Brevet FR2823848A1 — publié le 20021025

o effectuer les mesures. PROCEDE D'ECHANTILLONNAGE A PARTIR D'UN MELANGE FLUIDE MULTIPHASIQUE ET DISPOSITIF D'ECHANTILLONNAGE ASSOCIE La présente invention se rapporte à un procédé d' échantillonnage d' une phase fluide à partir d'un mélange fluide multiphasique et au dispositif d'échantillonnage associé. Un exemple préféré d'application de l'invention concerne une méthode de prise d'un échantillon en vue de mesurer la densité d'une huile issue d'un effluent de forage pétrolier, à des conditions de température et de pression correspondant à celles de la ligne permettant de transporter ledit effluent. Après le forage et la mise en sécurité d'un puits d'hydrocarbures, on met le puits en production afin d'identifier clairement la nature et l'importance de ses composants. Ces tests - communément appelés well testing - sont particulièrement importants pour le futur exploitant du gisement de pétrole car ils lui permettent d'estimer les capacités de production d'hydrocarbures et donc le rendement du puits. Ces tests font communément appel à des moyens de séparation des différentes phases de l'effluent (eau, huile et gaz). Les différentes phases étant de densités différentes, la séparation est effectuce en continu dans un séparateur dans lequel les phases décantent. En aval du séparateur, la phase aqueuse est rejetée, après une éventuelle purification complémentaire et les hydrocarbures sont brûlés, stockés ou injectés dans une autre conduite. Les mesures qui sont effectuées permettent de déterminer les débits des différentes phases aux conditions de température et de press ion du séparateur. Ensuite, afin de fournir ces débits aux conditions "commerciales " d' exploitation du puits, c' est-à-dire à des conditions de 2s température et de pression proches des conditions atmosphériques, et dans des unités significatives pour l'exploitant (typiquement des débits volumétriques correspondant à un nombre de barils de pétrole et un volume de gaz par jour), il est nocessaire de faire des calculs correctifs pour "transformer " ces débits communément donnés par les instruments de mesure. FR17.0249 k Pour fournir des donnces les plus précises possible du débit volumétrique de production en huile du puits, différents problèmes se posent. Tout d'abord, il faut réussir à prendre un échantillon d'huile pure, i.e. non "pollué" par les autres phases. Ceci est particulièrement difficile lorsqu'on utilise des séparateurs en sortie s desquels la teneur en eau de la phase d'huile peut aller jusqu'à 30%, comme dans le séparateur faisant l'objet de la demande de brevet français n OO 05 666 déposée le 3 mai 2000 au nom de la demanderesse. Ensuite, un autre problème réside dans la difficulté de prendre cet échantillon d'huile aux conditions de température et de pres si on du séparateur. En effet, les condition s de press ion du sép arateur étant plus 0 élevoes que celles de 1'atmosphère, il faut prendre gare à prélever un échantillon de phase huile sans décompresser cette dernière, ce qui conduirait à un échantillon inexploitable contenant de l'huile morte (c'est-à-dire privoe de son gaz). L' invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en proposant une méthode d'échantillonnage collectant une phase fluide à partir d'un mélange fluide multiphasique, sans changer les conditions thermodynamiques de ce mélange. Dans ce but, I ' invention propose un procédé d'échantillonnage d' une phase fluide dans un mélange fluide multiphasique circulant dans une conduite sous des conditions donnces de pression, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: - admission du mélange fluide multiphasique dans un séparateur de phases; - séparation du mélange fluide multiphasique afin d'isoler la phase fluide à échantillonner; pressurisation d'un dispositif échantillonneur à la pression donnce dans la conduite; - récupération d'un échantillon de ladite phase fluide dans ledit dispositif échantillonneur, Selon l'invention, le procédé comprend en outre une étape d'augmentation de la pression dans le séparateur de phases par paliers successifs jusqu'à ce que ladite pression dans le séparateur atteigne la pression donnée dans la conduite. FRI7.0249 L 2823848 Selon l'invention, I'étape d' augmentation de la pression par paliers successifs s'effectue conjointement avec l'étape d'admission du mélange fluide multiphasique dans le séparateur. De cette manière, le procédé selon l' invention permet de collecter une phase fluide sans modifier les conditions thermodynamiques entre la conduite et le dispositif d'échantillonnage. Ce procédé est donc particulièrement adapté lorsqu'il s'agit d'utiliser l'échantillon ainsi collecté pour effectuer des mesures précises concernant le mélange, tel qu'il circule dans la conduite et non selon des conditions opératoires " artificielles ". De plus, I'étape de séparation ayant lieu dans un séparateur non soumis aux conditions de débit de la conduite, les temps de séparation peuvent étre considérablement augmentés, ce qui garantit la pureté de la phase fluide échantillonnée. Ainsi, le fait de garder tout au long du procédé les mêmes conditions de pression, depuis le mélange fluide multiphasique jusqu'à la phase fluide que l'on souhaite échantillonner, permet l'utilisation dudit procédé s pour la récupération d'un échantillon de phase pure d'huile à partir d'un effluent issu d'un forage pétrolier, et ce sans fausser les mesures prises sur cet échantillon, qui du fait de la constance de la pression notamment? ne contiendra pas d'huile " morte " (ou " dead oil "). Le procédé selon l' invention est donc particulièrement efficace lors des opérations de test (" well test ") précédemment évoqués ou pour tout échantillonnage depuis une conduite exportant un effluent. Selon un exemple avantageux de réalisation de l'invention, le séparateur de phases comprend un séparateur dans lequel les phases décantent par gravité et le dispositif d'échantillonnage comprend un flacon échantillonneur et des moyens d' admission, lesdits moyens d'admission étant reliés au séparateur de phases. Dans 2s cet exemple, les moyens d'admission du flacon échantillonneur sont reliés au séparateur de phases, de telle sorte que lesdits moyens d' admission se situent sensiblement au milieu du niveau, dans ledit séparateur, de la phase fluide à échantillonner. Premièrement, le fait d'utiliser un séparateur dans lequel les phases décantent par gravité est une solution particulièrement simple et économique à FR17.0249 j 2823848 réaliser; les séparateurs par gravité étant par ailleurs robustes, cela permet leur utilisation dans des conditions aussi éprouvantes que celles des tests sur les effluents issus de forages pétroliers. Deuxièmement, la position des moyens d' admission du flacon échantillonneur garantit la récupération d' une phase fluide pure puisqu' on s'éloigne des zones de transition avec les autres phases après décantation dans le séparateur du mélange fluide multiphasique. Dans un exemple de réalisation de l' invention particulièrement avantageux, le mélange fluide multiphasique est un mélange comprenant une phase majoritaire d' hydrocarbures issu d' une première étape de séparation au moyen d' un premier 0 séparateur de phases, d'un eMuent multiphasique en provenance d'un forage pétrolier, et la conduite est une conduite de récupération de dudit mélange comprenant une phase majoritaire d'hydrocarbures, aux conditions de pression correspondant à celles régnant dans ledit premier séparateur de phases. L' invention a également pour objet de proposer un dispositif d'échantillonnage destiné à prélever une phase fluide dans un mélange fluide multiphasique circulant dans une conduite à des conditions donnces de pression, ledit dispositif comprenant: - un séparateur de phases; - des moyens d'admission du mélange fluide multiphasique dans ledit séparateur; - un moyen d'échantillonnage destiné à prélever un échantillon de ladite phase fluide, ledit moyen d'échantillonnage étant relié au séparateur de phases; Selon l'invention, lesdits moyens d'admission comprennent des moyens de fermeture destinés à augmenter la pression dans le séparateur par paliers successifs. D' autres avantages et caractéristiques de l' invention seront mis en évidence dans la description suivante, donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure I représente une vue schématique d'un exemple d'application d'un dispositif d'échantillonnage conforme à 1'invention; FR17.0249 - la figure 2 représente une autre exemple d' application d' un dispositif d'échantillonnage conforme à l'invention. La figure 1 représente une vue d'un exemple d'application d'un dispositif d'échantillonnage conforme à l'invention. Un conduit principal 1 recucille un s emuent issu d'un forage pétrolier (non représenté) pour l'amener dans un premier séparateur de phases par gravité 2. Dans l'exemple représenté, le séparateur 2 est un séparateur de phases par gravité tel que décrit dans la demande de brevet n OO 05 666 déposée le 3 mai 2000 au nom de la demanderesse. Ce séparateur permet une première séparation des composants de l'effluent, à savoir l'eau, le gaz et l'huile. Comme représenté sur la figure 1, un conduit 3 de récupération de 1'huile s'étend depuis sensiblement le milieu de ladite phase dans le séparateur 2 vers un circuit " huile " généralement désigné par la référence 4. Selon le type du premier séparateur 2 employé, le mélange fluide issu du conduit 3 et circulant dans le circuit huile peut contenir un pourcentage plus ou moins important d'eau. En particulier, lorsqu'on utilise un séparateur tel que décrit dans la demande de brevet français n OO 05 666 ce mélange peut contenir du gaz et sa teneur en eau peut atteindre 30%. Sur le circuit huile 4 se trouve une perte de charge sous la forme d'une vanne de contrôle de niveau 5 qui permet de réguler le niveau du mélange fluide multiphasique dans le premier séparateur 2. La perte de charge causce par la vanne de contrôle 5 permet également le passage du mélange en provenance du premier séparateur 2 dans un dispositif d'échantillonnage 6 conforme à 1'invention, plus précisément représenté sur l' autre exemple d' application en figure 2. En figure 2, le mélange fluide circule dans une conduite quelconque 7, éventuellement relié à un conduit comme le conduit 3, en sortie d'un séparateur 2. Le dispositif 2s d'échantillonnage est de préférence installé en parallèle par rapport à la conduite 7 mais il pourrait également être installé en dérivation. Des vannes de contrôle 8a, 8b et 8c régulent le passage du mélange fluide multiphasique circulant dans la conduite 7 par le dispositif d'échantillonnage. Comme représenté à la figure 2, le dispositif d'échantillonnage selon I'invention comprend un séparateur 9 qui est dans cet exemple de réalisation un séparateur dans lequel les phases décantent par gravité. Le dispositif FR I 7.0249 d'échantillonnage 6 comprend également un flacon échantillonneur 10 qui est connocté par l'intermédiaire d'une vanne de liaison 11 au séparateur secondaire 9, sensiblement à mi-hauteur dudit séparateur et plus généralement à mi-hauteur par rapport à la hauteur minimale de phase huileuse attendue en fin de décantation dans le séparateur 9. Cette précaution permet de s'assurer que l'échantillon de phase huile recucilli dans le flacon échantillonneur sera exactement puisé dans la phase souhaitée, afin de garantir un échantillon particulièrement pur. En fonction de la répartition des phases dans le mélange fluide multiphasique, la position de la vanne de liaison 11 peut être modifice le long du séparateur 9. Les extrémités du flacon 0 échantillonneur 10 sont munies de vannes d'isolation 12a et 12b et d'une vanne d'évacuation du gaz 12c. De cette manière, en fermant les vannes 12 a, b et c et en déconnoctant la vanne de liaison 11, on peut enlever le flacon échantillonneur du dispositif d'échantillonnage selon l'invention afin d'effectuer des mesures. En particulier, afin de connâtre la densité de la phase d'huile, I'ensemble vannes 12 a, 12b, 12c (avantageusement, cette vanne peut-être démontable pour alléger encore l'ensemble) et flacon échantillonneur 10 plein sera pesé. Afin d'assurer la précision de la mesure, le poids du flacon échantillonneur et de ses vannes d' isolation et d' évacuation sera de préférence le plus loger possible. Ensuite, afin d' assurer une prise d'huile très pure dans le flacon 10, on choisira avantageusement un séparateur 9 bi en plus grand que ledit flacon. Des résul tats satisfai sants ont été obtenus avec un séparateur d'une capacité de 3 litres pour un flacon échantillonneur d'une capacité de 0,05 litres. En relation avec le dispositif d'échantillonnage ci-dessus présenté, le procédé d'échantillonnage conforme à l'invention sera maintenant explicité. Généralement, le but de ce procédé est de recucillir à partir d'un mélange fluide multiphasique, par exemple un effluent issu d'un forage pétrolier, un échantillon d'une phase fluide pure dans le flacon échantillonneur 10 aux mêmes conditions de température et de pression que celles de l'eMuent circulant dans une conduite 7. Dans ce procédé, le ratio multiphasique du mélange fluide est sensiblement stable dans le temps, ceci afin de pouvoir dimensionner correctement le dispositif d'échantillonnage, notamment la taille du séparateur 9 et la position du flacon échantillonneur 10. FR17.0249 Dans l'exemple d'application représenté en figure 1, 1'emuent issu du forage pétrolier est amené, dans des conditions donnces de température T et de pression P dans le premier séparateur 2 o ces conditions de température et de pression ne sont pas modifices. I1 s'ensuit donc une première étape de séparation, connue dans 1'état de la technique, au bout de laquelle on récupère dans le conduit 3 un premier mélange fluide comprenant une phase majoritaire d'hydrocarbures aux mêmes conditions P et T. Après cette première étape, le mélange fluide dont le ratio multiphasique est sensiblement stable, est dirigé vers le circuit huile 4 par la conduite 7 selon un débit qui dépend de la vanne de contrôle de niveau 5. Le 0 procédé d'échantillonnage selon 1'invention sera alors de recueillir ce mélange dans le séparateur 9 tout en gardant les conditions de température T et de pression P régnant dans la conduite 7. En effet, dans le cas o ces conditions viendraient à se modifier, et particulièrement dans le cas o la pression dans le séparateur secondaire 9 serait inférieure à celle dans la conduite 7, le mélange primaire se dépressuriserait et la phase huile obtenue serait de l'huile " morte ", non exploitable si l'on veut déterminer les capacités de production du puits de pétrole. Premièrement, on connocte le flacon échantillonneur au séparateur secondaire, par l'intermédiaire de la vanne de liaison 11. Le flacon échantillonneur aura préalablement été mis en température et pressurisé aux conditions P. T et les vannes d'isolation 12a, 12b et 12c sont fermoes. Pour pressuriser le flacon échantillonneur on peut très simplement connocter ce dernier par la vanne 12a à la sortie gaz du séparateur primaire, laisser circuler le gaz en ouvrant logèrement les vannes 12b et 12c puis fermer ces deux vannes: le flacon est rempli de gaz aux conditions T et P. On peut également utiliser des moyens de compression extérieurs. 2s Après connexion du flacon échantillonneur 10, on ouvre les vannes 8a, 8b et 8c pour laisser circuler le mélange fluide primaire, en provenance de la conduite 7, dans le séparateur 9. On va ensuite agir sur la vanne de contrôle 8b, en fermant progressivement cette dernière pour augmenter par paliers la pression dans le séparateur 9. De cette façon, la première quantité de mélange fluide va se dépressuriser du fait de 1'ouverture complète des vannes 8a, b et c et du volume vide dans le séparateur. Puis cette première quantité va circuler dans le séparateur et en fermant un peu la vanne 8b la nouvelle quantité de mélange admise va moins se FR17.0249 dépressuriser du fait de l'augmentation de la pression dans le séparateur 9. De plus, cette nouvelle quantité de mélange va permettre d'évacuer une partie de la première huile morte formée. De cette manière, par paliers de fermetures successifs et donc augmentations successives de la pression, on va remplir le séparateur d'un mélange fluide multiphasique qui se dépressurisera de moins en moins et qui évacuera au fur et à mesure des quantités d'huile mortes de plus en plus réduites. Lorsque l'on ferme complètement la vanne de contrôle 8b, le séparateur secondaire est plein de mélange fluide, comprenant une phase majoritaire d'hydrocarbures, aux conditions de température et de pression T et P. 0 On laisse ensuite le mélange fluide décanter dans le séparateur secondaire. Au bout d'un certain temps, ce mélange est décomposé en trois phases: une phase gaz qui se trouve dans le haut du séparateur, une phase huile au milieu et une phase eau dans le bas du séparateur. La phase huile est alors particulièrement pure et exploitable pour des mesures de densité et/ou de facteur de contraction (shrinkage) puisque le temps de décantation n'est pas influencé par le débit de mélange dans la conduite 7 et peut donc étre relativement long. Après ce temps de repos, on ouvre doucement la vanne de liaison 11 et la vanne d'isolation 12a pour relier le flacon échantillonneur 10 et la phase huile dans le séparateur 9. La phase huile est toujours aux conditions donnces T et P. On ouvre alors la vanne d'isolation 12b et très faiblement la vanne d' évacuation de gaz 1 2c (à titre d' exemple cette vanne est une vanne de précision, à aiguille) pour que la phase huile en pénétrant dans le flacon échantillonneur puisse en pousser le gaz. De cette manière, on remplit le flacon -. d'une huile très pure et aux conditions de pression de la conduite 7 (qui sont également celles du premier séparateur 2, dans 1' exemple d' application de la figure 2s 1). Dès qu'appara^t la première goutte d'huile en sortie du flacon échantillonneur, on ferme les vannes 12b et 12c. On peut alors fermer la vanne 12a et la vanne 11, ouvrir une vanne de purge non représentée entre ces deux vannes, et récupérer le flacon échantillonneur, rempli de phase huile à P et T. On peut alors mesurer par exemple la densité de 1'huile aux conditions de la conduite 7. Pour ce faire, il suffit de peser le flacon plein (on aura préalablement nettoyé ses extrémités FR17.0249 pour enlever toute huile qui ne serait pas issue de l'intérieur du flacon) . Ce dernier ayant été déjà pesé à vide, la densité pPThu (g/cm3) de 1'huile aux conditions P et T est donc: P,T _ M hu V tla Mh" (g) étant la masse d'huile et Vfla (cm3) étant le volume (calibré) du flacon. On peut ensuite dépressuriser l'huile en ouvrant la vanne 12b, le gaz contenu dans cette phase huileuse s'échappe et on obtient donc de l'huile " morte", aux conditions atmosphériques de température et de pression. En faisant le rapport des volumes d'huile à P et T et à Pa,n et Tam, on peut calculer le taux de contraction de 0 I'huile, Srkg (connu dans l'industrie pétrolière sous le terme anglais de " oil V Pa,m,Ta,m shrinkage "): S7kg Vp,T avec respectivement zu le volume d huile hu recucilli aux conditions atmosphériques et Vhu = Vfla le volume d'huile aux conditions de la conduite 7. Le taux de contraction et de la densité de l'huile aux conditions de température et de pression de cette conduite 7 permettent ensuite de calculer le débit volumétrique de 1'huile aux conditions atmosphériques à partir du débit massique (mesuré par des instruments non représentés, installés sur la conduite 7). On peut également calculer précisément ce taux de contraction avec les mesures de la masse d'huile après dépressurisation, M'hU, et de la densité de l'huile aux conditions atmosphériques (au moyen d'un densimètre), pP"tnTat''', Le taux de contraction est alors donné par la relation suivante: Srkg _ V"", _ M V1a p " X V f1' avec Vfla le volume d'huile recueilli dans le flacon échantillonneur. FR17.0249 Le procédé d' échantillonnage et le dispositif associé selon l ' invention permettent donc de manière très simple et fiable de corriger une mesure faite sous certaines conditions thermodynamiques P et T sur un effluent issu d'un forage pétrolier pour obtenir une réponse exploitable concernant les perspectives de production dudit puits selon des conditions thermodynamiques "standard " proches des conditions atmosphériques. Ce procédé est particulièrement efficace lorsqu'en amont de la conduite 7 se trouve un premier séparateur 2 en sortie duquel le mélange fluide contient un pourcentage sensiblement stable mais non négligeable d'eau. De plus, le procédé et le dispositif selon l'invention permettent un lo échantillonnage aux conditions thermodynamiques de n'importe quelle conduite d' exportation de l ' effluent, ce qui est déterminant pour la pertinence des calculs effectués à partir de l'échantillon récupéré. FR17.0249 REVENDICATIONS 1. Procédé d'échantillonnage d'une phase fluide dans un mélange fluide multiphasique circulant dans une conduite (7) sous des conditions donnces de pression (P), ledit procédé comprenant les étapes suivantes: admission du mélange fluide multiphasique dans un séparateur (9) de phases; - séparation du mélange fluide multiphasique afin d'isoler la phase fluide à échantillonner; 0 - pressurisation d'un dispositif échantillonneur (10) à la pression donnce dans la conduite (7); récupération d'un échantillon de ladite phase fluide dans ledit dispositif échantillonneur, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre une étape d' augmentation de la pression dans le séparateur de phases (9) par paliers successifs jusqu'à ce que ladite pression dans le séparateur atteigne la pression donnce (P) dans la conduite (7) 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1'étape d'augmentation de - la pression par paliers successifs s'effectue conjointement avec l'étape d'admission du mélange fluide multiphasique dans le séparateur (9). 3. Procédé selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que le séparateur de phases comprend un séparateur dans lequel les phases décantent par gravité. 4. Procédé d'échantillonnage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif d'échantillonnage comprend un flacon échantillonneur (l0) et des moyens d'admission (l l, 12a), lesdits moyens d' admission étant reliés au séparateur de phases (9). 5. Procédé d'échantillonnage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la répartition des phases dans le mélange fluide multiphasique circulant dans la conduite (7) à la pression donnce (P) est sensiblement stable dans le temps. FR17.0249 k 2823848 6. Procédé de séparation selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les moyens d'admission (I l, 12a) du flacon échantillonneur (10) sont reliés au séparateur de phases (9), de telle sorte que lesdits moyens d' admission se situent sensiblement au milieu du niveau, dans ledit séparateur, de la phase fluide à s échantillonner. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange fluide multiphasique est un mélange comprenant une phase majoritaire d'hydrocarbures issu d'une première étape de séparation au moyen d'un premier séparateur de phases (2), d'un effluent multiphasique en provenance o d'un forage pétrolier, et la conduite (7) est une conduite de récupération dudit mélange comprenant ladite phase majoritaire d'hydrocarbures, aux conditions de pression (P) correspondant à celles régnant dans ledit premier séparateur de phases. 8. Dispositif d'échantillonnage destiné à prélever une phase fluide dans un mélange f] uide multiphasique circulant dans une conduite (7) à des conditions donnces de pression (P), ledit dispositif comprenant: - un séparateur de phases (9); - des moyens d'admission (I l, 12a) du mélange fluide multiphasique dans ledit séparateur; - un moyen d'échantillonnage (10) destiné à prélever un échantillon de ladite phase fluide, ledit moyen d'échantillonnage étant relié au séparateur de phases; caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre des moyens de fermeture (8a, 8b, 8c) destinés à augmenter la pression dans le séparateur (9) par paliers 2s successifs. 9. Dispositif d'échantillonnage selon la revendication 8, caractérisé en ce le séparateur de phases comprend un séparateur dans lequel les phases décantent par gravité. FR17.0249 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la répartition des phases dans le mélange flui de multiphasique est sen siblement stab le dan s le temps. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le moyen s d'échantillonnage comprend un flacon échantillonneur (10) relié au séparateur (9) par l'intermédiaire de moyens de liaison et d'isolation (11, 12a) de telle sorte que lesdits moyens se situent sensiblement au milieu du niveau dans ledit séparateur de la phase fluide à échantillonner. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que]e o moyen d'échantillonnage (10) est relié de façon démontable au séparateur de phases. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que le mélange fluide multiphasique est un mélange comprenant une phase majoritaire d'hydrocarbures issu d'une première étape de séparation au moyen - is d'un premier séparateur de phases (2), d'un emuent multiphasique en provenance - d'un forage pétrolier, et ia conduite (7) est une conduite de récupération dudit ..: r,g,: ..,, j, mélange comprenant ladité phasemajoritaire d'hydrocarbures, aux conditions de pres si on (P) correspondant à celles régn ant dans l ed it premier séparateur de phases. :