Brevet FR2856797A1 — publié le 20041231

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 en combinaison: une cellule haute pression équipée d'un piston motorisé, une étuve entourant ladite cellule pour faire varier la température de ladite cellule, des moyens de motorisation disposés à l'extérieur de l'étuve, des moyens d'agitation du fluide placé à l'intérieur de la cellule, des moyens de détection d'une interface liquide/gaz, un bâti de support de ladite étuve et des moyens de basculement dudit bâti de façon à pouvoir renverser la cellule. Les moyens d'agitation peuvent comporter un tronc de cône à la surface duquel des rainures sont usinées de manière à créer un vortex en rotation. La cellule peut être un cylindre en métal inoxydable comportant à une extrémité au moins un hublot de visualisation de l'apparition du point de rosée du fluide. L'étuve peut être en communication avec des moyens d'amenée une énergie frigorifique de façon à faire baisser la température de la cellule. Les capteurs de la cellule peuvent être reliés à des moyens de contrôle, d'enregistrement, de commande situés sur le bâti. L'invention concerne également une méthode de mesure des caractéristiques thermodynamiques d'un échantillon de fluide dans le dispositif selon l'invention. On bascule la cellule pour passer à des mesures sur un échantillon d'huile d'hydrocarbures, essentiellement en phase liquide, à des mesures sur un échantillon de gaz à condensats. Selon la méthode, on peut prélever un volume de liquide, ou de condensats, par une vanne de sortie placée en position inférieure par basculement de la cellule. On peut prélever un volume de gaz par une vanne de sortie basculée en position supérieure. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d'un mode de réalisation, nullement limitatif, illustré par la figure unique qui représente schématiquement les structures du dispositif. Le dispositif comprend une cellule cylindrique en acier inoxydable (6) qui est chauffée, ou refroidie, par une étuve climatique (5) dans laquelle cette cellule est placée. Cette cellule dispose d'un piston motorisé (15) qui permet de mettre sous pression le fluide pétrolier introduit dans l'espace intérieur (20) de la cellule par la vanne d'introduction (17). Le piston se déplace dans la cellule grâce à des moyens de motorisation (16), par exemple un système à vérin, électrique ou hydraulique, dont le contrôle du déplacement peut être suivi avec précision. Les moyens de motorisation comprennent un codeur de position, ce qui permet de mesurer le déplacement et connaître la position du piston, donc le volume du fluide dans la cellule. On note que les moyens mécaniques de motorisation du piston sont hors de l'étuve climatique (5) et placés dans un carter (21) simple, ce qui permet de réduire le volume de la cellule climatique afin de diminuer l'inertie thermique et la consommation énergétique. Un capteur de pression (7) et une sonde de température (8) mesurent respectivement la pression et la température du fluide dans la cellule. Le fluide mélangé dans la cellule par des moyens d'agitation comportant un rotor (14) entraîné par un champ magnétique tournant. Ce rotor de forme sensiblement tronconique présente la particularité de créer dans l'espace intérieur de la cellule un volume mort minimum. Des rainures, par exemple formées en creux selon une spirale, sont usinées dans la surface du tronc de cône. Lorsque le rotor est en rotation, un vortex se crée dans le fluide, ce qui permet d'obtenir une agitation efficace. Le chapeau supérieur (22) de la cellule comporte au moins un hublot transparent en saphir (9) pour permettre de visualiser l'interface liquide - gaz du mélange pétrolier. Un dispositif vidéo constitué d'un rétro éclairage (12), d'un endoscope (10) et d'une caméra vidéo (11) reliée à un moniteur (23), est utilisé pour visualiser sur un écran l'interface liquide - gaz du fluide. Une canne (13) comprend un point de mesure (24) comportant un détecteur d'interface liquide - gaz IDS, par exemple du type décrit dans le document FR-2828282, cité ici en référence. Une fibre optique traverse longitudinalement la canne pour être reliée à l'extérieur vers des moyens (25) de traitement du signal optique de reconnaissance de l'interface liquide/gaz. Le détecteur de niveau (24) détecte l'interface liquide/gaz du fluide, ce qui permet ensuite de déterminer les volumes respectifs de liquide et de gaz se trouvant dans la cellule. La vanne de sortie (18) permet de libérer le gaz se trouvant piéger dans le haut de la cellule. L'ensemble étuve et motorisation du piston est monté sur un bâti qui dispose d'un système (1) de basculement et de retournement, par exemple un volant et un réducteur montés sur un axe du bâti. Ce système permet de changer de mode opératoire. En position normale, la configuration de l'appareil permet de mener un étude PVT sur un échantillon d'huile. Le liquide se trouve dans le bas de la cellule au plus proche de l'espace agité par l'hélice (14) alors que le gaz, étant plus léger que le liquide, se stationne en position haute, et peut être évacué par la vanne 18, si on le désire. L'interface liquide gaz peut être observée par le hublot (9) en cours de l'évacuation du gaz par la vanne de sortie (18). En position retournée, l'appareil est utilisé pour tester un échantillon de gaz à condensats.Le chapeau supérieur équipé d'un hublot transparent devient alors le fond de la cellule, dans lequel se déposent les condensats apparus lors d'une étude de gaz à condensats. La partie gazeuse, étant plus légère que les condensats, se retrouve dans l'espace agité par l'hélice. La vanne d'admission (17) permet d'évacuer le gaz lors de l'étude PVT, tandis que la vanne de sortie (18) permet de prélever un volume de condensât liquide qui pourra ensuite être analysé par chromatographie gazeuse. Le volume de condensât est mesuré par le déplacement du détecteur d'interface liquide/gaz (13) . Le volume de gaz peut être mesuré par la position du piston motorisé de la cellule PVT (15). Un coffret électrique (2) regroupe un automate qui gère les paramètres entrés/sortis des différents composants et capteurs, ainsi que les commandes des variateurs de vitesse des motorisations. Un écran clavier (3) permet à l'utilisateur de piloter l'appareil localement. Le dispositif selon l'invention est dédié à l'analyse du comportement thermodynamique des fluides pétroliers qui peuvent exister sous forme d'huile ou de gaz à condensats. Cette analyse se réalise dans les conditions de pression et de température du gisement où a été prélevé le fluide pétrolier étudié. C'est la raison pour laquelle la cellule HP/HT selon l'invention, dite "cellule PVT", est calculée pour résister à une pression de l'ordre de 1000 bar et une température d'environ 200[deg]C. Le but de toute expérience PVT est de mesurer les volumes des phases liquide et gazeuse du fluide en fonction de la pression et de la température. Pour ce faire, le fluide est introduit dans la cellule PVT par la vanne (17), chauffé à la température souhaitée grâce à la régulation thermique de l'étuve (5), puis pressurisé par le déplacement contrôlé du piston (15).L'opérateur peut ensuite faire varier les valeurs de consignes de température et de pression, tout en mesurant les volumes de gaz et de liquide du fluide pétrolier, dans ces conditions de pression et de température. L'équilibre thermodynamique est atteint plus rapidement lorsque le mélange est correctement agité, ce qui est le cas avec les moyens d'agitation selon l'invention qui ne laisse pas de volume mort. REVENDICATIONS 1) Dispositif de mesure de caractéristiques thermodynamiques d'un échantillon de fluide comprenant en combinaison: une cellule (6) haute pression équipée d'un piston (15) motorisé, une étuve (5) entourant ladite cellule pour faire varier la température de ladite cellule, des moyens de motorisation (16) disposés à l'extérieur de l'étuve, des moyens d'agitation (14) du fluide placé à l'intérieur de la cellule, des moyens de détection (13) d'une interface liquide/gaz, un bâti de support de ladite étuve et des moyens de basculement (1) dudit bâti de façon à pouvoir renverser la cellule. 2) Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens d'agitation comportent un tronc de cône à la surface duquel des rainures sont usinées de manière à créer un vortex en rotation. 3) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la cellule est un cylindre en métal inoxydable comportant à une extrémité au moins un hublot de visualisation de l'apparition du point de rosée du fluide. 4) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite étuve est en communication avec des moyens d'amenée une énergie frigorifique de façon à faire baisser la température de la cellule. 5) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les capteurs de la cellule sont reliés à des moyens de contrôle, d'enregistrement, de commande situés sur le bâti. 6) Méthode de mesure des caractéristiques thermodynamiques d'un échantillon de fluide dans le dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle on bascule la cellule pour passer à des mesures sur un échantillon d'huile hydrocarbure à des mesures sur un échantillon de gaz à condensats. 7) Méthode selon la revendication 6, dans laquelle on prélève un volume de liquide, ou de condensats, par une vanne de sortie (18) placée en position inférieure par basculement de la cellule. 8) Méthode selon la revendication 6, dans laquelle on prélève un volume de gaz par une vanne de sortie (18) basculée en position supérieure.