FR3028554A1 - METHOD AND SYSTEM FOR TREATING AND SEPARATING NON-CONVENTIONAL GAS - Google Patents

METHOD AND SYSTEM FOR TREATING AND SEPARATING NON-CONVENTIONAL GAS Download PDF

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Abstract

Le système comprend : - une unité de stimulation hydraulique initiale (3), avec une unité (4) d'injection sous pression de CO2 liquide dans un puits (11) d'exploitation d'un gisement atypique, - une unité (10) de récupération à basse température après une opération de stimulation, d'un mélange de gaz naturel et de CO2, cette unité (10) de récupération comprenant notamment une unité (42) d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, de la quantité de CO2 et une unité (42) de comparaison de cette quantité de CO2 par rapport à un seuil (S), - une unité de séparation d'au moins une partie du CO2 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir du mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, avec au moins des unités de séparation (51, 52, 53) différentes selon que la quantité de CO2 est supérieure ou inférieure au seuil (S), - au moins une unité (81) de stockage temporaire du CO2 séparé à l'état liquide, semi-liquide ou solide, et - au moins un véhicule terrestre (501, 502, 503, 504) pour déplacer une unité de stockage temporaire (81) vers un autre site pour réutiliser le CO2 séparé et stocké à l'état liquide, semi-liquide ou solide, afin d'alimenter une unité (4) d'injection sous pression de CO2 liquide dans un nouvelle unité de stimulation (3) sur un nouveau puits voisin (11).The system comprises: - an initial hydraulic stimulation unit (3), with a unit (4) for injecting liquid CO2 under pressure into a well (11) for operating an atypical deposit, - a unit (10) for recovering at low temperature after a stimulation operation, a mixture of natural gas and CO2, this recovery unit (10) comprising in particular an evaluation unit (42), in the mixture of natural gas and recovered CO2. , the amount of CO2 and a unit (42) for comparing this amount of CO2 with respect to a threshold (S), - a unit for separating at least a portion of the CO2 in the liquid, semi-liquid state or solid from the mixture of natural gas and recovered CO2, with at least different separation units (51, 52, 53) depending on whether the amount of CO2 is above or below the threshold (S), - at least one unit (81) Temporary storage of separated CO2 in liquid, semi-liquid or solid state, e at least one land vehicle (501, 502, 503, 504) for moving a temporary storage unit (81) to another site to reuse the separated CO2 and stored in the liquid, semi-liquid or solid state, so supplying a unit (4) for injecting liquid CO2 into a new stimulation unit (3) on a new neighboring well (11).

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention se rapporte aux domaines techniques du traitement et de la séparation des gaz non conventionnels et concerne plus particulièrement un procédé et un système de stimulation hydraulique initiale, à l'aide d'injection de dioxyde de carbone (CO2), de toute roche de faible porosité, en vue de la production de gaz naturel piégé dans cette roche. Art antérieur Les gaz non conventionnels, qui sont piégés dans des gisements atypiques, comprennent les gaz emprisonnés dans une roche, avec en particulier les gaz de schiste (dénommés en anglais « shale gas »), les gaz de houille (dénommés en anglais « coal bed methane ») et les gaz de réservoir compact (dénommés en anglais « tight gas »). L'extraction de ces gaz non conventionnels exige le recours à des techniques spécifiques pour les libérer. On a recours en particulier à des techniques de stimulation hydraulique de la roche afin d'augmenter sa perméabilité.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the technical fields of unconventional gas treatment and separation and more particularly relates to a method and an initial hydraulic stimulation system, using carbon dioxide injection ( CO2), of any rock of low porosity, for the production of natural gas trapped in this rock. PRIOR ART Unconventional gases, which are trapped in atypical deposits, include gas trapped in a rock, with in particular shale gas (known as "shale gas"), coal gas (referred to as "coal"). bed methane ") and the compact tank gas (referred to as" tight gas "). The extraction of these unconventional gases requires the use of specific techniques to release them. In particular, hydraulic rock stimulation techniques are used to increase its permeability.

La stimulation hydraulique est souvent réalisée par une technique utilisant l'injection d'eau et d'un agent de soutènement. L'eau, un agent de soutènement et des additifs chimiques sont introduits sous haute pression dans le puits de forage pour réaliser la stimulation. L'agent de soutènement, qui peut être du sable ou un matériau artificiel, sert à maintenir ouvertes les microfissures créées par la stimulation hydraulique. La stimulation hydraulique utilisant de l'eau présente des inconvénients dans un contexte où l'on souhaite préserver l'environnement, d'une part parce qu'il existe des régions désertiques riches en gaz de schiste où cette eau est rare, alors qu'il est nécessaire de disposer d'environ 10000 m3 par puits de forage, et d'autre part 3028554 2 parce que l'utilisation d'additifs chimiques, tels que les gélifiants, les désinfectants, les casseurs de gel, les réducteurs de friction, les acides, les inhibiteurs de corrosion ou les décalcifiants présentent des réactions potentielles avec la roche qui demeurent inconnues. Par ailleurs, le 5 traitement de l'eau après l'opération de stimulation entraîne des contraintes et lorsque les produits chimiques sont injectés dans le puits lorsque celui-ci est obturé après la production, la stabilité sismique de la zone de production n'est pas assurée. C'est pourquoi des techniques alternatives de stimulation 10 hydraulique sans eau ont été proposées. Par exemple, on a déjà proposé de réaliser une stimulation avec du fluoro-propane. Toutefois, le fluoro-propane est cher et il est nécessaire de séparer le fluoro-propane du gaz produit, pour des raisons de sécurité sanitaire. Par exemple, en France, il est requis que 15 la quantité totale des composés fluorés introduits lorsque l'on injecte du biométhane dans un réseau de gaz naturel soit inférieure à 10 mg/m3 (n), et des projets de norme fixent même cette quantité à 3,5 mg/m3 (n). Une autre technique alternative consiste à injecter sous 20 haute pression du CO2 liquide à la place de l'eau (voir notamment les documents US 20090260828, CA 1134258, CA 2255413, US 4627495 et US 5883053), ce qui permet notamment de trouver des synergies avec les industries produisant du CO2 que l'on peut alors recycler. Ces industries peuvent comprendre des usines de production de gaz 25 associées à du gaz naturel acide dans des champs conventionnels, mais aussi des usines de production de gaz de synthèse associées à la production d'ammoniac, d'engrais et d'hydrogène ou des usines d'épuration associées à du biogaz ou à du gaz naturel synthétique. Des sources de CO2 peuvent également se trouver dans des installations de 30 production d'énergie, dans des cimenteries, dans l'industrie sidérurgique ou encore dans des installations de captage et de séquestration géologique du dioxyde de carbone. La stimulation hydraulique à l'aide de CO2 liquide présente de nombreux avantages par comparaison avec la stimulation hydraulique 35 utilisant de l'eau.Hydraulic stimulation is often performed by a technique using the injection of water and a proppant. Water, a proppant and chemical additives are introduced under high pressure into the wellbore to effect stimulation. The proppant, which may be sand or an artificial material, serves to keep open the microcracks created by the hydraulic stimulation. Hydraulic stimulation using water has drawbacks in a context where one wishes to preserve the environment, partly because there are desert regions rich in shale gas where this water is scarce, whereas it is necessary to have about 10,000 m3 per well, and secondly 3028554 2 because the use of chemical additives, such as gelling agents, disinfectants, gel breakers, friction reducers, acids, corrosion inhibitors or decalcifiers have potential reactions with rock that remain unknown. On the other hand, the treatment of the water after the stimulation operation causes stresses and when the chemicals are injected into the well when it is closed after production, the seismic stability of the production zone is not affected. not assured. This is why alternative hydraulic stimulation techniques without water have been proposed. For example, it has already been proposed to perform stimulation with fluoro-propane. However, fluoro-propane is expensive and it is necessary to separate the fluoro-propane gas produced, for reasons of safety. For example, in France, it is required that the total quantity of fluorinated compounds introduced when biomethane is injected into a natural gas network should be less than 10 mg / m3 (n), and draft standards even fix this. amount to 3.5 mg / m3 (n). Another alternative technique is to inject under high pressure liquid CO2 instead of water (see in particular documents US 20090260828, CA 1134258, CA 2255413, US 4627495 and US 5883053), which allows in particular to find synergies with industries producing CO2 that can then be recycled. These industries may include gas production plants associated with acidic natural gas in conventional fields, but also synthesis gas production plants associated with the production of ammonia, fertilizers and hydrogen or plants. treatment plants associated with biogas or synthetic natural gas. CO2 sources can also be found in energy production plants, in cement plants, in the iron and steel industry, or in facilities for the capture and geological sequestration of carbon dioxide. Hydraulic stimulation with liquid CO2 has many advantages over hydraulic stimulation using water.

3028554 3 On injecte 100% de CO2 liquide et il n'y a pas d'additif chimique. Les volumes de CO2 liquide injecté sont plus faibles que les volumes d'eau nécessaires pour une stimulation à l'eau.3028554 3 100% liquid CO2 is injected and there is no chemical additive. The volumes of liquid CO2 injected are lower than the volumes of water required for water stimulation.

5 Les fissures sont plus larges et il n'y a pas de condensats d'eau dans le puits, ce qui améliore la productivité du puits. Contrairement à la stimulation à l'eau, on n'a pas besoin d'utiliser une ressource naturelle précieuse. Contrairement au cas d'une stimulation à l'aide de GPL (gaz 10 de pétrole liquéfié), la stimulation avec du CO2 liquide n'apporte pas de contraintes supplémentaires en ce qui concerne les risques d'inflammabilité ou d'explosion. Dans le cas d'une stimulation au CO2 liquide, le puits peut être nettoyé rapidement après la stimulation, ce qui facilite 15 l'exploitation du puits. Le CO2 est restitué sous forme gazeuse pendant quelques jours, jusqu'à ce que le flux restitué ne comprenne plus que du gaz naturel et la proportion habituelle de CO2 présente dans le gaz naturel, ce qui facilite la récupération et le traitement du flux en retour. L'approvisionnement en CO2 est toutefois parfois difficile.The cracks are wider and there are no water condensates in the well, which improves the productivity of the well. Unlike water stimulation, you do not need to use a valuable natural resource. Unlike the case of stimulation with LPG (liquefied petroleum gas), stimulation with liquid CO2 does not impose additional constraints with respect to flammability or explosion risks. In the case of liquid CO2 stimulation, the well can be cleaned soon after the stimulation, which facilitates the operation of the well. The CO2 is returned in gaseous form for a few days, until the return flow includes only natural gas and the usual proportion of CO2 present in the natural gas, which facilitates the recovery and the treatment of the return flow. . The supply of CO2 is however sometimes difficult.

20 Aussi, on a déjà proposé de récupérer le CO2 ayant été utilisé pour une première stimulation, ou au moins une grande partie de celui-ci, de le stocker à l'état liquide dans une citerne placée sur un camion et de le réutiliser sur un autre site nécessitant une opération de stimulation, sur un nouveau puits voisin du même gisement de gaz de 25 schiste ou dans un gisement de gaz de schiste voisin. On notera que, dans ce cas, dans la période de post-stimulation, le CO2, puis ensuite le gaz de schiste, circulent à une relativement faible pression, qui est bien inférieure à une plage de 2 à 10 bar. Pendant les quelques jours qui suivent la stimulation, la 30 composition du flux récupéré varie. Dans une première période, il ne sort que du CO2 gazeux. Puis, peu à peu avec un certain retard dû à l'inertie de la désorption, le gaz naturel qui était absorbé dans le schiste est libéré et s'écoule dans les fractures et dans le puits. Le flux récupéré est alors un mélange 35 gazeux de CO2 et principalement de méthane, le pourcentage de CO2 3028554 4 décroissant avec le temps jusqu'à ce qu'il ne reste plus que du gaz naturel en production. On notera que le gaz naturel produit n'est généralement récupéré et stocké qu'après la fin de la phase de post-stimulation, 5 lorsqu'il n'y a pratiquement plus de renvoi de CO2, tandis que pendant la phase de post-stimulation le gaz naturel produit n'est en général pas valorisé et alimente une torche ou est simplement libéré dans l'atmosphère, ce qui dans tous les cas contribue à augmenter l'effet de serre et n'est pas favorable à la préservation de l'environnement.Also, it has already been proposed to recover the CO2 that has been used for a first stimulation, or at least a large part of it, to store it in a liquid state in a tank placed on a truck and to reuse it on another site requiring a stimulation operation, on a new well next to the same shale gas deposit or in a nearby shale gas field. It should be noted that in this case, in the post-stimulation period, the CO2, then the shale gas, circulate at a relatively low pressure, which is much lower than a range of 2 to 10 bar. During the few days following the stimulation, the composition of the recovered stream varies. In the first period, only CO2 gas is released. Then, slowly with some delay due to the inertia of the desorption, the natural gas that was absorbed in the shale is released and flows into the fractures and into the well. The recovered stream is then a gaseous mixture of CO2 and mainly methane, the percentage of CO2 decreasing with time until only natural gas remains in production. It should be noted that the natural gas produced is generally recovered and stored only after the end of the post-stimulation phase, when there is practically no CO2 return, while during the post-stimulation phase, stimulation the natural gas produced is generally not upgraded and feeds a torch or is simply released into the atmosphere, which in any case contributes to increasing the greenhouse effect and is not conducive to the preservation of the 'environment.

10 Si l'on veut remédier à cet inconvénient, il convient, dans les jours qui suivent immédiatement la stimulation : a) de récupérer du CO2 pur, sous forme liquide, pour permettre un stockage et un recyclage ; et b) de récupérer un flux de gaz naturel qui peut être 15 directement transporté pour être commercialisé ou être utilisé sur le champ. Il convient toutefois de mettre en oeuvre tout un processus de traitement pour séparer le CO2 du gaz naturel, puis pour le liquéfier. Dans la mesure où ce traitement n'est nécessaire que 20 pour la période de quelques jours correspondant à la post- stimulation, il convient de préférence de placer l'installation de traitement sur une remorque, afin de permettre de la déplacer vers un autre site où devra avoir lieu une stimulation. Ces solutions existantes présentent des inconvénients.In order to remedy this disadvantage, it is appropriate, in the days immediately following the stimulation: a) to recover pure CO2, in liquid form, to allow storage and recycling; and b) recovering a stream of natural gas that can be directly transported for commercialization or for use in the field. However, it is necessary to implement a whole process of treatment to separate CO2 from natural gas and then to liquefy it. Since this treatment is only necessary for the period of a few days corresponding to post-stimulation, it is preferable to place the treatment plant on a trailer, in order to allow it to be moved to another site. where should be a stimulation. These existing solutions have disadvantages.

25 Ainsi, dans la première phase de la période de post-stimulation, le flux de retour très riche en CO2 peut être liquéfié, mais le taux de CO2 varie régulièrement en décroissant de 100% à 5% et les systèmes de liquéfaction du CO2 ne sont pas adaptés pour traiter des pourcentages de CO2 variant dans une plage aussi grande 30 que celle allant de 5 à 100%. Par ailleurs, dans la seconde phase de la post-stimulation, il convient de séparer le CO2 du gaz naturel, avant la liquéfaction, mais les techniques de séparation conventionnelles ne sont pas adaptées à cela.Thus, in the first phase of the post-stimulation period, the return flux very rich in CO2 can be liquefied, but the CO2 level varies regularly decreasing from 100% to 5% and the CO2 liquefaction systems do not are not suitable for treating varying percentages of CO2 in a range as large as 5 to 100%. Furthermore, in the second phase of post-stimulation, CO2 should be separated from natural gas before liquefaction, but conventional separation techniques are not suitable for this.

35 Avec une absorption chimique utilisant des solvants tels que des amines, le CO2 est récupéré en phase vapeur à 40°C et 3028554 5 sous une pression de 1 à 2 bar. Une telle basse pression rend l'étape de reliquéfaction plus coûteuse, car il convient d'utiliser des températures plus basses et des récipients de plus grand volume. De plus l'encombrement d'une telle installation ne la 5 rend pas adaptée à une mise en place sur la remorque d'un semi- remorque. Avec des membranes, là encore, le CO2 est récupéré en phase vapeur à 40°C et sous une pression de 1 à 2 bar, ce qui rend la reliquéfaction plus coûteuse. Bien que plus adaptée à une 10 mise en place sur une remorque, une installation à membrane nécessite une étape de compression flexible et coûteuse, dès lors que la pression d'entrée doit être adaptée pour correspondre à un pourcentage de CO2 variable. Economiquement parlant, avec les techniques de 15 traitement de gaz acide traditionnelles, on a plutôt tendance à laisser s'échapper dans l'atmosphère le CO2 et le gaz naturel dans la deuxième phase de la période de post-stimulation, ce qui induit un accroissement de l'effet de serre, un coût plus élevé de fourniture en CO2 et des pertes de gaz naturel.With chemical absorption using solvents such as amines, CO2 is recovered in the vapor phase at 40 ° C and under a pressure of 1 to 2 bar. Such low pressure makes the reliquefaction step more expensive because lower temperatures and higher volume containers should be used. In addition, the size of such an installation does not make it suitable for placement on the trailer of a semitrailer. With membranes, again, the CO2 is recovered in the vapor phase at 40 ° C and under a pressure of 1 to 2 bar, which makes the reliquefaction more expensive. Although more suitable for placement on a trailer, a membrane installation requires a flexible and expensive compression step, as long as the inlet pressure has to be adapted to correspond to a variable percentage of CO2. Economically speaking, with conventional acid gas treatment techniques, there is a tendency to release CO2 and natural gas into the atmosphere in the second phase of the post-stimulation period, which induces an increase in greenhouse effect, higher cost of CO2 supply and losses of natural gas.

20 Définition et objet de l'invention La présente invention vise à remédier aux inconvénients 25 précités et à permettre notamment de pouvoir effectuer une stimulation hydraulique à l'aide de CO2 qui soit plus respectueuse de l'environnement et plus efficace et qui, en outre, permette avantageusement : - de limiter la quantité de CO2 nécessaire à la stimulation 30 tout en rendant plus facile son recyclage pour une autre opération de stimulation, et de limiter les pertes de gaz naturel et l'impact sur l'effet de serre du flux récupéré après une stimulation. Ces buts sont atteints conformément à l'invention grâce à un 35 procédé de traitement et de séparation d'un gaz non conventionnel comprenant a) une étape de stimulation hydraulique initiale, à l'aide 3028554 6 d'injection sous pression de dioxyde de carbone liquide dans un puits d'exploitation d'un gisement atypique dans lequel ledit gaz non conventionnel est emprisonné dans une roche, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes : 5 b) récupérer à basse température après l'opération de stimulation, un mélange de gaz naturel et de CO2, cette étape de récupération à basse température comprenant notamment une étape b1) d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, de la quantité de CO2 et une étape b2) de comparaison de cette quantité de CO2 par rapport à 10 un seuil prédéterminé (S), c) séparer au moins une partie du CO2 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir dudit mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, avec une technique différente selon que la quantité de CO2 est supérieure ou inférieure audit seuil prédéterminé (S), 15 d) stocker temporairement dans au moins une citerne transportable sur un véhicule terrestre le CO2 séparé à l'état liquide, semi-liquide ou solide, et e) déplacer le véhicule terrestre avec ladite au moins une citerne vers un autre site pour réutiliser le CO2 séparé et stocké à l'état liquide, 20 semi-liquide ou solide afin de réaliser une nouvelle opération de stimulation sur un nouveau puits voisin, dans le même gisement de gaz non conventionnel ou dans un gisement de gaz non conventionnel voisin. Selon un aspect du procédé selon l'invention, lorsque la quantité 25 de CO2 récupéré est comprise entre 100% et ledit seuil prédéterminé (S) du mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, l'étape c) de séparation du CO2 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir dudit mélange comprend une étape de liquéfaction de CO2 mettant en oeuvre un système de distillation cryogénique.DEFINITION AND OBJECT OF THE INVENTION The present invention aims at overcoming the above-mentioned drawbacks and in particular making it possible to perform hydraulic stimulation with CO2 which is more environmentally friendly and more efficient and which, moreover advantageously: - to limit the quantity of CO2 necessary for the stimulation 30 while making it easier to recycle for another stimulation operation, and to limit the loss of natural gas and the impact on the greenhouse effect of the flux recovered after stimulation. These objects are achieved according to the invention by a method of treating and separating an unconventional gas comprising a) an initial hydraulic stimulation step, using pressure injection of carbon dioxide. liquid in an operating well of an atypical deposit in which said unconventional gas is trapped in a rock, characterized in that it further comprises the following steps: b) recovering at low temperature after the stimulation operation , a mixture of natural gas and CO2, this low temperature recovery step comprising in particular a step b1) of evaluation, in the mixture of natural gas and recovered CO2, of the amount of CO2 and a step b2) of comparison of this amount of CO2 with respect to a predetermined threshold (S), c) separating at least a portion of the CO2 in the liquid, semi-liquid or solid state from said mixture of natural gas and CO2 recovered, with a different technique depending on whether the amount of CO2 is higher or lower than said predetermined threshold (S), d) temporarily store in at least one portable tank on a land vehicle the separated CO2 in the liquid state, semi-liquid or e) moving the land vehicle with said at least one tank to another site to reuse the separated CO2 and stored in a liquid, semi-liquid or solid state in order to perform a new stimulation operation on a new one. neighboring well, in the same unconventional gas field or in a nearby unconventional gas field. According to one aspect of the process according to the invention, when the amount of CO2 recovered is between 100% and said predetermined threshold (S) of the mixture of natural gas and recovered CO2, step c) of separating the CO2 from the liquid, semi-liquid or solid state from said mixture comprises a step of liquefying CO2 using a cryogenic distillation system.

30 Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, lorsque la quantité de CO2 récupéré est comprise entre ledit seuil prédéterminé (S) et 20% du mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, l'étape c) de séparation d'au moins une partie du CO2 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir dudit mélange comprend une étape de condensation de 35 CO2 à mise en froid rapide faisant passer le CO2 d'une phase gazeuse à une phase solide.According to another aspect of the process according to the invention, when the amount of CO2 recovered is between said predetermined threshold (S) and 20% of the mixture of natural gas and recovered CO2, step c) of separation of at least a portion of the liquid, semi-liquid or solid CO 2 from said mixture comprises a rapid cooling CO 2 condensation step passing CO 2 from a gaseous phase to a solid phase.

3028554 7 L'étape d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, de la quantité de CO2, peut être réalisée à l'aide de l'analyse du gaz par micro-chromatographie. Le seuil prédéterminé est avantageusement égal à une valeur 5 comprise entre 55 et 65% et de préférence égale à 60%. Après l'étape c) de séparation d'au moins une partie du CO2 à basse température après l'opération de stimulation, le gaz naturel est récupéré sous forme gazeuse pour une utilisation ultérieure. Le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré à basse 10 température après l'opération de stimulation peut en outre comprendre un composant supplémentaire tel que de l'azote N2 et, lors de l'étape c) de séparation d'au moins une partie du CO2 à basse température après l'opération de stimulation, le gaz naturel est récupéré avec ledit au moins un composant supplémentaire sous forme gazeuse pour une 15 utilisation ultérieure. L'invention concerne également un système de traitement et de séparation d'un gaz non conventionnel comprenant une unité de stimulation hydraulique initiale, avec une unité d'injection sous pression de dioxyde de carbone liquide dans un puits d'exploitation d'un 20 gisement atypique dans lequel ledit gaz non conventionnel est emprisonné dans une roche, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: une unité de récupération à basse température après une opération de stimulation, d'un mélange de gaz naturel et de CO2, cette unité de récupération à basse température comprenant notamment une unité 25 d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, de la quantité de CO2 et une unité de comparaison de cette quantité de CO2 par rapport à un seuil prédéterminé (S), une unité de séparation d'au moins une partie du CO2 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir dudit mélange de gaz naturel et de CO2 30 récupéré par ladite unité de récupération, avec au moins des première et deuxièmes unités de séparation différentes selon que la quantité de CO2 est supérieure ou inférieure audit seuil prédéterminé (S), au moins une unité de stockage temporaire, du CO2 séparé à l'état liquide, semi-liquide ou solide, et 35 au moins un véhicule terrestre pour déplacer ladite au moins une unité de stockage temporaire vers un autre site pour réutiliser le CO2 séparé 3028554 8 et stocké à l'état liquide, semi-liquide ou solide, afin d'alimenter une unité d'injection sous pression de dioxyde de carbone liquide dans un nouvelle unité de stimulation sur un nouveau puits voisin, dans le même gisement de gaz non conventionnel ou dans un gisement de gaz 5 non conventionnel voisin. Avantageusement, la première unité de séparation comprend une unité de liquéfaction de CO2 mettant en oeuvre un système de distillation cryogénique pour assurer la séparation du CO2 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir dudit mélange lorsque la quantité 10 de CO2 récupéré est comprise entre 100% et ledit seuil prédéterminé (S) du mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré. La deuxième unité de séparation comprend une unité de condensation de CO2 à mise en froid rapide pour faire passer le CO2 d'une phase gazeuse à une phase solide ou semi-liquide lorsque la 15 quantité de CO2 récupéré est comprise entre ledit seuil prédéterminé (S) et 20% du mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré. L'unité d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, de la quantité de CO2, peut comprendre un analyseur de gaz par micro-chromatographie.The evaluation step, in the mixture of natural gas and recovered CO2, of the amount of CO2 can be carried out using gas analysis by micro-chromatography. The predetermined threshold is advantageously equal to a value of between 55 and 65% and preferably equal to 60%. After step c) of separating at least a portion of the CO 2 at low temperature after the stimulating operation, the natural gas is recovered in gaseous form for later use. The mixture of natural gas and CO2 recovered at low temperature after the stimulation operation may further comprise an additional component such as nitrogen N2 and, in step c) separation of at least a portion At low temperature after the stimulation operation, the natural gas is recovered with the at least one additional component in gaseous form for later use. The invention also relates to a system for treating and separating an unconventional gas comprising an initial hydraulic stimulation unit, with a unit for injecting liquid carbon dioxide under pressure into a well of exploitation of a deposit. atypical in which said unconventional gas is trapped in a rock, characterized in that it further comprises: a low temperature recovery unit after a stimulation operation, a mixture of natural gas and CO2, this unit of low temperature recovery comprising in particular an evaluation unit, in the mixture of natural gas and recovered CO2, the amount of CO2 and a unit for comparing this amount of CO2 with respect to a predetermined threshold (S), a unit for separating at least part of the CO2 in the liquid, semi-liquid or solid state from said mixture of natural gas and CO2 recovered by said unit of recovery, with at least first and second different separation units depending on whether the amount of CO2 is greater or less than said predetermined threshold (S), at least one temporary storage unit, separated CO2 in the liquid state, semi-liquid or solid, and at least one land vehicle for moving said at least one temporary storage unit to another site to reuse the separated CO2 and stored in the liquid, semi-liquid or solid state, to feed a unit for injecting liquid carbon dioxide under pressure into a new stimulation unit on a new neighboring well, in the same unconventional gas field or in a nearby unconventional gas field. Advantageously, the first separation unit comprises a CO2 liquefaction unit using a cryogenic distillation system to ensure the separation of the CO2 in the liquid, semi-liquid or solid state from said mixture when the amount of CO2 recovered. is between 100% and said predetermined threshold (S) of the mixture of natural gas and recovered CO2. The second separation unit comprises a fast-cooling CO2 condensing unit for passing CO2 from a gas phase to a solid or semi-liquid phase when the amount of CO2 recovered is between said predetermined threshold (S ) and 20% of the mixture of natural gas and CO2 recovered. The unit of evaluation, in the recovered mixture of natural gas and CO2, of the amount of CO2, may comprise a gas analyzer by micro-chromatography.

20 Selon une caractéristique particulière, les première et deuxième unités de séparation différentes sont reliées à ladite unité de récupération par un système de vannes commandées à partir de l'information de sortie de ladite unité de comparaison. Selon un mode de réalisation possible, au moins l'une des 25 première et deuxième unités de séparation différentes comprend une unité d'auto pré-refroidissement dans laquelle le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré est soumis à un échange de chaleur avec un flux de gaz naturel séparé précédemment avant une réutilisation. Selon un autre mode de réalisation possible, au moins l'une des 30 première et deuxième unités de séparation différentes comprend une unité de pré-refroidissement dans laquelle le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré est soumis à un échange de chaleur avec la chaleur latente d'un flux de CO2 séparé précédemment dans la deuxième unité de séparation par condensation et soumis à un passage de l'état solide 35 à l'état liquide avant une réutilisation.According to a particular characteristic, the first and second different separation units are connected to said recovery unit by a system of valves controlled from the output information of said comparison unit. According to a possible embodiment, at least one of the first and second different separation units comprises a self-cooling unit in which the mixture of natural gas and recovered CO2 is subjected to a heat exchange with a previously separated natural gas stream before reuse. According to another possible embodiment, at least one of the first and second different separation units comprises a pre-cooling unit in which the mixture of natural gas and recovered CO2 is subjected to a heat exchange with the heat. latent a flow of CO2 previously separated in the second condensation separation unit and passed from the solid state to the liquid state before reuse.

3028554 9 Selon un autre mode de réalisation particulier, au moins l'une des première et deuxième unités de séparation différentes comprend une unité de refroidissement complémentaire comprenant un système de réfrigération du type à cycle de Stirling.According to another particular embodiment, at least one of the first and second different separation units comprises a complementary cooling unit comprising a Stirling cycle type refrigeration system.

5 Selon un autre mode de réalisation particulier, au moins l'une des première et deuxième unités de séparation différentes comprend une colonne de distillation avec des moyens de récupération du CO2 liquide, semi-liquide ou solide en bas de la colonne en bas de la colonne et des moyens de récupération du gaz naturel en tête de la colonne.According to another particular embodiment, at least one of the first and second different separation units comprises a distillation column with liquid, semi-liquid or solid CO2 recovery means at the bottom of the column at the bottom of the column. column and natural gas recovery means at the head of the column.

10 Selon un autre mode de réalisation particulier, au moins l'une des première et deuxième unités de séparation comprend une unité de détente dans une vanne Joule-Thomson. Selon encore un autre mode de réalisation particulier, au moins l'une des première et deuxième unités de séparation comprend une 15 turbine de détente diphasique suivie d'un dispositif centrifuge pour séparer le CO2 solide. Selon encore un autre mode de réalisation possible, au moins l'une des première et deuxième unités de séparation comprend une tuyère convergente-divergente munie dans sa partie divergente d'une 20 fente de capture du CO2 liquide ou solide. Le système peut comprendre des unités de stockage différentes associées respectivement aux première et deuxième unités de séparation. Selon une caractéristique particulière de l'invention, le système 25 peut en outre comprendre une unité de séparation du CO2 en phase gazeuse sans dispositif de liquéfaction pour assurer la séparation du CO2 à l'état gazeux et la récupération du gaz naturel à partir du mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, lorsque la quantité de CO2 est inférieure à 20% dans le mélange de gaz naturel et de CO2 30 récupéré. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 35 ressortiront de la description suivante des modes particuliers de 3028554 10 réalisation donnés à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un système de stimulation hydraulique selon un mode particulier de réalisation de 5 l'invention; - la figure 2 est un diagramme montrant l'évolution de la concentration de l'agent de stimulation en tête de puits en fonction du temps à partir de la fin de la stimulation ; - la figure 3 est un schéma de principe montrant un premier 10 exemple de technique de séparation du CO2 à basse température utilisant un turbo-expander bi-phasique ; - les figures 4 et 5 sont des schémas de principe montrant des deuxième et troisième exemples de techniques de séparation du CO2 à basse température utilisant chacun une tuyère 15 convergente/divergente; et - la figure 6 est un schéma de principe montrant un quatrième exemple de technique de séparation du CO2 à basse température utilisant une colonne de distillation. Description détaillée de modes de réalisation préférentiels 20 La figure 1 montre de façon symbolique un exemple de système de stimulation hydraulique selon un mode particulier de réalisation de l'invention. Le module 3, qui est représenté comme étant monté sur une 25 plate-forme déplaçable 5, telle qu'une remorque ou un camion, inclut un réservoir 8 de CO2 liquide et symbolise un équipement de stimulation hydraulique avec utilisation de CO2 liquide qui, à travers un dispositif d'injection comprenant au moins une vanne 4 et une conduite 6 permet d'injecter du CO2 liquide dans une canalisation principale d'un 30 puits 11 permettant d'effectuer une étape de stimulation hydraulique initiale, à l'aide d'injection sous pression de dioxyde de carbone liquide dans le puits 11 d'exploitation d'un gisement atypique 7 dans lequel un gaz non conventionnel est emprisonné dans une roche, de façon enterrée par rapport au niveau du sol 9.According to another particular embodiment, at least one of the first and second separation units comprises an expansion unit in a Joule-Thomson valve. According to yet another particular embodiment, at least one of the first and second separation units comprises a two-phase expansion turbine followed by a centrifugal device for separating the solid CO2. According to yet another possible embodiment, at least one of the first and second separation units comprises a convergent-divergent nozzle provided in its diverging portion with a liquid or solid CO2 capture slit. The system may comprise different storage units associated respectively with the first and second separation units. According to one particular characteristic of the invention, the system may furthermore comprise a unit for separating CO2 in the gas phase without a liquefaction device to ensure the separation of the CO2 in the gaseous state and the recovery of the natural gas from the mixture. of natural gas and recovered CO2, when the amount of CO2 is less than 20% in the mixture of natural gas and recovered CO2. Other features and advantages of the invention will become apparent from the following description of the particular embodiments given by way of example with reference to the accompanying drawings, in which: schematic of a hydraulic stimulation system according to a particular embodiment of the invention; FIG. 2 is a diagram showing the evolution of the concentration of the stimulation agent at the wellhead as a function of time from the end of the stimulation; Figure 3 is a block diagram showing a first example of a low temperature CO 2 separation technique using a bi-phasic turbo expander; FIGS. 4 and 5 are block diagrams showing second and third examples of low temperature CO 2 separation techniques each using a converging / diverging nozzle; and FIG. 6 is a block diagram showing a fourth example of a low temperature CO2 separation technique using a distillation column. DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 symbolically shows an exemplary hydraulic stimulation system according to a particular embodiment of the invention. Module 3, which is shown as being mounted on a movable platform 5, such as a trailer or a truck, includes a liquid CO2 tank 8 and symbolizes hydraulic stimulation equipment with the use of liquid CO2 which, at through an injection device comprising at least one valve 4 and a pipe 6 makes it possible to inject liquid CO2 into a main pipe of a well 11 making it possible to carry out an initial hydraulic stimulation step, with the aid of injection under pressure of liquid carbon dioxide into the well 11 of exploitation of an atypical deposit 7 in which an unconventional gas is trapped in a rock, buried in relation to the ground level 9.

35 Le réservoir 8 de CO2 liquide peut lui-même contenir du CO2 liquide qui a été récupéré dans un autre puits d'exploitation du même 3028554 11 gisement atypique ou d'un autre gisement atypique voisin, selon le procédé conforme à l'invention, qui sera décrit ci-dessous. On se reportera d'abord à la figure 2 qui montre l'évolution de la concentration d'un agent de fracturation, constitué par du dioxyde 5 de carbone, à la tête du puits 11, lorsqu'après la première étape de stimulation, on récupère un mélange de gaz et d'agent de fracturation. Au départ, on a une proportion d'agent de fracturation qui est proche de 100% et qui reste importante dans les premiers instants (de l'ordre de quelques heures) du processus d'exploitation du puits 11.The reservoir 8 of liquid CO2 may itself contain liquid CO2 which has been recovered in another operating well of the same atypical deposit or of another atypical deposit nearby, according to the process according to the invention, which will be described below. Reference is first made to FIG. 2, which shows the evolution of the concentration of a carbon dioxide fracturing agent at the head of the well 11, when after the first stimulation step one recover a mixture of gas and fracturing agent. Initially, there is a proportion of fracking agent that is close to 100% and remains important in the first few moments (of the order of a few hours) of the well 11 operating process.

10 Après un temps variable t1, de l'ordre de quelques heures ou d'une journée, la concentration en agent de fracturation descend au niveau d'un seuil prédéfini S, que l'on définit avantageusement entre 55 et 65%, de préférence de l'ordre de 60%. La concentration en CO2 continue ensuite de décroître avec le temps pour devenir au bout de 15 quelques jours égale à la concentration habituelle en CO2 dans le gaz naturel extrait du gisement à exploiter, c'est-à-dire une concentration de l'ordre de 2 ou quelques pour cent. La référence 1 désigne la partie de la courbe de la figure 2 correspondant à une concentration en CO2 supérieure au seuil S et la 20 référence 2 désigne la partie de la courbe de la figure 2 correspondant à une concentration en CO2 inférieure au seuil S. Le procédé selon l'invention prend en compte cette évolution décroissante de la concentration en agent de fracturation pour appliquer des techniques différentes de récupération du CO2 à basse 25 température selon que la concentration en CO2 est supérieure (courbe 1) ou inférieure (courbe 2) au seuil S. Dans la suite de la description, on décrira essentiellement le cas où l'on utilise deux techniques différentes de récupération du CO2 à basse température selon que la concentration en CO2 est supérieure 30 (courbe 1) ou inférieure (courbe 2) au seuil S, mais il est également possible de prévoir plusieurs seuils différents qui seraient échelonnés sur la courbe de la figure 2 et d'utiliser une technique différente de récupération du CO2 à basse température à chaque franchissement de seuil.After a variable time t1, of the order of a few hours or a day, the concentration of fracturing agent drops to a predefined threshold S, which is advantageously defined between 55 and 65%, preferably about 60%. The CO2 concentration then continues to decrease over time to become after a few days equal to the usual concentration of CO2 in the natural gas extracted from the deposit to be exploited, that is to say a concentration in the order of 2 or a few percent. Reference 1 designates that part of the curve of FIG. 2 corresponding to a CO2 concentration above the threshold S and 2 denotes the portion of the curve of FIG. 2 corresponding to a CO 2 concentration below the threshold S. The The process according to the invention takes into account this decreasing evolution of the concentration of fracturing agent in order to apply different techniques for recovering CO2 at low temperature, depending on whether the concentration of CO2 is greater (curve 1) or lower (curve 2) than In the following description, the case will essentially be described in which two different techniques for recovering CO2 at low temperature are used, depending on whether the CO2 concentration is greater (curve 1) or lower (curve 2) than threshold S, but it is also possible to provide several different thresholds which would be staggered on the curve of FIG. 2 and to use a technique of ifferent CO2 recovery at low temperature at each crossing threshold.

3028554 12 Selon l'invention, après l'opération de stimulation, on récupère à la tête du puits 11, à basse température, un mélange de gaz naturel et de CO2. Cette étape de récupération à basse température comprend 5 notamment une étape d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, de la quantité de CO2 et une étape de comparaison de cette quantité de CO2 par rapport à au moins un seuil prédéterminé S. On sépare alors le CO2 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir du mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, avec une 10 technique différente selon que la quantité de CO2 est supérieure ou inférieure au seuil prédéterminé S. A titre d'exemple, si l'on prévoit un seuil S de 60%, lorsque la concentration en CO2 est comprise entre 100% et 60%, on peut utiliser une technique de liquéfaction de CO2, par exemple en adaptant un 15 système de distillation cryogénique d'une unité de purification de carbone utilisée dans un procédé d'oxy-combustion, tandis que, lorsque la concentration en CO2 est comprise entre 60% et 20%, on peut utiliser une technique de condensation de CO2 à mise en froid rapide (réfrigération), par passage direct d'une phase gazeuse à une phase 20 solide. On stocke ensuite temporairement dans au moins une citerne 81 transportable sur un véhicule terrestre 504, tel qu'une remorque ou un camion, le CO2 séparé à l'état liquide, semi-liquide ou solide. On déplace ensuite le véhicule terrestre 504 avec la citerne 25 81 vers un autre site pour réutiliser le CO2 séparé et stocké à l'état liquide, semi-liquide ou solide afin de réaliser une nouvelle opération de stimulation sur un nouveau puits voisin, dans le même gisement de gaz non conventionnel ou dans un gisement de gaz non conventionnel voisin. La citerne 81 jouera alors le même rôle que la citerne 8 ayant 30 été utilisée dans le module 3 de stimulation utilisé pour le puits 11. On travaille ainsi pour une succession d'opérations de stimulation dans une succession de puits d'exploitation avec un stock limité de CO2 qui est recyclé sans nécessité d'opération coûteuse de liquéfaction, puisque le CO2 séparé du gaz produit est simplement 35 soumis à des opérations de récupération à basse température qui sont relativement peu coûteuses et faciles à mettre en oeuvre. On évite 3028554 13 surtout de gaspiller et libérer dans la nature de grandes quantités d'agent de fracturation comme selon les procédés conventionnels. Naturellement, lorsque la quantité de CO2 récupéré est inférieure à environ 20% dans le mélange de gaz naturel et de CO2 5 récupéré, tout en étant supérieure au taux résiduel d'environ 2% de CO2 présent dans le gaz naturel, on peut procéder à l'aide de techniques classiques à la séparation du CO2 en phase gazeuse sans dispositif de liquéfaction pour assurer la séparation du CO2 à l'état gazeux et la récupération du gaz naturel à partir du mélange de gaz 10 naturel et de CO2 récupéré. L'installation représentée schématiquement sur la figure 1 permet de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Le système de traitement et de séparation d'un gaz non conventionnel selon l'invention comprend une unité de stimulation 15 hydraulique 3, déjà mentionnée plus haut, montée sur un véhicule terrestre 5 et équipée d'une unité 4 d'injection sous pression de dioxyde de carbone liquide dans un puits 11 d'exploitation d'un gisement atypique 7, dans lequel le gaz non conventionnel est emprisonné dans une roche, de façon enterrée par rapport au niveau 20 du sol 9. L'unité d'injection 4 reliée au puits par une canalisation 6 comprend un système de vannes permettant des connexions et déconnexions entre l'unité de stimulation hydraulique 3 et le puits 11. Selon une caractéristique importante, l'installation selon l'invention comprend une unité 10 de récupération à basse température 25 après une opération de stimulation, d'un mélange de gaz naturel et de CO2. Cette unité 10 de récupération à basse température comprend notamment un module d'analyse 42 comprenant une unité d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré à la 30 tête du puits 11, de la quantité de CO2 et une unité de comparaison de cette quantité de CO2 par rapport à au moins un seuil prédéterminé S. L'unité d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, de la quantité de CO2, peut comprendre un analyseur de gaz par micro-chromatographie.According to the invention, after the stimulation operation, a mixture of natural gas and CO2 is recovered at the head of well 11, at low temperature. This low-temperature recovery step includes, in particular, a step of evaluating, in the mixture of natural gas and of recovered CO2, the amount of CO2 and a step of comparing this quantity of CO2 with respect to at least one predetermined threshold. S. The CO2 in the liquid, semi-liquid or solid state is then separated from the recovered natural gas and CO2 mixture with a different technique depending on whether the amount of CO2 is above or below the predetermined threshold S. For example, if a threshold S of 60% is predicted, when the CO2 concentration is between 100% and 60%, a CO2 liquefaction technique can be used, for example by adapting a carbon dioxide system. cryogenic distillation of a carbon purification unit used in an oxy-combustion process, whereas, when the CO 2 concentration is between 60% and 20%, it is possible to use a CO2 condensation technique with in fast cold (refrigeration), by direct passage from a gaseous phase to a solid phase. Then temporarily stored in at least one transportable tank 81 on a land vehicle 504, such as a trailer or a truck, CO2 separated in the liquid state, semi-liquid or solid. The land vehicle 504 is then moved with the tank 81 to another site to reuse the separated CO2 and stored in a liquid, semi-liquid or solid state in order to perform a new stimulation operation on a new neighboring well, in the same unconventional gas deposit or in a nearby unconventional gas field. The tank 81 will then play the same role as the tank 8 having been used in the stimulation module 3 used for the well 11. This is done for a succession of stimulation operations in a succession of operating wells with a stock There is a limited amount of CO2 that is recycled without the need for an expensive liquefaction operation, since the CO2 separated from the product gas is simply subjected to low temperature recovery operations that are relatively inexpensive and easy to implement. It is especially avoided to waste and liberate in nature large amounts of frac- tion agent as in conventional methods. Naturally, when the amount of CO2 recovered is less than about 20% in the recovered natural gas and CO2 mixture, while being greater than the residual rate of about 2% of CO2 present in the natural gas, it is possible to proceed with using conventional techniques for the separation of CO2 in the gas phase without a liquefaction device to ensure the separation of CO2 in the gaseous state and the recovery of natural gas from the mixture of natural gas and recovered CO2. The installation shown diagrammatically in FIG. 1 makes it possible to implement the method according to the invention. The system for treating and separating an unconventional gas according to the invention comprises a hydraulic stimulation unit 3, already mentioned above, mounted on a land vehicle 5 and equipped with a unit 4 for injection under pressure. liquid carbon dioxide in a well 11 for operating an atypical deposit 7, in which the unconventional gas is trapped in a rock, buried in relation to the level of the ground 9. The injection unit 4 is connected at the well via a pipe 6 comprises a system of valves allowing connections and disconnections between the hydraulic stimulation unit 3 and the well 11. According to an important characteristic, the installation according to the invention comprises a low temperature recovery unit 10 25 after a stimulation operation, a mixture of natural gas and CO2. This low-temperature recovery unit 10 comprises in particular an analysis module 42 comprising an evaluation unit, in the mixture of natural gas and of CO2 recovered at the head of the well 11, the amount of CO2 and a unit of analysis. comparing this amount of CO2 with respect to at least a predetermined threshold S. The evaluation unit, in the recovered mixture of natural gas and CO2, of the amount of CO2 may comprise a gas analyzer by micro-chromatography .

35 L'unité 10 de récupération à basse température comprend une unité de séparation du CO2 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à 3028554 14 partir du mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré par une conduite 13 à partir du puits 11, avec au moins des première et deuxième unités de séparation 51, 52 différentes selon que la quantité de CO2 est supérieure ou inférieure au seuil prédéterminé S. Le nombre de ces 5 unités de séparation 51, 52 n'est pas limité à deux et, sur la figure 1, on a représenté de façon optionnelle, en pointillés, une troisième unité de séparation 53 destinée à traiter le CO2 dans une concentration inférieure à un autre seuil lui-même inférieur au seuil S. La Figure 1 montre encore au moins une unité 81 de 10 stockage temporaire du CO2 séparé à l'état liquide, serai-liquide ou solide dans les unités de séparation 51, 52, 53. L'unité de stockage temporaire 81, mais aussi les unités de séparation 51, 52, 53 sont avantageusement disposées sur des véhicules terrestres 501 à 504, tels que des remorques ou des camions, 15 pour permettre notamment de déplacer une unité de stockage temporaire 81 vers un autre site pour réutiliser le CO2 séparé et stocké à l'état liquide, semi-liquide ou solide, afin d'alimenter une unité d'injection sous pression de dioxyde de carbone liquide dans une unité de stimulation sur un nouveau puits voisin du puits 11, dans le même 20 gisement de gaz non conventionnel ou dans un gisement de gaz non conventionnel voisin. Naturellement les véhicules 501 à 504 peuvent être regroupés en un seul ou en deux véhicules par exemple. Le module d'analyse 42 peut lui-même être monté sur l'un des véhicules 501 à 504 prévus pour les autres éléments modulaires du système.The low temperature recovery unit 10 comprises a liquid, semi-liquid or solid CO2 separation unit from the mixture of natural gas and CO2 recovered via line 13 from the well 11. , with at least first and second separation units 51, 52 different depending on whether the amount of CO2 is greater or less than the predetermined threshold S. The number of these 5 separation units 51, 52 is not limited to two and, FIG. 1 is an optional dotted line showing a third separation unit 53 for treating the CO 2 in a concentration lower than another threshold which is itself below the threshold S. FIG. 1 still shows at least one unit 81 for temporary storage of separated CO2 in the liquid, semi-liquid or solid state in the separation units 51, 52, 53. The temporary storage unit 81, but also the separation units 51, 52, 53 his Advantageously disposed on land vehicles 501 to 504, such as trailers or trucks, 15 to allow in particular to move a temporary storage unit 81 to another site to reuse the separated CO2 and stored in the liquid state, semi- liquid or solid, in order to supply a unit for injecting liquid carbon dioxide under pressure into a stimulation unit on a new well near well 11, in the same unconventional gas deposit or in a non-conventional gas deposit. conventional neighbor. Naturally vehicles 501 to 504 can be grouped into one or two vehicles for example. The analysis module 42 may itself be mounted on one of the vehicles 501 to 504 provided for the other modular elements of the system.

25 Si l'on considère toujours la figure 1, on voit qu'une canalisation 13 reliée à la tête de puits 11 est reliée par une vanne 21 à une unité 41 de pré-refroidissement. Cette unité 41 peut constituer un auto pré-refroidissement. Dans ce cas, le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré par la canalisation 13 est soumis à un échange de chaleur 30 avec un flux de gaz naturel séparé précédemment et circulant dans les lignes 91, 92, 93 avant une réutilisation locale ou dans un réseau de gaz naturel 94. Une conduite secondaire 12 est dérivée de la canalisation principale 13 pour fournir au module d'analyse 42 un échantillon de gaz 35 permettant de déterminer la concentration en CO2. De façon similaire, une conduite secondaire 14 peut être dérivée de la canalisation 3 02 8 5 5 4 15 principale 15 recevant le mélange de gaz et de CO2 en sortie de l'unité 41 de pré-refroidissement pour fournir au module d'analyse 42 un échantillon de gaz permettant de déterminer la concentration en CO2. Une vanne à trois voies 22 permet de relier la canalisation 15 5 soit, par une canalisation 31, à une première unité de séparation 51, soit, par une canalisation 17, à une deuxième vanne à trois voies 23. Une conduite secondaire 16 est dérivée de la canalisation 17 pour fournir au module d'analyse 42 un échantillon de gaz permettant de déterminer la concentration en CO2.If we still consider Figure 1, we see that a pipe 13 connected to the wellhead 11 is connected by a valve 21 to a pre-cooling unit 41. This unit 41 may constitute a self-cooling. In this case, the mixture of natural gas and CO2 recovered through line 13 is heat-exchanged with a previously separated stream of natural gas flowing in lines 91, 92, 93 prior to local reuse or in a Natural gas network 94. A secondary pipe 12 is derived from the main pipe 13 to provide the analysis module 42 with a gas sample 35 for determining the CO2 concentration. Similarly, a secondary pipe 14 may be derived from the main pipe 15 receiving the mixture of gas and CO2 at the outlet of the pre-cooling unit 41 to provide the analysis module 42. a gas sample to determine the CO2 concentration. A three-way valve 22 makes it possible to connect the pipe 15 5, either via a pipe 31, to a first separation unit 51, or, via a pipe 17, to a second three-way valve 23. A secondary pipe 16 is derived the line 17 to provide the analysis module 42 with a gas sample for determining the concentration of CO2.

10 Une vanne à trois voies 23 permet de relier la canalisation 17 soit, par une canalisation 32, à une deuxième unité de séparation 52, soit, par une canalisation 19, à une troisième vanne à trois voies 24. Une conduite secondaire 18 est dérivée de la canalisation 19 pour fournir au module d'analyse 42 un échantillon de gaz permettant de 15 déterminer la concentration en CO2. La vanne 24 permet une liaison, par une canalisation 33, avec une troisième unité de séparation 53, qui est optionnelle, et le cas échéant une liaison vers encore une autre vanne associée le cas échéant à encore une autre unité de séparation, non représentée sur la figure 1, 20 par exemple une unité de séparation du CO2 en phase gazeuse sans dispositif de liquéfaction pour assurer la séparation du CO2 à l'état gazeux et la récupération du gaz naturel à partir du mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, lorsque la quantité de CO2 est inférieure à 20% dans le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, tout en 25 restant supérieure à la quantité résiduelle de CO2 dans le gaz naturel, qui est de l'ordre de 2% ou de quelques pour cent. Naturellement, s'il n'y a par exemple que les deux unités de séparation 51 et 52, la vanne 24 n'existe pas et la vanne 23 peut être une vanne à deux voies.A three-way valve 23 is used to connect the pipe 17, either via a pipe 32, to a second separation unit 52 or, via a pipe 19, to a third three-way valve 24. A secondary pipe 18 is derived. of line 19 to provide the analysis module 42 with a gas sample to determine the CO2 concentration. The valve 24 allows a connection, via a pipe 33, with a third separation unit 53, which is optional, and optionally a connection to yet another valve associated, if necessary, with yet another separation unit, not shown in FIG. FIG. 1, for example a unit for separating CO2 in the gas phase without a liquefaction device for separating the CO2 in the gaseous state and recovering the natural gas from the mixture of natural gas and recovered CO2, when the amount of CO2 is less than 20% in the mixture of natural gas and recovered CO2, while remaining greater than the residual amount of CO2 in the natural gas, which is of the order of 2% or a few percent . Naturally, if there are for example only the two separation units 51 and 52, the valve 24 does not exist and the valve 23 may be a two-way valve.

30 Des canalisations 34, 35, 36 peuvent relier entre elles et avec un évent 37 les unités de séparation 51 à 53. A la sortie de chacune des unités de séparation 51, 52, 53, une canalisation 91, 92, 93 permet de récupérer le gaz naturel pour l'envoyer vers une zone de stockage ou un réseau de gaz naturel 94, 35 qui peut être un réseau de transport ou un réseau de distribution.Pipes 34, 35, 36 can connect the separating units 51 to 53 to each other and to a vent 37. At the outlet of each of the separation units 51, 52, 53, a pipe 91, 92, 93 can be used to recover the natural gas to send it to a storage area or a natural gas network 94, 35 which may be a transmission network or a distribution network.

3028554 16 Le CO2 liquide, solide ou semi-liquide est récupéré à la sortie de chacune des unités de séparation 51, 52, 53 par les canalisations 61, 62, 63. Les canalisations 62 et 63 sont reliées par une vanne à trois voies 72 à une canalisation 64 elle-même reliée par une vanne à trois 5 voies 71 à la canalisation 61 de sortie de l'unité de séparation 51 et à une canalisation 65 de liaison avec un réservoir 81 de stockage de CO2 liquide, solide ou semi-liquide. Naturellement, là encore, si l'unité de séparation 53 n'existe pas, la vanne 72 peut être une simple vanne à deux voies.The liquid, solid or semi-liquid CO2 is recovered at the outlet of each of the separation units 51, 52, 53 via the lines 61, 62, 63. The lines 62 and 63 are connected by a three-way valve. to a pipe 64 which is itself connected by a three-way valve 71 to the outlet pipe 61 of the separation unit 51 and to a pipe 65 connecting a tank 81 for storing liquid, solid or semi-solid CO2 liquid. Of course, again, if the separation unit 53 does not exist, the valve 72 may be a simple two-way valve.

10 On notera que seule la canalisation 12 ou 14 de liaison avec le module d'analyse 42 pourrait être utilisée, les canalisations 16 et 18 étant optionnelles. Par ailleurs, on n'a pas représenté sur la figure 1 les liaisons de commande des différentes vannes à partir des informations délivrées 15 par le module d'analyse 42 qui constitue en fait un système complet de contrôle et de commande. Durant tout le processus de récupération du mélange de gaz naturel et de CO2 extrait du puits 11 par la canalisation 13, la vanne 4 associée au module 3 reste fermée, tandis que la vanne 21 est ouverte.Note that only the line 12 or 14 connecting with the analysis module 42 could be used, the lines 16 and 18 being optional. Moreover, FIG. 1 does not show the control links of the different valves from the information supplied by the analysis module 42 which is in fact a complete control and command system. During the entire recovery process of the mixture of natural gas and CO2 extracted from the well 11 through the pipe 13, the valve 4 associated with the module 3 remains closed, while the valve 21 is open.

20 Au début du processus de récupération du mélange de gaz naturel et de CO2 extrait du puits 11 par la canalisation 13, l'analyse effectuée au sein du module d'analyse 42 à partir du mélange transmis par la canalisation 12 ou 13 indique normalement que la concentration en CO2 est supérieure au seuil S de par exemple 60%. Par suite, la 25 vanne 22 relie la canalisation 15 à la canalisation 31 d'entrée à la première unité de séparation 51, tandis que les vannes suivantes 23, 24 sont fermées. Le module d'analyse 42 peut être installé par exemple sur l'un quelconque des véhicules terrestres 501, 502, 503. L'unité 30 d'évaluation du module d'analyse 42 peut déterminer la concentration en CO2 dans le flux de retour du puits 11, soit de façon continue, soit de façon intermittente, mais avec une bonne fréquence, par exemple toutes les trente minutes. Au début du processus de récupération du mélange de gaz 35 naturel et de CO2 extrait du puits 11 par la canalisation 13, ou plus généralement, chaque fois que la concentration en CO2 est supérieure 3028554 17 au seuil S de par exemple 60%, c'est l'unité de séparation 51 qui est active et les vannes 23 et 24 restent fermées. En revanche, lorsque la concentration en CO2 devient inférieure au seuil S de par exemple 60%, tout en restant supérieure 5 soit à un seuil minimal par exemple de l'ordre de 20%, soit à un deuxième seuil intermédiaire par exemple voisin de 40%, l'unité de séparation 51 est désactivée par la commutation de la vanne 22 dans une position qui ferme l'accès à la canalisation 31 et met en communication la canalisation 15 avec la canalisation 17. La vanne 23 10 est alors mise manuellement ou automatiquement dans une position qui relie la canalisation 17 à la canalisation 32 d'entrée de la deuxième unité de séparation 52, tandis que la vanne suivante 24 reste fermée. De façon similaire, s'il existe une unité de séparation additionnelle 53 à laquelle est associée une vanne 24, et qui est prévue 15 pour assurer une séparation du CO2 lorsque la concentration du CO2 est comprise entre le seuil intermédiaire et le seuil minimal, lorsque le module d'analyse 42 a défini que la concentration de CO2 est dans cette plage, l'unité de séparation 51 est désactivée par la commutation de la vanne 22 dans une position qui ferme l'accès à la canalisation 31 et met 20 en communication la canalisation 15 avec la canalisation 17, l'unité de séparation 52 est également désactivée par la commutation de la vanne 23 dans une position qui ferme l'accès à la canalisation 32 et met en communication la canalisation 17 avec la canalisation 19. La vanne 24 est alors mise manuellement ou automatiquement dans une position qui 25 relie la canalisation 19 à la canalisation 33 d'entrée de la troisième unité de séparation 53, tandis que d'éventuelles vannes suivantes restent fermées. La commande de telles vannes suivantes associées à d'éventuelles unités de séparation supplémentaires destinées à être 30 mises en oeuvre dans d'autres plages de valeur de concentration de CO2 est similaire. La commande des diverses vannes 22, 23, 24 est de préférence réversible, c'est-à-dire qu'au cas où la concentration en CO2 remonterait pour passer d'une valeur située en dessous du seuil S à 35 une valeur située au-dessus du seuil S, l'unité de séparation 52 serait désactivée et l'unité de séparation 51 serait réactivée.At the beginning of the process of recovering the mixture of natural gas and CO2 extracted from the well 11 by the pipe 13, the analysis carried out within the analysis module 42 from the mixture transmitted via the pipe 12 or 13 normally indicates that the concentration of CO2 is greater than the threshold S of for example 60%. As a result, the valve 22 connects the conduit 15 to the inlet conduit 31 to the first separation unit 51, while the subsequent valves 23, 24 are closed. The analysis module 42 can be installed for example on any of the land vehicles 501, 502, 503. The evaluation unit 30 of the analysis module 42 can determine the concentration of CO2 in the return flow of the well 11, either continuously or intermittently, but with a good frequency, for example every thirty minutes. At the beginning of the recovery process of the mixture of natural gas and CO2 extracted from the well 11 via the pipe 13, or more generally, whenever the CO2 concentration is greater than the threshold S of for example 60%, is the separation unit 51 which is active and the valves 23 and 24 remain closed. On the other hand, when the CO2 concentration falls below the threshold S by, for example, 60%, while remaining greater than 5, ie at a minimum threshold, for example of the order of 20%, or at a second intermediate threshold, for example, close to 40%. %, the separation unit 51 is deactivated by the switching of the valve 22 in a position that closes the access to the pipe 31 and puts the pipe 15 in communication with the pipe 17. The valve 23 10 is then placed manually or automatically in a position that connects the pipe 17 to the inlet pipe 32 of the second separation unit 52, while the next valve 24 remains closed. Similarly, if there is an additional separation unit 53 with which a valve 24 is associated, and which is provided to ensure a separation of the CO2 when the CO2 concentration is between the intermediate threshold and the minimum threshold, when the analysis module 42 has defined that the CO2 concentration is in this range, the separation unit 51 is deactivated by the switching of the valve 22 in a position which closes the access to the pipe 31 and communicates the line 15 with the pipe 17, the separation unit 52 is also deactivated by the switching of the valve 23 in a position that closes the access to the pipe 32 and communicates the pipe 17 with the pipe 19. The valve 24 is then manually or automatically placed in a position which connects the pipe 19 to the inlet pipe 33 of the third separation unit 53, while any valve s following remain closed. The control of such subsequent valves associated with any additional separation units to be implemented in other ranges of CO2 concentration value is similar. The control of the various valves 22, 23, 24 is preferably reversible, that is to say that in the case where the CO2 concentration would rise to go from a value below the threshold S to a value located at above the threshold S, the separation unit 52 would be deactivated and the separation unit 51 would be reactivated.

3028554 18 Comme indiqué plus haut, en sortie des unités de séparation 51, 52, 53, le gaz naturel est évacué par des canalisations 91, 92, 93 vers un réseau 94 de gaz naturel ou vers une zone de stockage, tandis que le CO2 liquide, solide ou semi-liquide est transféré à travers des 5 canalisations 61 à 65 et des vannes 71, 72 vers le réservoir 81 monté sur un véhicule terrestre 504. L'unité de pré-refroidissement 41 peut être associée à l'une ou l'autre des unités de séparation 51 à 53. De façon plus particulière, dans l'unité de pré-refroidissement 10 41, le mélange issu du puits 11 ou d'une tubulure 13 associée au puits 11 fait l'objet d'un refroidissement par échange de chaleur avec : -soit le flux de gaz naturel froid séparé dans les unités de séparation 51 à 53, qui peut faire ensuite l'objet d'un recyclage dans une ou plusieurs de ces unités de séparation 51 à 53 pour subir une purification 15 complémentaire, avant d'être envoyé vers un réseau de distribution, une zone de stockage ou être utilisé sur place ; -soit le courant de CO2 liquide, solide ou semi-liquide avant que celui-ci soit introduit dans le réservoir 81. Dans le cas où l'on utilise dans la deuxième unité de séparation 20 52 une unité de condensation de CO2 à mise en froid rapide pour faire passer le CO2 d'une phase gazeuse à une phase solide ou semi-liquide lorsque la quantité de CO2 récupéré est comprise entre le seuil prédéterminé S et environ 20% du mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, on peut récupérer la chaleur latente du CO2 solide ou semi- 25 liquide avant que le CO2 soit transféré sous forme liquide dans le réservoir 81. L'unité de pré-refroidissement 41 peut comprendre une unité de refroidissement complémentaire comprenant un système de réfrigération qui peut être un système à cycle de réfrigération optimisé 30 ou un système à cycle de Stirling (qui est adapté à des applications mobiles de taille moyenne par exemple dans des sous-marins). La première unité de séparation 51 peut comprendre une unité de liquéfaction de CO2 mettant en oeuvre un système de distillation cryogénique, tel que par exemple ceux utilisés dans des unités de 35 purification de carbone, pour assurer la séparation du CO2 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir du mélange issu de l'unité de 3028554 19 pré-refroidissement 41 et permet de séparer la plus grosse partie du CO2 présent dans le mélange, quand la proportion de CO2 dans le mélange est comprise entre 100% et le seuil prédéterminé S compris par exemple entre 55% et 65%.As indicated above, at the outlet of the separation units 51, 52, 53, the natural gas is discharged via pipelines 91, 92, 93 to a network 94 of natural gas or to a storage zone, whereas the CO2 liquid, solid or semi-liquid is transferred through lines 61 to 65 and valves 71, 72 to the tank 81 mounted on a land vehicle 504. The pre-cooling unit 41 may be associated with one or the other of the separation units 51 to 53. More particularly, in the pre-cooling unit 41, the mixture from the well 11 or tubing 13 associated with the well 11 is subjected to a heat exchange cooling with: - either the cold natural gas stream separated in the separation units 51 to 53, which can then be recycled to one or more of these separation units 51 to 53 to undergo further purification, before being sent to a res water distribution, a storage area or be used on site; or the flow of liquid, solid or semi-liquid CO2 before it is introduced into the tank 81. In the case where a second unit of separation 52 is used, a condensing unit of CO 2 rapid cooling to pass the CO2 from a gaseous phase to a solid or semi-liquid phase when the amount of CO2 recovered is between the predetermined threshold S and about 20% of the mixture of natural gas and CO2 recovered, it is possible to recover the latent heat of the solid or semi-liquid CO2 before the CO2 is transferred in liquid form into the tank 81. The pre-cooling unit 41 may comprise a complementary cooling unit comprising a refrigeration system which may be a system optimized refrigeration cycle 30 or a Stirling cycle system (which is suitable for medium-sized mobile applications for example in submarines). The first separation unit 51 can comprise a CO2 liquefaction unit using a cryogenic distillation system, such as for example those used in carbon purification units, to ensure the separation of the CO 2 in the liquid state, semi-liquid or solid from the mixture from the pre-cooling unit 41 and allows to separate the largest part of the CO2 present in the mixture, when the proportion of CO2 in the mixture is between 100% and the predetermined threshold S included for example between 55% and 65%.

5 On peut également mettre en oeuvre un système de distillation cryogénique avec une unité de condensation de CO2 à mise en froid rapide pour faire passer le CO2 d'une phase gazeuse à une phase solide ou semi-liquide, dans l'unité de séparation 52, lorsque la quantité de CO2 récupéré est comprise entre le seuil prédéterminé S et un seuil 10 inférieur compris par exemple entre 20% et 40% du mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré. On a représenté sur la figure 6 un exemple de système de distillation cryogénique 400 pouvant être mis en oeuvre dans l'unité de séparation 52 et pouvant utiliser une technique de type CFZ (pour 15 l'expression anglaise « Controlled Freeze Zone » désignant une zone de congélation contrôlée). Dans ce cas, une colonne de distillation 400 comprend un étage inférieur 401, qui est un étage de distillation inférieur classique, un étage intermédiaire 402, qui constitue la zone de congélation contrôlée 20 et un étage supérieur 403, qui est un étage de distillation supérieur classique. Un mélange contenant du CO2 est introduit par une ligne 404 dans l'étage intermédiaire 402. Le CO2 liquide ou semi-liquide est recueilli à la base de l'étage inférieur 401 et est réchauffé dans un réchauffeur 405. Le gaz de schiste est prélevé au sommet de l'étage 25 supérieur 403, est partiellement condensé dans un condenseur 406 puis est séparé dans le séparateur 407 en une phase gazeuse qui est évacuée et en une phase liquide qui est recyclée dans l'étage supérieur 403. Le liquide produit dans l'étage supérieur 403 est collecté et stocké dans un réservoir 408, d'où il peut être pompé pour être pulvérisé dans 30 l'étage intermédiaire 402. Des installations telles que celles de la figure 6 sont décrites par exemple dans les documents US 4533372, US 8312738 et US 2009/0266107. Comme on peut le voir sur la figure 1 avec la canalisation de liaison 37, il est possible de mettre en oeuvre successivement les unités 35 de séparation 51 et 52 qui fonctionnent alors en cascade, une première séparation de CO2 étant effectuée au sein de l'unité de séparation 51 3028554 20 avec un premier procédé de séparation et le mélange résiduel avec une proportion réduite de CO2 étant introduit dans l'unité de séparation 52 avec un deuxième procédé de séparation plus adapté à un mélange contenant une concentration plus faible en CO2.It is also possible to use a cryogenic distillation system with a rapid cooling CO 2 condensing unit to pass CO2 from a gas phase to a solid or semi-liquid phase in the separation unit 52. when the amount of CO2 recovered is between the predetermined threshold S and a lower threshold of, for example, between 20% and 40% of the mixture of natural gas and recovered CO2. FIG. 6 shows an example of a cryogenic distillation system 400 that can be implemented in the separation unit 52 and that can use a CFZ type of technique (for the English expression "Controlled Freeze Zone" designating a zone controlled freezing). In this case, a distillation column 400 comprises a lower stage 401, which is a conventional lower distillation stage, an intermediate stage 402, which constitutes the controlled freezing zone 20 and an upper stage 403, which is a higher distillation stage. classic. A mixture containing CO2 is introduced via a line 404 into the intermediate stage 402. The liquid or semi-liquid CO2 is collected at the base of the lower stage 401 and is heated in a heater 405. The shale gas is removed. at the top of the upper stage 403, is partially condensed in a condenser 406 and is then separated in the separator 407 into a gaseous phase which is evacuated and into a liquid phase which is recycled to the upper stage 403. The liquid produced in the upper stage 403 is collected and stored in a tank 408, from which it can be pumped to be sprayed into the intermediate stage 402. Installations such as those of FIG. 6 are described for example in the documents US 4533372. , US 8312738 and US 2009/0266107. As can be seen in FIG. 1 with the connecting pipe 37, it is possible to implement successively the separation units 51 and 52 which then operate in cascade, a first CO 2 separation being carried out within the separation unit 51 with a first separation process and the residual mixture with a reduced proportion of CO2 being introduced into the separation unit 52 with a second separation process more suitable for a mixture containing a lower CO2 concentration.

5 De façon similaire, avec la canalisation 35 de liaison entre l'unité de séparation 52 et l'unité de séparation 53, on voit qu'il est possible de poursuivre le processus de purification de gaz au sein d'une ou plusieurs unités supplémentaires, telle que l'unité 53, qui assurent un refroidissement et une liquéfaction du CO2 ou une mise en froid rapide 10 pour faire passer le CO2 d'une phase gazeuse à une phase solide ou semi-liquide. Dans ce cas, on peut utiliser par exemple une unité de détente dans une vanne Joule-Thomson, comme décrit par exemple dans les documents US 7325415, WO 2010/141996, WO 2011/026170 et WO 15 2010/141995. On peut également utiliser une turbine de détente bi-phasique, comme décrit par exemple dans les documents US 2011/226010, WO 2010/105820 et WO 2012/068588, qui fournit de l'énergie par exemple pour re-comprimer le gaz naturel ou pour assurer une réfrigération 20 complémentaire. Un revêtement anti-adhérent permet d'éviter que le CO2 se dépose sur les aubes de la turbine et le CO2 solide peut être récupéré dans un dispositif centrifuge après la turbine. La Figure 3 montre un exemple de système 100 à turbine de détente bi-phasique. Le mélange gazeux à traiter est introduit par une 25 entrée 111 dans un échangeur de chaleur 101 assurant une condensation. Le flux en sortie de l'échangeur-condenseur 101 est appliqué à un compresseur 102, dont le flux de sortie est appliqué à un échangeur de chaleur 103. La sortie de l'échangeur de chaleur 103 est appliquée à une petite boucle 104 de réfrigération supplémentaire qui 30 alimente elle-même un échangeur-congélateur 105 qui produit sur la ligne 114 un courant de CO2 solide et alimente également un étage de détente 106, suivi d'une unité 107 de séparation solide-gaz, avec une ligne de sortie 113 fournissant un courant de CO2 solide et une ligne de sortie 112 fournissant un courant de CO2 déplété qui est réappliqué à 35 l'échangeur 103. Les lignes 113, 114 dans lesquelles circule un courant de CO2 solide sont appliquées à un compresseur 108 de solides. En 3 0 2 8 5 5 4 21 sortie de l'échangeur 103, une ligne 116 alimente une pompe de liquide 109 pour fournir un courant de CO2 liquide pressurisé, une ligne 117 fournit un courant de CO2 déplété et une ligne 118 fournit du SOx et d'autres composants congelables.Similarly, with the connecting line 35 between the separation unit 52 and the separation unit 53, it can be seen that it is possible to continue the gas purification process within one or more additional units. , such as unit 53, which provide cooling and liquefaction of CO 2 or rapid cooling to pass CO 2 from a gas phase to a solid or semi-liquid phase. In this case, it is possible to use, for example, an expansion unit in a Joule-Thomson valve, as described for example in documents US Pat. No. 7,325,415, WO 2010/141996, WO 2011/026170 and WO 2010/141995. It is also possible to use a two-phase expansion turbine, as described, for example, in documents US 2011/226010, WO 2010/105820 and WO 2012/068588, which supplies energy for example for re-compressing natural gas or to provide additional refrigeration. A non-stick coating prevents CO2 from settling on the blades of the turbine and the solid CO2 can be recovered in a centrifugal device after the turbine. Figure 3 shows an example of a bi-phasic expansion turbine system 100. The gaseous mixture to be treated is introduced via an inlet 111 into a heat exchanger 101 providing condensation. The flow at the outlet of the heat exchanger-condenser 101 is applied to a compressor 102 whose output stream is applied to a heat exchanger 103. The output of the heat exchanger 103 is applied to a small refrigeration loop 104. An additional feedstock 30 itself feeds an exchanger-freezer 105 which produces on line 114 a stream of solid CO2 and also feeds an expansion stage 106, followed by a solid-gas separation unit 107, with an exit line 113. providing a solid CO2 stream and an exit line 112 providing a depleted CO2 stream which is reapplied to the exchanger 103. The lines 113, 114 in which a solid CO2 stream flows are applied to a compressor 108 of solids. At the outlet of exchanger 103, a line 116 feeds a liquid pump 109 to provide a pressurized liquid CO2 stream, a line 117 provides a depleted CO2 stream, and a line 118 provides SOx. and other freezer components.

5 Au moins l'une des première et deuxième unités de séparation 51, 52, 53 peut comprendre une tuyère convergente-divergente munie dans sa partie divergente d'une fente de capture du CO2 liquide ou solide. On a représenté sur la figure 4 un exemple de système de 10 séparation 200 à tuyère convergente-divergente du type « twister », c'est-à-dire à effet tourbillonnaire, qui est décrit par exemple dans le document US 8475572 B2. Un flux de gaz saturé 211 est introduit dans un corps 201 définissant une chambre 202 génératrice d'un vortex et équipée d'aubes 203 de guidage statique. La chambre 202 est suivie 15 d'une tuyère de Laval 204 avec un corps interne effilé convergent 205 suivi d'un col et d'une partie divergente. Les vitesses supersoniques atteintes au niveau du col correspondent à une transformation de l'énergie en vitesse et provoquent détente et refroidissement. Par effet cyclone du flux tourbillonnaire, il se produit une séparation des 20 gouttelettes ou des flocons de CO2 206, qui sont projetés vers l'extérieur de la tuyère et peuvent être capturés par une fente latérale 209, tandis qu'un diffuseur divergent central 207 fournit à la sortie 208 un gaz sec. Le mode de réalisation de la figure 5 montre un système de 25 séparation 300 similaire à tuyère convergente-divergente, qui est décrit notamment dans le document US 7985278. L'entrée 301 de la partie convergente 302 de la tuyère reçoit d'un compresseur un flux gazeux en régime subsonique. Au niveau du col 303 de la tuyère équipé de vannes 304 créant un effet tourbillonnaire, on obtient un régime 30 transitoire créant des ondes de choc à un nombre de Mach égal à 1. Dans la partie divergente 305, on obtient des vitesses supersoniques avec un nombre de Mach compris typiquement entre 3 et 5 et il se produit une rapide détente isentropique. La congélation du CO2 commence et des particules solides 306 créées dans la zone externe 35 peuvent être évacuées et capturées par une ouverture latérale 307.At least one of the first and second separation units 51, 52, 53 may comprise a convergent-divergent nozzle provided in its diverging portion with a liquid or solid CO2 capture slit. FIG. 4 shows an example of a "twister", that is to say, swirling, convergent-divergent nozzle separation system 200, which is described, for example, in US 8475572 B2. A saturated gas flow 211 is introduced into a body 201 defining a chamber 202 generating a vortex and equipped with static guide vanes 203. The chamber 202 is followed by a Laval nozzle 204 with a converging tapered internal body 205 followed by a neck and a diverging portion. The supersonic velocities reached at the level of the neck correspond to a transformation of the energy in speed and provoke relaxation and cooling. By the cyclone effect of the vortex flow, a separation of CO2 droplets or flakes 206, which are projected outwardly of the nozzle and can be captured by a side slot 209, while a central diverging diffuser 207 provides at exit 208 a dry gas. The embodiment of FIG. 5 shows a separation system 300 similar to a convergent-divergent nozzle, which is described in particular in document US Pat. No. 7985278. The inlet 301 of the convergent portion 302 of the nozzle receives from a compressor a gaseous flow under subsonic regime. At the neck 303 of the nozzle equipped with valves 304 creating a swirling effect, a transient regime is obtained creating shock waves with a Mach number equal to 1. In the diverging portion 305, supersonic speeds with Mach number typically between 3 and 5 and there is a rapid isentropic relaxation. The CO2 freezing commences and solid particles 306 created in the outer zone 35 can be evacuated and captured by a lateral opening 307.

3028554 22 Les technologies décrites en référence aux figures 3 à 6 ne constituent que des exemples et peuvent être adaptées par exemple pour être les plus compactes possibles. Par exemple la colonne de distillation de la figure 6 peut être équipée de garnitures ou les 5 différents échangeurs de chaleur peuvent comprendre différents types d'ailettes. Chaque unité de séparation 51, 52, 53 peut elle-même être divisée en plusieurs unités fonctionnant en parallèle et pouvant être installées sur différents véhicules terrestres.The technologies described with reference to Figures 3 to 6 are only examples and can be adapted for example to be as compact as possible. For example, the distillation column of FIG. 6 may be equipped with gaskets or the various heat exchangers may comprise different types of fins. Each separation unit 51, 52, 53 can itself be divided into several units operating in parallel and can be installed on different land vehicles.

10 Chaque unité de séparation 51, 52, 53 peut elle-même également être divisée en plusieurs unités fonctionnant en série, réalisant chacune une partie du procédé et pouvant être installées sur différents véhicules terrestres. Comme on l'a dit plus haut, le CO2 récupéré sous forme liquide 15 ou sous forme de coulis semi-liquide est stocké dans un ou plusieurs réservoirs 81 placés sur une ou plusieurs remorques ou similaire pour être réutilisé. Chaque réservoir 81 peut être associé à une unité de séparation 51, 52, 53, mais un réservoir 81 peut aussi être utilisé avec plusieurs ou la totalité des unités de séparation 51 à 53, notamment 20 comme représenté dans l'exemple de la figure 1. Le gaz naturel récupéré lors de la phase de séparation avec le CO2 qui suit immédiatement l'étape de stimulation au CO2, c'est-à-dire avant la mise en production normale du puits 11, peut être évacué par un pipe-line vers une zone de stockage ou de consommation ou peut 25 être consommé sur place par exemple pour alimenter des moteurs, tels que des moteurs d'installations de production d'énergie électrique utilisée par exemple pour l'entraînement de pompes d'injection de CO2, ou encore pour le fonctionnement des systèmes de séparation à basse température. 30Each separating unit 51, 52, 53 may itself also be divided into several units operating in series, each carrying out part of the process and being able to be installed on different land vehicles. As mentioned above, CO2 recovered in liquid form or semi-liquid slurry is stored in one or more tanks 81 placed on one or more trailers or the like for reuse. Each reservoir 81 may be associated with a separation unit 51, 52, 53, but a reservoir 81 may also be used with several or all of the separation units 51 to 53, particularly as shown in the example of FIG. The natural gas recovered during the separation phase with CO2 immediately following the CO2 stimulation stage, that is to say before the normal production of well 11, can be evacuated by a pipeline. to a storage or consumption area or can be consumed on the spot, for example to supply motors, such as motors of electrical energy production installations used for example for driving CO2 injection pumps, or for the operation of low temperature separation systems. 30

Claims (21)

REVENDICATIONS1.Procédé de traitement et de séparation d'un gaz non conventionnel comprenant a) une étape de stimulation hydraulique initiale, à l'aide d'injection sous pression de dioxyde de carbone liquide dans un puits (11) d'exploitation d'un gisement atypique dans lequel ledit gaz non conventionnel est emprisonné dans une roche, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes : b) récupérer à basse température après l'opération de stimulation, un 10 mélange de gaz naturel et de CO2, cette étape de récupération à basse température comprenant notamment une étape b1) d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, de la quantité de CO2 et une étape b2) de comparaison de cette quantité de CO2 par rapport à un seuil prédéterminé (S), 15 c) séparer au moins une partie du CO2 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir dudit mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, avec une technique de séparation différente selon que la quantité de CO2 est supérieure ou inférieure audit seuil prédéterminé (S), d) stocker temporairement dans au moins une citerne (81) 20 transportable sur un véhicule terrestre (504) le CO2 séparé à l'état liquide, semi-liquide ou solide, et e) déplacer le véhicule terrestre (504) avec ladite au moins une citerne (81) vers un autre site pour réutiliser le CO2 séparé et stocké à l'état liquide, semi-liquide ou solide afin de réaliser une nouvelle opération de 25 stimulation sur un nouveau puits voisin, dans le même gisement de gaz non conventionnel ou dans un gisement de gaz non conventionnel voisin.CLAIMS1.A method of treatment and separation of an unconventional gas comprising a) an initial hydraulic stimulation step, using injection pressure of liquid carbon dioxide in a well (11) operating a atypical deposit in which said unconventional gas is trapped in a rock, characterized in that it further comprises the following steps: b) recovering at a low temperature after the stimulation operation, a mixture of natural gas and CO2, this low-temperature recovery step comprising in particular a step b1) of evaluating, in the mixture of natural gas and recovered CO2, the amount of CO2 and a step b2) of comparing this quantity of CO2 with a threshold predetermined (S), c) separating at least a portion of the CO2 in the liquid, semi-liquid or solid state from said mixture of recovered natural gas and CO2, with a different separation technique depending on whether the amount of CO2 is above or below said predetermined threshold (S), d) temporarily storing in at least one transportable tank (81) on a land vehicle (504) the separated CO2 in the liquid, semi-liquid state. liquid or solid, and e) moving the land vehicle (504) with said at least one tank (81) to another site to reuse the separated CO2 and stored in a liquid, semi-liquid or solid state to realize a new stimulation operation on a new neighboring well, in the same unconventional gas field or in a nearby unconventional gas field. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque la 30 quantité de CO2 récupéré est comprise entre 100% et ledit seuil prédéterminé (S) du mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, l'étape c) de séparation du CO2 à l'état liquide, serai-liquide ou solide à partir dudit mélange comprend une étape de liquéfaction de CO2 mettant en oeuvre un système de distillation cryogénique. 35 3028554 242. Method according to claim 1, characterized in that when the amount of CO2 recovered is between 100% and said predetermined threshold (S) of the mixture of natural gas and recovered CO2, step c) of separation of the CO2 in the liquid state, serai-liquid or solid from said mixture comprises a step of liquefying CO2 using a cryogenic distillation system. 35 3028554 24 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque la quantité de CO2 récupéré est comprise entre ledit seuil prédéterminé (S) et 20% du mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, l'étape c) de séparation d'au moins une partie du CO2 à l'état liquide, semi-liquide ou 5 solide à partir dudit mélange comprend une étape de condensation de CO2 à mise en froid rapide faisant passer le CO2 d'une phase gazeuse à une phase solide.3. Method according to claim 1, characterized in that when the amount of CO2 recovered is between said predetermined threshold (S) and 20% of the mixture of natural gas and recovered CO2, step c) of separation of at least a portion of the liquid, semi-liquid or solid CO2 from said mixture comprises a rapid cooling CO 2 condensation step passing CO 2 from a gaseous phase to a solid phase. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape 10 d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, de la quantité de CO2, est réalisée à l'aide de l'analyse du gaz par micro-chromatographie.4. Method according to claim 1, characterized in that the step 10 evaluation, in the mixture of natural gas and recovered CO2, the amount of CO2, is carried out using gas analysis by micro-chromatography. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé 15 en ce que ledit seuil prédéterminé est égal à une valeur comprise entre 55 et 65% et de préférence égale à 60%.5. Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said predetermined threshold is equal to a value between 55 and 65% and preferably equal to 60%. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, après l'étape c) de séparation d'au moins une partie du CO2 20 à basse température après l'opération de stimulation, le gaz naturel est récupéré sous forme gazeuse pour une utilisation ultérieure.6. Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that, after step c) of separation of at least a portion of the CO2 at low temperature after the stimulation operation, the natural gas is recovered in gaseous form for later use. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré à basse 25 température après l'opération de stimulation comprend en outre au moins un composant supplémentaire tel que de l'azote N2 et en ce que lors de l'étape c) de séparation d'au moins une partie du CO2 à basse température après l'opération de stimulation, le gaz naturel est récupéré avec ledit au moins un composant supplémentaire sous forme 30 gazeuse pour une utilisation ultérieure.7. Process according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the mixture of natural gas and CO2 recovered at low temperature after the stimulation operation further comprises at least one additional component such as nitrogen N2 and in that during step c) separation of at least a portion of the CO 2 at low temperature after the stimulation operation, the natural gas is recovered with said at least one additional component in gaseous form for further use. 8. Système de traitement et de séparation d'un gaz non conventionnel comprenant une unité de stimulation hydraulique initiale (3), avec une unité (4) d'injection sous pression de dioxyde de carbone liquide dans 35 un puits (11) d'exploitation d'un gisement atypique dans lequel ledit gaz non conventionnel est emprisonné dans une roche, 3028554 25 caractérisé en ce qu'il comprend en outre: une unité (10) de récupération à basse température après une opération de stimulation, d'un mélange de gaz naturel et de CO2, cette unité (10) de récupération à basse température comprenant notamment 5 une unité (42) d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, de la quantité de CO2 et une unité (42) de comparaison de cette quantité de CO2 par rapport à un seuil prédéterminé (S), une unité de séparation d'au moins une partie du CO2 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir dudit mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré par ladite unité de récupération, avec au moins des première et deuxièmes unités de séparation (51, 52, 53) différentes selon que la quantité de CO2 est supérieure ou inférieure audit seuil prédéterminé (S), au moins une unité (81) de stockage temporaire du CO2 séparé à l'état 15 liquide, serai-liquide ou solide, et au moins un véhicule terrestre (501, 502, 503, 504) pour déplacer ladite au moins une unité de stockage temporaire (81) vers un autre site pour réutiliser le CO2 séparé et stocké à l'état liquide, semi-liquide ou solide, afin d'alimenter une unité (4) d'injection sous pression de 20 dioxyde de carbone liquide dans un nouvelle unité de stimulation (3) sur un nouveau puits voisin (11), dans le même gisement de gaz non conventionnel ou dans un gisement de gaz non conventionnel voisin.8. An unconventional gas treatment and separation system comprising an initial hydraulic stimulation unit (3), with a unit (4) for injecting liquid carbon dioxide under pressure into a well (11). operating an atypical deposit in which said unconventional gas is trapped in a rock, characterized in that it further comprises: a unit (10) for recovery at low temperature after a stimulation operation, a mixture of natural gas and CO2, this low temperature recovery unit (10) comprising in particular an evaluation unit (42), in the mixture of natural gas and recovered CO2, the amount of CO2 and a unit (42). ) for comparing this quantity of CO2 with respect to a predetermined threshold (S), a unit for separating at least a portion of the CO2 in the liquid, semi-liquid or solid state from said mixture of natural gas and of CO2 recovered by said one recovery unit, with at least different first and second separation units (51, 52, 53) depending on whether the amount of CO2 is higher or lower than said predetermined threshold (S), at least one temporary storage unit (81) Separated CO2 in the liquid, semi-liquid or solid state, and at least one land vehicle (501, 502, 503, 504) for moving said at least one temporary storage unit (81) to another site for re-use. CO2 separated and stored in a liquid, semi-liquid or solid state, in order to supply a unit (4) for injecting liquid carbon dioxide under pressure into a new stimulation unit (3) on a new neighboring well (11), in the same unconventional gas field or in a nearby unconventional gas field. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première 25 unité de séparation (51) comprend une unité de liquéfaction de CO2 mettant en oeuvre un système de distillation cryogénique pour assurer la séparation du CO2 à l'état liquide, serai-liquide ou solide à partir dudit mélange lorsque la quantité de CO2 récupéré est comprise entre 100% et ledit seuil prédéterminé (S) du mélange de gaz naturel et de CO2 30 récupéré.9. System according to claim 8, characterized in that the first separation unit (51) comprises a CO2 liquefaction unit using a cryogenic distillation system to ensure the separation of the CO2 in the liquid state, liquid or solid from said mixture when the amount of CO2 recovered is between 100% and said predetermined threshold (S) of the mixture of natural gas and CO2 recovered. 10. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que la deuxième unité de séparation (52) comprend une unité de condensation de CO2 à mise en froid rapide pour faire passer le CO2 d'une phase gazeuse à 35 une phase solide ou semi-liquide lorsque la quantité de CO2 récupéré 3 02 8 5 5 4 26 est comprise entre ledit seuil prédéterminé (S) et 20% du mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré.10. System according to claim 8, characterized in that the second separation unit (52) comprises a fast-cooling CO2 condensing unit for passing CO2 from a gaseous phase to a solid or semi-solid phase. liquid when the amount of CO2 recovered is between said predetermined threshold (S) and 20% of the mixture of natural gas and recovered CO 2. 11. Système selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, 5 caractérisé en ce que l'unité (42) d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, de la quantité de CO2, comprend un analyseur de gaz par micro-chromatographie.11. System according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the evaluation unit (42), in the mixture of natural gas and of recovered CO2, of the amount of CO2, comprises an analyzer of gas by micro-chromatography. 12. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, 10 caractérisé en ce que les première et deuxième unités de séparation différentes (51, 52, 53) sont reliées à ladite unité de récupération (81) par un système de vannes (22, 23, 24, 71, 72) commandées à partir de l'information de sortie de ladite unité de comparaison (42).12. System according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the first and second different separation units (51, 52, 53) are connected to said recovery unit (81) by a system of valves ( 22, 23, 24, 71, 72) controlled from the output information of said comparison unit (42). 13. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'au moins l'une des première et deuxième unités de séparation différentes (51, 52, 53) comprend une unité (41) d'auto pré-refroidissement dans laquelle le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré est soumis à un échange de chaleur avec un flux de gaz naturel séparé précédemment avant une réutilisation.13. System according to any one of claims 9 to 12, characterized in that at least one of the first and second different separation units (51, 52, 53) comprises a unit (41) of self pre- cooling in which the mixture of recovered natural gas and CO2 is subjected to heat exchange with a separate natural gas stream before reuse. 14. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce qu'au moins l'une des première et deuxième unités de séparation différentes (51, 52, 53) comprend une unité de pré- refroidissement dans laquelle le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré est soumis à un échange de chaleur avec la chaleur latente d'un flux de CO2 séparé précédemment dans la deuxième unité (52) de séparation par condensation et soumis à un passage de l'état solide à l'état liquide avant une réutilisation.14. System according to any one of claims 9 to 13, characterized in that at least one of the first and second different separation units (51, 52, 53) comprises a pre-cooling unit in which the mixture of recovered natural gas and CO2 is subjected to heat exchange with the latent heat of a CO2 stream previously separated in the second condensing separation unit (52) and subjected to a passage from the solid state to the liquid state before reuse. 15. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce qu'au moins l'une des première et deuxième unités de séparation différentes (51, 52, 53) comprend une unité de refroidissement complémentaire comprenant un système de réfrigération du type à cycle de Stirling. 3028554 2715. System according to any one of claims 9 to 14, characterized in that at least one of the first and second different separation units (51, 52, 53) comprises a complementary cooling unit comprising a refrigeration system. Stirling cycle type. 3028554 27 16. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisé en ce qu'au moins l'une des première et deuxième unités de séparation différentes (51, 52, 53) comprend une colonne de distillation (400) avec des moyens de récupération du CO2 liquide, semi-liquide ou 5 solide en bas de la colonne et des moyens de récupération du gaz naturel en tête de la colonne.16. System according to any one of claims 9 to 15, characterized in that at least one of the first and second different separation units (51, 52, 53) comprises a distillation column (400) with means recovering liquid, semi-liquid or solid CO2 at the bottom of the column and means for recovering the natural gas at the top of the column. 17. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, caractérisé en ce qu'au moins l'une des première et deuxième unités de 10 séparation (51, 52, 53) comprend une unité de détente dans une vanne Joule-Thomson.17. System according to any one of claims 9 to 16, characterized in that at least one of the first and second separation units (51, 52, 53) comprises an expansion unit in a Joule-Thomson valve. . 18. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, caractérisé en ce qu'au moins l'une des première et deuxième unités de 15 séparation (51, 52, 53) comprend une turbine de détente diphasique suivie d'un dispositif centrifuge pour séparer le CO2 solide.18. System according to any one of claims 9 to 16, characterized in that at least one of the first and second separation units (51, 52, 53) comprises a two-phase expansion turbine followed by a device centrifuge to separate solid CO2. 19. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, caractérisé en ce qu'au moins l'une des première et deuxième unités de 20 séparation (51, 52, 53) comprend une tuyère convergente-divergente (200 ; 300) munie dans sa partie divergente d'une fente (209 ; 307) de capture du CO2 liquide ou solide.19. System according to any one of claims 9 to 16, characterized in that at least one of the first and second separation units (51, 52, 53) comprises a convergent-divergent nozzle (200; 300). provided in its diverging portion with a slot (209; 307) for capturing liquid or solid CO2. 20. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 19, 25 caractérisé en ce qu'il comprend des unités de stockage différentes associées respectivement aux première et deuxième unités de séparation (51, 52, 53).20. System according to any one of claims 9 to 19, characterized in that it comprises different storage units associated respectively with the first and second separation units (51, 52, 53). 21. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 20, 30 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une unité de séparation du CO2 en phase gazeuse sans dispositif de liquéfaction pour assurer la séparation du CO2 à l'état gazeux et la récupération du gaz naturel à partir dudit mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré, lorsque la quantité de CO2 est inférieure à 20% dans le mélange de gaz naturel et 35 de CO2 récupéré.21. System according to any one of claims 9 to 20, characterized in that it further comprises a gas phase CO2 separation unit without liquefaction device for separating the CO2 in the gaseous state and the recovering natural gas from said recovered natural gas and CO2 mixture, when the amount of CO2 is less than 20% in the mixture of natural gas and recovered CO2.
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