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La présente invention se rapporte à un appareil de
mesure de caractéristiques thermodynamiques d'un échantillon
d'hydrocarbures, plus particulièrement destiné à fournir des
mesures thermodynamiques concernant un échantillôn de fluide
de gisement provenant d'un puits pétrolier.
A la découverte d'un champ pétrolier on procède
périodiquement à un prélèvement d'un échantillon du fluide
de gisement afin de pouvoir mesurer les diverses
caractéristiques physiques et thermodynamiques du fluide.
Ces mesures permettent de caractériser le fluide de gisement
et ainsi d'optimiser la production du puits en prévoyant des
installations de surface mieux adaptées au traitement des
fluides produits en prévoyant le comportement du fluide à
l'intérieur du gisement au cours de la production, ainsi que
son comportement aux conditions de surface au cours de son
exploitation.
", Les mesures prises sur l'êchantillon permettent de
connaître la composition du fluide de gisement ainsi que ses
caractéristiques physiques telles que sa viscosité ou sa
compressibilité. Les mesures prises permettent également de
prévoir l'évolution de la composition du gaz dans le
gisement et de déterminer des mécanismes de drainage et de
récupération. De plus, en déterminant l'évolution du fluide
de gisement dans les conditions de température et de
pression existant en fond de puits, les mesures permettent à
prédire la durée de production du puits. En effet, la
pression du fluide dans la roche réservoir décroît en
fonction de la production du puits et peut ainsi baisser
jusqu'à un niveau où les gaz présents dans la roche
réservoir commencent à se condenser.
L'échantillonnage du fluide de gisement, ainsi que
la mesure des caractéristiques de ce fluide, doivent être
effectués dans des conditions très précises car le volume
prélevé pour l'analyser ne représente qu'une infime partie
du fluide dans la roche réservoir, et les propriétés
physiques mesurées ne pourront être valablement extrapolées
au gisement lui-même que si cette fraction est elle-méme
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représentative de l'ensemble et si les mesures prises sont
exactes.
I1 existe deux façons de prélever des échantillons
du fluide de gisement ; l'échantillonnage de fond qui
s'effectue généralement pour des gisements d'huile, et
l'échantillonnage de surface qui comprend un prélèvement
effectué au niveau du séparateur de test gaz-huile. Dans ce
dernier cas on prélève deux échantillons, l'un de gaz et
l'autre d'huile, les deux dans les conditions de pression et
de température du séparateur qui sont de l'ordre de 40 bars
et 30°C, c'est-à-dire nettement inférieures à celles
existant en fond de puits. Ensuite on procède à une
reconstitution du fluide de gisement en recombinant les
fractions~liquide et gazeuse dans les conditions de pression
et de température du fond de puits afin de mesurer les
diverses caractéristiques de l'échantillon.
Ces mesures sont normalement effectuées en
laboratoire loin du chantier de forage en utilisant un
appareil de mesure muni de cellules dans lesquelles sont
appliquées les températures et les pressions de fond de
puits. Dans les appareils de mesure connus, les cellules de
mesure sont reliées à une source de mercure permettant la
mise sous pression du fluide. L'utilisation de mercure
présente des inconvénients évidents compte tenu de sa
toxicité, mais, en outre, les systèmes à base de mercure ne
permettent pas de mesurer, avec une précision suffisante,
les volumes du fluide de gisement.
La présente invention a donc pour objet un appareil
de mesure des caractéristiques d'un échantillon
d'hydrocarbures qui est de précision accrue et qui ne
nécessite pas l'utilisation d'éléments toxique tel le
mercure.
Plus précisëment, l'invention a pour objet un appareil de mesure de
caractéristiques thermodynamiques d'un échantillon d'hydrocarbure,
comprenant:
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- au moins une cellule Je mesure destinée à recevoir l'échantillon
J'hyJrocarbure, IaJite
cellule étant constituée J'un ensemble piston~cylindre, pour lequel le piston
est Jéplaçable dans
le cylindre sous l'action d'un vcrin, et étant équipée pour la mesure des
caractéristiques Je
pression et Je température de l'échantillon d'hydrocarbure qu'elle contient,
- une jauge à gaz sélectivement connectable à la cellule de mesure, pour
recevoir un
échantillon gazeux issu de ladite cellule de mesure, et équipée pour la mesure
des caractéristiques
de pression et de température dudit échantillon gazeux reçu,
- un ensemble de récupération de gaz et un ensemble de stockage de liquide,
dont chacun
est sélectivement connectable à la jauge de gaz, pour recueillir et stocker du
gaz et du liquide,
respectivement, en provenance de ladite jauge à gaz, pour des analyses
subséquentes.
De plus, dans les appareils connus jusqu'alors, le
point de rosée est défini visuellement dans une cellule à
hublot par endoscopie. Cette technique dont l'appréciation
est subjective entraîne inéluctablement une marge d'erreur
non négligeable.
La présente invention a également pour objet un
appareil de détection qui permet de déterminer, avec une
précision accrue, le point de rosée d'un gaz échantillonné. Pour se faire,
l'appareil
ci-dessus décrit peut inclure aussi un appareil de détection gaz-liquide
disposé
dans une cellule de mesure de l'appareil de mesure, ledit appareil de
détection
comportant un élément tubulaire en matériau transparent, comprenant une
extrémité conique destinée à faire saillie à l'intérieur de la cellule,
l'élément
tubulaire étant muni d'une entrée et d'une sortie pour un signal lumineux.
D'autres caractéristiques et avantages de la
présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture
de la description ci-après faite en référence aux dessins
annexés dans lesquels .
- la f figure 1 est un schéma d' un apparei 1 de mesure
selon l'invention;
- les figures 2A et 2B sont chacune une vue en coupe
longitudinale, d'un appareil de détection gaz-liquide par
fibre optique.
Comme représenté sur la figure 1 un appareil de
mesure des paramètres thermodynamiques d'un échantillon
d'hydrocarbures, représenté généralement en 10, comporte une
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première 12 et une deuxième 14 cellule haute pression.
Chaque cellule est montée verticalement et comprend une
enceinte généralement cylindrique 16,18 en acier inoxydable,
munie d'un piston 20, 22 monté à coulissement étanche. Les
pistons 20, 22 sont déplaçables à l'intérieur des enceintes
16,18 sous l'effet des ensembles verins vis à billes 24, 26
respectivement, chaque ensemble 24, 26 étant entraîné par un
moteur électrique associé 28, 30. Les cellules 12 et 14 sont
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dimensionnées pour une pression de service de 1500 bars et
une température de 230°C et sont reliées ensemble par des
conduits 32 et 34 munis chacun de deux vannes motorisées 36,
38 et 40, 42.
La partie inférieure de chaque cellule 12, 14 est
munie d'un appareil de détection gaz-liquide par fibre
optique 44, respectivement qui sera décrit plus en détail
ci-après et d'un système d'agitation par ultrasons 48, 50
respectivement qui comprend une cellule piezo-électrique
reliée à un amplificateur d'ultrasons (non-représenté).
Dans l'exemple illustré, la cellule 12 a un volume
de 700 cm3 tandis que la cellule 14 a un volume de 110 cm3.
Les cellules 12 et 14 sont munies de capteurs de
pression internes 52, 54 à membrane affleurente, sans volume
mort, répondant à une gamme de 0 à 2000 bars et de capteurs
de pression 56, 58 analogues, répondant à une gamme de 0 à
2000 bars, reliés resped'tivement aux cellules 12 et 14 par
des conduites comportant des vannes manuelles volume mort
réduit 60 et 62. Les cellules 12, 14 comportent chacune de
plus une sonde de température 64, 66.
Une vanne motorisée 68, disposée dans un conduit 70
débouchant dans la cellule 12 est destinée à commander
l'entrée de fluide dans la cellule. Le cbnduit 34 est relié,
en un point entre les vannes 40 et 42, par un conduit 72
muni d'une vanne motorisée 74, à une vanne différentielle
76, dont l'ouverture est commandée par un ensemble moteur 78
analogue â ceux utilisés dans les cellules 12 et 14,
comportant un capteur de pression 80. La vanne
différentielle 76 est destinée à relier sélectivement le
conduit 72 à une jauge de gaz, représentée généralement en
82 et un ensemble de traitement par le froid, représentê
généralement en 84.
La jauge à gaz 82 comprend une cellule 86 de forme
généralement cylindrique muni d'un piston 88 monté à
coulissement étanche et déplaçable sous l'effet d'un
ensemble verins vis à billes 90 entraîné par un moteur
électrique 92. La cellule 86 comprend un capteur dé pression
94 et une sonde de température 96. Dans l'exemple illustré
- ,,
la cellule 86, qui a un volume de 20 litres, est
dimensionnée pour une pression maximale statique de 15 bars
et une température de 23o°C pour une pression de service de
4 bars.
5 La cellule 86 peut être reliée sélectivement à un
ensemble de récupération de gaz qui, dans l'exemple
illustré, comprend des bouteilles 98, par un conduit de 100
muni d'une vanne motorisée 102. De plus, la cellule 86 peut
être reliée sélectivement à l'ensemble de traitement par le
froid 84 par un conduit 104 munie d'une vanne motorisée 106.
Cet ensemble 84 comprend une vanne 108 de type
chromatographe, susceptible de communiquer sélectivement
avec le conduit 104, la vanne différentielle 76 par
l'intermédiaire d'un conduit 110, et une entrée commune 112
d'un ensemble de stockage de liquide 114 qui, dans l'exemple
illustré, comprend six bouteilles 116 disposées dans un bain
thermost~tique 118 au glycol qui assure le refroidissement
et le réchauffement sélectif des bouteilles 116 entre, par
exemple, -30°C et 50°C. De préférence, l'ensemble de
stockage de liquide 114 est disposé à l'intérieur d'une
enceinte 'climatique, non représentée, une autre enceinte
climatique, non-reprësentée, renfermant les cellules 12 et
14, la vanne différentielle 76 et la jauge à gaz 82.
Comme représenté sur les figures 2A et 2B, un
appareil de détection gaz-liquide par fibre optique 44 est
monté sur l'extrémité inférieure d'une partie conique 120 de
chacune des cellules 12 et 14. Chaque appareil 44 comprend
un élément 122 tubulaire ayant une extrémité conique 124 qui
fait saillie dans une chambre de détection 126 formée dans
l'apex de la partie conique des cellules 12 et 14. L'élément
122 est en matériau transparent qui, dans une mode de
réalisation préféré, est du saphir. L'extrémité 128 de
l'élément tubulaire 122, opposée à l'extrémité conique 124,
définit un plan normal à l'axe longitudinal de cet élément.
Cette extrémité est en communication optique avec deux
câbles fibre optique 130, 132, l'une 130 formant une entrée
de lumière vers l'élément 122 et l'autre 132 une sortie de
lumière.
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Sur la figure 2A est représenté l'appareil de
détection gaz-liquide 44 en l'absence de liquide dans la
chambre de détection 126, la cellule 12 ne contenant que du
gaz. Un signal lumineux, arrivant par le câble fibre optique
d'entrée 130, est réfléchi par la surface inclinëe de
l'extrémité conique 124 et repart par le câble fibre optique
de sortie 132.
Lorsque les conditions dans la cellule 12 provoquent
une condensation du gaz présent dans la cellule, des
gouttelettes de liquide se forment et s'accumulent dans la
chambre de détection 126. Dès lors que des gouttelettes de
liquide se déposent sur la surface de l'extrémitë conique
124, le rayon du signal lumineux, arrivant par le câble
fibre optique d'entrée 130 est réfracté vers l'extérieur de
l'élément 122, ce qui a pour résultat qu'il n'y a plus de
signal de retour passant par le câble fibre optique de
sorties 132. L'appareil de détection permet, ainsi, de
déterminer avec une précision accrue, le point de rosée du
gaz échantillonné. Le volume de liquide présent dans la
2o chambre de détection 126, avant que le niveau du liquide
n'atteigne la surface conique 124, est égal au volume mort
de la cellule 12. Il est à rappeler que la forme du piston
12 est complëmentaire de celle de l'intérieur de l'enceinte
cylindrique 16. Ce volume mort, déterminé avant toute
utilisation de l'appareil, est négligeable par rapport au
volume de l'enceinte cylindrique 16.
De préférence, les pistons 20 et 22 comprennent
chacun un corps et une tête (non représentés), un joint
d'étanchéité étant serré entre le corps et la tête. Ce joint
d'étanchéité comprend plusieurs rondelles en matières
plastiques différentes.
L'appareil de mesure selon l'invention permet
d'atteindre des niveaux de pression et de température
nettement supérieurs à ceux utilisés dans les appareils
connus jusque lâ.
