Brevet FR2799261A1 — publié le 20010406

La présente invention a pour objet le domaine de la détection d'un dépôt ou d'une phase solide susceptible de se former dans une canalisation de transport d'un fluide au sens général. Une application préférée de l'invention concerne la prévention risques de bouchage dans les canalisations de transport d'un fluide et, en particulier, de fluides polyphasiques pétroliers. Il connu que de tels fluides polyphasiques pétroliers peuvent entraîner la formation d'une phase solide, telle que des hydrates, paraffines, asphaltènes ou autres dépôts mineraux. Cette phase solide peut se déposer en un ou plusieurs points de la canalisation et en réduire alors le débit jusqu'à perturber totalement transport de l'hydrocarbure. Or contexte économique actuel incite les sociétés opératrices à réduire sensiblement leurs investissements et leurs coûts d'exploitation, en particulier, par une meilleure maitrise et la recherche de l'élimination des risques de dépôt cette phase solide, aussi bien dans les installations de traitement que dans celles de transport des hydrocarbures. Pour tenter de remédier au problème de dépôt de cette phase solide à l'intérieur d'une canalisation transportant des hydrocarbures, il est prévu d'avoir recours à des solutions préventives dont l'une consiste à ajouter plus ou moins systématiquement, des additifs inlûbiteurs adaptés au transport de tels hydrocarbures. Une autre solution consiste à procéder régulièrement, à titre conservatoire, à des opérations raclage à l'intérieur des canalisations. De telles solutions, qui sont souvent combinées, sont onéreuses et ne sont pas totalement satisfaisantes, notamment a cause de la difficulté de leur planification. Il subsiste ainsi, en cas de mauvaise planification des opérations de raclage et/ou de rajout d'agents inhibiteurs, des problèmes liés - à la perte de production par bouchage des canalisations, - à la sécurité, avec les risques d'accidents liés à l'apparition d'un bouchon d'hydrates, au défaut de fonctionnement de vannes ou au redémarrage d'unités bloquées par la gélification de bruts paraffiniques, - et à la perte de marchés commerciaux à cause du non respect de conditions contractuelles de vente pour cause d'arrêt de production. telles solutions préventives sont d'autant plus onéreuses qu'en l'absence de données réelles sur la quantité de dépôt s'étant formé à l'intérieur de la canalisation, il est procédé à des opérations de raclage à des intervalles très rapprochés et/ou à un ajout d'additifs inhibiteurs en plus grande quantité que nécessaire. Pour tenter de remédier ' ces inconvénients, des études sont menées, en vue d'améliorer connaissances sur les conditions de formation des phases solides (hydrates, paraffines et asphaltènes) au sein d'un écoulement polyphasique. Ces études visent développement de modèles destinés à prédire les profils de dépôt le long d'une canalisation, ou encore, l'amélioration des additifs inhibiteurs adaptés au transport bruts "difficiles". autre type de solution actuellement peu développé, concerne une technique visant à mesurer la quantité du dépôt formé à l'intérieur d'une canalisation. Pour tenter d'accéder à la mesure réelle de la quantité d'un dépôt susceptible de s'être formé à l'intérieur de la canalisation, il a été ainsi envisagé d'installer ou d'amener à l'intérieur la canalisation, un équipement de mesure et de contrôle interne. Toutefois, une telle solution est à même de perturber l'écoulement, de ne pas permettre une mesure en continu et de ne pas constituer une mesure fiable. Dans même sens il a été proposé de mesurer la quantité de dépôt à l'aide de capteurs ultrasonores. Toutefois, il apparaît que les impédances acoustiques d'un dépôt et hydrocarbures transportés sont sensiblement identiques, de sorte qu'une telle technique peu fiable. Il apparaît donc le besoin de pouvoir disposer d'une technique permettant, en des points choisis de la canalisation, de détecter un dépôt ou de mesurer l'épaisseur d'un tel dépôt susceptible d'être présent à l'intérieur d'une canalisation de transport de fluides, qu'ils soient liquides et/ou gazeux, cette technique ne perturbant l'écoulement et n'étant pas intrusive tout en étant simple et efficace. Pour atteindre un tel objectif, l'objet de l'invention concerne un procédé détection d'un dépôt susceptible de se former à l'intérieur d'une canalisation transport d'un fluide. Selon l'invention, le procédé consiste - à appliquer un gradient thermique en au moins une zone dite active de surface extérieure de la canalisation, - à mesurer le flux thermique d'au moins une zone de la surface extérieure de la canalisation située par rapport à la zone active, à une distance donnée en considération de la longueur de la canalisation, - et à détecter lorsque le flux thermique correspondant au moins partiellement au gradient thermique appliqué et transmis par la canalisation, dépasse un seuil déterminé significatif de la présence dépôt à l'intérieur la canalisation. Selon une variante avantageuse de réalisation, l'objet l'invention vise également déterminer la valeur de l'épaisseur du dépôt en comparant le niveau du flux thermique mesuré et le niveau du flux thermique relevé lors d'une phase d'étalonnage. L'objet de l'invention vise également à proposer une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé pour détecter un dépôt susceptible de se former à l'intérieur d'une canalisation de transport d'un fluide. Selon l'invention, la canalisation comporte - moins une source de production d'un gradient thermique destinée à être montée sur une zone dite active de la surface extérieure la canalisation, - moins un capteur de mesure du flux thermique destiné à être monté sur une zone de la surface extérieure de la canalisation situee par rapport à la zone active, à une distance donnée en considération la longueur de la canalisation, - et des moyens de commande et de contrôle, reliés à la source de production et au capteur de mesure, et adaptés pour détecter lorsque le flux thermique correspondant au moins partiellement au gradient thermique appliqué et transmis par la canalisation, dépasse un seuil déterminé significatif de la présence d'un dépôt à l'intérieur de la canalisation. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, â titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique montrant un exemple réalisation d'une installation de détection conforme à l'invention. La fig. 2 est une courbe illustrant le gradient thermique appliqué en fonction du temps. La 3 est une courbe ihustrant, en fonction du temps, le signal du flux thermique mesuré, en présence et en l'absence d'un dépôt à l'intérieur de la canalisation. Tel cela ressort plus précisément de la fig. 1, l'installation 1 selon l'invention est adaptée pour détecter un dépôt au sens général susceptible de se former à l'intérieur d'une canalisation 2 de transport d'un fluide en particulier, pétrolier. D'une manière classique, le transport de fluides polyphasiques pétroliers entraîne le risque de formation à l'intérieur de canalisation, d'un dépôt ou d'une phase solide représentée schématiquement par la référence D, telle que des hydrates, des paraffines, des asphaltènes ou des dépôts minéraux. Conformément à l'invention, l'installation 1 comporte au moins une source 3 de production gradient thermique G. Une telle source de production 3 est destinée à être montée sur une zone dite active Za, de la surface extérieure de la canalisation 2. Il doit être considéré que cette source 3 apporte une quantité déterminée chaleur (positive ou négative) sur une zone choisie de la canalisation 3, par tous moyens appropriés. A titre d'exemple, la quantité de chaleur apportée à la canalisation 3 peut etre produite par effet Joule, effet Pelletier ou effet Seebeck. Selon un exemple de réalisation, cette source de production d'un gradient thermique 3 peut être constituée sous forme d'un bandeau souple intégrant les moyens techniques pour l'application du gradient thermique. Un tel bandeau peut être soit rapporté sur la canalisation 2 en dessous revêtement d'isolation thermique ou coating enveloppant généralement les canalisations de transport de produits pétroliers, soit etre directement intégré sur la canalisation au cours son processus de fabrication. La source de production 3 est reliée par une liaison 4 à des moyens de contrôle et de traitement 5, adaptés pour contrôler la quantité de chaleur appliquée et le temps de son application. Selon un exemple de réalisation illustré plus particulièrement à la fig. 2, le gradient de température G est appliqué selon un cycle déterminé régulier ou non, comportant périodes d'application du gradient thernûque entrecoupées de périodes d'application d'un gradient thermique de signe opposé ou nulle. Par ailleurs, il doit être considéré que le gradient thermique est appliqué sur une zone active Za plus ou moins large de la canalisation 2 en considération de la longueur de cette canalisation. Dans le même sens, cette zone active Za peut constituer toute la circonférence de la canalisation 3. Bien entendu, il pourrait être envisagé, notamment, pour canalisations de grand diamètre, d'appliquer le gradient thermique sur plusieurs secteurs angulaires déterminés d'une circonférence de la canalisation. L'installation 1 selon l'invention comporte également au moins un capteur 7 mesure du flux thermique F, destiné à être monté sur une zone Zm de la surface extérieure de canalisation 2, située à une distance donnée de la zone active Za en considération longueur de la canalisation 2. Cette zone de mesure Zm du flux thermique se trouve donc située à une distance déterminée de la zone active Za en considération de longitudinal A d'une telle canalisation 2. En d'autres termes, la source de production 3 et le capteur de mesure 7 sont situés selon deux sections droites transversales différentes de la canalisation 2. Il est à noter que le capteur de mesure 7 peut être monté en amont ou en de la source de production 3, en considération du sens de circulation du fluide à l'intérieur de la canalisation 2. Le capteur de mesure 7 du flux thermique est monté pour accéder à l'échange thermique (i.e. en Watt/cm'), entre la canalisation 2 et le fluide circulant à l'intérieur de canalisation. Il est à noter que ce capteur de mesure 7 est adapté pour être thermiquement transparent, dans la mesure où les problèmes de dépôt sont intimement liés à la valeur de température mesurée à la périphérie de la canalisation 2. En d'autres termes, ce capteur de mesure 7 est conçu pour ne pas modifier localement le profil thermique à l'extérieur de la canalisation 2. Par ailleurs, compte tenu du fait que les canalisations 2 de transport de brut petrolier sont généralement isolées thermiquement par l'intermédiaire d'un revêtement ou coating, un tel capteur de mesure 7 est installé sous un tel revêtement, afin de ne modifier l'environnement thermique de cette canalisation. Selon un exemple de réalisation, un tel capteur de mesure 7 du flux thermique constitué par un bandeau souple, tel qu'une bande en Néoprène sur laquelle sont fixés un ou plusieurs fluxmètres montés pour être répartis sur la circonférence de la canalisation. Dans le cas du montage d'un fluxmètre pour un secteur donné de la canalisation, il peut être envisagé d'accéder à l'échange thermique entre le fluide transporté et ladite zone de la canalisation. Un tel bandeau peut être soit rapporté sur la canalisation 2 en dessous du revêtement d'isolation thermique, soit être directement intégré sur la canalisation au cours de son processus de fabrication. Un tel capteur de mesure 7 peut intégrer également une sonde de température de la surface extérieure de la canalisation 2. Le capteur de mesure 7 est relié aux moyens de contrôle et de traitement 5 l'intermédiaire d'une liaison 8 de tout type. Les moyens de contrôle et de traitement 5 sont adaptés pour, en fonction du gradient thermique appliqué et de la mesure du thermique, déterminer la présence d'un dépôt D à l'intérieur de la canalisation 2, selon procédé décrit ci-après. mise en oeuvre de l'installation 1 décrite ci-dessus est effectuée de la maniere suivante. moyens de contrôle et de traitement 5 permettent d'appliquer l'intermédiaire de la source 3, un gradient thermique G sur la zone active Za de canalisation Le gradient thermique G appliqué est contrôlé aussi bien en puissance temporellement, de manière à être identifiable par rapport aux éventuelles variations thermiques dues à l'environnement extérieur de la canalisation ou au fluide transporté. gradient thermique appliqué tient compte, notamment, de la distance séparant la source production et le capteur de mesure 7. Par exemple, le gradient thermique est appliqué de manière cyclique. Un exemple d'une forme du gradient thermique G appliqué est donné par la rig. 2. moins après l'application du gradient thermique G, les moyens de contrôle et de traitement 5 assurent par l'intermédiaire du capteur 7, la mesure du flux thermique d'une zone Zm la surface extérieure située à distance de la zone active Za. En l'absence dépôt D à l'intérieur de la canalisation 2, le gradient therntique injecté est presque intégralement transmis au fluide en déplacement dans la conduite 2. Compte tenu de distance entre le capteur de mesure 7 et la source de production 3 du gradient thermique, le flux thermique détecté au niveau de la zone de mesure Zm, n'est pratiquement plus mesurable. Un exemple d'un signal de flux thermique FI pour une canalisation 2 comportant pas de dépôt est représenté à la fig. 3. En présence d'un dépôt D à l'intérieur de la canalisation 2, ce dépôt provoque isolation thermique entre la canalisation 2 et le fluide transporté. Le gradient thermique injecté au niveau de la zone active Za n'est pas transmis dans le fluide mais se transmet principalement dans la structure même de la canalisation 2. Le flux thermique est ainsi transmis jusqu'à la zone de mesure Zm du capteur de mesure 7. Un exemple du signal FZ du flux thermique mesuré lors de la présence d'un dépôt D à l'intérieur de la canalisation est donné à la fig. 3. Ce gradient thermique mesuré correspond, moins partiellement, à celui appliqué et transmis par la canalisation 2. La valeur du flux thermique mesuré est comparée ' une valeur de seuil déterminée significative de la présence d'un dépôt D à l'intérieur de la canalisation 2. Si la valeur mesurée du flux thermique atteint ou dépasse cette valeur seuil, les moyens de contrôle et traitement 5 indiquent la présence d'un tel dépôt par tous moyens appropriés, comme par exemple sous la forme d'un graphique, signal sonore et/ou lumineux, message, etc. Le procédé selon l'invention vise ainsi à appliquer un gradient thermique sur au moins une zone de la surface extérieure de la canalisation et à mesurer au moins après l'application de ce gradient thermique, le flux thermique à une distance donnée de la zone d'application, manière à déterminer si la chaleur est diffusée dans le fluide (absence de dépôt), ou transmise par la canalisation (présence de dépôt qui agit comme un isolant thermique). existe ainsi, lors de la présence d'un dépôt une corrélation entre l'application d'un gradient thermique et l'apparition d'un flux thermique à une distance donnée du point d'application. II est à noter que la mise en oeuvre d'une série de fluxmètres affectés chacun à un secteur de la circonférence de la canalisation, permet d'obtenir des mesures qui tiennent compte des différents régimes d'écoulement susceptibles d'intervenir pour un fluide comportant une phase liquide et une phase gazeuse De plus, l'utilisation de plusieurs fluxmètres répartis permet de détecter la présence d'un dépôt pour chaque zone de mesure affectée à un fluxmètre. Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, l'objet de l'invention permet également de déterminer la valeur de l'épaisseur d'un tel dépôt D en comparant le niveau du flux thermique mesuré et le niveau du flux thermique relevé lors d'une phase d'étalonnage. Selon un exemple de réalisation, il peut être envisagé de détecter les valeurs crêtes du flux thermique mesuré, de manière que la valeur crête à crête du signal soit comparée à valeur de seuil significative de la présence d'un dépôt à l'intérieur de la canalisation. L'objet de l'invention permet de détecter la présence d'une phase solide ou un dépôt à l'intérieur d'une canalisation, ainsi que de mesurer l'épaisseur d'un tel dépôt. Une telle détection mesure peut être effectuée facilement par le montage, de façon intégrée ou rapportée, du capteur de mesure 7 et de la source de production sur une canalisation de divers types flexibles ou rigides. tel montage peut intéresser des canalisations de transport de fluide, notamment sous marines, placées à de grandes profondeurs. Bien entendu, les moyens de contrôle et de traitement 5 peuvent être facilement déportés par rapport à la canalisation 2 à l'aide des taisons 4, 8. Par ailleurs, une telle installation peut être combinée à une autre technique de mesure de la quantité d'un dépôt, par exemple vibratoire, telle qu'explicitée dans la demande de brevet FR 2 754 898. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Procédé de détection d'un dépôt (D) susceptible de se former à l'intérieur d'une canalisation (2) de transport d'un fluide, caractérisé en ce qu'il consiste - ' appliquer un gradient thermique (G) en au moins une zone dite active (Za) de la surface extérieure de la canalisation, - ' mesurer le flux thermique (F) d'au moins une zone (Zm) la surface extérieure de la canalisation située par rapport à la zone active, à une distance donnée en considération de la longueur de la canalisation, - et à détecter lorsque le flux thermique correspondant au moins partiellement au gradient thermique appliqué et transmis par canalisation, dépasse un seuil déterminé significatif de la présence d'un dépôt à l'intérieur de la canalisation. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce consiste à appliquer un gradient thermique (G) selon un cycle déterminé. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce consiste à appliquer un gradient thermique (G) en une zone active (Za) constituant une circonférence de la canalisation. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer un gradient thermique (G) par l'intermédiaire d'une source de production thermique (3) rapportée ou intégrée sur la canalisation. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer flux thermique (F) en un ou plusieurs secteurs d'une circonférence de la canalisation. - Procédé selon la revendication 1 ou 5, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer le flux thermique (F) à l'aide d'un capteur de flux thermique rapporté ou intégré sur la canalisation. 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce consiste à déterminer la valeur de l'épaisseur du dépôt (D) en comparant le niveau du flux thermique mesuré et le niveau du flux thermique relevé lors d'une phase d'étalonnage. 8 - Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à revendication 1, pour détecter un dépôt (D) susceptible de se former à l'intérieur d'une canalisation de transport d'un fluide, caractérisée en ce qu'elle comporte - moins une source de production (3) d'un gradient thermique destinée à être montée sur une zone dite active (Za) de la surface extérieure canalisation, - au moins un capteur de mesure (7) du flux thermique (F) destiné à etre monté sur une zone (Zm) de la surface extérieure de la canalisation située rapport à la zone active, à une distance donnée en considération de longueur de la canalisation, - et des moyens de commande et de contrôle (5), reliés à la source de production (3) et au capteur de mesure (7), et adaptés pour détecter lorsque le flux thermique correspondant au moins partiellement au gradient thermique appliqué et transmis par la canalisation, dépasse un seuil déterminé significatif de la présence d'un dépôt à l'intérieur de la canalisation. 9 - Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de contrôle (5) comportent des moyens de détermination de l'épaisseur du dépôt, en comparant le niveau du flux thermique mesuré et le niveau du flux thermique relevé lors d'une phase d'étalonnage. 10 Installation selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que les moyens de commande et de contrôle (5) comportent des moyens de détection des valeurs crêtes du signal de flux thermique mesuré, de manière que la valeur crête à crête du signal soit comparée à la valeur de seuil significatif de la présence d'un dépôt à l'intérieur la canalisation. 11 Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la source de production (3) d'un gradient thermique est constituée sous la forme d'un bandeau souple rapporté ou intégré à la canalisation. 12 - Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le capteur de mesure du flux thermique (7) est formé par un bandeau souple équipé d'un ou de plusieurs fluxmètres, rapporté ou intégré sur la canalisation.