique sous pression circulant dans une canali-
sation et contenant au moins deux phases liquides et une phase gazeuse. Le procédé et le dispositif selon l'invention permettent notamment de déterminer le rapport volumique des phases liquides et d'effectuer d'autres mesures, telles que des mesures de densité,
sur chacune de ces phases liquides.
Une application privilégiée de l'invention concerne l'étude des propriétés d'un fluide pétrolier circulant dans une canalisation de surface associée à
un ou plusieurs puits de pétrole.
Etat de la technique
La connaissance précise des rapports volu-
miques ou massiques des différentes phases des fluides extraits des puits de pétrole est essentielle pour
l'exploitation de ces puits.
Dans la pratique, cette connaissance est
difficile à acquérir, du fait que les fluides pétro-
liers comprennent généralement deux phases liquides constituées par de l'eau et du pétrole liquide et une phase gazeuse constituée par des hydrocarbures gazeux,
auxquelles s'ajoute fréquemment une phase solide cons-
tituée de sédiment, de sable, etc..
Le rapport volumique ou massique des diffé-
rentes phases est fréquemment déterminé à partir d'un échantillon prélevé dans le fluide multiphasique sous
pression qui circule dans la canalisation concernée.
La technique la plus précise pour effectuer un tel prélèvement consiste à enfermer un échantillon du fluide en circulation entre deux vannes à fermeture rapide placées directement dans la canalisation o dans
une conduite raccordée en dérivation sur cette der-
nière. Cette technique présente l'avantage de permettre
une mesure globale sur toute la section de la canalisa-
tion concernée. Toutefois, elle est conditionnée par la rapidité de fermeture des vannes, dont le nombre doit
être doublé lorsqu'une conduite en dérivation est pré-
vue, ce qui est indispensable si l'on désire que la
circulation du fluide se poursuive lorsqu'un prélève-
ment est effectué. Cette rapidité de fermeture des van-
nes impose des puissances de commande importantes, ce
qui se traduit par un coût élevé. De plus, l'utilisa-
tion de vannes comportant des pièces mobiles constitue
un handicap certain du point de vue de la fiabilité.
Enfin, il est à noter que cette technique ne permet pas d'effectuer une analyse précise du fluide lorsque la phase gazeuse est largement prédominante (par exemple, supérieure à 90 % en volume). En effet, la quantité de liquide prélevée est alors insuffisante pour permettre
d'effectuer des mesures précises. Pour toutes ces rai-
sons, cette technique n'est pas utilisée.
Compte tenu des difficultés soulevées par
la technique des vannes à fermeture rapide, une techni-
que plus légère a été développée, afin de prélever successivement plusieurs échantillons de faible volume et d'accumuler les phases liquides de ces échantillons successifs dans un même réservoir. Cette technique, illustrée notamment par les documents US-A-4 147 062 et US-A- 4 262 533, permet de déterminer, sur une certaine période, le rapport volumique moyen des phases liquides contenues dans le fluide sous pression circulant dans la canalisation. Les prélèvements sont effectués au moyen d'un piston animé d'un mouvement de va-et-vient
dans un cylindre débouchant radialement dans la canali-
sation concernée. Les deux extrémités du piston coopè-
rent de façon étanche avec le cylindre, alors que la
partie centrale du piston présente un évidement annu-
laire. Dans une position avancée du piston, son évide-
ment annulaire se trouve situé dans la canalisation et se remplit de fluide. Lorsque le piston se rétracte dans le cylindre, une petite quantité du fluide est emprisonnée dans l'évidement annulaire du piston. Les phases liquides du fluide chutent alors par gravité dans un réservoir, tandis que la phase gazeuse est
habituellement renvoyée dans la canalisation.
Si cette technique de prélèvement par pis-
ton est plus simple à mettre en oeuvre que la technique des vannes à fermeture rapide, elle présente elle aussi l'inconvénient de nécessiter la présence de pièces
mobiles constituant une source de panne.
Dans le document US-A-4 776 210, il est proposé une autre technique de prélèvement. Dans ce cas, la canalisation dans laquelle circule le fluide
multiphasique sous pression comporte une partie hori-
zontale dans laquelle la circulation du fluide est inversée. Plus précisément, le fluide arrive dans un sens donné par une première canalisation horizontale qui débouche en face d'une paroi verticale. Après avoir heurté cette paroi, le fluide repart en sens inverse dans une deuxième canalisation horizontale disposée
soit autour de la première, soit à côté d'elle.
Dans ce document US-A-4 776 210, une petite fraction du fluide est prélevée par au moins un tube débouchant dans le prolongement de l'extrémité de la première canalisation. L'autre extrémité de ce tube est raccordée sur un séparateur centrifuge dont le haut communique par un second tube avec un tronçon de la canalisation situé en aval du système d'inversion du sens d'écoulement du fluide, pour y rejeter la phase gazeuse. Les phases liquides récoltées dans le fond du séparateur centrifuge sont rejetées sensiblement plus en aval dans la canalisation, après avoir traversé un appareil de mesure du rayonnement électromagnétique, permettant de déterminer la fraction d'eau présente
dans les phases liquides.
Si la technique décrite dans ce document
US-A-4 776 210 permet de supprimer les pièces en mouve-
ment, elle a pour inconvénient notable de perturber fortement l'écoulement du fluide et de nécessiter une modification importante du tronçon de la canalisation
dans lequel s'effectue le prélèvement.
Par ailleurs, il est à noter que la préci-
sion de l'étude des propriétés d'un fluide multiphasi-
que, telles que le rapport volumique des phases
liquides qu'il contient, est conditionnée par la repré-
sentativité du prélèvement effectué. La représentati-
vité de ce prélèvement dépend notamment de la préserva-
tion de l'équilibre thermodynamique, c'est-à-dire du maintien de la pression et de la température lors du prélèvement et au cours des opérations ultérieures. Or,
le maintien de l'équilibre thermodynamique, et notam-
ment de la température, n'est pas décrit dans l'art antérieur. Exposé de l'invention L'invention a principalement pour objet un procédé permettant d'étudier les propriétés d'un fluide
multiphasique sous pression circulant dans une canali-
sation, telles que le rapport volumique des phases.
liquides, sans nécessiter de pièces en mouvement ni d'autres mécanismes complexes, coûteux et peu fiables,
et sans entraîner de modification notable de la canali-
sation ni de l'écoulement du fluide à l'intérieur de celle-ci. Conformément à l'invention ce résultat est
obtenu au moyen d'un procédé pour étudier les proprié-
tés d'un fluide multiphasique circulant dans une cana-
lisation et contenant au moins deux phases liquides et une phase gazeuse, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes: - prélèvement d'une fraction du fluide, dans un premier tronçon, sensiblement vertical, de la canalisation, dans lequel le fluide est agité et circule vers le haut, à une certaine distance de la paroi de ce tronçon; et transvasement de la fraction de fluide prélevée, dans un récipient séparateur dont le haut est relié à un deuxième tronçon de la canalisation, placé en aval du premier tronçon et o règne une légère dépression par rapport à ce premier tronçon, de façon à obtenir un
échantillon du fluide qui préserve le rapport volumi-
que des phases liquides.
Afin de préserver l'équilibre thermodynami-
que, on utilise de préférence un récipient séparateur calorifugé, dans lequel règne initialement une pression
voisine de celle qui règne dans le premier tronçon.
Pour garantir la préservation du rapport volumique des phases liquides dans l'échantillon prélevé, on élimine initialement tout liquide du récipient séparateur, en remplissant ce récipient et les tubes qui le relient à la canalisation, d'un gaz sous une pression voisine de celle qui règne dans le premier tronçon. Dans une première application du procédé selon l'invention, on détermine ensuite le rapport
volumique des phases liquides.
A cet effet, on peut isoler le récipient séparateur de la canalisation et mesurer les niveaux des interfaces liquide-gaz et liquide-liquide dans le récipient. Il s'agit dans ce cas d'une mesure effectuée
de façon discontinue, à des moments déterminés.
Dans cette première application du procédé selon l'invention, on peut aussi déterminer le rapport volumique des phases liquides en reliant en continu le fond du récipient séparateur au deuxième tronçon de la canalisation, au travers d'un appareil de mesure de ce rapport. Dans une autre application du procédé selon l'invention, on détermine ensuite la densité d'une émulsion des phases liquides en isolant le récipient séparateur de la canalisation, en pesant le récipient
séparateur avant et après le prélèvement, et en mesu-
rant le niveau de l'interface liquide-gaz dans le réci-
pient.
Selon encore une autre application du procédé, on isole ensuite le récipient séparateur de la canalisation, puis on soutire successivement chacune des phases liquides, afin d'en étudier séparément les propriétés. Pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, on utilise de préférence un récipient séparateur cylindrique, d'axe vertical et présentant
une section intérieure sensiblement uniforme.
L'agitation du fluide dans le premier tronçon à l'intérieur duquel s'effectue le prélèvement peut être obtenue de différentes manières. Dans une forme de réalisation préférentielle, le premier tronçon est situé immédiatement au-dessus d'un premier venturi qui assure cette agitation. Ainsi, le prélèvement peut être effectué, par exemple, immédiatement après un
venturi appartenant à un système de débitmètrie.
Par ailleurs, pour effectuer le transvase-
ment dans le récipient séparateur de la fraction de fluide prélevée, on relie avantageusement le haut de ce récipient à un deuxième venturi appartenant à un système de débitmétrie et formant le deuxième tronçon de la canalisation. Là encore, cette configuration ne constitue qu'une forme de réalisation préférentielle, d'autres moyens pouvant être utilisés pour établir une
légère dépression dans le deuxième tronçon de la cana-
lisation, par rapport au premier tronçon. Parmi ces autres moyens, on citera à titre d'exemple la présence d'une vanne créant une perte de charge immédiatement en amont du deuxième tronçon dans lequel s'effectue le
rejet de la phase gazeuse.
Dans une application préférentielle du procédé selon l'invention, le fluide est un fluide pétrolier contenant de l'eau, du pétrole liquide et des
hydrocarbures gazeux.
L'invention concerne également un disposi-
tif pour étudier les propriétés d'un fluide multiphasi-
que circulant dans une canalisation et contenant au
moins deux phases liquides et une phase gazeuse, carac-
térisé par le fait qu'il comprend: - un tube de prélèvement dont une première extrémité
débouche dans un premier tronçon sensiblement verti-
cal de la canalisation, dans lequel le fluide est
agité et circule vers le haut, à une certaine dis-
tance de la paroi de ce tronçon; - un récipient séparateur dans lequel débouche une deuxième extrémité du tube de prélèvement;
- un tube de rejet de la phase gazeuse reliant le réci-
pient séparateur à un deuxième tronçon de la canali-
sation, placé en aval du premier tronçon et en légère dépression par rapport à ce premier tronçon; et
- des moyens formant vannes placés dans le tube de pré-
lèvement et dans le tube de rejet de la phase gazeuse.
Afin de préserver l'équilibre thermodynami-
que, le récipient séparateur comprend un calorifuge.
Dans une application du dispositif selon l'invention, ce dispositif comprend des moyens de mesure des niveaux des interfaces liquide-gaz et liquide-liquide dans le récipient séparateur. Ces moyens de mesure de niveau permettent de déterminer le
rapport volumique des phases liquides.
Dans cette application, un appareil de mesure du rapport volumique des phases liquides peut aussi être placé dans un tube de rejet des phases liquides, qui relie le fond du récipient séparateur au
deuxième tronçon de la canalisation.
Le récipient séparateur comprend, de préfé-
rence, un tube vertical transparent entouré par une gaine extérieure métallique, une fenêtre d'observation
étant pratiquée dans la gaine.
Brève description des dessins
On décrira à présent, à titre d'exemples
non limitatifs, deux formes de réalisation préféren-
tielles de l'invention, en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un dispositif illustrant une première forme de réalisation de l'invention, dans laquelle le rapport volumique des phases liquides d'un fluide multiphasique sous pression circulant dans une canalisation est déterminé de façon discontinue;
- la figure 2 est une vue en coupe verti-
cale qui représente plus en détail un récipient sépara-
teur utilisé dans le dispositif de la figure 1; et - la figure 3 est une vue schématique comparable à la figure 1, représentant un dispositif selon une deuxième forme de réalisation de l'invention,
permettant de déterminer en continu le rapport volumi-
que des phases liquides d'un fluide multiphasique sous
pression circulant dans une canalisation.
Exposé détaillé des formes de réalisation préférentiel-
les Sur la figure 1, la référence 10 désigne de façon générale une canalisation dans laquelle circule un fluide multiphasique sous pression, contenant au
moins deux phases liquides et une phase gazeuse.
Bien que le fluide circulant dans la cana-
lisation 10 puisse être de différentes natures, l'invention s'applique avantageusement au cas d'un fluide pétrolier, dans lequel les phases liquides sont constituées par de l'eau et du pétrole liquide, la phase gazeuse étant constitué par des hydrocarbures gazeux. La canalisation 10 est alors une canalisation
de surface dans laquelle circule le fluide en prove-
nance d'un ou plusieurs puits de pétrole. Dans cette application privilégiée, il est à noter que le fluide comprend fréquemment une quatrième phase formée de matériaux solides sous forme pulvérulente, tels que des
sédiments, du sable, etc..
Pour permettre l'implantation du dispositif conforme à l'invention, la canalisation 10 comprend un premier tronçon 12 orienté sensiblement verticalement et dans lequel le fluide circule de façon ascendante,
comme l'illustre la flèche Fl. De plus, le fluide par-
venant dans ce premier tronçon 12 est suffisamment
agité pour que les différentes phases qui le consti-
tuent s'y trouvent réparties de façon aussi homogène que possible. Cette agitation du fluide dans le tronçon 12 peut être obtenue par différents moyens tels qu'une
plaque perforée placée immédiatement en amont du pre-
mier tronçon 12, c'est-à-dire juste en dessous de celui-ci. Dans la forme de réalisation préférentielle illustrée sur la figure 1, l'agitation du fluide dans le premier tronçon 12 est obtenue au moyen d'un premier venturi 14 placé dans la canalisation 10 juste en amont du premier tronçon 12, c'est-à-dire immédiatement en
dessous de ce tronçon. Cette forme de réalisation pré-
sente l'avantage de permettre l'implantation du dispo-
sitif selon l'invention pratiquement sans modifier la
canalisation 10.
En effet, comme l'illustre notamment le document EP-A-0 684 458, incorporé ici par référence, différents venturis sont fréquemment placés dans les canalisations véhiculant un fluide pétrolier en surface, pour permettre d'effectuer certaines mesures sur ce fluide, telles que des mesures de débit. Ainsi,
le document EP-A-0 684 458 décrit un système de débit-
métrie dans lequel deux venturis sont espacés d'une distance donnée le long d'une même canalisation dans laquelle circule un fluide multiphasique. En mesurant la chute de pression induite par chacun des venturis on peut, par une méthode de corrélation, déterminer le laps de temps nécessaire au fluide multiphasique pour parcourir la distance qui sépare les deux venturis. Le document EP-A-0 684 458 envisage également d'adjoindre au système des moyens de mesure de la densité du
fluide, qui comprennent un organe de mesure de la dif-
férence de pression entre deux niveaux différents d'une
même canalisation verticale.
Pour permettre l'implantation du dispositif conforme à l'invention, la canalisation 10 comporte
aussi, en aval du premier tronçon 12, un deuxième tron-
çon 16 dans lequel règne, temporairement ou en perma-
nence, une pression légèrement inférieure à celle qui règne dans le tronçon 12. Ce deuxième tronçon 16 est situé en aval du premier tronçon 12. Son orientation
peut être quelconque.
L'établissement temporaire ou permanent, dans le deuxième tronçon 16, d'une pression légèrement inférieure à celle qui règne dans le premier tronçon 12, peut être assuré par tout moyen approprié. Parmi ces moyens, on citera à titre d'exemple la présence d'une plaque perforée ou d'une vanne immédiatement en
amont du deuxième tronçon 16 de la canalisation 10.
Dans le cas o une vanne est utilisée, celle-ci est normalement ouverte et elle est fermée partiellement lorsque le dispositif selon l'invention est mis en oeuvre, ce qui permet de ne pas perturber l'écoulement du fluide en dehors de ces périodes de mise en oeuvre
du dispositif.
Dans la forme de réalisation préférentielle illustrée sur la figure 1, l'établissement, dans le
deuxième tronçon 16 de la canalisation 10, d'une pres-
sion légèrement inférieure à celle qui règne en amont dans le premier tronçon 12, est obtenu en réalisant ce deuxième tronçon 16 sous la forme d'un deuxième venturi appartenant lui aussi à un système de débitmètrie tel que celui qui est décrit dans le document
EP-A-0 684 458.
Dans la première forme de réalisation pré-
férentielle de l'invention illustrée sur la figure 1,
le dispositif permettant de mesurer le rapport volumi-
que des phases liquides du fluide qui circule dans la canalisation 10 comprend essentiellement un tube de prélèvement 18, un récipient séparateur 20 et un tube 22 de rejet de la phase gazeuse. A ces éléments s'ajoute un premier moyen formant vanne 24 placé dans le tube de prélèvement 18, un deuxième moyen formant vanne 26 placé dans le tube de prélèvement 22, et un troisième moyen formant vanne 52 placé dans un tube 54 de rejet des phases liquides débouchant dans le fond du
récipient séparateur 20.
Le tube de prélèvement 18 relie le premier
tronçon 12 de la canalisation 10 au récipient sépara-
teur 20. De façon plus précise, une première extrémité du tube de prélèvement 18 débouche dans le premier tronçon 12, à une certaine distance de la paroi de celui-ci. Cette dernière caractéristique permet de s'assurer que le prélèvement du fluide a bien lieu dans une zone contenant un mélange homogène des différentes phases du fluide, ce qui ne serait pas le cas si le
prélèvement était effectué le long de la paroi.
La première extrémité du tube de prélève-
ment 18, par laquelle s'effectue le prélèvement de fluide, peut prendre différentes formes. Dans la forme la plus simple illustrée sur la figure 1, le tube 18 débouche radialement à l'intérieur de la canalisation par un orifice situé dans un plan parallèle à l'axe de celle-ci, c'est-à-dire dans un plan sensiblement vertical puisque l'axe du premier tronçon 12 est
lui-même sensiblement vertical. Cette forme de réalisa-
tion est préférée à la fois pour sa simplicité et par
le fait qu'elle permet d'éviter le prélèvement des par-
ticules solides éventuellement véhiculées par le fluide. En variante, la première extrémité du tube de
prélèvement 18 peut toutefois présenter une forme dif-
férente telle qu'une forme incurvée vers le bas, une forme de tube perforé, etc. Le premier moyen formant vanne 24 est situé dans le tube de prélèvement 18 à proximité du récipient
séparateur 20 et la deuxième extrémité du tube de pré-
lèvement 18 débouche dans ce récipient, de préférence
en partie haute comme l'illustre mieux la figure 2.
Le tube 22 de rejet de la phase gazeuse relie le récipient séparateur 20 au deuxième tronçon 16
de la canalisation 10. De façon plus précise, une pre-
mière extrémité de ce tube 22 débouche dans le haut du récipient séparateur 20, de préférence à un niveau supérieur à celui de la deuxième extrémité du tube de prélèvement 10. La deuxième extrémité du tube 22 de rejet de la phase gazeuse est raccordée sur le deuxième tronçon 16 de la canalisation 10, c'est-à-dire directe- ment sur le deuxième venturi dans la première forme de réalisation préférentielle de la figure 1. Le deuxième
moyen formant vanne 26 est placé de préférence à proxi-
mité du récipient séparateur 20.
Comme l'illustre plus en détail la figure 2, le récipient séparateur 20 est, de préférence, un récipient cylindrique, d'axe vertical et présentant une section intérieure sensiblement uniforme sur toute sa hauteur.
De façon plus précise, le récipient sépara-
teur 20 comprend un tube vertical transparent 28,
réalisé par exemple en verre, et dont l'espace inté-
rieur forme le volume utile du récipient. Sur la majeure partie de sa hauteur, à l'exception de ses extrémités, le tube vertical transparent 28 est entouré par une gaine calorifuge 30, en matière plastique
également transparente, frettée à chaud sur le tube 28.
La gaine calorifuge 30 a pour première fonction de maintenir approximativement le fluide prélevé à la température qui règne dans la canalisation. Elle a aussi pour fonction d'aider le tube 28 à supporter la pression du fluide reçu dans le récipient séparateur 20. La gaine calorifuge 30 est placée entre un
embout supérieur 32 et un embout inférieur 34 qui fer-
ment le récipient séparateur 20 à ses extrémités. Les embouts 32 et 34 sont des pièces métalliques reliées entre elles par une gaine métallique 36 disposée
coaxialement autour du tube 28 et de la gaine calori-
fuge 30, et dont les extrémités sont vissées sur les embouts. Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 2, le rapport volumique des phases liquides admises dans le récipient séparateur 20 peut être déterminé grâce à des moyens permettant de mesurer visuellement les niveaux des interfaces liquide-gaz et liquide-liquide dans le récipient séparateur 20. Pour permettre cette mesure visuelle, le tube 28 ainsi que la gaine calorifuge 30 en matière plastique sont transparents. De plus, une fenêtre 38 est pratiquée dans la gaine extérieure métallique 36, parallèlement à l'axe vertical du récipient et sur toute la hauteur de
cette gaine entre les embouts 32 et 34.
Il est à noter qu'en variante, les niveaux des interfaces liquide-gaz et liquide-liquide dans le récipient séparateur 20 peuvent ne pas être mesurés visuellement, mais au moyen de dispositifs de mesure de niveaux fonctionnant selon des techniques connues, par
exemple par des moyens optiques. Dans ce cas, le réci-
pient séparateur peut être réalisé de manière diffé-
rente. En particulier, la présence de pièces transpa-
rentes et d'une fenêtre d'observation n'est plus
nécessaire.
Afin de garantir l'étanchéité du volume
délimité à l'intérieur du tube 28 vis-à-vis de l'exté-
rieur, malgré la présence de la fenêtre d'observation 38, tout en autorisant une dilatation différentielle entre le tube de verre 28 et l'enveloppe extérieure métallique du récipient, constituée par les embouts 32 et 34 et par la gaine extérieure métallique 36, des organes annulaires d'étanchéité 40 sont interposés entre chacun des embouts 32 et 34 et l'extrémité
correspondante du tube 28.
Par ailleurs, un embout tubulaire 42 est emmanché dans l'extrémité basse du tube 28 reçue dans l'embout inférieur 34, afin de réduire autant que possible les volumes morts dans la partie basse du récipient séparateur 20, destinée à recevoir les phases
liquides du fluide.
Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 2, le tube de prélèvement 18 traverse l'embout supérieur 32 selon un axe vertical proche de l'axe du récipient séparateur, de façon à déboucher par sa deuxième extrémité dans la partie haute du tube de verre 28. De façon concrète, cette deuxième extrémité du tube 18 est formée dans un raccord 44 qui est vissé dans l'embout supérieur 32 et porte le premier moyen
formant vanne 24 au-dessus de cet embout.
La première extrémité du tube 22 de rejet de la phase gazeuse est raccordée directement sur l'embout 32 de façon à déboucher dans le haut du récipient séparateur 20 par un passage 46 usiné dans
cet embout. De façon plus précise, la première extré-
mité du tube 22 est matérialisée par un embout 48 vissé dans une partie filetée, orientée radialement vers l'extérieur, du passage 46. Cet embout 48 porte le
deuxième moyen formant vanne 26.
Comme l'illustre la figure 2, l'embout inférieur 34 est traversé axialement par un passage 50 contrôlé par le troisième moyen formant vanne 52. Cet agencement permet de vidanger les phases liquides contenues dans le récipient séparateur 20, après que
les mesures des niveaux des interfaces aient été effec-
tuées dans le récipient. Comme on le verra ultérieure-
ment, il permet aussi d'utiliser le même récipient séparateur 20 dans la deuxième forme de réalisation
préférentielle de l'invention.
Lors de la mise en oeuvre du dispositif qui vient d'être décrit en se référant aux figures 1 et 2, l'obtention d'un échantillon représentatif des phases liquides contenues dans le fluide impose d'évacuer
totalement le liquide du dispositif avant de procëder.à.
tout prélèvement. De plus, la préservation de l'équili-
bre thermodynamique impose d'établir dans le dispositif une pression initiale voisine de celle qui règne dans
la canalisation.
Ces deux conditions sont réalisées simulta-
nément, par le fait qu'on remplit et qu'on pressurise le dispositif,c'est-à-dire le récipient séparateur 20
et les tubes 18 et 22, au moyen d'un gaz dont la pres-
sion est voisine de celle qui règne dans le premier tronçon 12 de la canalisation 10. Le gaz sous pression introduit dans le dispositif peut être soit un gaz issu d'une bonbonne contenant un gaz à la pression adéquate, soit du gaz extrait du fluide en écoulement dans la canalisation, en un autre point de celle-ci. Afin de garantir l'évacuation totale du liquide, l'opération
est généralement répétée plusieurs fois.
Lorsque le remplissage et la pressurisation du dispositif ont été effectués, les moyens formant
* vannes 24 et 26 sont ouverts alors que les moyens for-
mant vannes 52 restent fermés. Le prélèvement du fluide est effectué automatiquement dans le premier tronçon 12
par le tube de prélèvement 18, sous l'effet de la dif-
férence de pression qui existe entre ce premier tronçon 12 et le deuxième tronçon 16 sur lequel est raccordé le tube 22. Lors du prélèvement, les phases liquides sont piégées dans le fond du récipient séparateur 20, alors que la phase gazeuse est ramenée automatiquement dans la canalisation 10 par le tube 22. Le niveau des phases
liquides augmente donc progressivement dans le réci-
pient séparateur 20. L'arrêt du prélèvement est commandé par la fermeture simultanée des moyens formant vannes 24 et
26, lorsque le niveau des phases liquides dans le réci-
pient séparateur 20 est suffisamment élevé pour permet-
tre d'effectuer une mesure sur un volume de liquide suffisant, tout en restant inférieur à un niveau au-delà duquel un débordement des phases liquides par
le tube 22 pourrait se produire. Dans la forme de réa-
lisation décrite précédemment, ce niveau est détecté visuellement au travers de la fenêtre d'observation 38 grâce à la transparence de la gaine calorifuge 30 et du
tube 28.
En introduisant dans le récipient sépara-
teur 20 un produit désémulsifiant, accélérant la sépa-
ration des phases liquides et/ou en laissant reposer suffisamment longtemps les phases liquides pour qu'une séparation de ces phases se produise, on trouve alors dans le récipient séparateur 20, en partant du bas, une première phase liquide Ll constituée par exemple par de l'eau, une deuxième phase liquide L2 constituée par exemple par du pétrole liquide et une phase gazeuse G,
constituée par exemple par des hydrocarbures gazeux.
Une mesure des niveaux de l'interface liquide-liquide entre les phases liquides Ll et L2 et de l'interface liquide-gaz entre la phase liquide L2 et la phase gazeuse G est alors effectuée. Cette mesure peut être faite visuellement comme l'autorise la forme de réalisation décrite précédemment, ou au moyen de tout dispositif détecteur de niveau susceptible d'être
implanté dans le récipient séparateur 20.
Le rapport volumique des phases liquides L1 et L2 peut être déduit de ces mesures par un simple calcul du rapport des hauteurs de chacun des liquides
L1 et L2 dans le récipient séparateur 20.
Il est à noter que le dispositif selon l'invention peut permettre d'acquérir certaines autres informations telles que la densité de l'émulsion formée par les deux liquides Li et L2. En effet, à la masse de
la phase gazeuse G près, la pesée du récipient sépara-
teur 20 avant et après le prélèvement permet de connaî-
tre la masse de l'émulsion liquide et d'en déduire la densité de cette émulsion, à partir de la mesure de la hauteur cumulée des phases liquides L1 et L2 dans le récipient. Si nécessaire, une correction peut être effectuée lorsqu'on connaît la densité de la phase gazeuse. Par ailleurs, il est possible de soutirer successivement, par le passage 50, la phase liquide Li et la phase liquide L2. D'autres caractéristiques de ces phases liquides peuvent être déduites des mesures
effectuées sur chacune des échantillons ainsi soutirés.
Sur la figure 3, on a représenté schémati-
quement une deuxième forme de réalisation préféren-
tielle du dispositif selon l'invention.
Comme dans la première forme de réalisation préférentielle, le fluide multiphasique sous pression qui circule dans une canalisation 10 est prélevé dans un premier tronçon 12 sensiblement vertical de cette canalisation par un tube de prélèvement 18 contrôlé par un premier moyen formant vanne 24. Le premier tronçon est également un tronçon sensiblement vertical dans
lequel le fluide est agité et circule de bas en haut.
L'agitation du fluide dans ce premier tronçon 12 peut, là encore, être obtenue de différentes manières et notamment en plaçant un premier venturi 14 juste en dessous du tronçon 12.
A son extrémité opposée, le tube de prélè-
vement 18 débouche dans la partie haute d'un récipient séparateur 20 qui peut notamment être réalisé 'de la manière décrite précédemment en se référant à la figure 2. Le dispositif comprend aussi un tube 22 de
rejet de la phase gazeuse, qui relie le haut du réci-
pient séparateur 20 à un deuxième tronçon 16 de la canalisation 10, au travers d'un deuxième moyen formant vanne 26. Le deuxième tronçon 16 est placé en aval du
premier tronçon 12 et il y règne une pression infé-
rieure à celle qui règne dans ce premier tronçon. Dans la forme de réalisation préférentielle illustrée sur la figure 3, ce deuxième tronçon 16 est constitué par un
deuxième venturi.
Cette deuxième forme de réalisation préfé-
rentielle se distingue essentiellement de la première par le fait que le tube 54 de rejet des phases liquides relie le fond du récipient séparateur 20 au deuxième tronçon 16 de la canalisation 10. En outre, un appareil 56 de mesure du rapport volumique des phases liquides est implanté dans le tube 54. Au lieu d'effectuer des prélèvements et des mesures de façon discontinue comme dans la première forme de réalisation décrite, cette deuxième forme de réalisation permet d'effectuer des
mesures en continu.
Comme précédemment, la mise en oeuvre du dispositif de la figure 3 est précédée d'une étape de pressurisation et de remplissage du dispositif. Au cours de cette étape, on injecte dans les tubes 18, 22 et 54 un gaz sous une pression au moins égale à celle
qui règne dans le premier tronçon 12 de la canalisa-
tion, afin d'évacuer tout le liquide du dispositif et d'éviter qu'une brusque chute de pression n'intervienne
lorsqu'on débute le prélèvement.
On ouvre ensuite simultanément les trois moyens formant vannes 24, 26 et 52, ce qui a pour effet de prélever en continu une fraction du fluide circulant dans le premier tronçon 12 de la canalisation 10 grâce à la différence de pression régnant entre les tronçons 16 et 12. Cette fraction de fluide est acheminée par le tube 18 dans le récipient séparateur 20, o les phases fluides sont séparées, par gravité, de la phase gazeuse. Cette dernière est ramenée dans le deuxième tronçon 16 de la canalisation par le tube 22, alors que les phases liquides sont ramenées dans ce même tronçon 16 par le tube 54. Les débits sont alors réglés, par exemple en agissant sur les moyens formant vannes 24, 26 et 52, de façon que l'interface liquide-gaz reste
située en permanence dans le récipient séparateur 20.
Le contrôle de cette situation peut être fait soit visuellement comme décrit précédemment, soit par des moyens de détection de niveau appropriés. On est alors certain que le fluide qui s'écoule dans l'appareil 56 est constitué pour l'essentiel par une émulsion des phases liquides Ll et L2 du fluide circulant dans la
canalisation 10.
L'appareil 56 est constitué par tout appa-
reil connu permettant de mesurer le rapport volumique des phases liquides Ll et L2. Ainsi, il peut s'agit notamment d'une sonde optique, d'un dispositif optique par absorption de photons, d'un dispositif de mesure des constantes diélectriques, d'un dispositif de mesure de capacité, d'un dispositif de mesure de conductivité,
d'un dispositif de mesure nucléaire, etc..
Il est à noter que l'appareil 56 est choisi afin de permettre d'effectuer une mesure précise en présence d'une petite quantité de phase gazeuse dans le
fluide qui le traverse. En effet, un très faible'pour-
centage en volume de la phase gazeuse peut se trouver entraîné par les phases liquides ou être produit par la baisse de pression à laquelle sont soumises les phases
liquides lorsqu'elles sont entraînées dans le tube 54.
Par rapport à la première forme de réalisa-
tion préférentielle, le dispositif qui vient d'être décrit en se référant à la figure 3 a pour avantage de fonctionner en continu et de manière automatique. De plus, les mesures peuvent être effectuées par des systèmes électroniques, de sorte que la présence d'une
personne n'est pas indispensable.
Claims (19)
1. Procédé pour étudier les propriétés d'un fluide multiphasique circulant dans une canalisation (10) et contenant au moins deux phases liquides et une phase gazeuse, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes: - prélèvement d'une fraction du fluide, dans un premier
tronçon (12), sensiblement vertical, de la canalisa-
tion (10), dans lequel le fluide est agité et circule vers le haut, à une certaine distance de la paroi de ce tronçon; - transvasement de la fraction de fluide prélevée, dans un récipient séparateur (20) dont le haut est relié à un deuxième tronçon (16) de la canalisation (10), placé en aval du premier tronçon (12) et o règne une légère dépression par rapport à ce premier tronçon de façon à obtenir un échantillon du fluide qui préserve
le rapport volumique des phases liquides.
2. Procédé selon la revendication 1, dans
lequel on utilise un récipient séparateur (20) calori-
fugé, dans lequel règne initialement une pression
voisine de celle qui règne dans le premier tronçon.
3. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 et 2, dans lequel on élimine initiale-
ment tout liquide du récipient séparateur (20), en remplissant ce récipient (20) et des tubes (18,22) qui
le relient à la canalisation, d'un gaz sous une pres-
sion voisine de celle qui règne dans le premier tronçon
(12).
4. Procédé selon l'une quelconque des
revendications précédentes, dans lequel on détermine
ensuite le rapport volumique des phases liquides en isolant le récipient séparateur (20) de la canalisation (10) et en mesurant les niveaux des interfaces
liquide-gaz et liquide-liquide dans le récipient.
5. Procédé selon l'une quelconque des
revendications précédentes, dans lequel on détermine
ensuite la densité d'une émulsion des phases liquides
en isolant le récipient séparateur (20) de la canalisa-
tion (10), en pesant le récipient séparateur avant et
après le prélèvement, et en mesurant le niveau de l'in-
terface liquide-gaz dans le récipient.
6. Procédé selon l'une quelconque des
revendications précédentes, dans lequel on isole
ensuite le récipient séparateur (20) de la canalisation (10), puis on soutire successivement chacune des phases
liquides, afin d'en étudier séparément les propriétés.
7. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 à 3, dans lequel on détermine le
rapport volumique des phases liquides en reliant en continu le fond du récipient séparateur (20) au
deuxième tronçon (16) de la canalisation (10), au tra-
vers d'un appareil (56) de mesure de ce rapport.
8. Procédé selon l'une quelconque des
revendications précédentes, dans lequel on utilise un
récipient séparateur (20) cylindrique, d'axe vertical
et de section intérieure uniforme.
9. Procédé selon l'une quelconque des
revendications précédentes, dans lequel on prélève
ladite fraction du fluide dans un premier tronçon (12) situé immédiatement au-dessus d'un premier venturi (14)
appartenant à un système de débitmétrie.
10. Procédé selon l'une quelconque des
revendications précédentes, dans lequel on relie le
haut du récipient séparateur à un deuxième venturi (16) appartenant à un système de débitmétrie et formant le
deuxième tronçon de la canalisation.
11. Procédé selon l'une quelconque des
revendications précédentes, dans lequel le fluide est
un fluide pétrolier contenant de l'eau, du pétrole
liquide et des hydrocarbures gazeux.
12. Dispositif pour étudier les propriétés
d'un fluide multiphasique circulant dans une canalisa-
tion (10) et contenant au moins deux phases liquides et une phase gazeuse, caractérisé par le fait qu'il comprend:
- un tube de prélèvement (18) dont une première extré-
mité débouche dans un premier tronçon (12) sensible-
ment vertical de la canalisation (10), dans lequel le
fluide est agité et circule vers le haut, à une cer-
taine distance de la paroi de ce tronçon; - un récipient séparateur (20) dans lequel débouche une deuxième extrémité du tube de prélèvement; - un tube (22) de rejet de la phase gazeuse reliant le récipient séparateur (20) à un deuxième tronçon (16) de la canalisation, placé en aval du premier tronçon et en légère dépression par rapport à ce premier tronçon (12); et - des moyens formant vannes (24,26) placés dans le tube de prélèvement (18) et dans le tube (22) de rejet de
la phase gazeuse.
13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel le récipient séparateur (20) comprend une
gaine calorifuge (30).
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendication 12 et 13, comprenant de plus des moyens (38) de mesure des niveaux des interfaces liquide-gaz
et liquide-liquide dans le récipient séparateur (20).
15. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 12 et 13, dans lequel un appareil de
mesure (56) du rapport volumique des phases liquides
est placé dans un tube (54) de rejet des phases liqui-
des, qui relie le fond du récipient séparateur (20) au
deuxième tronçon de la canalisation.
16. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 12 à 15, dans lequel le récipient sépa-
rateur (20) comprend un tube vertical transparent (28) entouré par une gaine extérieure métallique (36), une fenêtre d'observation (38) étant pratiquée dans la
gaine (36).
17. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 12 à 16, dans lequel le récipient sépa-
rateur (20) est un récipient cylindrique, d'axe verti-
cal. et de section intérieure sensiblement uniforme.
18. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 12 à 17, dans lequel le tube de prélève-
ment (18) débouche dans le premier tronçon de la cana-
lisation (10), immédiatement au-dessus d'un premier
venturi (14) appartenant à un système de débitmétrie.
19. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 12 à 18, dans lequel le deuxième tronçon
de la canalisation (10) comporte un deuxième venturi
(16) appartenant à un système de débitmétrie.
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