ITMI952294A1 - Procedimento per evitare la formazione di una fase solida a partire da idrocarburi in un fluido - Google Patents

Abstract

Procedimento per evitare la formazione di una fase solida a partire da idrocarburi in un fluido. Si invia nel fluido una perturbazione fisica ad intermittenza nel tempo per impedire la formazione di legami cristallini.

Description

Descrizione dell'invenzione che ha per titolo:

"PROCEDIMENTO PER EVITARE LA FORMAZIONE DI UNA FASE SOLIDA A PARTIRE DA IDROCARBURI IN UN FLUIDO"

La presente invenzione concerne un metodo o procedimento che permette di inibire la formazione di legami cristallini ed impedire così la formazione di una fase solida, in particolare in seno ad un fluido comprendente più.fasi di natura differente, sottoponendo quest'ultimo ad una perturbazione fisica.

La presente invenzione trova in particolare la sua applicazione in tutti i campi in cui si trovano dei fluidi che possono evolvere nel tempo e formare almeno una fase solida e/o dei cristalli in funzione per esempio delle condizioni esterne alle quali essi sono sottoposti, come le condizioni di temperatura e di pressione.

La presente invenzione trova vantaggiosamente la sua applicazione per evitare la formazione di idrati, in particolare gli idrati di idrocarburi leggeri, come gli idrati di gas naturale, di gas di petrolio o altri gas all'interno di un fluido.

Questi idrati possono formarsi quando l'acqua si trova in presenza di idrocarburi leggeri, sia in fase gassosa, sia allo stato disciolto in una fase liquida, come un idrocarburo liquido, e quando la temperatura raggiunta dalla miscela diventa inferiore alla temperatura termodinamica di formazione degli idrati, questa temperatura essendo assegnata per una data composizione dei gas e per un dato valore di pressione.

Per diminuire il costo di produzione del petrolio grezzo e del gas, sia dal punto di vista degli investimenti che dal punto di vista dello sfruttamento, una via ricercata, per esempio nel caso della produzione in mare, consiste nel ridurre, ovvero eliminare, i trattamenti applicati al grezzo o al gas da trasportare dal giacimento alla costa e, in particolare nel lasciare tutta o una parte dell'acqua nel fluido da trasportare. Gli effluenti petroliferi sono così trasferiti sotto forma di un flusso polifasico con l'aiuto di una condotta fino ad una piattaforma di trattamento. Questa maniera di procedere è particolarmente vantaggiosa quando la produzione in mare si trova in una zona di difficile accesso. Tuttavia, essa presenta un inconveniente notevole per il fatto dei rischi di formazione di idrati dovuti alla presenza di acqua. In effetti, gli effluenti petroliferi comprendenti una fase gassosa ed una fase liquida possono essere costituiti, per esempio, da un gas da condensato o da un gas associato, in miscela con del petrolio grezzo. Essi sono generalmente saturi di acqua e possono anche in alcuni casi contenere dell'acqua libera.

Quando questi effluenti sono trasportati sul fondo del mare, ne deriva, a causa dell'abbassamento della temperatura dell'effluente prodotto, che le condizioni termodinamiche risultino tali per cui gli idrati si formano, si agglomerano e bloccano le condotte di trasferimento. La temperatura sul fondo del mare può essere bassa, per esempio nell'ordine di 3° o 4 C°.

Il raffreddamento di un tale effluente può condurre alla formazione di idrati che sono dei composti di inclusione, le molecole di acqua assemblandosi per formare delle gabbie nelle quali, sono racchiuse delle molecole di idrocarburi leggeri, per esempio il metano, 1'etano, il propano, l'isobutano. Alcuni gas acidi presenti nel gas naturale, come il biossido di carbonio o l'idrogeno solforato, possono pure formare degli idrati in presenza di acqua.

Delle condizioni favorevoli alla formazione di idrati possono anche essere ritrovate, nella stessa maniera, a terra, per delle condotte poco sotterrate nel terreno, quando, per esempio, la temperatura dell'aria ambiente è molto bassa, in particolare nelle zone settentrionali come le zone artiche.

L’agglomerazione degli idrati porta al riempimento ed al bloccaggio delle condotte di trasporto, mediante creazione di tappi, che impediscono ogni passaggio di petrolio grezzo o di gas, e possono provocare un arresto della produzione, spesso molto lungo poiché la decomposizione degli idrati formati è molto difficile da realizzare e comporta delle perdite finanziarie importanti.

Per evitare questi inconvenienti, nell'arte nota sono descritti diversi metodi.

Un trattamento volto ad eliminare l'acqua può essere effettuato su una piattaforma situata in superficie in prossimità del giacimento, in modo che l'effluente, inizialmente caldo, possa essere trattato prima che le condizioni di formazione degli idrati siano raggiunte a causa del raffreddamento dell'effluente con l'acqua di mare. Questa soluzione presenta tuttavia l'obbligo di far risalire l'effluente verso la superficie prima di trasferirlo verso una piattaforma principale di trattamento e di disporre di una piattaforma intermedia di trattamento.

La condotta di trasporto può essere isolata o anche riscaldata con l'aiuto di un dispositivo appropriato, come il dispositivo descritto nella domanda di brevetto WO 90/05260, per evitare un raffreddamento troppo rapido dei fluidi trasportati. Tali dispositivi sono tuttavia costosi e complessi nella loro realizzazione tecnica.

L'insegnamento del brevetto HU 186511 illustra che si può inviare un'onda elettromagnetica avente dei valori di frequenza e delle modalità di propagazione scelti per far fondere gli idrati formati.

Il brevetto SU 442287 insegna l'utilizzazione di un'onda ultrasonora per rompere i cristalli di idrati e liberare il gas intrappolato.

E' anche noto aggiungere in permanenza degli additivi che permettono di inibire la formazione degli idrati o delle paraffine, o di ridurli sotto forma dispersa. Una tale tecnica è tuttavia costosa.

I metodi descritti nell’arte nota presentano degli inconvenienti notevoli per il fatto in particolare dei valori di energia elevati necessari per distruggere i cristalli di idrati o le fasi solide già formate, e/o dell'utilizzazione di prodotti costosi che è spesso necessario separare.

La presente invenzione mira a fornire un mezzo più semplice e più economico per evitare la formazione di una fase solida in un effluente di petrolio e/o di gas, questa fase solida potendo essere costituita da idrati e/o da paraffine e/o da asfalteni.

E' stato scoperto, ed è uno degli oggetti della presente invenzione, che si può controllare il meccanismo di formazione di cristalli suscettibili di apparire in un fluido comprendente più fasi, sottoponendolo ad una perturbazione fisica, che va a generare una perturbazione in seno al fluido avente in particolare come effetto quello di impedire lo stabilirsi nel fluido di una disposizione ordinata delle molecole dell'acqua, che può condurre alla formazione di legami cristallini responsabili almeno in parte della formazione di cristalli nel tempo.

Così, con l'aiuto di una scelta appropriata dei parametri della perturbazione fisica nel fluido, della sua forma e della sua sequenza di emissione, è possibile controllare ed inibire la formazione di legami cristallini.

In effetti, inviando una perturbazione fisica, come un'onda, avente una frequenza, una forma e/o una sequenza di emissione appropriate, ad un fluido suscettibile di formare degli idrati, quale una miscela di acqua e di gas, si fanno vibrare le molecole di acqua in modo da evitare la formazione dei legami idrogeno. Ostacolando o impedendo l'organizzazione delle molecole d'acqua in una rete cristallina che può racchiudere degli idrocarburi e formare degli idrati, si può arrivare ad evitare la formazione di idrati in seno ad un fluido.

La presente invenzione concerne un procedimento che permette di evitare la formazione di una fase solida a partire da idrocarburi presenti in un fluido, sottoponendo questo fluido ad una perturbazione fisica in modo da produrre una perturbazione in seno al fluido per mettere in vibrazione le molecole ed impedire la loro organizzazione e la formazione di legami cristallini.

Si può inviare la perturbazione fisica, ad intermittenza nel tempo, sotto forma di impulsi e/o di treni d'onda.

Secondo una modalità di messa in opera del procedimento, è possibile inviare un’onda modulata in ampiezza.

Si può rilevare la presenza di una fase solida nel fluido e, a partire da questa misura, si possono determinare i parametri della perturbazione fisica e/o si possono determinare i suoi istanti di emissione e si può regolare l'emissione della perturbazione fisica.

L'onda può essere un'onda ultrasonora, ed il suo valore di frequenza compreso, per esempio, tra 10 e 100 KHz.

Il fluido scorre entro una condotta e si emette, per esempio, il fascio di onde in una direzione sostanzialmente vicina all'asse longitudinale della condotta.

Quando il fluido scorre, si può anche emettere l'onda in una direzione sostanzialmente prossima alla direzione di scorrimento dell'effluente. Ad esempio, si emette l'onda tramite un emettitore situato in prossimità della testa di un pozzo di produzione.

Quando il fluido scorre in una condotta, è anche possibile emettere la perturbazione fisica secondo un asse di emissione formante un angolo con l'asse longitudinale della condotta inferiore a 45° e di preferenza inferiore a 30 ° .

La perturbazione fisica può anche essere emessa partendo da un emettitore situato su un dispositivo mobile nella condotta .

La presente invenzione concerne anche un sistema per evitare e/o controllare la formazione di una fase solida in seno ad un fluido comprendente almeno una fase acquosa e degli idrocarburi, il fluido scorrendo entro una condotta. Il sistema potrà comprendere almeno un dispositivo di emissione di una perturbazione fisica, quale un'onda, almeno un mezzo di misura dei parametri termodinamici ed un dispositivo di comando e di controllo che permette di generare dei segnali per gestire l'emissione dell'onda elettromagnetica.

Il sistema secondo l'invenzione concerne un dispositivo di emissione comprendente un riflettore avente una forma appropriata per ripartire l'onda sostanzialmente sulla totalità della sezione della condotta.

Il sistema potrà comprendere uno o più dispositivi di emissione disposti all'esterno della condotta, l'asse di ciascuno dei dispositivi di emissione formando un angolo inferiore a 45°.

Il sistema potrà comprendere un dispositivo mobile nella condotta che serve da supporto al dispositivo di emissione.

Il procedimento secondo l'invenzione è applicabile particolarmente bene quando si cerca di inibire la formazione di idrati in seno ad un fluido comprendente degli idrocarburi con meno di cinque atomi di carbonio e dell 'acqua .

Secondo un'altra variante di messa in opera del procedimento, si applica questo metodo per evitare la formazione di idrati in un gas da condensato o in un gas associato ed un petrolio grezzo, o in un fluido comprendente almeno una fase idrocarburo liquida nella quale sono disciolti degli idrocarburi suscettibili di formare degli idrati.

Si applica questo metodo anche per impedire la formazione di un deposito di asfalteni in seno ad un fluido comprendente una frazione pesante di idrocarburi, e per impedire la formazione di un deposito di paraffine in seno ad un fluido comprendente un petrolio grezzo paraffinico. Il procedimento secondo l'invenzione presenta dei vantaggi notevoli per il fatto della semplicità del dispositivo e delle ridotte energie che mette in gioco.

In effetti, il legame idrogeno è responsabile per la maggior parte della formazione del reticolo cristallino comprendente delle molecole d'acqua, che svolge il ruolo di trappola di idrocarburi all'atto del processo della formazione di idrati. Questo legame è un legame con piccola energia e dunque si può impedirne la formazione facendo vibrare le molecole d'acqua, in particolare inviando una perturbazione fisica emessa ad intermittenza nel tempo.

Così, la scelta della sequenza di emissione e della forma dell'onda emessa contribuisce a minimizzare l'energia abitualmente utilizzata per distruggere dei cristalli di idrati già formati in seno ad un fluido ed avente un'azione "preventiva" sul fenomeno di formazione dei cristalli o delle fasi solide e non più sui cristalli stessi. In alcuni casi, essa permette anche di mantenere gli effetti della perturbazione in seno all'effluente polifasico.

Un altro vantaggio conferito dall'invenzione risulta dall'utilizzazione della condotta nella quale circola il fluido come una guida d'onda. Si ottimizza così la propagazione delle onde nella condotta, quale che sia la forma della condotta, il fascio di onde potendo seguire allora i cambiamenti di direzione o le irregolarità, come i gomiti, della condotta.

Le caratteristiche ed i vantaggi dell'invenzione risulteranno meglio dalla lettura della descrizione seguente di esempi non limitativi di realizzazione, dati con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- le figure 1A e 1B schematizzano un dispositivo di base secondo l'invenzione ed i dettagli del mezzo di emissione di una perturbazione fisica,

- le figure 2, 3 e 4 mostrano degli esempi di forma e di sequenza di emissione della perturbazione fisica sotto forma di treni d'onde,

- le figure 5, 6 e 7 schematizzano un altro esempio di emissione della perturbazione fisica ed un dispositivo associato,

- la figura 8 mostra una disposizione particolare degli emettitore d'onde, e

- la figura 9 rappresenta un dispositivo emettitore d'onde mobile in una condotta.

Il procedimento ed il dispositivo secondo l'invenzione si fondano sulla messa in vibrazione, con l'aiuto di una perturbazione fisica, di molecole in seno ad un fluido, in modo da evitare la formazione di legami privilegiati ed impedire la formazione di una fase solida e/o il prodursi della cristallizzazione. E' anche possibile controllare almeno in parte i fenomeni di nucleazione e di germinazione dei cristalli in seno ad un fluido. La perturbazione fisica è, per esempio, inviata in maniera intermittente nel tempo.

Al fine di meglio circoscrivere l'invenzione, la descrizione data qui di seguito, a titolo illustrativo e per niente limitativo, concerne l'utilizzazione di un fascio d'onde per inibire la formazione di legami idrogeno responsabili principalmente degli idrati formati in seno ad un fluido suscettibile di formare dei cristalli risultanti dal raggruppamento di molecole d'acqua che svolgono il ruolo di trappola per degli idrocarburi, quali un effluente polifasico di tipo petrolifero in scorrimento in una condotta di sezione circolare, per delle condizioni termodinamiche date.

La figura 1A schematizza un esempio del dispositivo che permette la messa in opera del procedimento secondo l'invenzione.

Gli effluenti di produzione provenienti da un giacimento (non rappresentato nella figura), passano attraverso la condotta di evacuazione 1, raccordata ad una condotta di trasporto 2, per esempio di sezione circolare, destinata a trasportare l'effluente verso una stazione principale di trattamento. La condotta 1 è equipaggiata con una finestra 3 che lascia passare la perturbazione fisica che si presenta per esempio sotto la forma di un'onda o di un fascio di onde. Un dispositivo, come un generatore d'onde, è posizionato, per esempio di fronte e dietro la finestra 3, di preferenza nell'asse della condotta di trasporto 2, in modo che la direzione di emissione dell'onda coincida sostanzialmente con l'asse longitudinale della condotta. Il generatore di onde comprende, per esempio, un emettitore 4 collegato tramite un cavo 5 ad una sorgente di tensione 6 e ad un'antenna 8 che irraggia il fascio di onde attraverso la finestra 3 verso l'effluente in scorrimento nella condotta 2. L'emettitore e la sorgente di tensione 6 sono collegati ad un dispositivo di comando e di controllo 7 tramite dei collegamenti 5a, 5b, ques 'ultimo avendo in particolare la funzione di pilotare e di controllare la generazione delle onde.

Le onde emesse possono essere di differenti tipi, come delle onde di pressione, delle onde acustiche, termiche ed altre onde presentanti in particolare la caratteristica di generare una perturbazione fisica in seno ad un fluido o effluente per evitare l'organizzazione delle molecole d'acqua in reticolo, che svolge il ruolo di trappola per il gas, portando così alla formazione di idrati in un fluido.

Vantaggiosamente, le onde sono emesse prima della formazione e/o dell'agglomerazione degli idrati, in maniera da impedire in parte o totalmente la formazione di legami cristallini, l'istante di emissione dell'irraggiamento potendo essere gestito con l'aiuto di misure di parametri, ed eventualmente di modelli o dati, precedentemente memorizzati nel micro-computer.

Il valore di frequenza delle onde emesse è scelto, per esempio, in funzione della natura dell'effluente e delle condizioni termodinamiche alle quali è sottoposto l'effluente.

Per delle onde ultrasoniche, il valore di frequenza di tali onde è, per esempio compreso tra 10 e 100 KHz.

La forma e la sequenza di emissione delle onde è scelta in funzione della natura dell'effluente e, in particolare dell'energia necessaria per rompere i legami cristallini responsabili della formazione della fase solida che può ostacolare lo scorrimento dell'effluente nella condotta. Così, per esempio, gli impulsi emessi possono essere più ravvicinati se il tenore di acqua aumenta o se si osserva un accrescimento del sottoraffreddamento, vale a dire, per una pressione data, dello scarto tra la temperatura regnante all'interno del flusso e la temperatura corrispondente all'equilibrio termodinamico.

Le figure 2, 3, 4, 5 e 6 mostrano diversi esempi di forme e di sequenze di emissione possibili per il fascio delle onde trasmesse nella condotta.

In maniera vantaggiosa, il sistema secondo l'invenzione è equipaggiato con mezzi di controllo e di misura dei parametri termodinamici, quali dei rilevatori di pressione Cp, e di temperatura Ct (non rappresentati nella figura) posizionati in maniera appropriata, per esempio nelle zone della condotta dove la probabilità di formazione di una fase solida come degli idrati è elevata, per sorvegliare in maniera continua, in tempo reale, le condizioni termodinamiche e/o le cadute di pressione sotto le quali si effettua il trasporto dell'effluente. Una tale sorveglianza permette in particolare di adattare, in funzione di queste misure, i parametri delle onde emesse, come il valore della frequenza, la forma e gli istanti di emissione di queste onde nell'effluente.

Con l'aiuto delle misurazioni provenienti dal rilevatore di pressione Cp, prese per esempio tra due zone della condotta, è possibile prevedere la formazione e/o l'agglomerazione degli idrati e regolare i parametri del fascio d'onde emesso per evitare la formazione di legami cristallini e quindi la formazione di una fase solida. Tali misure permettono anche di sorvegliare, se necessario, l’evoluzione nel tempo della formazione di idrati.

I parametri da regolare sono, per esempio, l'energia, la frequenza dell'irraggiamento emesso per controllare la messa in vibrazione delle molecole d'acqua presenti nell'effluente ed evitare la formazione di legami idrogeno e/o la forma e la sequenza di emissione del fascio di onde.

Questi rilevatori sono collegati al dispositivo di comando e di controllo 7, per esempio con l'aiuto di un collegamento non fisico, identico ai collegamenti utilizzati nelle teletrasmissioni. Il dispositivo 7 può essere un micro-elaboratore, atto ad acquisire dei segnali provenienti dai rilevatori, e/o a generare dei segnali di comando e dotato di una logica per il trattamento dei dati. Esso riceve le misurazioni provenienti dai rilevatori di temperatura e di pressione et e Cp, per esempio, e ne deduce i parametri delle onde da inviare ed eventualmente gli istanti di emissione di queste onde, per esempio in funzione delle condizioni termodinamiche realmente misurate.

La gestione dell'emissione delle onde, l'istante nel quale si emette l'irraggiamento e la sua sequenza, nonché i parametri di queste ultime, possono tenere conto, per esempio, di modelli che descrivono la formazione di fasi solide, come gli idrati, precedentemente memorizzati nel micro-elaboratore .

La figura 1B presenta in maniera dettagliata un esempio del dispositivo emettitore di onde 4 collegato ad un'antenna di emissione delle onde 8 che può essere costituita da una guida d'onde 8a e da un riflettore 8b, la cui forma è atta ad ottenere, per esempio, una ripartizione sostanzialmente omogenea del fascio di onde sulla totalità della sezione della condotta 2. In questa maniera, l'irraggiamento delle onde ha un'azione efficace sul complesso dell'effluente circolante nella condotta 2. Questa forma è di preferenza sostanzialmente parabolica e ripartisce le onde sulla totalità dell'effluente, sia al centro della condotta che sulle pareti interne della condotta .

In alcuni casi, può essere necessario concentrare le onde verso le pareti della condotta che sono generalmente dei punti critici che favoriscono la formazione degli idrati. La forma dell'elemento riflettore posizionato dietro l'antenna è allora scelta in modo da inviare il fascio di onde preferenzialmente verso i punti critici o punti bassi.

La finestra 3 è realizzata in un materiale che presenta uno scarso coefficiente di attenuazione per le frequenze di emissione delle onde utilizzate, capace di proteggere l'antenna da ogni tipo di aggressione, in particolare le aggressioni chimiche quando l'effluente è un effluente di tipo petrolifero, e presentante il vantaggio di resistere a delle pressioni elevate.

La perturbazione fisica inviata in seno al fluido può assumere forme diverse ed essere inviata secondo sequenze differenti, descritte nelle figure 2, 3, 4, 5 e 6.

La perturbazione fisica ha in particolare come effetto quello di evitare l'instaurarsi di reticoli ordinati di molecole che svolgono il ruolo di trappole per delle molecole di idrocarburi quando le condizioni di temperatura e di pressione necessarie sono verificate. E' stato scoperto che non è necessario esercitare questa azione in maniera continua e che l'emissione di una perturbazione fisica in maniera intermittente nel tempo è sufficiente per controllare i fenomeni di nucleazione e di germinazione di cristalli in modo da inibire la formazione di legami cristallini e la crescita di cristalli di idrati. Questo resta vero per impedire l'instaurarsi di legami che possono generare degli asfalteni e/o delle paraffine.

Per una perturbazione fisica che si presenta sotto forma di un'onda, o di un fascio di onde, l'intervallo di tempo che separa l'invio di due treni di onde successive viene scelto, in particolare, in funzione della cinetica di formazione di una fase solida, per esempio dei cristalli di idrati.

Così, questo intervallo di tempo può essere tale che i fenomeni di nucleazione e di germinazione responsabili della formazione dei cristalli non abbiano il tempo di prodursi e di evolversi sufficientemente per generare dei cristalli.

La figura 2 schematizza una perturbazione fisica che si presenta sotto una forma d'onda ultrasonica o ultrasuono emesso sotto la forma di treni d'onde.

In questo esempio, si emettono dei treni di onde identici per un intervallo di tempo ΔT1( due treni di onde successivi essendo separati da un intervallo di tempo ΔT2· La durata di emissione ΔT1 di un treno d'onde può essere compresa, per esempio, tra 1/10 e 10 secondi, l'intervallo di tempo ΔT2 essendo per esempio compreso tra 10 e 100 secondi .

Ciascun treno di onde può a sua volta essere emesso in maniera discontinua nel tempo. La figura 3 schematizza un treno di onde frazionato in più treni di onde o treni di onde elementari. Un treno di onde ha una durata di emissione totale, per esempio sostanzialmente uguale a ΔΤ1, e ciascun treno di onde elementari ha una durata di emissione per esempio uguale ΔT '1 , due treni di onde elementari successivi essendo separati per esempio da un intervallo di tempo ΔT'2 . La durata di emissione di un treno di onde elementare AT'1 è per esempio compresa tra 1/100 di secondo ed 1 secondo, l'intervallo di tempo che separa due treni di onde elementari ΔT'2 essendo per esempio compreso tra 1/10 di secondo e 10 secondi.

Questo modo di operare, consistente nell'interrompere le onde ultrasoniche può essere effettuato in più riprese, vale a dire ripetersi nel tempo suddividendo per esempio ciascun intervallo di emissione o durata di emissione ΔT'1 in più intervalli di emissione ΔT'1 di durata inferiore a quella di ΔT '1 , questi intervalli di emissione potendo essere a loro volta separati da degli intervalli AT'2 di durata inferiore a quella dell’intervallo ΔΤ'2·

La durata totale di emissione degli ultrasuoni può così rappresentare solo una frazione molto piccola del tempo durante il quale l'operazione di emissione è effettuata, questa frazione potendo essere compresa, per esempio, tra 1/1000 e 1/100.

La potenza media emessa presenta il vantaggio di essere inferiore alla potenza di picco di un'onda, il che permette di aumentare la portata e l'efficacia del procedimento, limitando l'energia dispensata per inibire la formazione della fase solida.

Lo stesso principio può essere applicato nel caso di altri tipi di onde, per esempio di onde elettromagnetiche.

In questo caso, i valori delle durate di emissione ΔT1, ΔT2, sono compresi rispettivamente tra 1/100 e 1/10 di secondo, e tra 1/10 e 1 secondo, mentre i valori delle durate di emissione ΔT'1 e ΔT<' >2 sono compresi rispettivamente tra 1/1000 e 1/100 di secondo, e tra 1/100 e 1/10 di secondo.

Altre forme d'onda possono essere utilizzate. La figura 4 schematizza un esempio di fascio di onde inviato sotto forma di treni di onde in maniera identica alla descrizione data sopra, l'onda essendo modulata in ampiezza .

Il treno di onde è modulato, per esempio in ampiezza, per la durata totale di emissione ΔT1 , in maniera da ottenere un'ampiezza decrescente nel tempo.

Senza uscire dall'ambito dell'invenzione, è anche possibile modulare l’ampiezza di un treno di onde per una parte soltanto della sua durata di emissione.

Le onde ultrasoniche emesse sotto forma di treni di onde hanno per esempio dei valori di frequenza che variano nell'intervallo da 10 a 100 KHz.

Secondo un'altra variante di realizzazione non rappresentata, è possibile modulare in frequenza i treni di onde.

Le figure 5 e 6 riguardano un altro esempio di messa in opera del procedimento secondo l'invenzione, che utilizza una perturbazione di pressione o di temperatura per provocare una perturbazione fisica in seno all'effluente. Secondo la figura 5, si creano più perturbazioni di pressione, di breve durata, consistenti in abbassamenti di pressione che si propagano nella condotta. Le perturbazioni di pressione rappresentate nella figura 5 sono generate, per esempio, utilizzando un dispositivo di regolazione della pressione abitualmente presente nei dispositivi e nei sistemi di trasporto degli effluenti, ed avente in particolare come compito quello di controllare il valore della pressione con cui si effettua il trasporto dell’effluente. Si crea, durante un intervallo di tempo che può essere, per esempio, nell'ordine di qualche secondo, una caduta di pressione Δp che fa passare il valore della pressione p di funzionamento in regime permanente fino ad una pressione p - Δp, la variazione di pressione Ap potendo essere per esempio di qualche bar. Queste perturbazioni, che si propagano nella condotta ad una velocità sostanzialmente vicina alla velocità del suono, possono essere separate da degli intervalli di tempo dell'ordine di qualche decina di secondi.

E' anche possibile utilizzare delle perturbazioni di temperatura di breve durata.

La figura 6 schematizza una tale perturbazione. Per un intervallo di tempo determinato, si fa variare la temperatura di funzionamento T, per esempio provocando un aumento Δ T di temperatura che può essere dell'ordine di qualche grado Celsius fino a raggiungere un valore della temperatura T ΔT.

Le onde termiche così create possono propagarsi nella condotta grazie ad un effetto di convenzione dovuto in particolare allo scorrimento del fluido nella condotta di trasporto.

In tal caso, può essere preferibile realizzare questa onda termica e/o la sua propagazione nella condotta di trasporto, per esempio con l'aiuto di un mezzo di riscaldamento complementare o ausiliario descritto nella figura 7.

Il dispositivo comprende, per esempio all'interno e su una parte della condotta di trasporto 2, degli avvolgimenti elettrici Β1, B2, ..., Bi, ... disposti in modo da riscaldare i fluidi circolanti in questa condotta mediante effetto Joule. Questi avvolgimenti sono alimentati con corrente elettrica in maniera sequenziale, in modo che, ad un dato istante, solo una frazione degli avvolgimenti elettrici sia alimentata con corrente elettrica, questa frazione potendo per esempio variare tra 1/100 e 1/10, ma in maniera che ciascun degli avvolgimenti risulti alimentato con corrente in maniera sequenziale per la frazione di tempo corrispondente.

I metodi descritti precedentemente in relazione alle figure da 1 a 7 si applicano, senza per questo uscire dall’ambito dell'invenzione, alla prevenzione della formazione delle fasi solide come i depositi di paraffine e/o di asfalteni.

Tali forme di perturbazioni fisiche o di onde e tali sequenze di emissione di queste perturbazioni fisiche, presentano in particolare il vantaggio di poter adattare il valore dell'energia utilizzata al fluido interessato e d'altra parte, per il loro carattere discontinuo, di favorire la propagazione della perturbazione fisica nella condotta .

In alcuni casi, per esempio in funzione della natura della perturbazione fisica, è possibile servirsi del materiale della condotta, della sua geometria e della sua dimensione per ottimizzare la propagazione di questa perturbazione in seno al fluido.

Un tale dispositivo funziona, per esempio, nella maniera seguente: il micro-elaboratore 7 invia un ordine di emissione alla sorgente di tensione 6 ed un ordine di emissione all'emettitore 4. L'ordine di emissione è inviato alla sorgente di tensione a degli istanti determinati, corrispondenti alla sequenza di emissione della perturbazione fisica scelta. Così, quando questa perturbazione è un fascio di onde, quest’ultimo è inviato secondo una sequenza predeterminata in funzione, per esempio, dei modelli di previsione della formazione di idrati precedentemente memorizzati nel micro-eleboratore e/o in funzione delle misure di pressione e di temperatura ottenute dai dispositivi Cp e Ct situati lungo la condotta, e comunicati al micro-elaboratore 7 per esempio con l'aiuto di mezzi di teletrasmissione. L'ordine di emissione del fascio di onde è inviato, vantaggiosamente, prima della formazione di idrati, in questa maniera è possibile far variare in continuo o in tempo reale la forma e la sequenza di emissione di un'onda tenendo conto delle condizioni di trasporto dell'effluente e della loro evoluzione nel tempo.

L'onda emessa dall'antenna 8 si propaga nell'effluente petrolifero interagendo con il movimento delle molecole dei fluidi circolanti nella condotta e, più in particolare, ha per effetto di mettere in vibrazione in particolare le molecole d'acqua e di impedire la formazione di legami idrogeno ed evitare così l'organizzazione in reticoli cristallini di queste molecole.

Secondo una forma vantaggiosa di realizzazione dell'invenzione, schematizzata nella figura 8, è possibile posizionare più emettitori d'onde lungo tutta la condotta 2 di trasporto dell'effluente. Questa forma di realizzazione, non intrusiva, è adatta a delle condotte di lunghezza elevata.

L'emettitore 4 è, per esempio, posizionato all'esterno della condotta e disposto in modo che la direzione o asse di emissione delle onde formi con l'asse longitudinale della condotta un angolo alfa inferiore a 45° e, di preferenza, inferiore a 30°.

L'emettitore di onde 4 è collegato tramite un cavo 9 ad un'alimentazione elettrica, non rappresentata nella figura, ed al micro-elaboratore 7. Il fascio di onde irraggiato dall'antenna 8 è trasmesso all'effluente circolante nella condotta 2 attraverso la finestra 10 disposta alla periferia della condotta 2, con un angolo di emissione sostanzialmente vicino a 30°. Il campo così irraggiato è sostanzialmente omogeneo ed uniforme su tutta la superficie dell'antenna di emissione.

Lo spazio tra l'emettitore e la condotta può essere riempito con un materiale di preferenza identico a quello costituente l'emettitore. In questa maniera, le perdite osservate al momento della trasmissione delle onde verso l'effluente circolante nella condotta 2 sono minimizzate. La distanza che separa due emettitori è, per esempio, determinata in funzione della natura dell'effluente da trasportare e/o alle condizioni di trasporto. Gli emettitori sono, per esempio posizionati lungo tutta la condotta ad intervalli regolari, la lunghezza di un intervallo potendo essere compresa, per esempio tra 1 e 10 Km.

La figura 9 mostra una realizzazione particolare dell'invenzione per la quale l'emettitore di onde è posizionato su un dispositivo mobile 15 nella condotta di trasporto 2, per esempio su un raschiatore utilizzato abitualmente nell'industria petrolifera per pulire le canalizzazioni .

Un tale dispositivo permette di ottimizzare l'effetto del fascio di onde emesso sull’effluente, in particolare, liberandosi da eventuali problemi di attenuazione delle onde all'atto della loro propagazione in determinati effluenti.

Il raschiatore 15 è, per esempio, messo in movimento con l'aiuto della pressione dell'effluente circolante nella condotta 2, e guidato da dei segmenti di raschiatura 16, 17. Esso comprende anteriormente, un emettitore di onde 11 collegato per esempio ad una sorgente di tensione tramite un cavo 13. Il cavo 13 può essere posizionato su un avvolgitore e si svolge contemporaneamente all'avanzamento del raschiatore nella condotta. Un'antenna 12, di un tipo identico all'antenna 4, irradia le onde nell'effluente in scorrimento nella condotta. In maniera identica alla figura 1A, l’antenna può avere una forma atta a trasmettere le onde su tutta la sezione della condotta. In questa maniera le onde raggiungono il complesso del flusso, il centro e le pareti interne della condotta.

Gli istanti nei quali sono inviati i comandi al raschiatore possono essere dedotti dalle misure della temperatura e della pressione ottenute con l'aiuto dei rilevatori Ct e Cp o ancora con l'aiuto di modelli di previsione precedentemente memorizzati nel microelaboratore .

Non si uscirà dall'ambito dell'invenzione posizionando il dispositivo emettitore delle onde nelle vicinanze della testa di un pozzo di produzione, l'asse di emissione dell'antenna essendo diretto sostanzialmente nell'asse del pozzo, in modo da inibire la formazione degli idrati nel pozzo.

Il numero dei dispositivi emettitori delle onde può essere scelto in funzione della forma della condotta. In maniera vantaggiosa, è possibile aumentare il numero di emettitori nelle zone della condotta che presentano delle geometrie che favoriscono la formazione di idrati, in modo da intensificare gli effetti di queste onde.

Senza uscire dall'ambito dell'invenzione, è possibile emettere in maniera simultanea diverse forme di onde e/o combinare le sequenze di emissione di diverse forme di onde.

La direzione di propagazione delle onde può essere identica a quella dello scorrimento del fluido circolante nella condotta, ma in alcuni casi esse possono essere emesse in una direzione opposta allo scorrimento. Quest 'ultima configurazione permette, in particolare nel caso di una condotta in mare, per esempio collegante una stazione di produzione in mare ad un terminale a terra, di posizionare il dispositivo di emissione delle onde a terra.

I diversi mezzi che permettono di generare una perturbazione fisica in seno ad un fluido, come descritti precedentemente, possono essere associati tra loro o con altri mezzi. Così, è possibile emettere simultaneamente delle onde di nature differenti, in modo da rinforzare la loro azione.

Secondo un'altra variante di messa in opera del procedimento secondo l'invenzione, l'emissione delle onde può essere associata all'impiego di additivi chimici abitualmente utilizzati per evitare la formazione degli idrati, il cui ruolo è di inibire gli idrati, e ciò al fine di aumentare l'efficacia di tali additivi e/o di ridurne la concentrazione.

E' stato proposto, per esempio, di utilizzare alcuni polimeri per evitare la nucleazione, la germinazione e/o la crescita dei cristalli di idrati,

E' stato anche proposto di utilizzare alcuni tensioattivi per facilitare la dispersione dei cristalli di idrati in seno ad una fase idrocarburo liquida. Alcuni solventi o alcuni sali sono anche noti per le loro proprietà inibitrici.

Associando a questi inibitori l'invio di un'onda che permette di generare una perturbazione fisica in seno ad un fluido come descritto precedentemente, è possibile ridurre il consumo di questi additivi e diminuire così il costo dei trattamenti che permettono di evitare il bloccaggio tramite un tappo di idrati della condotta nella quale scorre il flusso.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento che permette di evitare la formazione di una fase solida a partire da idrocarburi presenti in un fluido, sottoponendo questo fluido ad una perturbazione fisica in modo da produrre una perturbazione in seno al fluido per porre in vibrazione le molecole ed impedire la loro organizzazione tra di esse e la formazione di legami cristallini .
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che si invia la perturbazione fisica, ad intermittenza nel tempo, sotto forma di impulsi e/o di treni di onda.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che si invia un'onda modulata in ampiezza .
4. 4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che si rileva la presenza di una fase solida nel fluido e, partendo da queste misurazioni, si determinano i parametri della perturbazione fisica e/o si determinano i suoi istanti di emissione e si regola l’emissione della detta perturbazione fisica.
5. 5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che si invia un'onda ultrasonora .
6. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il valore della frequenza della detta onda è compreso tra 10 e 100 KHz.
7. 7. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 2 a 6, caratterizzato dal fatto che il fluido è in scorrimento e ehe si emette il fascio di onde in una direzione sostanzialmente vicina all'asse longitudinale della condotta .
8. 8. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 2 a 6, caratterizzato dal fatto che il fluido è in scorrimento e si emette la detta onda in una direzione sostanzialmente vicina alla direzione di scorrimento dell'effluente.
9. 9. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto fluido è in scorrimento entro una condotta e si emette la detta perturbazione fisica secondo un asse di emissione formante un angolo con l'asse longitudinale della condotta inferiore a 45° e di preferenza inferiore a 30°.
10. 10. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che si emette la detta perturbazione fisica a partire da almeno un emettitore situato su un dispositivo mobile nella condotta.
11. 11. Sistema per evitare e/o controllare la formazione di una fase solida in seno ad un fluido comprendente almeno una fase acquosa e degli idrocarburi, il detto fluido essendo in scorrimento entro una condotta, caratterizzato dal fatto che esso comprende almeno un dispositivo (4, 8) di emissione di una perturbazione fisica, quale un'onda, almeno un mezzo di misura dei parametri termodinamici (Cp, Ct) ed un dispositivo (7) di comando e di controllo che permette di generare dei segnali per gestire l'emissione dell'onda elettromagnetica.
12. 12. Sistema secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di emissione (4, 8) comprende un riflettore (8b) avente una forma appropriata per ripartire la detta onda sostanzialmente sulla totalità della sezione della condotta.
13. 13. Sistema secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che esso comprende uno o più dispositivi di emissione disposti all'esterno della detta condotta, l’asse di ciascuno dei detti dispositivi di emissione avendo un angolo inferiore a 45°.
14. 14. Sistema secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che esso comprende un dispositivo (18) mobile nella condotta, il quale serve da supporto al dispositivo di emissione (4).
15. 15. Applicazione del procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti per inibire la formazione di idrati in seno ad un fluido comprendente degli idrocarburi con almeno cinque atomi di carbonio e dell'acqua.
16. 16. Applicazione del procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10 per evitare la formazione di idrati in un gas da condensato o in un gas associato ed un petrolio grezzo, o in un fluido comprendente almeno una fase idrocarburo liquida nella quale sono disciolti degli idrocarburi suscettibili di formare degli idrati.
17. 17. Applicazione del procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, per impedire la formazione di un deposito di asfalteni in seno ad un fluido comprendente una frazione pesante di idrocarburi.
18. 18. Applicazione del procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10 per impedire la formazione di un deposito di paraffine in seno ad un fluido comprendente un petrolio grezzo paraffinico.