Brevet FR2864239A1 — publié le 20050624

PROCEDE ET DISPOSITIF PERMETTANT DE DETERMINER LES CARACTERISTIQUES DE PARTICULES DANS UN ECHANTIILLON DE FLUIDE La présente invention concerne d'une façon générale l'analyse d'échantillons de fluides. Plus particulièrement, la présente invention est relative à ur. procédé et à un dispositif permettant de déterminer les caractéristiques de particules dans un échantillon de fluide. Les problèmes rencontrés dans la production du pétrole brut comprennent la précipitation et/ou l'agglutination de particules ou de substances en solution et/ou en suspension dans le fluide de formation produit. On définira ici le terme "particules" comme couvrant d'une manière nullement limitative des particules solides, des gouttelettes d'émulsion et des bulles de gaz. Les asphaltènes constituent des exemples de particules solides entrant dans la composition du pétrole brut, qu'on trouve souvent en suspension colloïdale dans le fluide de formation. Si, pour une raison quelconque, la suspension colloïdale vient à devenir instable, comme dans le cas d'une chute de pression du fluide,. les particules colloïdales précipitent, s'agglutinent et, surtout dans le cas où les asphaltènes contiennent des résines, bouchent le puits. La précipitation d'asphaltènes pendant la production provoque de graves problèmes. L'obturation des tubes et des installations de surface interrompt la production et provoque un surcoût. Il est très difficile et coûteux de remédier à l'obturation de la formation elle-même, surtout dans le cas d'un puits en eau profonde. Les asphaltènes contenus dans des huiles brutes peuvent précipiter pendant la production du pétrole brut du fait d'une chute de pression. Les huiles brutes qui sont légèrement compressibles sont particulièrement sujettes à cet effet, car la réduction de la constante diélectrique par unité de volume qui accompagne l'expansion du fluide amène la suspension d'asphaltènes à devenir instable. La survenance d'une précipitation d'asphaltènes est difficile à prévoir et, lorsque se produit une obturation par des asphaltènes, cela arrive généralement d'une manière inattendue. Les signes avant-coureurs de la précipitation d'asphaltènes, fournis par des analyses en laboratoire de fluide de formation selon les techniques z.ctuelles, bien qu'ils soient utiles, ne sont pas parfaitement fiables. Du gaz de formation peut être contenu en solution dans le fluide de formation produit et risque de se dégager de la solution lorsque la pression du fluide diminue pendant que le fluide sort du puits. On a cherché à déterminer le commencement de la précipitation des particules, en particulier des asphaltènes. Le brevet des E.U.A. n 5 969 237, attribué à Jones et al., décrit un système pour détecter une énergie acoustique diffusée afin de déterminer la distribution granulométrique des particules d'asphaltènes. Le brevet des E.U.A. n 6 087 662, attribué à Wilt et al., utilise la spectroscopie d'absorption dans l'infrarouge au milieu du domaine spectral afin de déterminer des concentrations d'asphaltènes dans une charge d'hydrocarbures. Le brevet des E.U.A. ii 5 420 040, attribué à Anfindsen et al., propose un système pour mesurer des variations de la conductivité ou de la capacité électrique d'un fluide pétrolier afin de déterminer la précipitation d'asphaltènes dans le fluide. Tous les systèmes selon la technique antérieure supposent qu'une précipitation de particules et d'autres caractéristiques voisines à partir de mesures physiques correspondantes. Il est établi qu'on a besoin d'un système pour examiner et analyser les particules afin de déterminer d'une façon plus décisive les caractéristiques des particules. La présente invention consiste en un procédé et un système permettant de déterminer les caractéristiques de particules dans un échantillon de fluide. Selon un premier aspect de l'invention, un système pour déterminer un paramètre intéressant d'au moins une particule dans un échantillon d'un fluide prélevé dans une formation comprend une cellule d'observation contenant au moins une partie de l'échantillon et au moins un hublot pour examiner l'échantillon. Une source de lumière éclaire l'échantillon. Un système d'imagerie prend au moins une image dc l'échantillon éclairé. Un programme exécutant une série d'instructions dans un ordi:iateur analyse la/les images et produit une sortie correspondant à au moins un paramètre intéressant de la/des particules présentes dans ledit échantillon. Selon un autre aspect, un procédé pour déterminer au moins un paramètre intéressant d'au moins une particule présente dans un échantillon de fluide prélevé dans une formation comprend les étapes consistant à : a. éclairer l'échantillon avec une lumière à une pression de fluide; b. prendre une image de l'échantillon; c. modifier la pression du fluide de l'échantillon; d. répéter les étapes a) et b) lors d'un nombre prédéterminé de changements de pression du fluide; et e. analyser les images prises pour déterminer au moins un paramètre intéressant de la/des particules présentes dans ledit échantillon, en fonction de la pression. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels: la Fig. 1A représente une illustration schématique d'un système d'imagerie 1 o de fluide sous pression selon une forme de réalisation de la présente invention; la Fig. 1B représente le détail A de la Fig. lA; et la Fig. 2 représente un organigramme d'une analyse d'un échantillon de fluide selon une forme de réalisation de la présente invention. La présente invention consiste en un procédé et un système permettant de déterminer des caractéristiques, également appelées paramètres intéressants, de particules présentes dans un échantillon de fluide. Dans la mesure où la description ci-après est spécifique d'une forme de réalisation particulière ou d'une utilisation particulière de l'invention, il est entendu que cette description ne constitue qu'une illustration et ne doit pas être interprétée comme limitant le cadre de l'invention. La Fig. 1A représente une illustration schématique d'un système 1 d'imagerie de fluide sous pression (IFP) selon une forme de réalisation de la présente invention. Un échantillon 24 de fluide de formation de fond de puits est obtenu et maintenu dans des conditions de pression et de température de fond de puits. L'échantillon 24 de fluide est introduit du côté échantillon de cellules lampons 20 et 21. Les cellules tampons 20 et 25 ont un piston 23 muni d'un joint coulissant (non représenté) servant à isoler l'échantillon 24 de fluide d'un fluide de mise sous pression 25, ordinairement une huile minérale. Les côtés échantillons de fluide des cellules tampons 20 et 21 sont reliés d'une manière hydraulique par un conduit 10 de fluide qui peut être un tube à haute pression. La cellule d'observation 11 est disposée dans le conduit 10 de façon que l'échantillon de fluide 24 qui traverse la cellule d'observation 11 soit amené à passer entre les cellules tampons 20 et 21, de la manière décrite ci-après. Les côtés fluide de mise sous pression des cellules tampons 20 et 21 sont 35 respectivement reliés hydrauliquement à des pompes hydrauliques 5 et 6 par des conduits 50 et 51. Les pompes hydrauliques 5 et 6 sont des pompes de précision munies d'un piston interne (non représenté) entraîné par un moteur pas-à-pas. Les pompes 5 et 6 sont commandées par un dispositif de commande 9. Une pompe et un dispositif de commande de ce type sont commercialisés, par exemple, par Quizix, Inc. de North Highlands, Ca. Dans un mode de fonctionnement, le piston d'une première pompe sort à une première vitesse prédéterminée tandis que le piston de l'autre pompe rentre à une deuxième vitesse prédéterminée, ce qui amène un échantillon de fluide 24 à passer entre les cellules tampons 20 et 21. Les pompes 5 et 6 peuvent être commandées par le dispositif de commande 9 pour amener l'échantillon de fluide 24 à aller et venir entre les cellules tampons 20 et 21. En fonctionnement, lorsque la première vitesse prédéterminée est égale à la deuxième vitesse prédéterminée, la pression du système reste sensiblement constante. Dans un autre mode de fonctionnement, la première vitesse prédéterminée est inférieure à la deuxième vitesse prédéterminée, ou inversement, ce qui provoque une réduction ou une augmentation maîtrisable de la pression du système. Selon une autre possibilité, la pression du système peut être détectée à l'aide d'un capteur 3 de pression. Le dispositif de commande 9 peut servir à régler la première et la deuxième vitesses prédéterminées afin de maintenir la pression du système à une valeur prédéterminée. La pression prédéterminée peut également varier avec le temps, le processeur réglant la première et la deuxième vitesses conformément à des instructions programmées dans le dispositif de commande 9. Lorsque le fluide venant d'une première cellule tampon est sensiblement entièrement transféré dans l'autre cellule tampon, le fonctionnement des pompes peut être inversé en permettant un écoulement sensiblement continu dans la cellule d'observation 11. Comme représenté sur la Fig. 1A, les cellules tampons 20 et 21 sont placées à l'intérieur d'une chambre thermique 12 qui est maintenue sensiblement à la température de fond de puits à l'aide du capteur 4 de température et de dispositifs chauffants commercialisés. Selon une autre possibilité, la température,le la chambre thermique 12 peut être régulée de façon que les profils de température et de pression dans la chambre soient coordonnés pour simuler les profils d'un fluide au moment de son extraction d'un puits par pompage. Le fonctionnement des pompes 5 et 6 fait passer l'échantillon de fluide 24 dans la cellule d'observation 11 représentée plus en détail sur la Fig. 1B. Comme représenté sur la Fig. 1B, la cellule d'observation 11 comporte, dans un boîtier 40, des orifices 41 et 43 reliés à une chambre 46 équipée de hublots 42 disposés de chaque côté de la chambre 46 pour permettre un examen visuel de l'échantillon de fluide 24 lorsque celui-ci traverse, dans un sens ou dans l'autre, la chambre 46. Les hublots 42 sont conçus pour fonctionner avec des pressions de l'échantillon 24 de fluide de 139 700 kPa (20 000 psi). Les dimensions de la chambre 46 peuvent être réglables pour maintenir une transmission de lumière prédétermir.ée à travers l'échantillon de fluide 24 lorsque changent les propriétés des échantillons de fluide 24. Une telle cellule d'observation est commercialisée par Temco, Inc. de Tulsa, OK. L'échantillon de fluide 24 est éclairé, dans la chambre 46, par de la lumière 45 provenant d'une source 13 de lumière (cf. Fig. 1A) transmise à la cellule ro d'observation 11 via un conduit 14 de lumière. La source 13 de lumière fournit de la lumière provenant d'une source à halogène. Selon une autre possibilité, une source à xénon peut être utilisée. Les deux types de sources sont commercialisés et ne seront pas décrits davantage. La lumière 45 passe à travers l'échantillon de fluide 24 présent dans la chambre 46 et à travers le hublot 47 présent dans une paroi de la chambre thermique 12. La lumière 45 traverse un agrandisseur optique 33 et est interceptée par un détecteur d'imagerie 32. L'agrandisseur optique 33 est un microscope pouvant être commandé par des instructions d'un programme stocké en mémoire dans le processeur 30. Dans une forme de réalisation, l'agrandisseur optique 33 est un microscope stéréoscopique. Dans une forme de réalisation, le détecteur d'imagerie 32 est un appareil photo numérique connecté par un câble 31 au processeur 30. Le processeur 30 peut être un ordinateur personnel d'un type connu dans la technique comprenant une unité centrale, une mémoire, des dispositifs internes magnétiques et/ou optiques de stockage, des circuits d'interfaçage pour communiquer avec l'appareil numérique 31 et l'agrandisseur optique 33. L'appareil numérique 31 prend des images conformément à des instructions programmées commandées par le processeur 30. Les images peuvent être prises à intervalles fixes dans le temps, à des cadences supérieures à une image par seconde et pouvant atteindre environ 1,4 images par seconde. Selon une autre possibilité, les images peuvent être prises par une caméra vidéo à des cadences appropriées pour une lecture continué. Les images peuvent être mises en corrélation avec des valeurs relevées par le capteur 3 de pression et/ou le capteur 4 de température. Les images peuvent être stockées dans l'un au moins des supports comprenant une mémoire interne, un support de stockage interne et un support de stockage externe. Les images provenant de l'appareil numérique 31 peuvent être analysées visuellement par des instructions programmées stockées dans le processeur 30 afin de déterminer diverses caractéristiques de particules présentes dans l'échantillon de fluide 24. Ces caractéristiques comprennent, d'une manière nullement [imitative, (i) les dimensions des particules, (ii) la forme des particules, (iii) la distribution granulométrique des particules et (iv) le nombre de particules. L'analyse peut être réalisée par un logiciel commercialisé tel que le logiciel d'analyse de marque Image-Pro Plus, commercialisé par Media Cybernetics, Inc. de Silver Spring, MD. La sortie peut se présenter sous une forme visuelle, sous la forme d'un tableau et/ou d'un graphique. La sortie peut être mise en corrélation avec la pression de l'échantillon de fluide en fournissant, par exemple, une estimation de la pression à laquelle les asphaltènes commencent sensiblement à précipiter. Le système décrit plus haut peut être adapté, à l'aide de techniques connues dans le métier, pour une utilisation en laboratoire et/ou sur le terrain. La Fig. 2 est un organigramme du fonctionnement du système d'IFP selon une forme de réalisation de l'invention. Lors de l'étape 105 est prélevé Ln échantillon de fluide provenant du fond du puits. L'échantillon de fluide est ordinairement maintenu dans des conditions de température et de pression de fond de puits pendant son transport vers le système d'IFP. Lors de l'étape 115, l'échantillon de fluide prélevé au fond du puits est amené à traverser la cellule d'observation. Au moins une image de l'échantillon de fluide de fond de puits est acquise lors de l'étape 120. L'image est analysée lors de l'étape 125 pour déterminer des caractéristiques des particules. Comme décrit précédemment, ces caractéristiques comprennent, d'une manière nullement limitative, (i) les dimensions des particules, (ii) la forme des particules, (iii) la distribution granulométrique des particules et (iv) e nombre de particules. La pression de l'échantillon de fluide est réduite dans une mesure prédéterminée lors de l'étape 130. A chaque changement de pression, lei; étapes 115 à 125 sont répétées. Les caractéristiques des particules sont délivrées en;'onction de la pression de l'échantillon de fluide lors de l'étape 135. La sortie peut se présenter sous une forme visuelle, sous la forme de tableau et/ou de graphique. Comme décrit précédemment, l'échantillon de fluide prélevé au fond du puits peut être analysé en laboratoire ou sur le terrain, à l'aide du système selon la présente invention. Selon une autre possibilité, toutes les images peuvent être prises, stockées et analysées ultérieurement. Revendications Système pour déterminer un paramètre intéressant d'au moins une particule présente dans un échantillon (24) d'un fluide prélevé dans une formation, caractérisé 5 en ce qu'il comprend: a. une cellule d'observation (11) contenant au moins une partie dudit échantillon et au moins un hublot pour observer ledit échantillon; b. une source (13) de lumière pour éclairer ledit échantillon; c. un système d'imagerie pour prendre au moins une image dudit échantillon 1 o éclairé ; et d. un programme exécutant un ensemble d'instructions dans un ordinateur pour analyser ladite/lesdites images et générer une sortie concernant au moins un paramètre intéressant de la/des particules présentes dans ledit échantillon. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cellule d'observation comprend une chambre réglable (46) servant à maintenir une transmission de lumière sensiblement prédételininée à travers l'échantillon de fluide. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une chambre à régulation de température entourant ladite cellule d'observation. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une pompe (5, 6) pouvant être commandée pour faire passer ledit échantillon à travers ladite cellule d'observation à une pression prédéterminée. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pompe pouvant être commandée est une pompe volumétrique. 6. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite pompe 25 pouvant être commandée est actionnée par un dispositif de commande (9) agissant conformément à un ensemble d'instructions. 7. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'imagerie comprend: i. un microscope; et ii. un appareil de prise de vues. 8. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de lumière est choisie dans le groupe comprenant (i) une source à halogène et (ii) une source à xénon. 9. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de 35 lumière comprend un conduit de lumière. 10. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système d'imagerie est conçu pour prendre une pluralité d'images, chacune des images de ladite pluralité d'images étant prise à un pas de temps prédéterminé. 11. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite image est 5 stockée sur un support lisible par un ordinateur. 12. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite pompe commandable est mise en marche pour modifier d'une manière prédéterminée la pression de l'échantillon. 13. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le/les paramètres intéressants sont choisis parmi le groupe comprenant (i) les dimensions moyennes des particules; (ii) la distribution granulométrique des particules; (iii) le nombre total de particules. 14. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit/lesdits paramètres intéressants sont choisis parmi le groupe comprenant (i) les dimensions moyennes des particules en fonction de la pression; (ii) la distribution granulométrique des particules en fonction de la pression, et (iii) le nombre total de particules en fonction de la pression. 15. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'appareil de prise de vues est un appareil photographique numérique. 16. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'appareil de prise de vues est une caméra vidéo. 17. Procédé pour déterminer un paramètre intéressant d'au moins une particule dans un échantillon de fluide prélevé dans une formation, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : a. éclairer l'échantillon à l'aide d'une lumière, à une pression de fluide; b. prendre une image dudit l'échantillon; c. modifier la pression de fluide de l'échantillon; d. répéter les étapes a) et b) au cours d'un nombre prédéterminé de variations de la pression du fluide; et e. analyser lesdites images prises pour déterminer au moins un paramètre intéressant d'au moins une particule en fonction de la pression. 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que la lumière est de la lumière blanche. 19. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'image est une 35 image numérique. 20. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que la première pression est sensiblement la pression dans la formation. 21. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'étape d'analyse consiste à déterminer au moins un paramètre intéressant choisi parmi le groupe comprenant (i) les dimensions moyennes des particules; (ii) la distribution granulométrique des particules; (iii) le nombre total de particules. 22. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'interception d'une image consiste à stocker l'image sur un support de stockage lisible par un ordinateur. 23. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que ladite au moins une particule est l'une au moins des particules de (i) un asphaltène, (ii) une gouttelette d'émulsion et (iii) une bulle de gaz. 24. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que ladite image est prise à partir d'un fluide en circulation. 25. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que ladite image est prise sur un fluide qui ne circule pas. 26. Dispositif pour déterminer un paramètre intéressant d'au moins une particule dans un échantillon d'un fluide prélevé dans une formation, comprenant: a. une cellule d'observation (11) contenant au moins une partie dudit échantillon et au moins un hublot pour observer ledit échantillon; b. une source de lumière (13) afin d'éclairer ledit échantillon; c. au moins une pompe commandable (5, 6) pour amener ledit échantillon à traverser ladite cellule d'observation à une pression prédéterminée; d. système d'imagerie pour intercepter au moins une image dudit échantillon 25 éclairé ; et e. un programme exécutant un ensemble d'instructions dans un ordinateur pour analyser ladite/lesdites images et générer une sortie correspondant à au moins un paramètre intéressant de la/des particules présentes dans ledit échantillon. 27. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que ladite cellule d'observation comporte une chambre réglage (46) afin de maintenir une transmission de lumière sensiblement prédéterminée à travers l'échantillon de fluide. 28. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une chambre à température régulée entourant ladite cellule d'observation. 29. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que la pompe commandable est une pompe volumétrique. 30. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que ladite pompe commandable est actionnée par un dispositif de commande (9) agissant conformément à un ensemble d'instructions. 31. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que le système d'imagerie comprend: i. un microscope; et ii. un appareil de prise de vues. 32. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que la source de lumière comprend (i) une source à halogène et/ou (ii) une source à xénon. 33. Dispositif selon la revendication 27, caractérisé en ce que la source de lumière comporte un conduit de lumière. 34. Système selon la revendication 26, caractérisé en ce que ledit système d'imagerie est conçu pour prendre plusieurs images, chacune des images de ladite pluralité d'images étant prise à un pas de temps prédéterminé. 35. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que ladite image est stockée sur un support lisible par un ordinateur. 36. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que ladite pompe commandable est mise en marche pour modifier d'une manière prédéterminée la pression dans l'échantillon. 37. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que le/les paramètres intéressants sont (i) les dimensions moyennes des particules; (ii) la distribution granulométrique des particules; (iii) le nombre total de particules. 38. Dispositif selon la revendication 36, caractérisé en ce que ledit/lesdits paramètres intéressants sont (i) les dimensions moyennes des particules en fonction de la pression; (ii) la distribution granulométrique des particules en fonction de la pression et (iii) le nombre total de particules en fonction de la pression. 39. Dispositif selon la revendication 31, caractérisé en ce que l'appareil de prise de vues est un appareil photographique numérique. 40. Dispositif selon la revendication 31, caractérisé en ce que l'appareil de 30 prise de vues est une caméra vidéo.