Brevet FR2760526A1 — publié le 19980911

La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure et, plus particulièrement à un tel dispositif destiné à fournir des mesures concernant un effluent pétrolier provenant d'un puits. Lors de la mise en production d'un puits pétrolier, il est nécessaire de caractériser les effluents provenant du puits afin de mieux gérer la production. Cette caractérisation se fait généralement par des analyses complexes qui imposent des conditions de prélèvement d'échantillon bien spécifiques. Par exemple, il peut être nécessaire de prélever un échantillon de la phase huile et/ou de la une phase gaz à des conditions de pression et de température bien identifiées. De plus, pendant la période de production du puits, il est nécessaire de suivre l'évolution des caractéristiques de l'effluent ainsi que les quantités produites afin de mieux gérer le gisement. Ce suivi est généralement fait par des analyses et des mesures de débit qui mettent en oeuvre la mesure des diverses caractéristiques physiques de l'effluent, telles que les débits de chacune des phases, leur densité et la salinité de l'eau. Cependant, comme la nature de l'effluent évolue pendant la période de production du gisement, il est nécessaire de recalibrer périodiquement le dispositif qui mesure les caractéristiques de l'effluent et, de préférence, de prélever des échantillons de ses constituants. Par exemple, quand le débitmètre est du type dans lequel certaines des mesures effectuées sont fondées sur la conductivité de l'eau présente dans l'effluent, et comme cette conductivité peut évoluer avec le temps, il est essentiel de la connaître. Jusqu'à lors on la connaissait généralement grâce à des analyses périodiques qui nécessitent des prélèvements d'échantillon. La présente invention a, donc, pour objet un dispositif de mesure adapté à fournir des mesures de diverses caractéristiques physiques d'un fluide polyphasique, qui peut facilement être recalibré sans nécessiter d'analyses faite dans un laboratoire ni même d'intervention sur site et qui permet de prélever des échantillons de chacune des phases formant l'effluent. Pour répondre à cet objet, l'invention propose un dispositif de mesure comprenant un dispositif de mesure comprenant un débitmètre (26) muni d'une entrée et d'une sortie destinées à être reliées chacune à un conduit dans lequel s'écoule un fluide polyphasique à mesurer, et une première vanne (28) disposée en dessous du débitmètre (26) le débitmètre étant monté généralement verticalement caractérisé en ce qu'il comprend, de plus, un passage de contournement (34), muni d'une deuxième vanne (36), débouchant au dessus du débitmètre, afin que l'on puisse le remplir sélectivement de liquide au moyen de ce passage de contournement (34). L'invention permet de contrôler la conductivité en la mesurant débitmètre lui même, sans faire de prélèvement d'échantillon, en isolant un échantillon d'eau de l'effluent dans le dispositif de mesure à des fins d'analyse. Cette possibilité est d'autant plus intéressante que dans certains schémas de production comme par exemple ceux qui mettent en oeuvre des puits sous-marins, le prélèvement d'échantillon peut-être impossible sans équipements très onéreux. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture de la description suivante donnée, à titre explicatif mais non limitatif, en relation avec les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de mesure, selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 représente l'évolution de la conductivité en fonction du temps lors des mesures prises dans le dispositif de la figure 1; et - la figure 3 est une vue schématique d'un dispositif de mesure selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1 est représenté un tubage 10 s'étendant entre un puits pétrolier et une sortie (non- représentés) et formant une voie d'écoulement pour un S15 effluent pétrolier polyphasique provenant d'un réservoir en fond de puits. Typiquement, l'effluent pétrolier est formé d'un mélange d'huile, d'eau et de gaz dans des proportions qui varient pendant la mise en production du réservoir, la composition de chaque phase variant également. Un dispositif de mesure, représenté généralement en 12, est monté en communication avec le tubage 10, par exemple sur le fond de la mer lorsqu'il s'agit d'un puits sous-marin, et un manifold de test 18, de construction classique, qui permet de mettre un ou plusieurs puits en communication avec le dispositif de mesure 12 au moyen d'une vanne 20 et d' un conduit 24. Le dispositif de mesure permet de fournir des mesures concernant l'effluent à une station éloignée 14 au moyen d'une voie de transmission 16. Le dispositif de mesure 12 comprend un débitmètre polyphasique 26 de construction classique, monté verticalement afin de recevoir un flux ascendant. Ce type de débitmètre comporte généralement des systèmes destinés à mesurer la vitesse d'écoulement et la proportion de chaque phase formant l'effluent. Pour ce faire il utilise des paramètres comme la conductivité, la permittivité, et l'absorption des rayons gamma. Le conduit 24 est destiné à être sélectivement relié à l'entrée du débitmètre polyphasique 26 par une vanne 28 commandée à partir de la station 14. Un conduit 30, s'ouvrant entre la vanne 28 et le débitmètre 26, et muni d'une vanne 32, commandée également à partir de la station 14, forme une sortie permettant de prélever des échantillons d'effluent ou de purger la partie basse du débitmètre, comme il sera décrit plus en détail ci- après. Un premier passage de contournement 34, muni d'une vanne 36, est disposé en parallèle au débitmètre 26. Un deuxième passage de contournement 37, muni d'une vanne 38 s'ouvre directement en dessous du débitmètre 26. Le diamètre de la tuyauterie du passage 37 est réduit au niveau de l'ouverture de façon à limiter la quantité de fluide introduite dans le débitmètre, et son arrangement est tel qu'il communique au fluide introduit dans le débitmètre un maximum de vitesse. La production du puits est évacuée par ailleurs, de préférence par le passage de contournement 34, de façon à laisser au fluide la charge nécessaire au bon fonctionnement du passage de contournement 37. Un conduit 39 qui relie la vanne 38 au conduit 24 comporte un tronçon 40 qui descend en dessous du niveau du conduit 24 afin que l'effluent s'écoulant par le conduit 39 comprenne une forte proportion de liquide. Le conduit 24 est également muni d'une vanne de purge 42. Les vannes 36 et 42 sont commandées à partir de la station 14. Un conduit 44 relie la sortie du débitmètre polyphasique 26 au tubage 10. Le dispositif de mesure selon l'invention permet d'effectuer trois types de mesures, à savoir des mesures de débit, des mesures servant à la calibration du débitmètre, et des mesures de certaines propriétés de chacune des trois phases. Comme certaines des mesures, effectuées dans le débitmètre polyphasique sont fondées sur la connaissance de paramètres physiques, caractéristiques de chaque phase, par exemple la conductivité de l'eau présente dans l'effluent, et comme ces caractéristiques peuvent évoluer pendant la mise en production du puits, il est essentiel de procéder à des mises à jour périodiques des valeurs des paramètres servant à la calibration du débitmètre. Réciproquement, le dispositif de mesure permet de mesurer la valeur des paramètres physiques d'une phase donnée, à condition que ces paramètres ne soient pas requis pour faire la mesure. Afin de réaliser de telles mesures, les vannes 28 et 38 sont fermées et la vanne 36 est ouverte, ce qui dirige l'effluent à l'aplomb du débitmètre polyphasique 26 et l'évacue par le conduit 44. Compte tenu de la densité respective des phases en présence et de la disposition des conduits, la portion de conduit délimitée par la vanne 28 (fermée) et la jonction entre le passage de contournement 34 et le haut du débitmètre, va se remplir d'effluent, prioritairement de liquide. Ce liquide présent dans le débitmètre étant stationnaire, il se sépare en ses trois phases constitutives, de l'eau et de l'huile restant à l'intérieur du débitmètre et le gaz s'échappant par le conduit 44. Dans la portion de conduit délimitée par la vanne 28 (fermée) et la jonction entre le passage de contournement 34 et le haut du débitmètre, l'eau tend, du fait de sa densité, à déplacer l'huile et le gaz présents et à remplir l'intérieur du débitmètre 26. Des mesures sur des paramètres physiques de la seule phase eau peuvent être ainsi effectuées, par exemple sur la conductivité, soit à des fins de calibration de l'appareil, soit à des fins de connaissance des caractéristiques de l'eau, comme dit plus haut. Cependant, le temps nécessaire pour que le débitmètre 26 se remplisse exclusivement d'eau peut-être très long. Afin de réduire ce temps de mesure, on peut préparer un graphique de l'évolution de la conductivité mesurée en fonction du temps, lorsque le débitmètre 26 se remplit d'eau, tel que représenté sur la figure 2. A partir d'une analyse d'un certain nombre de ces graphiques, il est possible, en étudiant la partie initiale 46 de la courbe, de prédire la valeur finale de la conductivité, telle que représentée par la ligne pointillée. Une fois que les mesures sur les paramètres physiques de l'eau présente dans le débitmètre sont achevées si l'on souhaite effectuer des mesures sur la phase huile, l'eau est purgée par la vanne 32, de façon à ce que le contenu du débitmètre se concentre en huile. La mesure souhaitée sur l'huile peut alors se faire en utilisant le graphique dont la construction est expliquée plus haut et sur la figure 2. L'opération de purge de l'eau peut avoir à être répétée, d'autant plus que l'effluent admis dans le débitmètre contiendra une proportion importante d'eau et que le volume contenu entre le bas de la cellule de mesure du débitmètre et la purge 32 sera petit. Lorsque les mesures des caractéristiques de l'huile sont effectuées, si l'on désire faire des mesures sur des caractéristiques du gaz contenu dans l'effluent, il faut arrêter toute circulation dans le passage de contournement 34 tout en gardant la vanne 28 fermée et purger le liquide. Il faudra veiller à ce que la disposition du conduit de sortie 44 soit telle qu'aucun liquide ne puisse revenir à l'envers, du tubage 10 vers le débitmètre 26, par exemple en raccordant le conduit 44 sur le tubage 10 par une disposition du type "col de cygne" ou en installant un clapet de non retour sur le conduit 44. Une fois que ces mesures des caractéristiques de chaque phase sont terminées et que les paramètres de calibration sont mis à jour dans le calculateur du débitmètre polyphasique 26, les passages de contournement 34 et 37 sont fermés, la vanne 28 est ouverte et les mesures du débit peuvent reprendre, avec des paramètres de calibration mis à jour. De manière alternative, l'eau, le gaz ou l'huile présents à l'état de phase séparée dans le débitmètre 26 peuvent être prélevés par le conduit 30 en ouvrant la vanne 32. Si une purge à l'atmosphère n'est pas souhaitée, la sortie de la vanne 32 sera dirigée par un conduit 48 vers un dispositif de perte de charge 50 monté sur le conduit 44, par exemple une vanne partiellement fermée. Le dispositif de perte de charge 50 peut également être constitué par la prise basse pression d'un organe déprimogène. Le dispositif de mesure selon l'invention comporte également le deuxième passage de dérivation 37 qui permet, lorsque le débitmètre 26 est rempli d'effluent liquide à analyser, d'injecter à l'entrée dudit débitmètre, une faible quantité d'effluent animé d'une forte vitesse. Cette arrivée d'effluent a deux fonctions. Une première fonction qui est de brasser le mélange présent dans le débitmètre et à le maintenir homogène, évitant ainsi que les deux phases liquides se séparent, cette fonction étant réalisée grâce à une forte vitesse d'admission de l'effluent dans le débitmètre et grâce à la forte différence de densité entre le gaz et le mélange présent dans le débitmètre qui procure au gaz une vitesse ascensionnelle importante. Une deuxième fonction qui est de maintenir le débitmètre complètement rempli de liquide en remplaçant la faible quantité de liquide emportée lors du passage du gaz par la fraction liquide contenue dans l'effluent arrivant par le passage de contournement 37. On notera que ce passage de contournement 37 est principalement utile pour des effluents peu chargés en liquide et très chargés en gaz, car une faible proportion de liquide rend difficile la mesure des caractéristiques de ce liquide, et ceci quelque soit le principe de mesure utilisé par le débitmètre. Sur la figure 3 est représenté un dispositif de mesure selon un deuxième mode de réalisation dans lequel le débitmètre polyphasique 26 est adapté à recevoir un flux descendant et donc dans lequel les conduits 24 et 44 sont inversés. Ce dispositif diffère de celui représenté sur la figure 1 en ce que le premier passage de contournement 34 amène de l'effluent verticalement au-dessus du débitmètre, à son entrée, alors que, dans le premier mode de réalisation ce passage amenait le fluide horizontalement au-dessus du débitmètre, à sa sortie. De plus, le deuxième passage de contournement 37 ne comporte plus de tronçon 40, le conduit 39 étant naturellement descendant. Une vanne 52 est montée entre le conduit 39 et le débitmètre 26. Afin de permettre l'alimentation du passage de contournement 37, la vanne 52 est étranglée pour créer la différence de charge nécessaire. La vanne de purge 32, dans le cas o elle n'est pas ouverte à l'atmosphère, est reliée en aval de la vanne 28. Le dispositif de perte de charge 50, utilisé dans le mode de réalisation de la figure 1 n'est plus nécessaire dans ce mode de réalisation. Dans certaines conditions la différence de charge nécessaire pour évacuer dans le conduit 44, le contenu liquide du débitmètre par la purge 32, peut être créée en étranglant la vanne 36. REVENDICATIONS l/ Dispositif de mesure comprenant un débitmètre (26) muni d'une entrée et d'une sortie destinées à être reliées chacune à un conduit dans lequel s'écoule un fluide polyphasique à mesurer, et une première vanne (28) disposée en dessous du débitmètre (26) le débitmètre étant monté généralement verticalement caractérisé en ce qu'il comprend, de plus, un passage de contournement (34), muni d'une deuxième vanne (36), débouchant au dessus du débitmètre, afin que l'on puisse le remplir sélectivement de liquide au moyen de ce passage de contournement (34). 2/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le débitmètre est monté afin de recevoir un flux ascendant, le passage de contournement (34) débouchant à la sortie du débitmètre. 3/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le débitmètre est monté afin de recevoir un flux descendant, le passage de contournement (34) débouchant à l'entrée du débitmètre. 4/ Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend, de plus, un deuxième passage de dérivation (37), muni d'une troisième vanne (38), disposé en parallèle à la première vanne (28). / Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il comprend, de plus, une sortie (30), munie d'une quatrième vanne (32), montée à l'entrée du débitmètre (26) et destinée à permettre le prélèvement d'échantillon liquides du débitmètre.