Brevet FR3012612A1 — publié le 20150501

CELLULE P.V.T. POUR PETROLE MOUSSANT CONTEXTE DE L'INVENTION [0001] L'invention concerne un dispositif de mesure thermodynamique pour évaluer les propriétés d'un fluide placé dans le dispositif. De tels dispositifs permettent de contrôler une ou plusieurs conditions parmi pression, volume et température d'un espace contenant un échantillon de fluide de telle sorte que les propriétés du fluide peuvent être évaluées avec différents réglages ou valeurs du paramètre modifié. [0002] Les cellules P.V.T. classiques utilisent d'habitude du mercure dans certaines mesures, ce qui peut constituer un risque de santé pour l'utilisateur. En plus, ces cellules sont typiquement aveugles, entendons par là qu'il n'y a pas possibilité de surveiller visuellement ce qui se passe dans la cellule. En outre, les cellules P.V.T. classiques mettent généralement longtemps à accomplir une expérience et les mesures produites sont parfois peu fiables. [0003] Dans le domaine de la production et du transport d'hydrocarbures bruts tels que des hydrocarbures lourds et extra-lourds, on rencontre fréquemment des hydrocarbures liquides qui ont tendance à mousser dans certaines conditions. Il est important de connaître ces conditions, puisque la formation de mousse dans le réservoir à proximité du puits de forage ou dans l'équipement de production ou de transport peut être préjudiciable à l'ensemble du processus. En outre, un grand nombre d'hydrocarbures ayant tendance à mousser sont des hydrocarbures lourds ou extra-lourds, par exemple présentant une densité API inférieure à environ 10 ou même 8° API. [0004] Les cellules P.V.T. classiques ne conviennent pas bien à une utilisation avec des hydrocarbures ayant tendance à mousser et elles ne conviennent pas bien non plus aux hydrocarbures lourds et extra-lourds. Par conséquent, il y a un 5 besoin pour une cellule P.V.T. sûre et précise qu'on puisse utiliser pour évaluer avec précision les propriétés thermodynamiques d'hydrocarbures lourds et extra-lourds, particulièrement ceux ayant tendance à mousser. La présente invention propose un tel dispositif et un procédé, ainsi que des 10 détails et caractéristiques supplémentaires qui seront traités plus complètement ci-dessous. RESUME DE L'INVENTION [0005] Conformément à la présente invention, un système 15 P.V.T. est proposé pour évaluer des hydrocarbures lourds et extra-lourds moussants, lequel système comprend une cellule comportant une paroi délimitant un espace intérieur ; un piston flottant pouvant coulisser dans l'espace intérieur ; un dispositif agitateur pouvant coulisser dans l'espace intérieur 20 et destiné à mélanger un échantillon d'hydrocarbure dans l'espace intérieur ; une pompe volumétrique associée à la cellule pour augmenter ou diminuer de façon sélective la pression sur le piston flottant et en communication avec l'espace intérieur pour commander la pression dans l'espace ; un 25 four pour chauffer la cellule, la cellule étant montée à l'intérieur du four ; un mécanisme d'inversion pour retourner la cellule d'au moins 180° environ ; et un bâti supportant le four, dans lequel la paroi de la cellule et le four ont des sections correspondantes transparentes allongées disposées pour permettre 30 une inspection visuelle de liquide dans l'espace intérieur sur toute la longueur de l'espace intérieur. [0006] Conformément encore à la présente invention, un procédé est proposé pour effectuer une analyse P.V.T. d'un hydrocarbure lourd ou extra-lourd moussant, le procédé comprenant les étapes consistant à : - placer un échantillon d'hydrocarbure lourd ou extra-lourd moussant dans un système comprenant : une cellule comportant une paroi délimitant un espace intérieur ; un piston flottant pouvant coulisser dans l'espace intérieur ; un dispositif agitateur pouvant coulisser dans l'espace intérieur et destiné à mélanger un échantillon d'hydrocarbure dans l'espace intérieur ; une pompe volumétrique associée à la cellule pour augmenter ou diminuer de façon sélective la pression sur le piston flottant et en communication avec l'espace intérieur pour commander la pression dans l'espace ; un four pour chauffer la cellule, la cellule étant montée à l'intérieur du four ; un mécanisme d'inversion pour retourner la cellule d'au moins 180° environ ; et un bâti supportant le four, dans lequel la paroi de la cellule et le four ont des sections correspondantes transparentes allongées disposées pour permettre une inspection visuelle de liquide dans l'espace intérieur sur toute la longueur de l'espace intérieur ; - modifier une propriété parmi pression, volume et température dans l'espace intérieur ; - mélanger l'échantillon tout en lui permettant d'atteindre 25 l'équilibre ; et - observer les phases présentes dans la cellule à travers les sections transparentes. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 30 [0007] Suit une description détaillée des modes de réalisation préférés de la présente invention, qui se réfère aux dessins ci-joints parmi lesquels : [0008] la Figure 1 illustre schématiquement un système conforme à la présente invention ; [0009] la Figure 2 est une vue schématique en coupe partielle d'un système conforme à la présente invention ; [00010] la Figure 3 est une vue schématique en coupe partielle d'un système conforme à la présente invention ; [00011] les Figures 4 et 5 montrent des détails spécifiques d'un composant cellule conforme à la présente invention ; [00012] la Figure 6 illustre des composants de la cellule des Figures 4 et 5 ; [00013] la Figure 7 illustre la séquence de fonctionnement du système selon la présente invention avec un liquide moussant ; [00014] les Figures 8a et 8b montrent un exemple de processus de détente constante de la composition et de localisation des 15 points de bulle Pb' et Pb ; et [00015] la Figure 9 illustre en outre les parties transparentes des composants de la présente invention. DESCRIPTION DETAILLEE 20 [00016] L'invention concerne une cellule P.V.T. et un système qui servent à évaluer des hydrocarbures lourds et extra-lourds, notamment les hydrocarbures qui ont tendance à mousser. [00017] Comme commenté plus haut, les équipements conventionnels ne sont pas bien conçus pour traiter des 25 hydrocarbures lourds et extra-lourds à haute viscosité ayant tendance à mousser et les équipements existants sont peu fiables et mettent beaucoup de temps à tenter d'analyser ces fluides. En outre, un grand nombre de systèmes conventionnels utilisent du mercure pour certaines mesures et il s'agit là d'une substance 30 dangereuse, particulièrement pour ceux qui utilisent le dispositif. [00018] En plus, il est vivement souhaitable de disposer d'un système qui puisse avec précision et en toute sécurité effectuer des analyses thermodynamiques d'hydrocarbures lourds et extra-lourds, particulièrement ceux qui ont tendance à mousser. Par exemple, de tels fluides sont produits dans de très grands réservoirs dans tout le Venezuela et la tendance à mousser peut provoquer des problèmes considérables dans la production et le transport des hydrocarbures. [00019] La Figure 1 illustre un système conforme à la présente invention qui convient bien pour effectuer une analyse thermodynamique de tels fluides. [00020] La Figure 1 montre un système 10 comprenant une cellule P.V.T. 12 qui est montée dans un four représenté schématiquement sous 14 et soutenue par un bâti 16 qui permet de retourner de 180° la cellule 12. Une source de pression telle qu'une pompe volumétrique 18 est en communication avec la cellule 12, de préférence par deux passages différents pour permettre de régler pression et volume à l'intérieur de la cellule 12, comme nous en parlerons ci-dessous. [00021] En outre, un dispositif agitateur 20 peut être mis en oeuvre à l'intérieur de la cellule 12 pour mélanger des liquides à l'intérieur de la cellule 12 et un moteur 22 peut être embrayé/débrayé du dispositif agitateur 20 pour mélanger des liquides quand on le souhaite. On mesure la pression et la température à l'intérieur de la cellule 12 au moyen de capteurs de pression et de température Pl, Tl. Est également représentée une unité de commande 24 qui peut se présenter sous la forme de n'importe quel dispositif informatique tel qu'un ordinateur de bureau ou portable, un ordinateur central dédié ou autre dispositif de ce genre et peut être mise en communication avec tous les composants et capteurs du système 10 pour commander convenablement le système 10 et enregistrer toutes les données et mesures collectées par celui-ci. [00022] Si on se reporte aussi aux Figures 2 et 3, la cellule 12 peut comporter de préférence une paroi 26 qui délimite un espace intérieur 28 pour contenir un échantillon de fluide à évaluer. La paroi 26 peut avantageusement être façonnée en un cylindre ou en une forme tubulaire, comme représenté. [00023] Un piston flottant 30 est mis en place coulissant à l'intérieur de l'espace intérieur 28 et interagit sensiblement de manière étanche avec la surface intérieure de la paroi 26. Comme il ressortira d'une étude de la Figure 1, le piston 30 divise l'espace intérieur 28 en deux sections différentes. Une section 32 contiendra généralement le liquide à évaluer, tandis que l'autre section 34 subira une pression provenant de la pompe 18 qui sert à mettre en place le piston flottant 30 à un endroit souhaité de façon à régler le volume de la section 32. Avantageusement le piston 30 comporte suffisamment de joints d'étanchéité et/ou de contact avec la surface intérieure de la paroi 26 pour empêcher sensiblement toute fuite au-delà du piston 30 dans un sens ou dans l'autre. [00024] Afin de commander la position du piston 30, une pression peut être transmise depuis la pompe 18 par la conduite 36 et l'entrée 38 qui est en communication avec la section 34 de l'espace intérieur 28. Augmenter la pression dans la section 34 déplace le piston 30 de façon à diminuer le volume de la section 32 dans laquelle est situé l'échantillon. C'est avec cette structure que l'on peut régler le volume de l'échantillon pendant l'analyse thermodynamique et ladite analyse thermodynamique est effectuée par une personne ayant une compétence ordinaire dans le métier. [00025] La pompe 18 est aussi en communication avec la section 32 à l'intérieur de la cellule 12 de telle sorte qu'on peut augmenter la pression à l'intérieur de la section 32 sans déplacer le piston 30. La pompe 18 est de préférence raccordée, de cette façon, par une conduite 40 qui peut mener à un ou plusieurs cylindres 42 à piston qui, grâce à des pistons 44, peuvent transmettre à volonté une pression par la conduite 46 dans la section 32 de la cellule 12. [00026] Nous allons traiter plus en détail du dispositif agitateur 20 et du moteur 22 en nous reportant encore aux Figures 1-4 et 6. Comme représenté, le dispositif agitateur 20 peut se présenter sous forme d'une pluralité de pales 48 s'étendant à partir d'un moyeu 50 qui est relié à un arbre 52. L'arbre 52 est raccordé amovible au moteur 22 de telle sorte que, quand le système 10 est dans la position de la Figure 1, le moteur 22 peut faire tourner l'arbre 52 afin de faire tourner les pales 48 sur le moyeu 50 à l'intérieur de la section 32 où se trouve l'échantillon de liquide à analyser. Les pales 48 peuvent avoir n'importe quelle forme ou structure qui soit efficace pour mélanger les hydrocarbures lourds auxquels s'adresse l'invention. Ces structures pourraient comprendre, par exemple, des aubes de type turbine ou hélice. [00027] Comme l'illustrent aussi les Figures 1-3, il est avantageux que le bâti 16 soutenant la cellule 12 soit monté pour tourner ou se retourner d'au moins 180° afin de permettre un bon mélange de l'échantillon placé à l'intérieur. Les Figures 1-3 représentent le bâti 16 monté sur un arbre 54 qui peut être entraîné en rotation comme l'illustrent schématiquement les flèches représentées sur les Figures 1 et 3 pour retourner complètement la cellule 12. Le moteur électrique ou une autre structure apte à provoquer cette rotation n'est pas représenté sur les dessins, mais serait facile à concevoir pour un homme du métier. Il faut être conscient que cette cellule 12 configurée selon la description antérieure peut être tournée ou retournée dans le four 14 grâce à la rotation du bâti 16 autour de l'arbre 54. [00028] Il faut aussi être conscient qu'afin de faire tourner la cellule 12, il faut d'abord désaccoupler l'arbre 52 du dispositif agitateur 20 du moteur 22 et, pour faciliter ce découplage, le moteur 22 peut être mobile verticalement par rapport à l'arbre 52 comme le montrent les flèches sur la Figure 1. [00029] Si nous allons maintenant précisément aux Figures 2 et 3, nous devons nous rendre compte que la paroi 26 de la cellule 12 peut avantageusement être prévue sous forme d'élément transparent et cela est aussi illustré sur les Figures 4 et 5. Que cette section soit transparente est avantageux, conformément à la présente invention, car cela permet l'observation de fluide à l'intérieur de la cellule 12 en cours d'analyse et permet en outre une surveillance visuelle de la formation de mousse à l'intérieur de la cellule 12. À. cette fin, des parties correspondantes du bâti 16 et du four 14 doivent aussi être transparentes et doivent de préférence avoir au moins des sections transparentes qui s'étendent sur toute la hauteur verticale de la cellule 12 de façon à ce qu'on puisse observer la mousse à chaque extrémité de la cellule 12 ou en n'importe quelle position entre les deux. [00030] Il faut être conscient que chaque extrémité de la 25 cellule 12 est fermée par un embout 56, 58 et que certains circuits d'écoulement et structures doivent traverser lesdits embouts pour permettre un fonctionnement correct du dispositif. [00031] Par exemple, l'embout 56, qui est du côté opposé au dispositif agitateur 20, est un embout essentiellement plein si 30 ce n'est qu'il est pourvu de canaux d'écoulement (non représentés) pour transmettre par des conduites 36, 38 la pression provenant de la pompe 18 à la section 34 sous pression de l'espace intérieur 28. [00032] L'embout 58 du même côté que le dispositif agitateur 20 est légèrement plus complexe, car l'arbre 52 du 5 dispositif agitateur 20 doit traverser de manière étanche l'embout 58 comme le montrent les Figures 2, 3 et 6. [00033] Comme le montrent les Figures 4 et 5, les embouts 56, 58 peuvent s'étendre latéralement au-delà du périmètre de la cellule 12, ce qui permet avantageusement à une pluralité de 10 tiges 60 ou d'autres structures de soutien de se raccorder entre les embouts 56, 58 et de ce fait d'apporter plus de robustesse et de durabilité à la cellule 12. La Figure 6 illustre plus en détail l'embout 58 et montre un passage 62 qui pénètre du périmètre de l'embout 58 à une surface qui communique avec la 15 section 32. Le passage 62 est avantageusement en communication avec la pression provenant de la pompe 18, transmise de préférence par le biais de cylindres 42 à piston et d'une conduite 46, et on utilise cette structure pour régler comme on le souhaite la pression à l'intérieur de la section 32. 20 [00034] Si on revient à la Figure 1, il faut se rendre compte qu'une conduite 64 de sortie est raccordée à la conduite 36 comme représenté et peut être utilisée pour évacuer la pression de la section 34 de la cellule 12 ou permettre un relâchement de pression directement à partir de la pompe 18 comme on le 25 souhaite. En plus, une conduite 66 de sortie peut aussi être disposée de préférence à partir de l'embout 58 et cette conduite peut être utilisée pour purger le gaz libéré depuis l'intérieur de la section 32 comme on le souhaite. La Figure 1 montre un certain nombre de vannes le long des diverses conduites, qu'on 30 peut utiliser pour commander les différents flux dont on a parlé, et ces vannes - il faut en être conscient - seront de préférence commandées par le régulateur 24 afin de créer un système entièrement automatisé, qui fournit de préférence toutes les données à un opérateur sous forme numérique. [00035] Si on passe maintenant à la Figure 7, une première vue 68 montre la cellule 12 selon la présente invention dans une situation où elle est vide. La vue 70 montre la cellule 12 contenant un échantillon de fluide dans la section 32. La vue 72 montre le dispositif agitateur 20 en cours d'utilisation pour remuer l'échantillon de fluide dans la section 32 jusqu'à ce qu'on atteigne un point de stabilisation. La vue 74 montre la cellule 12 en position retournée. La vue 76 illustre la cellule 12 qui contient à présent deux phases, à savoir un liquide et une phase de mousse, alors qu'on remue avec le dispositif agitateur 20 de telle sorte que les deux phases se stabilisent. [00036] La vue 78 montre la cellule 12 contenant les deux phases en position retournée. [00037] Les vues 72 et 74 de la Figure 7 montrent comment obtenir un bon équilibre avec le dispositif selon la présente invention en retournant la cellule afin de trouver la meilleure homogénéisation pour chaque valeur de pression (une seule zone de phase dans le cas présent) et, de façon analogue, pour des régimes à deux phases sur les vues 76 et 78. [00038] Les Figures 8a et 8b montrent un processus expérimental de détente constante d'une composition à la température du réservoir utilisant un fluide extra-lourd ayant un comportement moussant. Les différentes vues proposées sont des conditions observées au niveau de différents équilibres (après agitation et stabilisation à chaque point). Sont représentées les pressions P1 à Pg avec les volumes correspondants de l'échantillon (V1 à V8). Quand on représente graphiquement le volume de l'échantillon en fonction de sa pression, il est possible de déterminer le pseudo point de bulle (Pb'), dans ce cas entre P3 et P4, quand de la mousse commence à se produire, et le point de bulle (Pb), dans ce cas entre P6 et P7, quand du gaz libre commence à se produire dans un chapeau de gaz libre au sommet de la cellule. On peut utiliser le dispositif selon la présente invention pour évaluer le comportement d'hydrocarbures lourds moussants pendant le processus de détente constante d'une composition. [00039] La Figure 9 montre un agencement avec la cellule 12 à l'intérieur du four 14 et présentant une partie transparente 80 10 d'une paroi du four 14 pour permettre une inspection visuelle de la cellule 12 dans celui-ci. Il faut se rendre compte que le bâti 16, afin de permettre un montage et une rotation fiables à l'intérieur du four 14, peut comporter des sections de paroi qui s'étendent de telle façon qu'elles boucheraient la vue de la 15 cellule 12. Ainsi, selon un aspect de l'invention, le bâti 16 peut aussi comporter des sections transparentes, par exemple alignées à l'intérieur du four 14 derrière la section 80, ou pourrait être fabriqué avec des fentes ou d'autres zones claires pour permettre une bonne visualisation de la cellule 12 à 20 l'intérieur du four 14 comme on le souhaite, c'est-à-dire sans sections opaques entre la section 80 et la cellule 12. Il faut se rendre compte que les tiges de support 60 de la cellule 12 permettent à la cellule d'avoir des parois transparentes pour offrir une visibilité complète de son intérieur, tout en 25 préservant la résistance structurelle de la cellule 12. [00040] Les caractéristiques susmentionnées de la cellule 12, du four 14 et du bâti 16 concourent à fournir un système avec tous les équipements de commande qui peut produire une excellente précision expérimentale quand on étudie des phases 30 d'hydrocarbures lourds moussants, parce que le pseudo point de bulle (Pb) et le point de bulle (Pb) peuvent tous les deux être identifiés avec précision. Ces paramètres sont très importants à évaluer car ce sont des mécanismes de production hautement pertinents dans les études de réservoir. En outre, ces informations permettent d'identifier le comportement volumétrique, la densité et la compressibilité de la phase 5 moussante pendant des études de déclin dans les conditions du réservoir. [00041] Il faut être conscient que la présente description a été donnée en termes d'un mode de réalisation préféré. L'étendue de l'invention ne doit pas être considérée comme étant 10 limitée par ce mode de réalisation, mais plutôt comme étant définie par la portée des revendications en annexe. REVENDICATIONS1. Système P.V.T. pour évaluer des hydrocarbures lourds et extra-lourds moussants, comprenant : une cellule comportant une paroi délimitant un espace intérieur ; un piston flottant pouvant coulisser dans l'espace intérieur ; un dispositif agitateur pouvant coulisser dans l'espace 10 intérieur et destiné à mélanger un échantillon d'hydrocarbure dans l'espace intérieur ; une pompe volumétrique associée à la cellule pour augmenter ou diminuer de façon sélective la pression sur le piston flottant et en communication avec l'espace intérieur pour 15 commander la pression dans l'espace intérieur ; un four pour chauffer la cellule, la cellule étant montée à l'intérieur du four ; un mécanisme d'inversion pour retourner la cellule d'au moins 180° environ ; et 20 un bâti supportant le four, dans lequel la paroi de la cellule et le four ont des sections correspondantes transparentes allongées disposées pour permettre une inspection visuelle de liquide dans l'espace intérieur sur toute la longueur de l'espace intérieur. 25 2. Système selon la revendication 1, comprenant en outre un moteur pour entraîner le dispositif agitateur, le moteur pouvant être sélectivement raccordé au dispositif agitateur ou désaccouplé de celui-ci pour permettre de désaccoupler le moteur 30 du dispositif agitateur quand on doit retourner la cellule. 3. Système selon la revendication 1, dans lequel on peut déplacer le piston flottant dans l'espace intérieur en augmentant et en diminuant la pression appliquée au piston flottant par la pompe volumétrique. 4. Système selon la revendication 1, dans lequel la paroi de la cellule est entièrement transparente. 5. Système selon la revendication 4, comprenant en outre des 10 embouts montés à chaque extrémité de la paroi de la cellule et une pluralité de tiges de support qui s'étend parallèlement à la paroi pour soutenir les embouts l'un par rapport à l'autre. 6. Système selon la revendication 5, dans lequel les tiges de 15 support sont à l'extérieur de l'espace intérieur. 7. Système selon la revendication 1, dans lequel le dispositif agitateur comprend des pales d'agitation montées sur une tige qui pénètre dans l'espace intérieur à travers un embout de la 20 cellule. 8. Système selon la revendication 1, comprenant en outre des cylindres à piston en communication avec l'espace intérieur et la pompe volumétrique pour commander la pression dans l'espace 25 intérieur. 9. Système selon la revendication 1, dans lequel le bâti est agencé de façon à ne pas avoir de structure faisant obstacle entre les sections transparentes de la cellule et du four. 30 10. Système selon la revendication 1, dans lequel le bâti comporte une section transparente placée entre les sections transparentes de la cellule et du four. 11. Procédé pour effectuer une analyse P.V.T. d'un hydrocarbure lourd ou extra-lourd moussant, comprenant les étapes consistant à : placer un échantillon d'hydrocarbure lourd ou extra-lourd moussant dans un système comprenant : une cellule comportant une paroi délimitant un espace intérieur ; un piston flottant pouvant coulisser dans l'espace intérieur ; un dispositif agitateur pouvant coulisser dans l'espace intérieur et destiné à mélanger un échantillon d'hydrocarbure dans l'espace intérieur ; une pompe volumétrique associée à la cellule pour augmenter ou diminuer de façon sélective la pression sur le piston flottant et en communication avec l'espace intérieur pour commander la pression dans l'espace intérieur ; un four pour chauffer la cellule, la cellule étant montée à l'intérieur du four ; un mécanisme d'inversion pour retourner la cellule d'au moins 180° environ ; et un bâti supportant le four, dans lequel la paroi de la cellule et le four ont des sections correspondantes transparentes allongées disposées pour permettre une inspection visuelle de liquide dans l'espace intérieur sur toute la longueur de l'espace intérieur ; modifier une propriété parmi pression, volume et température dans l'espace intérieur ;mélanger l'échantillon tout en lui permettant d'atteindre l'équilibre ; et observer les phases présentes dans la cellule à travers les sections transparentes. 12. Procédé selon la revendication 11, comprenant en outre les opérations consistant à effectuer le mélange et à observer les phases à différentes valeurs de la propriété choisie dans l'étape de modification pour prédire les caractéristiques de moussage de l'échantillon. 13. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le bâti est agencé de façon à ne pas avoir de structure faisant obstacle entre les sections transparentes de la cellule et du four. 14. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le bâti comporte une section transparente placée entre les sections transparentes de la cellule et du four. 20