WO2016075400A1 - Method and system for treating and separating a non-conventional gas - Google Patents

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Maïlys GUERQUIN
Agathe Louise Marie JARRY
Samuel Saysset
Denis FAURE BRAC
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Abstract

The invention relates to a system which includes: an initial hydraulic stimulation unit (3), with a unit (4) for injecting liquid CO2 under pressure into a well (11) producing from an atypical deposit; a unit (10) for recovering, at low temperature after a stimulation operation, a mixture of natural gas and CO2, said recovery unit (10) including in particular a unit (42) for assessing the amount of CO2 in the recovered mixture of natural gas and CO2, and a unit (42) for comparing said amount of CO2 with a threshold (S); a unit for separating at least one portion of the CO2 in liquid, semi-liquid or solid state from the recovered mixture of natural gas and CO2, with at least two different separation units (51, 52, 53) according to whether the amount of CO2 is higher or lower than the threshold (S); at least one unit (81) for provisionally storing the separated CO2 in liquid, semi-liquid or solid state; and at least one land vehicle (501, 502, 503, 504) for moving a provisional storage unit (81) towards another site in order to reuse the CO2 which has been separated and stored in liquid, semi-liquid or solid state, in order to supply a unit (4) for injecting liquid CO2 under pressure into a new stimulation unit (3) on a new adjacent well (11).

Description

Procédé et système de traitement et de séparation d'un gaz non conventionnel  Process and system for treating and separating unconventional gas
Domaine de l'invention Field of the 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 (C02), de toute roche de faible porosité, en vue de la production de gaz naturel piégé dans cette roche. 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 (C0 2 ) injection, of any rock of low porosity, for the production of natural gas trapped in this rock.
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 méthane ») et les gaz de réservoir compact (dénommés en anglais « tight gas »). 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 ").
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.  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.  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.
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 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 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. 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 m 3 per well, and secondly because the use of chemical additives, such as gelling agents, disinfectants, gel breakers, friction reducers, acids, corrosion inhibitors or decalcifiers, have potential reactions with the rock that remain unknown. In addition, the treatment of the water after the stimulation operation entails constraints 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. assured.
C'est pourquoi des techniques alternatives de stimulation hydraulique sans eau ont été proposées.  This is why alternative techniques of hydraulic stimulation without water have been proposed.
On connaît notamment de l'état de la technique le document WO 2014/085057 qui décrit une stimulation hydraulique sans eau.  The state of the art is known from the document WO 2014/085057 which describes hydraulic stimulation without water.
Aussi, 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 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). Also, 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 is less than 10 mg / m 3 (n), and draft standards even fix this. amount at 3.5 mg / m 3 (n).
Une autre technique alternative consiste à injecter sous 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 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 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 C02 liquide présente de nombreux avantages par comparaison avec la stimulation hydraulique utilisant de l'eau. Another alternative technique is to inject high pressure liquid CO 2 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 CO 2 that can then be recycled. These industries may include gas production plants associated with sour natural gas in conventional fields, as well as syngas production plants associated with the production of ammonia, fertilizer and hydrogen or mills. purification associated with biogas or synthetic natural gas. Sources of CO 2 can also be found in energy production facilities, 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 C0 2 has many advantages over hydraulic stimulation using water.
On injecte 100% de C02 liquide et il n'y a pas d'additif chimique. 100% liquid C0 2 is injected and there is no chemical additive.
Les volumes de C02 liquide injecté sont plus faibles que les volumes d'eau nécessaires pour une stimulation à l'eau. The volumes of C0 2 liquid injected are lower than the volumes of water required for water stimulation.
Les fissures sont plus larges et il n'y a pas de condensais d'eau dans le puits, ce qui améliore la productivité du puits.  The cracks are wider and there is no water condensate in the well, which improves the productivity of the well.
Contrairement à la stimulation à l'eau, on n'a pas besoin d'utiliser une ressource naturelle précieuse.  Unlike water stimulation, you do not need to use a valuable natural resource.
Contrairement au cas d'une stimulation à l'aide de GPL (gaz de pétrole liquéfié), la stimulation avec du C02 liquide n'apporte pas de contraintes supplémentaires en ce qui concerne les risques d'inflammabilité ou d'explosion. Unlike stimulation with LPG (liquefied petroleum gas), stimulation with liquid C0 2 does not add additional burdens to the flammability or explosion hazard.
Dans le cas d'une stimulation au C02 liquide, le puits peut être nettoyé rapidement après la stimulation, ce qui facilite l'exploitation du puits. Le C02 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 C02 présente dans le gaz naturel, ce qui facilite la récupération et le traitement du flux en retour. In the case of a stimulation with liquid C0 2 , the well can be cleaned quickly after the stimulation, which facilitates the exploitation of the well. The C0 2 is returned in gaseous form for a few days, until the return flow comprises only natural gas and the usual proportion of C0 2 present in the natural gas, which facilitates the recovery and treatment of the flow in return.
L'approvisionnement en C02 est toutefois parfois difficile.The supply of C0 2 is however sometimes difficult.
Aussi, on a déjà proposé de récupérer le C02 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 schiste ou dans un gisement de gaz de schiste voisin. Also, it has been proposed to recover the C0 2 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 deposit.
On notera que, dans ce cas, dans la période de post- stimulation, le C02, 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 composition du flux récupéré varie. It should be noted that in this case, in the post-stimulation period, the CO 2 , and then the shale gas, circulate at a relatively low pressure, which is well below a range of 2 to 10 bar. During the few days following the stimulation, the composition of the recovered stream varies.
Dans une première période, il ne sort que du C02 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 gazeux de CO2 et principalement de méthane, le pourcentage de C02 décroissant avec le temps jusqu'à ce qu'il ne reste plus que du gaz naturel en production. In the first period, only C0 2 gas is released. Then, gradually with a certain delay due to the inertia of the desorption, the natural gas that was absorbed in the shale is released and flows into fractures and in the well. The recovered stream is then a gaseous mixture of CO2 and mainly methane, the percentage of C0 2 decreasing with time until there remains only natural gas in production.
On notera que le gaz naturel produit n'est généralement récupéré et stocké qu'après la fin de la phase de post-stimulation, lorsqu'il n'y a pratiquement plus de renvoi de C02, 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. 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 return of CO 2 , 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.
Si l'on veut remédier à cet inconvénient, il convient, dans les jours qui suivent immédiatement la stimulation :  If we want to remedy this inconvenience, it is advisable, in the days immediately following the stimulation:
a) de récupérer du C02 pur, sous forme liquide, pour permettre un stockage et un recyclage ; et a) recovering pure C0 2 , in liquid form, to allow storage and recycling; and
b) de récupérer un flux de gaz naturel qui peut être directement transporté pour être commercialisé ou être utilisé sur le champ.  (b) to recover a stream of natural gas that can be directly transported for commercial sale or use on the field.
Il convient toutefois de mettre en œuvre tout un processus de traitement pour séparer le C02 du gaz naturel, puis pour le liquéfier. Dans la mesure où ce traitement n'est nécessaire que pour la période de quelques jours correspondant à la poststimulation, 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. However, a whole process of treatment must be used to separate C0 2 from natural gas and then liquefy it. Since this treatment is only necessary for the period of a few days corresponding to poststimulation, it is preferable to place the treatment plant on a trailer, in order to allow it to be moved to another site where place a stimulation.
Ces solutions existantes présentent des inconvénients. Ainsi, dans la première phase de la période de post-stimulation, le flux de retour très riche en C02 peut être liquéfié, mais le taux de C02 varie régulièrement en décroissant de 100% à 5% et les systèmes de liquéfaction du C02 ne sont pas adaptés pour traiter des pourcentages de C02 variant dans une plage aussi grande que celle allant de 5 à 100%. These existing solutions have disadvantages. Thus, in the first phase of the post-stimulation period, the return flux very rich in C0 2 can be liquefied, but the C0 2 rate varies regularly decreasing from 100% to 5% and the C0 liquefaction systems 2 are not suitable for treating percentages of CO 2 ranging in a range as large as 5 to 100%.
Par ailleurs, dans la seconde phase de la post-stimulation, il convient de séparer le C02 du gaz naturel, avant la liquéfaction, mais les techniques de séparation conventionnelles ne sont pas adaptées à cela. Avec une absorption chimique utilisant des solvants tels que des aminés, le C02 est récupéré en phase vapeur à 40°C et 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 rend pas adaptée à une mise en place sur la remorque d'un semi- remorque. On the other hand, in the second phase of post-stimulation, C0 2 should be separated from natural gas before liquefaction, but conventional separation techniques are not suitable for this purpose. With chemical absorption using solvents such as amines, C0 2 is recovered in the vapor phase at 40 ° C and at 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 installation on the trailer of a semitrailer.
Avec des membranes, là encore, le C02 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 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 C02 variable. With membranes, again, C0 2 is recovered in the vapor phase at 40 ° C and at a pressure of 1 to 2 bar, which makes the reliquefaction more expensive. Although more suitable for installation on a trailer, a membrane installation requires a flexible and expensive compression step, since the inlet pressure must be adapted to correspond to a variable percentage of C0 2 .
Economiquement parlant, avec les techniques de traitement de gaz acide traditionnelles, on a plutôt tendance à laisser s'échapper dans l'atmosphère le C02 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 C02 et des pertes de gaz naturel. Economically speaking, with conventional acid gas treatment techniques, there is a tendency to release C0 2 and natural gas into the atmosphere in the second phase of the post-stimulation period, which induces an increase in the greenhouse effect, higher C0 2 supply costs and natural gas losses.
Définition et obiet de l'invention Definition and purpose of the invention
La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à permettre notamment de pouvoir effectuer une stimulation hydraulique à l'aide de C02 qui soit plus respectueuse de l'environnement et plus efficace et qui, en outre, permette avantageusement : The present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks and in particular to be able to perform a hydraulic stimulation using C0 2 which is more environmentally friendly and more effective and which, moreover, advantageously allows:
- de limiter la quantité de C02 nécessaire à la stimulation tout en rendant plus facile son recyclage pour une autre opération de stimulation, et to limit the quantity of C0 2 necessary for stimulation while making it easier to recycle for another stimulation operation, and
- 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 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 d'exploitation d'un gisement atypique dans lequel ledit gaz non conventionnel est emprisonné dans une roche, - to limit the losses of natural gas and the impact on the greenhouse effect of the flux recovered after a stimulation. These objects are achieved according to the invention by a method of treatment and separation of an unconventional gas comprising a) an initial hydraulic stimulation step, using pressure injection of liquid carbon dioxide in a a well of exploitation of an atypical deposit in which said unconventional gas is trapped in a rock,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes : characterized in that it further comprises the following steps:
b) récupérer à basse température après l'opération de stimulation, un mélange de gaz naturel et de C02, cette étape de récupération à basse température comprenant notamment une étape bl) d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de C02 récupéré, de la quantité de C02 et une étape b2) de comparaison de cette quantité de C02 par rapport à un seuil prédéterminé (S), b) recovering at a low temperature after the stimulation operation, a mixture of natural gas and CO 2 , this low-temperature recovery step comprising in particular a step b1) of evaluation, in the mixture of natural gas and C0 2 recovered, the amount of C0 2 and a step b2) for comparing this quantity of CO 2 with respect to a predetermined threshold (S),
c) séparer au moins une partie du C02 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir dudit mélange de gaz naturel et de C02 récupéré, avec une technique différente selon que la quantité de C02 est supérieure ou inférieure audit seuil prédéterminé (S), c) separating at least a portion of the C0 2 in the liquid, semi-liquid or solid state from said mixture of natural gas and recovered C0 2 , with a different technique depending on whether the amount of C0 2 is greater or less than said predetermined threshold (S),
d) stocker temporairement dans au moins une citerne transportable sur un véhicule terrestre le C02 séparé à l'état liquide, semi-liquide ou solide, et d) storing temporarily in at least one portable tank on a land vehicle the separated C0 2 in liquid, semi-liquid or solid state, and
e) déplacer le véhicule terrestre avec ladite au moins une citerne vers un autre site pour réutiliser le C02 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. e) moving the land vehicle with said at least one tank to another site to reuse the separated C0 2 and stored in 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.
Selon un aspect du procédé selon l'invention, lorsque la quantité de C02 récupéré est comprise entre 100% et ledit seuil prédéterminé (S) du mélange de gaz naturel et de C02 récupéré, l'étape c) de séparation du C02 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir dudit mélange comprend une étape de liquéfaction de C02 mettant en oeuvre un système de distillation cryogénique. According to one aspect of the process according to the invention, when the amount of CO 2 recovered is between 100% and said predetermined threshold (S) of the mixture of natural gas and CO 2 recovered, step c) of separation of CO 2 in the liquid, semi-liquid or solid state from said mixture comprises a CO 2 liquefaction step using a cryogenic distillation system.
Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, lorsque la quantité de C02 récupéré est comprise entre ledit seuil prédéterminé (S) et 20% du mélange de gaz naturel et de C02 récupéré, l'étape c) de séparation d'au moins une partie du C02 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir dudit mélange comprend une étape de condensation de C02 à mise en froid rapide faisant passer le C02 d'une phase gazeuse à une phase solide. According to another aspect of the process according to the invention, when the amount of CO 2 recovered is between said predetermined threshold (S) and 20% of the mixture of natural gas and CO 2 recovered, step c) of separation of at least a portion of the C0 2 in the liquid, semi-liquid or solid from said mixture comprises a rapid cold CO 2 condensation step passing C0 2 from a gaseous phase to a solid phase.
L'étape d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de C02 récupéré, de la quantité de C02, peut être réalisée à l'aide de l'analyse du gaz par micro-chromatographie. The evaluation step, in the mixture of natural gas and recovered CO 2 , of the amount of CO 2 can be carried out using gas analysis by micro-chromatography.
Le seuil prédéterminé est avantageusement égal à une valeur comprise entre 55 et 65% et de préférence égale à 60%.  The predetermined threshold is advantageously equal to a value between 55 and 65% and preferably equal to 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.  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.
Le mélange de gaz naturel et de C02 récupéré à basse 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 C02 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 utilisation ultérieure. The mixture of natural gas and C0 2 recovered at low temperature after the stimulation operation may further comprise an additional component such as nitrogen N 2 and, during step c) of separation of at least one part of the C0 2 at low temperature after the stimulation operation, the natural gas is recovered with said at least one additional component in gaseous form for later use.
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 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 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 C02 par rapport à un seuil prédéterminé (S), 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 an operating well of an atypical deposit. wherein 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 recovery unit at low temperature comprising in particular a unit of evaluation, in the mixture of natural gas and of recovered CO2, of the amount of CO2 and a unit for comparing this quantity of C0 2 with respect to a predetermined threshold (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 C02 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 C02 séparé à l'état liquide, semi-liquide ou solide, et 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 CO 2 recovered by said recovery unit, with at least first and second units of different separation according to whether the amount of CO2 is higher or lower than said predetermined threshold (S), at least one temporary storage unit, C0 2 separated in the liquid, semi-liquid or solid state, and
au moins un véhicule terrestre pour déplacer ladite au moins une unité de stockage temporaire vers un autre site pour réutiliser le C02 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 un nouvelle unité de stimulation sur un nouveau puits voisin, dans le même gisement de gaz non conventionnel ou dans un gisement de gaz non conventionnel voisin. at least one land vehicle for moving said at least one temporary storage unit to another site to reuse the separated C0 2 and stored in the liquid, semi-liquid or solid state to feed a pressure injection unit of liquid carbon dioxide in a new stimulation unit on a nearby new well, in the same unconventional gas field or a nearby unconventional gas field.
Avantageusement, la première unité de séparation comprend une unité de liquéfaction de C02 mettant en oeuvre un système de distillation cryogénique pour assurer la séparation du C02 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir dudit mélange lorsque la quantité de C02 récupéré est comprise entre 100% et ledit seuil prédéterminé (S) du mélange de gaz naturel et de C02 récupéré. Advantageously, the first separation unit comprises a CO 2 liquefaction unit using a cryogenic distillation system to ensure the separation of C0 2 in the liquid, semi-liquid or solid state from said mixture when the amount of CO 2 recovered is between 100% and said predetermined threshold (S) of the mixture of natural gas and C0 2 recovered.
La deuxième unité de séparation comprend une unité de condensation de C02 à mise en froid rapide pour faire passer le C02 d'une phase gazeuse à une phase solide ou semi-liquide lorsque la quantité de C02 récupéré est comprise entre ledit seuil prédéterminé (S) et 20% du mélange de gaz naturel et de C02 récupéré. The second separation unit comprises a fast cooling unit of CO 2 for passing CO 2 from a gas phase to a solid or semi-liquid phase when the amount of CO 2 recovered is between said predetermined threshold. (S) and 20% of the mixture of natural gas and CO 2 recovered.
L'unité d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de C02 récupéré, de la quantité de C02, peut comprendre un analyseur de gaz par micro-chromatographie. The evaluation unit, in the recovered mixture of natural gas and CO 2 , of the amount of CO 2 may comprise a gas analyzer by micro-chromatography.
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.  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.
Selon un mode de réalisation possible, au moins l'une des première et deuxième unités de séparation différentes comprend une unité d'auto pré-refroidissement dans laquelle le mélange de gaz naturel et de C02 récupéré est soumis à un échange de chaleur avec un flux de gaz naturel séparé précédemment avant une réutilisation. According to one 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 CO 2 is subjected to a heat exchange with a previously separated natural gas stream before reuse.
Selon un autre mode de réalisation possible, au moins l'une des première et deuxième unités de séparation différentes comprend une unité de pré-refroidissement dans laquelle le mélange de gaz naturel et de C02 récupéré est soumis à un échange de chaleur avec la chaleur latente d'un flux de C02 séparé précédemment dans la deuxième unité de séparation par condensation et soumis à un passage de l'état solide à l'état liquide avant une réutilisation. 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 CO 2 is subjected to a heat exchange with the heat. latent of a CO 2 flow previously separated in the second condensation separation unit and subjected to a passage from the solid state to the liquid state before reuse.
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.
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 C02 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 means for recovering liquid, semi-liquid or solid C0 2 at the bottom of the column at the bottom of the column. column and natural gas recovery means at the head of the column.
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.  According to another particular embodiment, at least one of the first and second separation units comprises an expansion unit in a Joule-Thomson valve.
Selon encore un autre mode de réalisation particulier, au moins l'une des première et deuxième unités de séparation comprend une turbine de détente diphasique suivie d'un dispositif centrifuge pour séparer le C02 solide. 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 CO 2 .
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 fente de capture du C02 liquide ou solide. 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 C0 2 capture slit.
Le système peut comprendre des unités de stockage différentes associées respectivement aux première et deuxième unités de séparation.  The system may comprise different storage units associated respectively with the first and second separation units.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le système peut en outre comprendre une unité de séparation du C02 en phase gazeuse sans dispositif de liquéfaction pour assurer la séparation du C02 à l'état gazeux et la récupération du gaz naturel à partir du mélange de gaz naturel et de C02 récupéré, lorsque la quantité de C02 est inférieure à 20% dans le mélange de gaz naturel et de C02 récupéré. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante des modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : According to one particular characteristic of the invention, the system may further comprise a CO 2 gas phase separation unit without a liquefaction device to ensure the separation of the CO 2 in the gaseous state and the recovery of the natural gas from the mixture of natural gas and recovered CO 2 , when the amount of CO 2 is less than 20% in the mixture of natural gas and CO 2 recovered. Brief description of the drawings Other features and advantages of the invention will emerge from the following description of the particular embodiments given by way of examples, with reference to the appended drawings, in which:
- la figure 1 est une vue schématique d'un système de stimulation hydraulique selon un mode particulier de réalisation de l'invention;  - Figure 1 is a schematic view of a hydraulic stimulation system according to a particular embodiment of the 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 ;  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;
- la figure 3 est un schéma de principe montrant un premier exemple de technique de séparation du C02 à basse température utilisant un turbo-expander bi-phasique ; FIG. 3 is a block diagram showing a first example of a low temperature C0 2 separation technique using a two-phase turboexpander;
- les figures 4 et 5 sont des schémas de principe montrant des deuxième et troisième exemples de techniques de séparation du FIGS. 4 and 5 are schematic diagrams showing second and third examples of separation techniques of FIG.
C02 à basse température utilisant chacun une tuyère convergente/divergente; et C0 2 at low temperature each using a convergent / divergent nozzle; and
- la figure 6 est un schéma de principe montrant un quatrième exemple de technique de séparation du C02 à basse température utilisant une colonne de distillation. Fig. 6 is a block diagram showing a fourth example of a low temperature CO 2 separation technique using a distillation column.
Description détaillée de modes de réalisation préférentiels  Detailed description of preferred embodiments
La figure 1 montre de façon symbolique un exemple de système de stimulation hydraulique selon un mode particulier de réalisation de l'invention. FIG. 1 symbolically shows an example of a hydraulic stimulation system according to a particular embodiment of the invention.
Le module 3, qui est représenté comme étant monté sur une plate-forme déplaçable 5, telle qu'une remorque ou un camion, inclut un réservoir 8 de C02 liquide et symbolise un équipement de stimulation hydraulique avec utilisation de C02 liquide qui, à travers un dispositif d'injection comprenant au moins une vanne 4 et une conduite 6 permet d'injecter du C02 liquide dans une canalisation principale d'un 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. Le réservoir 8 de C02 liquide peut lui-même contenir du C02 liquide qui a été récupéré dans un autre puits d'exploitation du même gisement atypique ou d'un autre gisement atypique voisin, selon le procédé conforme à l'invention, qui sera décrit ci-dessous. The module 3, which is shown as being mounted on a movable platform 5, such as a trailer or a truck, includes a tank 8 of liquid C0 2 and symbolizes hydraulic stimulation equipment using liquid C0 2 which, through an injection device comprising at least one valve 4 and a pipe 6 makes it possible to inject liquid C0 2 into a main pipe of a well 11 making it possible to carry out an initial hydraulic stimulation stage, with the aid of injection under pressure of liquid carbon dioxide in 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. The reservoir 8 of liquid C0 2 can itself contain liquid C0 2 which has been recovered in another exploitation 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.
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 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.  Referring first to Figure 2 which shows the evolution of the concentration of a fracturing agent, consisting of carbon dioxide, at the head of the well 11, when after the first step of stimulation, it recovers a mixture of gas and fracturing agent.
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.  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.
Après un temps variable tl, 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 C02 continue ensuite de décroître avec le temps pour devenir au bout de quelques jours égale à la concentration habituelle en C02 dans le gaz naturel extrait du gisement à exploiter, c'est-à-dire une concentration de l'ordre de 2 ou quelques pour cent. After a variable time t1, of the order of a few hours or a day, the concentration of fracturing agent falls to a predefined threshold S, which is advantageously defined between 55 and 65%, preferably the order of 60%. The CO 2 concentration then continues to decrease over time to become, after a few days, equal to the usual C0 2 concentration in the natural gas extracted from the deposit to be exploited, that is to say a concentration of the order of 2 or a few percent.
La référence 1 désigne la partie de la courbe de la figure 2 correspondant à une concentration en C02 supérieure au seuil S et la référence 2 désigne la partie de la courbe de la figure 2 correspondant à une concentration en C02 inférieure au seuil S. The reference 1 designates the part of the curve of FIG. 2 corresponding to a concentration of C0 2 greater than the threshold S and reference 2 designates the part of the curve of FIG. 2 corresponding to a concentration of C0 2 below the threshold 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 C02 à basse température selon que la concentration en C02 est supérieure (courbe 1) ou inférieure (courbe 2) au seuil S. The method according to the invention takes into account this decreasing evolution of the concentration of fracturing agent to apply different techniques for recovering CO 2 at low temperature depending on whether the CO 2 concentration is greater (curve 1) or lower (curve 2 ) at the threshold S.
Dans la suite de la description, on décrira essentiellement le cas où l'on utilise deux techniques différentes de récupération du C02 à basse température selon que la concentration en C02 est supérieure (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 C02 à basse température à chaque franchissement de seuil. 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. In the remainder of the description, the case will essentially be described in which two different techniques for recovering CO 2 at low temperature are used, depending on whether the CO 2 concentration is greater (curve 1) or lower (curve 2) than the threshold S. , but it is also possible to provide several different thresholds which would be staggered on the curve of Figure 2 and to use a different technique for recovering C0 2 at low temperature at each crossing threshold. 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.
Cette étape de récupération à basse température comprend 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.  This low-temperature recovery step comprises in particular a step of evaluating, in the mixture of natural gas and recovered CO2, the amount of CO2 and a step of comparing this quantity of CO2 with respect to at least one predetermined threshold 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 technique différente selon que la quantité de C02 est supérieure ou inférieure au seuil prédéterminé S. The CO2 in the liquid, semi-liquid or solid state is then separated from the mixture of natural gas and recovered CO2, with a different technique depending on whether the amount of C0 2 is greater or less than the predetermined threshold 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 C02 , par exemple en adaptant un 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 C02 à mise en froid rapide (réfrigération), par passage direct d'une phase gazeuse à une phase solide. By way of example, if a threshold S of 60% is provided, when the concentration of CO2 is between 100% and 60%, a CO 2 liquefaction technique can be used, for example by adapting a CO 2 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 CO 2 condensation technique to be used. rapid cooling (refrigeration), by direct passage from a gaseous phase to a solid phase.
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.  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.
On déplace ensuite le véhicule terrestre 504 avec la 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 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 été utilisée dans le module 3 de stimulation utilisé pour le puits 11. The land vehicle 504 is then moved with the tank 81 to another site to reuse the CO 2 separated and stored in the liquid, semi-liquid or solid state in order to carry out 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.
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 soumis à des opérations de récupération à basse température qui sont relativement peu coûteuses et faciles à mettre en œuvre. On évite surtout de gaspiller et libérer dans la nature de grandes quantités d'agent de fracturation comme selon les procédés conventionnels. This is done for a succession of stimulation operations in a succession of operating wells with a limited stock of CO2 which is recycled without the need for an expensive liquefaction operation, since the CO 2 separated from the gas produced is simply subjected to low temperature recovery operations that are relatively inexpensive and easy to implement. We avoid especially to waste and release in the nature of large quantities of fracturing agent as according to the conventional methods.
Naturellement, lorsque la quantité de C02 récupéré est inférieure à environ 20% dans le mélange de gaz naturel et de C02 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 C02 en phase gazeuse sans dispositif de liquéfaction pour assurer la séparation du C02 à l'état gazeux et la récupération du gaz naturel à partir du mélange de gaz naturel et de C02 récupéré. Naturally, when the amount of CO 2 recovered is less than about 20% in the mixture of natural gas and CO 2 recovered, while being greater than the residual rate of about 2% of CO2 present in the natural gas, it is possible to proceed. using conventional techniques for the separation of C0 2 in the gas phase without a liquefaction device to ensure the separation of C0 2 in the gaseous state and the recovery of natural gas from the mixture of natural gas and recovered C0 2 .
L'installation représentée schématiquement sur la figure 1 permet de mettre en œuvre le procédé selon l'invention.  The installation shown diagrammatically in FIG. 1 makes it possible to implement the method according to the invention.
Le système de traitement et de séparation d'un gaz non conventionnel selon l'invention comprend une unité de stimulation 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 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.  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 of dioxide. of liquid carbon in a well 11 of exploitation of an atypical deposit 7, in which the unconventional gas is trapped in a rock, buried in relation to the ground level 9. The injection unit 4 connected to the well by a pipe 6 comprises a system of valves for connections and disconnections between the hydraulic stimulation unit 3 and the well 11.
Selon une caractéristique importante, l'installation selon l'invention comprend une unité 10 de récupération à basse température après une opération de stimulation, d'un mélange de gaz naturel et de C02. According to an important characteristic, the installation according to the invention comprises a low temperature recovery unit 10 after a stimulation operation, a mixture of natural gas and CO 2 .
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 C02 récupéré à la tête du puits 11, de la quantité de C02 et une unité de comparaison de cette quantité de C02 par rapport à au moins un seuil prédéterminé S. L'unité d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de C02 récupéré, de la quantité de C02, peut comprendre un analyseur de gaz par micro-chromatographie. This low temperature recovery unit 10 comprises in particular an analysis module 42 comprising an evaluation unit, in the mixture of natural gas and C0 2 recovered at the head of the well 11, the amount of C0 2 and a unit comparing this amount of CO 2 with respect to at least one predetermined threshold S. The evaluation unit, in the mixture of natural gas and CO 2 recovered, of the amount of CO 2 may comprise a gas analyzer by micro-chromatography.
L'unité 10 de récupération à basse température comprend une unité de séparation du C02 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir du mélange de gaz naturel et de C02 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 C02 est supérieure ou inférieure au seuil prédéterminé S. Le nombre de ces 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 C02 dans une concentration inférieure à un autre seuil lui-même inférieur au seuil S. The low temperature recovery unit 10 comprises a unit for separating C0 2 in the liquid, semi-liquid or solid state. from the mixture of natural gas and CO 2 recovered by a pipe 13 from the well 11, with at least first and second separation units 51, 52 different depending on whether the amount of CO 2 is greater or less than the predetermined threshold S The number of these separating units 51, 52 is not limited to two and in FIG. 1 there is shown, in dashed lines, a third separation unit 53 for treating the CO 2 in a concentration. lower than another threshold itself lower than the threshold S.
La Figure 1 montre encore au moins une unité 81 de stockage temporaire du C02 séparé à l'état liquide, semi-liquide ou solide dans les unités de séparation 51, 52, 53. Figure 1 also shows at least one temporary storage unit 81 of C0 2 in the liquid state, semi-liquid or solid in the separation units 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, pour permettre notamment de déplacer une unité de stockage temporaire 81 vers un autre site pour réutiliser le C02 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 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 temporary storage unit 81, but also the separation units 51, 52, 53 are advantageously arranged on land vehicles 501 to 504, such as trailers or trucks, in particular to enable a temporary storage unit 81 to be moved to another site for reusing the C0 2 separated and stored in the liquid state, semi-liquid or solid, in order to feed a unit for injection under pressure of liquid carbon dioxide in a stimulation unit on a new well close to the well 11, in the same unconventional gas field or in a nearby unconventional gas field. 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.
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 C02 récupéré par la canalisation 13 est soumis à un échange de chaleur 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. 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 C0 2 recovered via the pipe 13 is subjected to heat exchange with a previously separated stream of natural gas circulating in the lines 91, 92, 93 before local reuse or in a natural gas network 94.
Une conduite secondaire 12 est dérivée de la canalisation principale 13 pour fournir au module d'analyse 42 un échantillon de gaz permettant de déterminer la concentration en C02. De façon similaire, une conduite secondaire 14 peut être dérivée de la canalisation principale 15 recevant le mélange de gaz et de C02 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 C02. A secondary pipe 12 is derived from the main pipe 13 to provide the analysis module 42 with a gas sample to determine the CO 2 concentration. Similarly, a secondary pipe 14 can be derived from the pipe main 15 receiving the mixture of gas and CO 2 at the output of the pre-cooling unit 41 to provide the analysis module 42 a gas sample for determining the concentration of C0 2 .
Une vanne à trois voies 22 permet de relier la canalisation 15 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 C02. A three-way valve 22 makes it possible to connect the pipe 15 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 from line 17 to provide the analysis module 42 with a gas sample for determining the CO 2 concentration.
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 déterminer la concentration en C02. A three-way valve 23 makes it possible 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 from line 19 to provide the analysis module 42 with a gas sample for determining the C0 2 concentration.
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, par exemple une unité de séparation du C02 en phase gazeuse sans dispositif de liquéfaction pour assurer la séparation du C02 à l'état gazeux et la récupération du gaz naturel à partir du mélange de gaz naturel et de C02 récupéré, lorsque la quantité de C02 est inférieure à 20% dans le mélange de gaz naturel et de C02 récupéré, tout en restant supérieure à la quantité résiduelle de C02 dans le gaz naturel, qui est de l'ordre de 2% ou de quelques pour cent. 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 CO 2 gas phase separation unit without a liquefaction device for separating the CO 2 in the gaseous state and recovering the natural gas from the mixture of natural gas and recovered CO 2. when the amount of CO 2 is less than 20% in the mixture of natural gas and CO 2 recovered, while remaining greater than the residual amount of CO 2 in natural gas, which is of the order of 2% or a few percent.
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.  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.
Des canalisations 34, 35, 36 peuvent relier entre elles et avec un évent 37 les unités de séparation 51 à 53.  Pipes 34, 35, 36 can connect to each other and with a vent 37 the separation units 51 to 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, qui peut être un réseau de transport ou un réseau de distribution. Le C02 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 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 C02 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. At the outlet of each of the separation units 51, 52, 53, a pipe 91, 92, 93 makes it possible to recover the natural gas to send it to a storage zone or a natural gas network 94, which can be a network transport or distribution network. The liquid, solid or semi-liquid C0 2 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 72 to a pipe 64 itself connected by a three-way valve 71 to the outlet pipe 61 of the separation unit 51 and to a connecting pipe 65 with a liquid, solid or semi-liquid storage tank C0 2 . Of course, again, if the separation unit 53 does not exist, the valve 72 may be a simple two-way valve.
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.  Note that only the pipe 12 or 14 connecting with the analysis module 42 could be used, the pipes 16 and 18 being optional.
Par ailleurs, on n'a pas représenté sur la figure 1 les liaisons de commande des différentes vannes à partir des informations délivrées par le module d'analyse 42 qui constitue en fait un système complet de contrôle et de commande.  Furthermore, it is not shown in Figure 1 the control links of the different valves from the information provided by the analysis module 42 which is in fact a complete control system and control.
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.  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.
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 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. At the beginning of the process of recovery of the mixture of natural gas and CO 2 extracted from the well 11 via 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 CO 2 is greater than the threshold S of for example 60%. As a result, the valve 22 connects the pipe 15 to the inlet pipe 31 to the first separation unit 51, while the following valves 23, 24 are closed.
Le module d'analyse 42 peut être installé par exemple sur l'un quelconque des véhicules terrestres 501, 502, 503. L'unité 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. The analysis module 42 can be installed for example on any of the land vehicles 501, 502, 503. The evaluation unit of the analysis module 42 can determine the concentration of CO 2 in the return flow of the well 11, either continuously or intermittently, but with a good frequency, for example every thirty minutes.
Au début du processus de récupération du mélange de gaz naturel et de CO2 extrait du puits 11 par la canalisation 13, ou plus généralement, chaque fois que la concentration en CO2 est supérieure 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. At the start of the process of recovering the mixture of natural gas and CO2 extracted from well 11 via line 13, or more generally, whenever the CO 2 concentration is higher at the threshold S of for example 60%, it is the separation unit 51 which is active and the valves 23 and 24 remain closed.
En revanche, lorsque la concentration en C02 devient inférieure au seuil S de par exemple 60%, tout en restant supérieure 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 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. On the other hand, when the C0 2 concentration falls below the threshold S of for example 60%, while remaining greater than either a minimum threshold, for example of the order of 20%, or 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 communicates the pipe 15 with the pipe 17. The valve 23 is then set manually or automatically in a position which connects the pipe 17 to the inlet pipe 32 of the second separation unit 52, while the next valve 24 remains closed.
De façon similaire, s'il existe une unité de séparation additionnelle 53 à laquelle est associée une vanne 24, et qui est prévue pour assurer une séparation du C02 lorsque la concentration du C02 est comprise entre le seuil intermédiaire et le seuil minimal, lorsque le module d'analyse 42 a défini que la concentration de C02 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 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 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. Similarly, if there is an additional separation unit 53 to which is associated a valve 24, and which is provided to ensure a separation of C0 2 when the CO 2 concentration is between the intermediate threshold and the minimum threshold, when the analysis module 42 has defined that the concentration of CO 2 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 sets communication 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. valve 24 is then placed manually or automatically in a position that connects the pipe 19 to the inlet pipe 33 of the third separation unit 53, while any valves following antes remain closed.
La commande de telles vannes suivantes associées à d'éventuelles unités de séparation supplémentaires destinées à être mises en œuvre dans d'autres plages de valeur de concentration de C02 est similaire. The control of such subsequent valves associated with any additional separation units to be implemented in other ranges of CO 2 concentration value is similar.
La commande des diverses vannes 22, 23, 24 est de préférence réversible, c'est-à-dire qu'au cas où la concentration en C02 remonterait pour passer d'une valeur située en dessous du seuil S à une valeur située au-dessus du seuil S, l'unité de séparation 52 serait désactivée et l'unité de séparation 51 serait réactivée. 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 canalisations 61 à 65 et des vannes 71, 72 vers le réservoir 81 monté sur un véhicule terrestre 504. The control of the various valves 22, 23, 24 is preferably reversible, that is to say that in the case where the CO 2 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. As indicated above, at the outlet of the separation units 51, 52, 53, the natural gas is evacuated via lines 91, 92, 93 to a network 94 of natural gas or to a storage zone, while the liquid CO2, 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.
L'unité de pré-refroidissement 41 peut être associée à l'une ou l'autre des unités de séparation 51 à 53.  The pre-cooling unit 41 may be associated with one or the other of the separation units 51 to 53.
De façon plus particulière, dans l'unité de pré-refroidissement 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 :  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 cooling by heat exchange with:
-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 complémentaire, avant d'être envoyé vers un réseau de distribution, une zone de stockage ou être utilisé sur place ; or the flow of cold natural gas separated in the separation units 51 to 53, which can then be recycled in one or more of these separation units 51 to 53 for further purification, prior to be sent to a distribution network, a storage area or used locally;
-soit le courant de C02 liquide, solide ou semi-liquide avant que celui-ci soit introduit dans le réservoir 81. or the flow of liquid, solid or semi-liquid C0 2 before it is introduced into the tank 81.
Dans le cas où l'on utilise dans la deuxième unité de séparation 52 une unité de condensation de C02 à mise en froid rapide pour faire passer le C02 d'une phase gazeuse à une phase solide ou semi-liquide lorsque la quantité de C02 récupéré est comprise entre le seuil prédéterminé S et environ 20% du mélange de gaz naturel et de C02 récupéré, on peut récupérer la chaleur latente du C02 solide ou semi- liquide avant que le C02 soit transféré sous forme liquide dans le réservoir 81. In the case where the second separation unit 52 is used with a rapid cold CO 2 condensation unit for passing CO 2 from a gas phase to a solid or semi-liquid phase when the amount of CO 2 recovered is between the predetermined threshold S and about 20% natural gas mixture of C0 2 recovered can be recovered latent heat C0 2 semisolid or liquid before the C0 2 is transferred in liquid form in the tank 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 ou un système à cycle de Stirling (qui est adapté à des applications mobiles de taille moyenne par exemple dans des sous-marins).  The pre-cooling unit 41 may comprise a complementary cooling unit comprising a refrigeration system which may be an optimized refrigeration cycle system or a Stirling cycle system (which is suitable for medium-sized mobile applications, for example in submarines).
La première unité de séparation 51 peut comprendre une unité de liquéfaction de C02 mettant en oeuvre un système de distillation cryogénique, tel que par exemple ceux utilisés dans des unités de purification de carbone, pour assurer la séparation du C02 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir du mélange issu de l'unité de pré-refroidissement 41 et permet de séparer la plus grosse partie du C02 présent dans le mélange, quand la proportion de C02 dans le mélange est comprise entre 100% et le seuil prédéterminé S compris par exemple entre 55% et 65%. The first separation unit 51 may comprise a CO 2 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 unit of pre-cooling 41 and makes it possible to separate the greater part of the CO 2 present in the mixture, when the proportion of CO 2 in the mixture is between 100% and the predetermined threshold S of, for example, between 55% and 65%.
On peut également mettre en œuvre un système de distillation cryogénique avec une unité de condensation de C02 à mise en froid rapide pour faire passer le C02 d'une phase gazeuse à une phase solide ou semi-liquide, dans l'unité de séparation 52, lorsque la quantité de C02 récupéré est comprise entre le seuil prédéterminé S et un seuil inférieur compris par exemple entre 20% et 40% du mélange de gaz naturel et de C02 récupéré. It is also possible to use a cryogenic distillation system with a fast cooling unit of CO 2 for passing CO 2 from a gaseous phase to a solid or semi-liquid phase, in the separation unit. 52, when the amount of CO 2 recovered is between the predetermined threshold S and a lower threshold for example between 20% and 40% of the mixture of natural gas and CO 2 recovered.
On a représenté sur la figure 6 un exemple de système de distillation cryogénique 400 pouvant être mis en œuvre dans l'unité de séparation 52 et pouvant utiliser une technique de type CFZ (pour l'expression anglaise « Controlled Freeze Zone » désignant une zone de congélation contrôlée).  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 of controlled freezing).
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 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 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 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. 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 and an upper stage 403, which is a conventional upper distillation stage. . A mixture containing CO 2 is introduced via a line 404 in the intermediate stage 402. The liquid or semi-liquid CO 2 is collected at the base of the lower stage 401 and is heated in a heater 405. The shale gas is taken from the top of the upper stage 403, is partially condensed in a condenser 406 and is separated in the separator 407 into a gaseous phase which is discharged and into a liquid phase which is recycled in the upper stage 403. The liquid produced in the upper stage 403 is collected and stored in a tank 408, where it can be pumped to be sprayed in the intermediate stage 402. Installations such as those of Figure 6 are described for example in US 4533372 , US 8312738 and US 2009/0266107.
Comme on peut le voir sur la figure 1 avec la canalisation de liaison 37, il est possible de mettre en œuvre successivement les unités 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 avec un premier procédé de séparation et le mélange résiduel avec une proportion réduite de C02 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 C02. 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 C0 2 being introduced into the separation unit 52 with a second separation process more suitable for a mixture containing a lower concentration of C0 2 .
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 C02 ou une mise en froid rapide pour faire passer le C02 d'une phase gazeuse à une phase solide ou semi-liquide. Similarly, with the connecting pipe 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 gaseous phase to a solid or semi-liquid phase.
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 2010/141995.  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.
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 complémentaire. Un revêtement anti-adhérent permet d'éviter que le C02 se dépose sur les aubes de la turbine et le C02 solide peut être récupéré dans un dispositif centrifuge après la turbine. 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 ensure additional refrigeration. A non-stick coating prevents the CO 2 from settling on the blades of the turbine and the solid CO 2 can be recovered in a centrifugal device after the 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 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 alimente elle-même un échangeur-congélateur 105 qui produit sur la ligne 114 un courant de C02 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 C02 solide et une ligne de sortie 112 fournissant un courant de C02 dépiété qui est réappliqué à l'échangeur 103. Les lignes 113, 114 dans lesquelles circule un courant de C02 solide sont appliquées à un compresseur 108 de solides. En sortie de l'échangeur 103, une ligne 116 alimente une pompe de liquide 109 pour fournir un courant de C02 liquide pressurisé, une ligne 117 fournit un courant de C02 dépiété et une ligne 118 fournit du SOx et d'autres composants congelables. Figure 3 shows an example of a bi-phasic expansion turbine system 100. The gaseous mixture to be treated is introduced through 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. additional which itself feeds an exchanger-freezer 105 which produces on the line 114 a solid CO 2 stream and also feeds an expansion stage 106, followed by a solid-gas separation unit 107, with an output line 113 providing a solid CO 2 stream and an outlet line 112 providing a depleted CO 2 stream which is reapplied to the exchanger 103. The lines 113, 114 in which a solid CO 2 stream flows are applied to a compressor 108 of solid. In At the outlet of the exchanger 103, a line 116 feeds a liquid pump 109 to provide a pressurized liquid C0 2 stream, a line 117 provides a de-cooled C0 2 stream, and a line 118 provides SO x and other freezable components. .
Au moins l'une des première et deuxième unités de séparation At least one of the first and second separation units
51, 52, 53 peut comprendre une tuyère convergente-divergente munie dans sa partie divergente d'une fente de capture du C02 liquide ou solide. 51, 52, 53 may comprise a convergent-divergent nozzle provided in its diverging portion with a liquid or solid C0 2 capture slit.
On a représenté sur la figure 4 un exemple de système de 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 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 gouttelettes ou des flocons de C02 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. 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 inner 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 cyclone effect of the vortex flow, a separation of C0 2 206 droplets or flakes occurs, 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.
Le mode de réalisation de la figure 5 montre un système de 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 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 C02 commence et des particules solides 306 créées dans la zone externe peuvent être évacuées et capturées par une ouverture latérale 307. 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 différents échangeurs de chaleur peuvent comprendre différents types d'ailettes. 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 flow gaseous subsonic regime. At the neck 303 of the nozzle equipped with valves 304 creating a vortex effect, we obtain a transient regime creating shock waves with a Mach number equal to 1. In the divergent portion 305, we obtain supersonic speeds with a number Mach typically typically between 3 and 5 and there is rapid isentropic relaxation. Freezing of CO 2 begins and solid particles 306 created in the outer zone can be evacuated and captured by a lateral opening 307. 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.
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.  Each separation unit 51, 52, 53 can itself be divided into several units operating in parallel and can be installed on different land vehicles.
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.  Each separation unit 51, 52, 53 can itself also be divided into several units operating in series, each performing part of the process and can be installed on different land vehicles.
Comme on l'a dit plus haut, le C02 récupéré sous forme liquide 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 comme représenté dans l'exemple de la figure 1. As mentioned above, the C0 2 recovered in liquid form or in the form of 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, in particular as shown in the example of FIG.
Le gaz naturel récupéré lors de la phase de séparation avec le C02 qui suit immédiatement l'étape de stimulation au C02, 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 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 C02/ ou encore pour le fonctionnement des systèmes de séparation à basse température. The natural gas recovered during the separation phase with CO 2 immediately following the CO 2 stimulation step, that is to say before the normal production of well 11, can be evacuated by a pipe. line to a storage or consumption area or can be consumed on the spot, for example to supply motors, such as engines of electrical energy production plants used for example for the drive of C0 2 injection pumps / or for the operation of low temperature separation systems.

Claims

REVENDICATIONS
1. 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, A method of treating and separating an unconventional gas comprising a) an initial hydraulic stimulation step, using pressure injection of liquid carbon dioxide into a well (11) for operating a atypical deposit in which said unconventional gas is trapped in a rock,
le procédé comprenant notamment l'étape : the method comprising in particular the step:
b) récupérer à basse température après l'opération de stimulation, un mélange de gaz naturel et de CO2, b) recovering at low temperature after the stimulation operation, a mixture of natural gas and CO 2 ,
le procédé étant caractérisé en ce que cette étape de récupération à basse température comprend notamment une étape bl) 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), et le procédé comportant en outre les étapes suivantes : the method being characterized in that this low temperature recovery step comprises in particular a step b1) of evaluation, in the mixture of natural gas and recovered CO 2 , of the amount of CO 2 and a step b 2) of comparison of this amount of CO 2 with respect to a predetermined threshold (S), and the method further comprising the following steps:
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), c) separating at least a portion of the CO 2 in the liquid, semi-liquid or solid state from said mixture of natural gas and recovered CO 2 , with a different separation technique depending on whether the amount of CO 2 is greater or less than said predetermined threshold (S),
d) stocker temporairement dans au moins une citerne (81) transportable sur un véhicule terrestre (504) le CO2 séparé à l'état liquide, semi-liquide ou solide, et d) storing temporarily in at least one portable tank (81) on a land vehicle (504) the CO 2 separated in the liquid, semi-liquid or solid state, and
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 stimulation sur un nouveau puits voisin, dans le même gisement de gaz non conventionnel ou dans un gisement de gaz non conventionnel voisin. e) moving the land vehicle (504) with said at least one tank (81) to another site to reuse the separated CO 2 and stored in the liquid, semi-liquid or solid state in order to perform a new stimulation operation on a new neighboring well, in the same unconventional gas field or a nearby unconventional gas field.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque la 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, semi-liquide ou solide à partir dudit mélange comprend une étape de liquéfaction de CO2 mettant en oeuvre un système de distillation cryogénique. 2. Method according to claim 1, characterized in that when the amount of CO 2 recovered is between 100% and said predetermined threshold (S) of the mixture of natural gas and recovered CO 2 , the step c) of separation of CO 2 in the liquid, semi-liquid or solid state from said mixture comprises a CO 2 liquefaction step using a cryogenic distillation system.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque la quantité de C02 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 C02 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir dudit mélange comprend une étape de condensation de C02 à mise en froid rapide faisant passer le C02 d'une phase gazeuse à une phase solide. 3. Method according to claim 1, characterized in that when the amount of CO 2 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 C0 2 in the liquid, semi-liquid or solid state from said mixture comprises a rapid cold 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 d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de C02 récupéré, de la quantité de C02, est réalisée à l'aide de l'analyse du gaz par micro- chromatographie. 4. Method according to claim 1, characterized in that the evaluation step, in the mixture of natural gas and CO 2 recovered, of the amount of CO 2 is carried out using gas analysis. by micro-chromatography.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé 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 C02 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 C0 2 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 C02 récupéré à basse 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 C02 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 utilisation ultérieure. 7. Method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the mixture of natural gas and CO 2 recovered at low temperature after the stimulation operation further comprises at least one additional component such as the nitrogen N 2 and in that during step c) of separation of at least a portion of the CO 2 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.
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 un puits (11) d'exploitation d'un gisement atypique dans lequel ledit gaz non conventionnel est emprisonné dans une roche, 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 in a well (11) for operating an atypical deposit in which said unconventional gas is trapped in a rock,
le système comprenant une unité (10) de récupération à basse température après une opération de stimulation, d'un mélange de gaz naturel et de C02, the system comprising a low temperature recovery unit (10) after a stimulation operation, a mixture of natural gas and CO 2 ,
le système étant caractérisé en ce que cette unité (10) de récupération à basse température comprend notamment une unité (42) d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de C02 récupéré, de la quantité de C02 et une unité (42) de comparaison de cette quantité de C02 par rapport à un seuil prédéterminé (S), et le système comporte en outre : une unité de séparation d'au moins une partie du C02 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir dudit mélange de gaz naturel et de C02 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 C02 est supérieure ou inférieure audit seuil prédéterminé (S), the system being characterized in that the low temperature recovery unit (10) comprises in particular an evaluation unit (42), in the mixture of natural gas and recovered CO 2 , the amount of CO 2 and a unit ( 42) for comparing this amount of C0 2 with respect to a predetermined threshold (S), and the system further comprises: a unit for separating at least a portion of the C0 2 in the liquid, semi-liquid or solid from said mixture of natural gas and C0 2 recovered by said recovery unit, with at least first and second separation units (51, 52, 53) different depending on whether the amount of C0 2 is above or below said threshold predetermined (S),
au moins une unité (81) de stockage temporaire du C02 séparé à l'état liquide, semi-liquide ou solide, et at least one unit (81) for temporary storage of C0 2 separated in the liquid, semi-liquid or solid state, and
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 C02 séparé et stocké à l'état liquide, semi-liquide ou solide, afin d'alimenter une unité (4) d'injection sous pression de 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. at least one land vehicle (501, 502, 503, 504) for moving said at least one temporary storage unit (81) to another site to reuse the separated CO 2 and stored in the 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 deposit or in a deposit unconventional gas neighbor.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première unité de séparation (51) comprend une unité de liquéfaction de C02 mettant en oeuvre un système de distillation cryogénique pour assurer la séparation du C02 à l'état liquide, semi-liquide ou solide à partir dudit mélange lorsque la quantité de C02 récupéré est comprise entre 100% et ledit seuil prédéterminé (S) du mélange de gaz naturel et de C02 récupéré. 9. System according to claim 8, characterized in that the first separation unit (51) comprises a CO 2 liquefaction unit using a cryogenic distillation system to ensure the separation of C0 2 in the liquid state, semi liquid or solid from said mixture when the amount of CO 2 recovered is between 100% and said predetermined threshold (S) of the mixture of natural gas and CO 2 recovered.
10. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que la deuxième unité de séparation (52) comprend une unité de condensation de C02 à mise en froid rapide pour faire passer le C02 d'une phase gazeuse à une phase solide ou semi-liquide lorsque la quantité de C02 récupéré est comprise entre ledit seuil prédéterminé (S) et 20% du mélange de gaz naturel et de C02 récupéré. 10. System according to claim 8, characterized in that the second separation unit (52) comprises a condensation unit of C0 2 to rapid cooling to pass CO 2 from a gas phase to a solid or semi-liquid phase when the amount of CO 2 recovered is between said predetermined threshold (S) and 20% of the mixture of natural gas and CO 2 recovered.
11. Système selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'unité (42) d'évaluation, dans le mélange de gaz naturel et de C02 récupéré, de la quantité de C02, comprend un analyseur de gaz par micro-chromatographie. 11. System according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the unit (42) of evaluation, in the mixture of natural gas and CO 2 recovered, the amount of CO 2 , comprises an analyzer. of gas by micro-chromatography.
12. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, 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 C02 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 natural gas and recovered CO 2 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 prérefroidissement dans laquelle le mélange de gaz naturel et de C02 récupéré est soumis à un échange de chaleur avec la chaleur latente d'un flux de C02 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 gas mixture. and recovered CO 2 is subjected to heat exchange with the latent heat of a CO 2 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. 15. 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 unit of further cooling comprising a Stirling cycle type refrigeration system.
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 C02 liquide, semi-liquide ou 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 C0 2 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 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 séparation (51, 52, 53) comprend une turbine de détente diphasique suivie d'un dispositif centrifuge pour séparer le C02 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 centrifugal device. to separate the solid C0 2 .
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 séparation (51, 52, 53) comprend une tuyère convergente-divergente (200 ; 300) munie dans sa partie divergente d'une fente (209 ; 307) de capture du C02 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 with in its diverging portion of a slot (209; 307) for capturing liquid or solid C0 2 .
20. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 19, 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, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une unité de séparation du C02 en phase gazeuse sans dispositif de liquéfaction pour assurer la séparation du C02 à l'état gazeux et la récupération du gaz naturel à partir dudit mélange de gaz naturel et de C02 récupéré, lorsque la quantité de CO2 est inférieure à 20% dans le mélange de gaz naturel et de CO2 récupéré. 21. System according to any one of claims 9 to 20, characterized in that it further comprises a CO 2 gas phase separation unit without liquefaction device to ensure the separation of C0 2 in the gaseous state and recovery of natural gas from said recovered natural gas and CO 2 mixture, when the amount of CO2 is less than 20% in the mixture of natural gas and recovered CO2.
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