Brevet FR2828282A1 — publié le 20030207

La présente invention concerne le domaine des études dites PVT des fluides de gisement pétrolier. En particulier, l'invention concerne un dispositif permettant des mesures optimisées sur des fluides complexes. Le comportement des fluides contenus dans une roche réservoir est une connaissance nécessaire pour estimer les quantités d'huile et de gaz récupérables, ainsi que pour déterminer les conditions de séparation permettant l'obtention du maximum de produits liquides. Le comportement des mélanges d'hydrocarbures peut être étudié en laboratoire dans des cellules en acier où l'on peut faire varier le volume offert au fluide par l'injection ou le retrait de mercure grâce à une pompe volumétrique à mercure qui lui est reliée. D'autres mécanismes de mise en pression et variation de volume sont utilisés, par exemple à l'aide d'un piston motorisé interne à la cellule. La température de la cellule est contrôlée et des hublots en matière transparente permet de voir la première formation de brouillard (point de rosée), ainsi que les volumes condensés. L'étude peut se faire à masse constante ou à masse variable. Les cellules connues actuellement présentent des inconvénients et des limitations, notamment en ce qui concerne le faible volume de fluide testé à cause de la petite taille techniquement possible de la cellule, les moyens de visualisation peu performant, les moyens de mesures liés à la détection de la position de l'interface gaz/liquide, etc... Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de mesure de caractéristiques thermodynamiques d'un échantillon de fluide comprenant une cellule en matériau transparent, un piston interne à cette cellule, une enceinte entourant ladite cellule pour pressuriser l'extérieur de ladite cellule. Le dispositif comporte un miroir placé dans ladite enceinte pour envoyer l'image de toute la cellule transparente à des moyens de visualisation en passant par un hublot ménagé dans une paroi de ladite enceinte. Les moyens de visualisation peuvent comprendre une lentille de focalisation. Une canne de section constante peut traverser de façon étanche ladite cellule, ladite canne comportant un moyen de détection d'une interface liquide/gaz. La canne peut comporter un moyen de prélèvement d'un échantillon du fluide contenu dans la cellule. La canne peut comporter des moyens de déplacement du moyen de détection et/ou du moyen de prélèvement dans la cellule. La canne peut comporter des moyens d'agitation adaptés à être déplacés dans la cellule. La canne peut passer à travers ledit piston. Le moyen de prélèvement peut comprendre un pointeau et un siège, ledit pointeau étant sensiblement axial à ladite canne. Une pompe peut régler la pression dans l'enceinte de façon à ce qu'elle soit égale à la pression régnant dans la cellule. Le moyen de détection d'une interface peut comprendre une fibre optique intégrée à ladite canne. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d'un exemple de mode de réalisation, nullement limitatif, illustré par la figure unique ciannexée représentant en coupe schématique un dispositif selon l'invention, Sur la figure unique, la référence 1 désigne une cellule en matériau transparent, par exemple en quartz, de forme préférentiellement cylindrique et de volume intérieur pouvant atteindre et dépasser 1000 ml. La cellule 1 est placée et maintenue dans une enceinte 2 constituée par une virole 3 fermée par des flasques 4 et 5. Ces flasques 4 et 5 maintiennent la cellule en quartz par des moyens de centrage et d'étanchéité 6 et 7. L'ensemble des systèmes de joints d'étanchéité n'est pas représenté sur cette figure, mais la réalisation des divers points d'étanchéité est à la portée d'un homme de l'art. Un piston 8 permet de faire varier le volume et/ou la pression à l'intérieur de la cellule 1. Ce piston est motorisé par les moyens 9 représentant schématiquement la liaison de la tige du piston avec un mécanisme, par exemple une tige filetée entraînée en rotation par un moteur. Cette motorisation est pilotée par une commande gérée par un ordinateur (non représenté) en fonction de diverses consignes : par exemple pression, volume, apparition de phases,... Ce piston motorisé peut être en matériau métallique, ou plastique résistant à la température et pression. Le flasque supérieur 4 comporte une fenêtre ou hublot 10 permettant la visée focalisée d'un moyen d'enregistrement et/ou de visualisation 12 de l'image de toute la hauteur de la cellule 1 renvoyée par le miroir 11. La focalisation obtenue par une lentille 13 permet une dimension réduite pour le hublot 10. Ainsi, avec une caméra 12, la visualisation de toute la hauteur de la cellule 1 est obtenue, ce qui permet un suivi continu et précis de l'évolution physico-chimique de l'effluent contenu dans la cellule. Une source de lumière S éclaire la cellule du coté opposé au miroir grâce à un autre hublot 14. L'enceinte 2 est calculée pour résister à une pression d'au moins 1000 bar à 200 C. L'espace intérieur 15 de l'enceinte est rempli d'un fluide transparent équilibré en pression avec la pression de l'effluent interne à la cellule 1. Une pompe 18 en communication hydraulique par le conduit 16 avec l'enceinte 15 régule l'équilibre des pressions entre l'intérieur de l'enceinte et l'espace intérieur de la cellule 1. Les signaux de capteurs de pression (non représentés) dans la cellule et dans l'enceinte sont envoyés à des moyens de régulation qui commandent le moteur de la pompe 18. Ainsi en équipression, la cellule 1 présente l'avantage de ne pas devoir être construite pour résister aux fortes pression nécessaires aux mesures PVT. Le dispositif de mesures comprend une canne de localisation et de prélèvement 19. Cette canne 19 passe à travers le flasque 5, l'embase 7, pénètre dans la cellule 1 et se prolonge dans un alésage du piston 8. Cette canne a un diamètre tel que quelque soit sa position longitudinale obtenue pas coulissement, le volume de la portion de canne dans la cellule reste constant. La canne 19 comprend un point de mesure 20 comportant un détecteur d'interface huile-gaz IDS, par exemple du type décrit dans le document FR-2710752. Une fibre optique 21 traverse longitudinalement la canne pour être reliée à l'extérieur vers des moyens de traitement du signal optique de reconnaissance de l'interface liquide/gaz. Au point de mesure 20, ou dans son voisinage, un conduit 22 permet un prélèvement d'effluent par l'intérieur de la canne 19. Une tige 23 terminée par un pointeau 24 ouvre ou ferme ledit conduit 22. Une fois ouvert, le fluide prélevé circule jusqu'à l'extérieur par un conduit ménagé dans la canne 19. Un alésage 25 intérieur à la canne 19 reçoit une barre 26 d'agitation. A chaque extrémité de cette barre, des moyens magnétiques 27 permettent la liaison en rotation avec : les pales d'un agitateur 28 dans la cellule et des moyens d'entraînement en rotation 29. Par déplacement longitudinal des moyens 29, la position des pales 28 peut être modifiée dans la cellule 1. L'ensemble de l'enceinte 2 est placée dans une autre enveloppe thermostatée afin de réguler la température de l'effluent inclus dans la cellule 1. Le fonctionnement et les avantages de la présente invention sont décrits ci-après : La cellule est composée d'une enceinte extérieure 2 pouvant résister à 1000 b, 200 C dans laquelle se trouve un tube 1, en verre ou quartz, fonctionnant en équipression. Ce tube qui est entouré d'un fluide de confinement transparent contient le fluide à étudier. La mise sous pression du fluide à étudier dans le tube 1 est réalisée avec un piston motorisé 8 coulissant dans celui-ci. Celle du fluide de confinement est assurée par une pompe HP-HT 18. Un miroir 11 incliné est situé dans la chambre de confinement entre l'enceinte extérieure et le tube en verre. L'image du fluide est réfléchie sur ce miroir vers une caméra 12. Un hublot saphir 10 assure le passage de l'image entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule. La caméra est interfacée à un ordinateur équipé d'un logiciel d'analyse de l'image. La cellule PVT est conçue pour étudier les échantillons d'huile, d'huile légère et de gaz à condensats dans la même cellule sans avoir à la modifier mécaniquement, comme par exemple, à la retourner lorsque l'on passe d'un type d'échantillon huile à un type d'échantillon gaz. L'hélice d'agitation peut être positionnée soit en partie haute de la cellule pour l'étude des gaz à condensats, soit en partie basse pour l'étude des huiles. La vanne de prélèvement 24 du fluide peut être positionnée à n'importe quel endroit de la cellule indépendamment du volume de gaz présent dans la cellule. Sa position dans la canne selon l'invention est avantageuse car elle ne peut pas être intégrée dans la paroi de la cellule du fait des problèmes d'étanchéité au passage du piston sur le piquage de ladite vanne. Le détecteur d'interface huile-gaz IDS peut être positionné à n'importe quelle hauteur de la cellule pour pouvoir détecter l'interface. Pour cela, la cellule PVT est équipée d'un tube, ou canne 19 cylindrique à volume constant pouvant être déplacé le long de l'axe de la cellule. L'étanchéité avec la cellule est faite avec des joints toriques. Cette canne intègre trois éléments : 1-Le système de positionnement et d'entraînement de l'hélice 28 servant à agiter les fluides est intégré dans le centre du tube en partie haute. 2-La vanne d'échantillonnage 24 servant à prélever le fluide (gaz ou huile) dans la cellule à n'importe quel endroit est intégrée en partie basse du tube. 3-Le détecteur IDS 20 servant à détecter l'interface huile-gaz est supporté par le tube ce qui lui permet de détecter l'interface sur toute la hauteur de la cellule. Cette canne peut être déplacée dans la cellule sans aucune perturbation de changement de volume et donc de pression. REVENDICATIONS 1) Dispositif de mesure de caractéristiques thermodynamiques d'un échantillon de fluide comprenant une cellule en matériau transparent (1), un piston (8) interne à cette cellule, une enceinte (2) entourant ladite cellule pour pressuriser l'extérieur de ladite cellule, caractérisé en ce qu'il comporte un miroir (11) placé dans ladite enceinte pour envoyer l'image de toute la cellule transparente à des moyens de visualisation (12) en passant par un hublot (10) ménagé dans une paroi de ladite enceinte. 2) Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens de visualisation comprennent une lentille de focalisation (13). 3) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une canne (19) de section constante traverse de façon étanche ladite cellule, ladite canne comportant un moyen de détection (20) d'une interface liquide/gaz. 4) Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ladite canne comporte un moyen de prélèvement (22,24) d'un échantillon du fluide contenu dans la cellule. 5) Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel ladite canne comporte des moyens de déplacement du moyen de détection et/ou du moyen de prélèvement dans la cellule. 6) Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel ladite canne comporte des moyens d'agitation (28) adaptés à être déplacés dans la cellule. 7) Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, dans lequel ladite canne (19) passe à travers ledit piston (8). 8) Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel ledit moyen de prélèvement comprend un pointeau (24) et un siège, ledit pointeau étant sensiblement axial à ladite canne. 9) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une pompe (18) règle la pression dans l'enceinte de façon à ce qu'elle soit égale à la pression régnant dans la cellule. 10) Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, dans lequel ledit moyen de détection d'une interface comprend une fibre optique (21) intégrée à ladite canne.