FR3033893A1 - THERMODYNAMIC CHARACTERIZATION CELL OF PRESSURIZED FLUID - Google Patents
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Abstract
L' invention concerne une cellule de caractérisation thermodynamique de fluide sous pression comportant : - une chambre d'échantillon (22) apte à recevoir un échantillon du fluide à analyser et communiquant avec une chambre de mesure (24), chacune des chambres présentant un volume fixe ; - des premiers moyens de transfert (31) de quantités contrôlées du fluide de la chambre d'échantillon (22) vers la chambre de mesure (24) ; - des moyens de mesure de la pression du fluide dans la chambre d'échantillon (22) et dans la chambre de mesure (24). L'invention concerne également un dispositif de caractérisation thermodynamique de fluide sous pression apte à être descendu dans un puits de forage comportant au moins une cellule de caractérisation thermodynamique. L' invention concerne enfin une méthode de caractérisation thermodynamique in-situ de fluide sous pression et en température dans un réservoir.The invention relates to a thermodynamic fluid pressure characterization cell comprising: - a sample chamber (22) capable of receiving a sample of the fluid to be analyzed and communicating with a measuring chamber (24), each of the chambers having a volume fixed; first transfer means (31) for controlled quantities of fluid from the sample chamber (22) to the measuring chamber (24); means for measuring the pressure of the fluid in the sample chamber (22) and in the measurement chamber (24). The invention also relates to a device for thermodynamic characterization of fluid under pressure suitable for being lowered into a wellbore having at least one thermodynamic characterization cell. The invention finally relates to a thermodynamic characterization method in situ of fluid under pressure and temperature in a tank.
Description
1 CELLULE DE CARACTERISATION THERMODYNAMIQUE DE FLUIDE SOUS PRESSION DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne la caractérisation thermodynamique d'un fluide sous pression dans son milieu naturel.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the thermodynamic characterization of a fluid under pressure in its natural environment.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne une cellule, un dispositif et une méthode pour réaliser des caractérisations thermodynamiques de fluides sous pression dans leur milieu naturel, le réservoir. L'invention vise notamment la caractérisation « PVT » (relation entre pression, volume et température) de ces fluides. Selon les techniques connues, ces caractérisations sont réalisées en surface sur des échantillons prélevés dans le réservoir, remontés et reconditionnés aux conditions de température et pression existant au fond c'est-à-dire dans le réservoir naturel. De manière habituelle en cours d'exploration ou d'exploitation pétrolière des échantillons de fluide prélevés dans les forages sont envoyés dans des laboratoires pour effectuer des mesures détaillées très précises d'un grand nombre de caractéristiques du fluide. Cependant ces mesures nécessitent un temps assez long qui peut durer plusieurs semaines à cause de l'éloignement des laboratoires et de la durée des procédures.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a cell, a device and a method for carrying out thermodynamic characterizations of fluids under pressure in their natural environment, the reservoir. The invention aims in particular the characterization "PVT" (relationship between pressure, volume and temperature) of these fluids. According to the known techniques, these characterizations are carried out on the surface on samples taken from the tank, reassembled and reconditioned at the conditions of temperature and pressure existing at the bottom, that is to say in the natural reservoir. Usually during oil exploration or exploitation, fluid samples taken from boreholes are sent to laboratories to make very detailed detailed measurements of a large number of fluid characteristics. However these measures require a long enough time that can last several weeks because of the distance of the laboratories and the duration of the procedures.
L'exploration pétrolière en mobilisant du personnel qualifié et un matériel important coûte cher. Les techniciens qui travaillent dans les sites souhaitent généralement disposer de manière très rapide de données sur le comportement thermodynamique des échantillons prélevés avec un bon niveau de précision, permettant de guider les évolutions de l'exploration ou de l'exploitation.Oil exploration by mobilizing qualified personnel and important equipment is expensive. The technicians who work in the sites usually want to have very fast data on the thermodynamic behavior of the samples taken with a good level of precision, to guide changes in exploration or exploitation.
3033893 2 Afin de réaliser sur place des analyses d'échantillon de fluide prélevé il est connu d'utiliser des appareils qui mettent sous pression un échantillon de fluide, qui a été préalablement prélevé, afin d'analyser notamment les 5 relations entre pression, volume et température du fluide et de suivre ses changements de phase. Ces analyses nécessitent de prélever un échantillon de fluide du réservoir, en fond de forage, de reconditionner cet échantillon une fois en surface, puis de le transférer dans 10 l'appareil de mesure et de le remettre dans les conditions de pression et température du réservoir. Ce type d'appareil comporte généralement un système de mise sous pression d'un volume de fluide qui peut atteindre 1500 bars (150 MPa). Des moyens de mesure de cette pression, du volume et de la 15 température ainsi qu'un dispositif de visualisation permettent d'étudier en particulier les changements de phase et la mesure respective des volumes des différentes phases. Les techniques antérieures proposent ainsi d'utiliser une cellule de caractérisation thermodynamique de fluide sous 20 pression, chauffée, comportant une chambre de compression fermée à volume variable recevant l'échantillon de fluide. Ces techniques selon l'état de l'art présentent plusieurs inconvénients. D'une part, la réalisation des 25 mesures ex-situ implique des délais importants. D'autre part, le fait de devoir reproduire les conditions de pression et de température supposées du réservoir naturel, après prélèvement et remontée à la surface de l'échantillon de fluide, peut être source d'erreur.In order to carry out on-site analyzes of fluid sample taken, it is known to use apparatuses which pressurize a fluid sample, which has been previously taken, in order to analyze in particular the relationships between pressure, volume and volume. and fluid temperature and follow its phase changes. These analyzes require the taking of a sample of fluid from the reservoir, downhole, to repackage this sample once at the surface, then to transfer it into the measuring apparatus and to put it back under the conditions of pressure and temperature of the reservoir. . This type of apparatus generally comprises a system for pressurizing a volume of fluid that can reach 1500 bar (150 MPa). Means for measuring this pressure, the volume and the temperature and a display device make it possible to study in particular the phase changes and the respective measurement of the volumes of the different phases. The prior art thus proposes to use a thermodynamic fluid pressure characterization cell, heated, comprising a variable volume closed compression chamber receiving the fluid sample. These techniques according to the state of the art have several disadvantages. On the one hand, the completion of the 25 ex-situ measures implies significant delays. On the other hand, the fact of having to reproduce the presumed pressure and temperature conditions of the natural reservoir, after sampling and rising to the surface of the fluid sample, can be a source of error.
30 Par ailleurs, comme la remontée du fluide à la surface modifie son état, le reconditionnement du fluide et son transfert dans l'appareil de mesure sont complexes et critiques pour l'obtention de résultats représentatifs et exploitables.Moreover, as the rise of the fluid on the surface modifies its state, the reconditioning of the fluid and its transfer into the measuring apparatus are complex and critical for obtaining representative and exploitable results.
35 OBJET DE L'INVENTION 3033893 3 Un objet de la présente invention est de pallier les inconvénients des techniques antérieures, et permet la caractérisation thermodynamique d'un fluide sous pression, 5 in-situ, dans son milieu. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Dans son acceptation la plus large, l'invention concerne 10 une cellule de caractérisation thermodynamique de fluide sous pression comportant : - une chambre d'échantillon apte à recevoir un échantillon du fluide à analyser et communiquant avec une chambre de mesure, chacune des chambres présentant un volume fixe ; 15 - des premiers moyens de transfert de quantités contrôlées du fluide de la chambre d'échantillon vers la chambre de mesure ; - des moyens de mesure de la pression du fluide dans la chambre d'échantillon et dans la chambre de mesure.OBJECT OF THE INVENTION An object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art, and allows the thermodynamic characterization of a fluid under pressure, in situ, in its medium. BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION In its broadest acceptance, the invention relates to a thermodynamic fluid pressure characterization cell comprising: a sample chamber adapted to receive a sample of the fluid to be analyzed and communicating with a chamber measure, each of the chambers having a fixed volume; First means for transferring controlled quantities of fluid from the sample chamber to the measurement chamber; means for measuring the pressure of the fluid in the sample chamber and in the measurement chamber.
20 La cellule de caractérisation thermodynamique selon l'invention est basée sur un principe de mesure à volume constant qui permet d'effectuer des mesures plus précises sur le paramètre de pression, le paramètre température étant 25 constant et fixé par la température dans le réservoir étudié. Cette configuration de mesure à volume constant, faisant varier la pression par transfert de quantités contrôlées d'une chambre à une autre permet une mesure in-situ. Selon des caractéristiques avantageuses de l'invention, 30 prises seules ou en combinaison : - la cellule de caractérisation thermodynamique comporte des moyens de mesure de la température du fluide dans la chambre d'échantillon - elle comporte également une chambre de purge 35 communiquant avec la chambre d'échantillon et apte à recevoir des résidus gazeux issus de l'échantillon de 3033893 4 fluide ainsi que des seconds moyens de transfert des résidus gazeux de la chambre d'échantillon vers la chambre de purge - la chambre d'échantillon est située entre la chambre 5 de purge et la chambre de mesure - les chambres ont un volume compris entre 0,15 et 0,3cm3 - chaque chambre possède une section transversale circulaire à l'intérieur et carrée à l'extérieur 10 - les moyens de transfert sont constitués chacun, d'une vanne à disque percé d'au moins une empreinte, disposée respectivement entre les chambres d'échantillon et de mesure, et les chambres d'échantillon et de purge. 15 - des joints assurent l'étanchéité entre les chambres et les disques - chaque empreinte percée au niveau des disques est calibrée pour le transfert d'une quantité contrôlée de fluide entre les chambres 20 - les disques comportent une pluralité d'empreintes - les disques sont mis en rotation par un même arbre de commande, actionné par un moteur électrique - les moyens de mesure de pression sont intégrés sur les parois extérieures des chambres d'échantillon et 25 de mesure L'invention concerne également un dispositif de caractérisation thermodynamique de fluide sous pression apte 30 à être descendu dans un puits de forage, comportant au moins une cellule de caractérisation thermodynamique. Selon des caractéristiques avantageuses de l'invention, prises seules ou en combinaison, le dispositif de 35 caractérisation thermodynamique comporte en outre : - des moyens d'accrochage 3033893 5 - une ouverture pour l'entrée du fluide à analyser - un compartiment électronique de gestion des mesures de pression et de température au cours d'un cycle de mesures 5 - un compartiment d'alimentation par batteries Selon une autre caractéristique avantageuse, le dispositif présente une forme d'ogive. Ces caractéristiques avantageuses permettent au 10 dispositif d'être descendu dans le puits de forage par des moyens conventionnels, de fonctionner en autonomie pour le prélèvement et le transfert du fluide entre les chambres, pour les mesures de pression et de température, pour l'acquisition et le stockage des données.The thermodynamic characterization cell according to the invention is based on a constant volume measurement principle which makes it possible to perform more precise measurements on the pressure parameter, the temperature parameter being constant and fixed by the temperature in the tank studied. . This constant volume measurement configuration, varying the pressure by transferring controlled quantities from one chamber to another, allows for in-situ measurement. According to advantageous features of the invention, taken alone or in combination: the thermodynamic characterization cell comprises means for measuring the temperature of the fluid in the sample chamber; it also comprises a purge chamber communicating with the chamber; sample chamber and adapted to receive gaseous residues from the sample fluid 3033893 4 and second means for transferring gaseous residues from the sample chamber to the purge chamber - the sample chamber is located between the purge chamber 5 and the measuring chamber - the chambers have a volume of between 0.15 and 0.3 cm 3 - each chamber has a circular cross section inside and square outside 10 - the transfer means are each consisting of a disk valve pierced with at least one cavity, arranged respectively between the sample and measuring chambers, and the sample chambers and e purge. - seals provide sealing between the chambers and the disks - each cavity pierced at the disks is calibrated for the transfer of a controlled amount of fluid between the chambers 20 - the disks have a plurality of cavities - the disks are rotated by the same control shaft, actuated by an electric motor - the pressure measuring means are integrated on the outer walls of the sample and measuring chambers The invention also relates to a device for thermodynamic characterization of fluid under pressure capable of being lowered into a wellbore, comprising at least one thermodynamic characterization cell. According to advantageous features of the invention, taken alone or in combination, the thermodynamic characterization device further comprises: - attachment means 3033893 5 - an opening for the entry of the fluid to be analyzed - an electronic management compartment pressure and temperature measurements during a measurement cycle 5 - a battery supply compartment According to another advantageous characteristic, the device has an ogival shape. These advantageous features allow the device to be lowered into the wellbore by conventional means, to operate autonomously for sampling and transfer of fluid between chambers, for pressure and temperature measurements, for acquisition. and data storage.
15 Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention, prises seules ou en combinaison, le dispositif de caractérisation thermodynamique peut également comporter : - trois cellules de caractérisation thermodynamique 20 - des moyens de mesure de pression de chaque cellule de caractérisation thermodynamique qui fonctionnent dans des gammes de pression différentes entre elles et des premiers moyens de transfert aptes à transférer les quantités, différentes entre elles, 25 de fluide entre les chambres de chaque cellule Ainsi, la précision de mesure du dispositif est améliorée, grâce à la mise en oeuvre de mesures à des pas de pression différents dans chacune des trois cellules de 30 caractérisation. L'invention concerne enfin une méthode de caractérisation thermodynamique in-situ de fluide sous pression et en température dans un réservoir, comprenant les 35 étapes suivantes : 3033893 6 a) remplissage d'une chambre d'échantillon présentant un volume fixe, par un échantillon du fluide à analyser, b) transfert d'une quantité contrôlée de fluide de la chambre d'échantillon vers une chambre de mesure 5 présentant un volume fixe c) mesure de la pression dans la chambre d'échantillon et mesure de la pression dans la chambre de mesure d) extraction de la relation entre la pression et le volume à la température du fluide dans le réservoir.According to other advantageous features of the invention, taken alone or in combination, the thermodynamic characterization device may also comprise: three thermodynamic characterization cells; pressure measurement means of each thermodynamic characterization cell which function in different pressure ranges between them and first transfer means able to transfer the quantities, different from each other, of fluid between the chambers of each cell. Thus, the measurement accuracy of the device is improved, thanks to the implementation of measurements at different pressure steps in each of the three characterization cells. The invention finally relates to a method for thermodynamic in-situ characterization of fluid under pressure and temperature in a tank, comprising the following steps: a) filling a sample chamber having a fixed volume, with a sample b) transferring a controlled amount of fluid from the sample chamber to a measuring chamber 5 having a fixed volume; c) measuring the pressure in the sample chamber and measuring the pressure in the sample chamber; measuring chamber d) extraction of the relation between the pressure and the volume at the temperature of the fluid in the reservoir.
10 Selon des caractéristiques avantageuses de l'invention, prises seules ou en combinaison, la méthode de caractérisation thermodynamique comporte en outre : après l'étape a), une étape de purge des résidus gazeux 15 présents dans la chambre d'échantillon, via une chambre de purge - une succession d'étapes b) à c) répétée un nombre déterminé de fois, pour réaliser un cycle de mesures.According to advantageous features of the invention, taken alone or in combination, the thermodynamic characterization method further comprises: after step a), a step of purging the gaseous residues present in the sample chamber, via a purge chamber - a succession of steps b) to c) repeated a specified number of times, to perform a cycle of measurements.
20 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaitront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre 25 d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une vue d'un dispositif de caractérisation thermodynamique comprenant trois cellules de caractérisation, avec un compartiment électronique et un compartiment d'alimentation par 30 batteries conforme à l'invention, présentée en coupe axiale. La figure 2 est une vue en coupe axiale du premier tronçon d'un dispositif de caractérisation conforme à l'invention, comprenant la tête d'accrochage, la 35 motorisation et les vannes à disque d'introduction de l'échantillon. 3033893 7 - La figure 3 est une vue en coupe axiale de trois cellules de caractérisation avec les vannes à disque entre les chambres. - La figure 4 est une vue en coupe axiale d'une cellule de 5 caractérisation conforme à l'invention. - La figure 5 est une coupe transversale d'une cellule de caractérisation conforme à l'invention. - La figure 6 est un exemple de courbe établie à partir de mesures obtenues par utilisation d'une cellule ou d'un 10 dispositif conforme à l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La figure 1 présente un dispositif de caractérisation 15 thermodynamique de fluide sous pression conforme à l'invention, autonome. Il comprend une tête d'accrochage 1, un moteur de commande de cycle 2, un élément de jonction 3 comportant l'entrée de l'échantillon 14 et une vanne de purge pour la décompression éventuelle après la remontée du 20 dispositif. Il comprend également au moins une vanne à disque 4 pour l'introduction de l'échantillon de fluide dans au moins une cellule de caractérisation thermodynamique 5. Il comprend enfin un connecteur électrique 8, un élément de jonction 6 au compartiment électronique, un compartiment 25 électronique 7, un compartiment d'alimentation par batteries 9 et une ogive 10. Le compartiment électronique comprend un ensemble de cartes électroniques permettant notamment le contrôle des capteurs et du moteur, l'acquisition et le stockage des données de pression et de température mesurées 30 au cours d'un cycle de mesures. Le compartiment d'alimentation permet au dispositif de fonctionner en autonomie d'énergie. Le nombre de cellules de caractérisation assemblées dans le dispositif peut varier selon le type de mesures et la 35 précision de mesure souhaités.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be better understood and other features and advantages will become more apparent upon reading the following description given by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. a view of a thermodynamic characterization device comprising three characterization cells, with an electronic compartment and a battery supply compartment according to the invention, presented in axial section. Figure 2 is an axial sectional view of the first section of a characterization device according to the invention, comprising the attachment head, the motor and the sample introduction disc valves. Figure 3 is an axial sectional view of three characterization cells with disk valves between the chambers. FIG. 4 is a view in axial section of a characterization cell according to the invention. - Figure 5 is a cross section of a characterization cell according to the invention. FIG. 6 is an example of a curve established from measurements obtained using a cell or a device according to the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION FIG. 1 shows a device for thermodynamic characterization of fluid under pressure according to the invention, which is autonomous. It comprises a gripping head 1, a cycle control motor 2, a junction element 3 comprising the inlet of the sample 14 and a purge valve for possible decompression after the raising of the device. It also comprises at least one disk valve 4 for introducing the fluid sample into at least one thermodynamic characterization cell 5. It finally comprises an electrical connector 8, a connecting element 6 to the electronic compartment, a compartment 25 7, a battery compartment 9 and a battery 10. The electronic compartment comprises a set of electronic cards allowing in particular the control of the sensors and the engine, the acquisition and storage of the measured pressure and temperature data. during a measurement cycle. The power compartment allows the device to operate autonomously. The number of characterization cells assembled in the device may vary depending on the type of measurements and the desired measurement accuracy.
3033893 8 Selon une variante avantageuse, le dispositif de caractérisation comporte un jeu de trois vannes à disque 4 pour l'introduction de l'échantillon dans trois cellules de caractérisation thermodynamique 5.According to an advantageous variant, the characterization device comprises a set of three disk valves 4 for the introduction of the sample into three thermodynamic characterization cells 5.
5 La tête d'accrochage, le diamètre et la forme du dispositif permettent et facilitent sa descente dans le tubage de forage, dans un réservoir naturel. Avantageusement, le dispositif de caractérisation a une masse inferieure à 12kg et un diamètre de l'ordre de 40. Il peut être descendu 10 par des systèmes conventionnels dans un puits de forage pour effectuer des mesures in situ. La figure 2 représente un premier tronçon du dispositif avec sa tête d'accrochage 1. Le moteur 2 entraine 15 un réducteur à grand rapport de réduction qui entraine un arbre de commande 13 où sont fixés les disques 19 des vannes servant à l'introduction du fluide à étudier dans la ou les cellule(s) de caractérisation thermodynamique. Avantageusement le jeu de trois vannes est formé par 20 quatre plateaux 15, 16, 17 et 18 prenant les disques 19 en sandwich avec des joints 20. Les disques 19 sont percés d'empreintes calibrées. La rotation des disques, actionnée par l'arbre de commande 13, met en communication à tour de rôle l'entrée du plateau 15 connectée à l'entrée 14, avec les 25 autres plateaux 16, 17, et 18, ces trois plateaux étant connectés à chaque chambre dite d'échantillon des cellules de caractérisation thermodynamique. Selon une variante de réalisation, le dispositif de caractérisation thermodynamique pourrait comporter une seule 30 cellule de caractérisation, les vannes seraient alors formées par 2 plateaux 15 et 16, le plateau 16 étant connecté à la chambre d'échantillon de la cellule de caractérisation. La figure 3 montre un deuxième tronçon du dispositif 35 comportant avantageusement 3 cellules de caractérisation 3033893 9 thermodynamique : les cellules 26 et 27 et le groupe formé par les chambres 22, 23 et 24. Comme illustré sur la figure 4, chaque cellule comporte une chambre dite d'échantillon 22 qui reçoit 5 l'échantillon, et une chambre inférieure 24, dite de mesure. Avantageusement, chaque cellule comporte également une chambre supérieure 23 dite de purge, utilisée pour purger la chambre d'échantillon des résidus gazeux pouvant se former lors du remplissage de celle-ci, et permettant d'obtenir un 10 échantillon de fluide monophasique dans la chambre d'échantillon, également appelée chambre centrale car située entre la chambre de purge et la chambre de mesure. Chaque cellule comporte également des premiers et seconds moyens de transfert 31,32, par exemple constitués par 15 des vannes à disques percés, permettant le transfert de quantités contrôlées du fluide et/ou de résidus gazeux, de la chambre d'échantillon respectivement vers la chambre de mesure et la chambre de purge. De manière avantageuse, les disques possèdent des trous ou empreintes calibrés de 20 communication permettant en une seule rotation continue de remplir la chambre échantillon et de la purger ; puis, en rotation de va et vient, de transférer des quantités contrôlées de l'échantillon de fluide de la chambre d'échantillon vers la chambre de mesure. Un transfert 25 s'effectue par prélèvement de fluide dans la chambre d'échantillon lorsque l'empreinte calibrée du disque est en regard du trou de communication de la chambre d'échantillon, puis par écoulement dans la chambre de mesure lorsque l'empreinte calibrée du disque remplie de fluide est en 30 regard du trou de communication de la chambre de mesure. Ces transferts successifs de quantités contrôlées de fluide provoquent ainsi la baisse de pression volumétrique dans la chambre d'échantillon et l'augmentation de la pression volumétrique dans la chambre de mesure.The attachment head, the diameter and the shape of the device allow and facilitate its descent into the borehole, in a natural reservoir. Advantageously, the characterization device has a mass less than 12 kg and a diameter of the order of 40. It can be lowered by conventional systems into a wellbore for making measurements in situ. FIG. 2 shows a first section of the device with its attachment head 1. The motor 2 drives a gearbox with a large gear ratio which drives a control shaft 13 in which the discs 19 of the valves used for the introduction of the gearbox are fixed. fluid to be studied in the cell (s) of thermodynamic characterization. Advantageously, the set of three valves is formed by four trays 15, 16, 17 and 18 taking the discs 19 sandwiched with seals 20. The discs 19 are pierced with calibrated impressions. The rotation of the discs, actuated by the control shaft 13, puts in communication in turn the input of the plate 15 connected to the input 14, with the other 25 trays 16, 17, and 18, these three trays being connected to each so-called sample chamber thermodynamic characterization cells. According to an alternative embodiment, the thermodynamic characterization device could comprise a single characterization cell, the valves would then be formed by two plates 15 and 16, the plate 16 being connected to the sample chamber of the characterization cell. FIG. 3 shows a second section of the device 35 advantageously comprising 3 thermodynamic characterization cells: the cells 26 and 27 and the group formed by the chambers 22, 23 and 24. As illustrated in FIG. 4, each cell comprises a chamber said sample 22 which receives the sample, and a lower chamber 24, said measurement. Advantageously, each cell also comprises an upper purge chamber 23, used to purge the sample chamber of the gaseous residues that may be formed during filling thereof, and to obtain a monophasic fluid sample in the chamber. sample, also called central chamber because located between the purge chamber and the measuring chamber. Each cell also comprises first and second transfer means 31, 32, for example consisting of drilled disc valves, allowing the transfer of controlled quantities of the fluid and / or gaseous residues from the sample chamber respectively to the measuring chamber and the purge chamber. Advantageously, the disks have calibrated communication holes or cavities allowing a single continuous rotation to fill the sample chamber and purge it; then, rotating back and forth, transferring controlled amounts of the fluid sample from the sample chamber to the measurement chamber. A transfer 25 is made by sampling fluid in the sample chamber when the calibrated cavity of the disk is opposite the communication hole of the sample chamber, then by flow in the measurement chamber when the calibrated fingerprint the fluid-filled disc is facing the communication hole of the measuring chamber. These successive transfers of controlled quantities of fluid thus cause the volumetric pressure drop in the sample chamber and the increase of the volumetric pressure in the measuring chamber.
35 3033893 10 Chaque chambre a un volume fixe, avantageusement compris entre 0,15 et 0,3cm3. Chaque chambre est formée, conformément aux figures 4 et 5, d'un corps creux 30, possédant une section transversale circulaire à l'intérieur 5 et carrée à l'extérieur. Cette forme possède la particularité de créer quatre poutres à déformée linéaire sur lesquelles quatre double jauges de contraintes, montées en série/parallèle selon une configuration de Pont de Weston, peuvent être collées, formant ainsi des moyens de mesure de 10 la pression du fluide dans la chambre. Cette configuration donne la meilleure précision au Pont de Weston ainsi formé, l'ensemble du Pont de Weston étant compensé en température. Les parois extérieures des chambres sont donc munies de jauges de contraintes dont la déformation mesurée est 15 proportionnelle à la pression à l'intérieur de la chambre. Les chambres 22 et 23 sont équipées avec une mesure de pression d'une portée allant jusqu'à 100 MPa. De manière avantageuse, les trois chambres 24 sont 20 équipées de capteurs de pression, fonctionnant dans des gammes de pression différentes entre elles, respectivement, d'une pression nominale de 100 MPa pour la première, d'un tiers de la pression nominale pour la suivante et d'un trentième de la pression nominale pour la dernière. Les 25 empreintes calibrées des disques 25 mettant en communication les chambres 22 et 24 possèdent les mêmes rapports de volume. Dans ce cas de figure, les trois cellules de caractérisation effectueront le même type de mesures mais dans des gammes de mesure de pression différentes.Each chamber has a fixed volume, advantageously between 0.15 and 0.3 cm 3. Each chamber is formed, according to Figures 4 and 5, of a hollow body 30, having a circular cross section inside 5 and square outside. This form has the particularity of creating four linearly deformed beams on which four dual strain gauges, mounted in series / parallel in a Weston Bridge configuration, can be glued, thereby forming means for measuring fluid pressure in bedroom. This configuration gives the highest accuracy to the Weston Bridge thus formed, with the entire Weston Bridge compensated for temperature. The outer walls of the chambers are therefore provided with strain gauges whose measured deformation is proportional to the pressure inside the chamber. The chambers 22 and 23 are equipped with a pressure measurement of a range of up to 100 MPa. Advantageously, the three chambers 24 are equipped with pressure sensors, operating in different pressure ranges with each other, respectively, with a nominal pressure of 100 MPa for the first one-third of the nominal pressure for the first one. next and one-thirtieth of the nominal pressure for the last one. The calibrated impressions of the disks 25 placing the chambers 22 and 24 in communication have the same volume ratios. In this case, the three characterization cells will perform the same type of measurements but in different pressure measurement ranges.
30 De manière avantageuse, dans le cas d'un dispositif de caractérisation comportant trois cellules, celles-ci peuvent être montées sur le même arbre de commande 13, lequel actionnera les vannes à disque des différentes cellules. Cela permet d'utiliser un seul moteur électrique pour faire 35 tourner tous les disques en même temps ; l'automatisation de l'ensemble est ainsi rendue plus aisée.Advantageously, in the case of a characterization device comprising three cells, these can be mounted on the same control shaft 13, which will actuate the disk valves of the different cells. This makes it possible to use a single electric motor to rotate all the disks at the same time; the automation of the assembly is thus made easier.
3033893 11 Les chambres 22 sont équipées d'un capteur de température.3033893 11 The rooms 22 are equipped with a temperature sensor.
5 Au bout de l'arbre 13, est monté un disque détecteur de position angulaire 28. Il permet de connaître le positionnement des empreintes de chacun des disques par rapport au trou de communication entre les chambres. Tous les raccordements électriques passent par un 10 connecteur multipoints 29 permettant les liaisons avec le compartiment électronique comprenant des de conditionnement des capteurs, d'alimentation du moteur, d'acquisition données. 15 cartes électroniques de contrôle et et de stockage des D'une manière générale, les cellules de caractérisation comportent des matériaux résistant à des températures élevées, jusqu'à 150°C ainsi qu'à un environnement agressif, en particulier résistant à la 20 corrosion, notamment par le gaz carbonique et l'hydrogène sulfuré. L'exemple ci-dessous d'utilisation du dispositif de caractérisation thermodynamique permet de mieux comprendre la 25 méthode de caractérisation thermodynamique selon l'invention. Avant la descente du dispositif dans le réservoir, chaque chambre est mise sous vide via un pompage primaire. Lorsque le dispositif est dans le réservoir à analyser, un échantillon de fluide est introduit dans la (ou les) chambre 30 (s) d'échantillon 22, comme vu précédemment, via le jeu de vannes à disque 4. Les résidus de gaz potentiellement générés lors de l'introduction du fluide dans la chambre d'échantillon 22 sont ensuite évacués dans la chambre de purge 23, via la vanne à disque assurant la communication 35 entre ces deux chambres.At the end of the shaft 13 is mounted an angular position detecting disk 28. It makes it possible to know the positioning of the imprints of each of the disks relative to the communication hole between the chambers. All electrical connections pass through a multipoint connector 29 for connection to the electronics compartment including sensor conditioning, motor power, and data acquisition. In general, the characterization cells comprise materials resistant to high temperatures, up to 150 ° C. and to an aggressive environment, in particular resistant to corrosion. , especially by carbon dioxide and hydrogen sulphide. The following example of use of the thermodynamic characterization device makes it possible to better understand the thermodynamic characterization method according to the invention. Before the device is lowered into the tank, each chamber is evacuated via a primary pump. When the device is in the reservoir to be analyzed, a sample of fluid is introduced into the chamber (s) 30 (s) of sample 22, as previously seen, via the set of disk valves 4. The potential gas residues generated during the introduction of the fluid into the sample chamber 22 are then discharged into the purge chamber 23, via the disk valve providing the communication 35 between these two chambers.
3033893 12 Le cycle de mesure est séquencé par la rotation de l'arbre de commande 13 qui actionne les vannes à disque. Celles-ci permettent le transfert successif de quantités contrôlées de fluide, correspondant au volume de l'empreinte 5 calibrée située dans le disque 25, de la chambre d'échantillon 22 vers la chambre de mesure 24. Ce transfert provoque la descente progressive en pression dans la chambre d'échantillon 22 et la montée progressive en pression dans la chambre de mesure 24.The measuring cycle is sequenced by the rotation of the control shaft 13 which actuates the disk valves. These allow the successive transfer of controlled quantities of fluid, corresponding to the volume of the calibrated cavity located in the disk 25, from the sample chamber 22 to the measurement chamber 24. This transfer causes the progressive descent in pressure in the sample chamber 22 and the progressive rise in pressure in the measuring chamber 24.
10 L'acquisition des mesures successives de pression dans les chambres d'échantillon et de mesure, pour chaque quantité de fluide transférée d'une chambre à l'autre permet l'obtention de : - la courbe de compressibilité de la phase monophasique 15 (en trait plein sur la courbe de la figure 6), via la baisse de pression dans la chambre d'échantillon 22 - et la courbe de compressibilité de la phase diphasique (en trait pointillé sur la courbe de la figure 6), via l'augmentation de pression dans la chambre de mesure 24.The acquisition of the successive pressure measurements in the sample and measurement chambers, for each quantity of fluid transferred from one chamber to another, makes it possible to obtain: the compressibility curve of the monophasic phase (FIG. in full line on the curve of FIG. 6), via the pressure drop in the sample chamber 22 - and the compressibility curve of the two-phase phase (in dashed line on the curve of FIG. 6), via the pressure increase in the measuring chamber 24.
20 L'interception des deux courbes détermine le point critique (noté Pc sur la figure 6) du fluide étudié, que ce soit un point de bulle (échantillon liquide tel que de l'huile) ou un point de rosée (échantillon de gaz tel qu'un gaz à condensat). La figure 6 montre une représentation de courbe 25 établie à partir de mesures réalisées conformément à l'invention, comportant en abscisses la pression et en ordonnées le volume de fluide. De manière avantageuse, dans le cas d'un dispositif comportant trois cellules de caractérisation possédant des 30 gammes de mesure de pression différentes, on pourra obtenir des pieds de courbes d'échelles différentes, se recoupant, permettant d'améliorer la précision de mesure. Après une utilisation, le dispositif est remonté à la 35 surface, purgé et nettoyé, et peut être utilisé pour une 3033893 13 nouvelle étude thermodynamique de fluides dans leur réservoir naturel. Le dispositif de caractérisation thermodynamique 5 selon l'invention permet de réaliser des mesures in situ, permettant en particulier les études suivantes, bien connues de l'homme du métier, sur des échantillons de fluide : - Les conditions de séparation à température de fond - La relation pression-volume à température de fond («CME» 10 pour expansion à masse constante) - La compressibilité des phases - Le point critique sur les huiles et les gaz à condensat - La mesure des volumes relatifs des phases liquides et gaz 15 - La détermination des courbes des dépôts liquides en fonction de la pression - Des tests séparateurs « GOR » (pour « Gas Oil Ratio ») - et d'autres paramètres nécessaires comme le Bo (rapport entre le volume d'huile en condition du réservoir et le 20 volume d'huile en conditions de stockage), le Rs (rapport gaz / liquide de solution c'est-à-dire la quantité de gaz dissout dans l'huile). La cellule de caractérisation, le dispositif de 25 caractérisation et la méthode de caractérisation thermodynamique selon l'invention trouvent notamment une application dans le domaine de l'exploration et de l'exploitation de forages, en particulier de forages pétroliers. 30The interception of the two curves determines the critical point (noted Pc in FIG. 6) of the studied fluid, whether it is a bubble point (liquid sample such as oil) or a dew point (sample of gas such as condensate gas). FIG. 6 shows a curve representation 25 made from measurements made in accordance with the invention, comprising on the abscissa the pressure and on the ordinate the volume of fluid. Advantageously, in the case of a device comprising three characterization cells having different pressure measurement ranges, it will be possible to obtain feet of different scale curves, intersecting each other, making it possible to improve the measurement accuracy. After use, the device is raised to the surface, purged and cleaned, and can be used for a new thermodynamic study of fluids in their natural reservoir. The thermodynamic characterization device 5 according to the invention makes it possible to carry out measurements in situ, allowing in particular the following studies, well known to those skilled in the art, on fluid samples: - The separation conditions at background temperature - The pressure-to-volume ratio at bottom temperature ("CME" for constant mass expansion) - The compressibility of phases - The critical point on oils and condensate gases - The measurement of relative volumes of liquid and gas phases 15 - The determination of liquid pressure curves versus pressure - "Gas Oil Ratio" (GOR) - and other necessary parameters such as Bo (ratio of oil volume in tank condition to the volume of oil under storage conditions), the Rs (gas / liquid solution ratio, that is to say the amount of gas dissolved in the oil). The characterization cell, the characterization device and the thermodynamic characterization method according to the invention find particular application in the field of exploration and exploitation of boreholes, in particular oil drilling. 30
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