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._ I
La présente invention concerne un procédé permettant le transport
dans une conduite d'un fluide comprenant au moins une phase gazeuse
telle des hydrocarbures gazeux et de l'eau dans des conditions où des
hydrates peuvent se former, en ajoutant une phase liquide, par exemple
une fraction hydrocarbure liquide contenant au moins un additif
0 dispersant, pour assurer le transport des hydrates éventuellement formés
et/ou en recyclant au moins en partie la phase hydrocarbure liquide
contenant le ou les additifs.
La présente invention trouve notamment son application pour
transporter dans des co~ditions thermodynamiques où des hydrates
peuvent se former, un gaz naturel ou un gaz à condensat, de l'eau, et les
hydrates éventuellement formés.
La présente invention peut aussi s'appliquer pour le transport de
fluide pour lesquels les valeurs du rapport de la phase gazeuse à la phase
liquide, habituellement dénommé GLR (Gas Liquid Ratio) ou GOR (Gas Oil
20 Ratio) sont élevés.
En effet, les hydrates peuvent se former lorsque de l'eau se trouve
en présence d'hydrocarbures légers, soit en phase gazeuse, soit à l'état
dissous dans une phase liquide, telle qu'un hydrocarbure liquide, et
lorsque la température atteinte par le mélange devient inférieure à la
température thermodynamique de formation des hydrates, cette
température étant donnée pour une composition des gaz, et pour une
valeur de pression donnée.
.
La formation d'hydrates peut être redoutée, notamment dans les
30 industries pétrolière et gazière, pour lesquelles les conditions de formationdes hydrates peuvent être réunies. En effet, pour diminuer le coût de
production du pétrole brut et du gaz, tant au point de vue des
investissements qu'au point de vue de l'exploitation, une voie envisagée,
notamment en production en mer, est de réduire, voire de supprimer, les
traitements appliqués au brut ou au gaz à transporter du gisement jusqu'à
la côte et notamment de conserver toute ou une partie de l'eau dans le
fluide à transporter. Les traitements en mer s'effectuent en général sur
une plate-forme située en surface à proximité du gisement, de manière
que l'effluent, initialement chaud, puisse être traité avant que les
40 conditions thermodynamiques de formation des hydrates ne soient
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atteintes du fait du refroidissement de l'effluent en circulation dans une
conduite en contact indirect avec l'eau de mer. Cette manière de procéder
est particulièrement avantageuse lorsque la production en mer se situe
dans une zone difficile d'accès. Néanmoins, elle présente un inconvénient
notable du fait des risques de formation d'hydrates dus à la présence
d'eau .
En effet, les effluents pétroliers comprenant une phase gazeuse et
éventuellement une phase liquide peuvent être constitués, par exemple,
par un gaz naturel, un gaz à condensat ou un gaz associé en mélange avec
o du pétrole brut. Ils sont généralement saturés en eau et peuvent même
dans certains cas contenir de l'eau libre.
Lors du transport d'effluents de production d'un gisement sous-
marin de gaz naturel ou, de pétrole et de gaz, comportant de l'eau, la
température du fond de la mer peut être de l'ordre de 3 ou 4C. Une telle
température provoque un abaissement de la température de l'effluent
produit, pouvant le mettre dans des conditions thermodynamiques
susceptibles de conduire à la formation d'hydrates, qui s'agglomèrent et
bloquent les conduites de production.
Les hydrates sont des composés d'inclusion formés à partir de l'eau
20 et d'hydrocarbures légers comme le méthane, l'éthane, le propane, I'iso ou
le n-butane. L'azote, de même que certains gaz acides présents dans le gaz
naturel comme le dioxyde de carbone ou l'hydrogène sulfuré peuvent
également former des hydrates en présence d'eau.
La formation puis l'agglomération des hydrates entraînent le
remplissage puis le blocage des conduites de transport qui empêchent à la
longue tout passage de pétrole ou de gaz entraînant des conséquences
extrêmement pénalisantes. En effet, ces phénomènes peuvent conduire à
un arrêt de la production et à des pertes financières importantes. De plus,
la remise en service de l'installation, surtout lorsqu'il s'agit de production
30 ou de transport en mer, peut être longue car la décomposition des
hydrates formés est très difficile à réaliser.
Des conditions favorables à la formation d'hydrates peuvent aussi
être réunies de la même façon à terre pour des conduites peu enfouies
dans le sol terrestre lorsque, par exemple, la température de l'air ambiant
est assez basse, notamment dans des zones septentrionales telles que des
zones arctiques.
Pour~ éviter ces inconvénients, on a cherché, dans l'art antérieur, à
40 utiliser des produits qui, ajoutés au fluide, agissent comme inhibiteurs en
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abaissant la température thermodynamique de formation des hydrates. Ce
sont notamment des alcools, tels que le méthanol, ou des glycols, tels que
le mono-, le di- ou le tri-éthylène glycol. Cette solution est très onéreuse
car la quantité d'inhibiteurs à ajouter peut atteindre 10 à 50% poids de la
teneur en eau et ces inhibiteurs sont difficiles à récupérer complètement.
Il a également été préconisé l'isolation ou même le chauffage des
conduites de transport à l'aide d'un dispositif approprié, tel que décrit
dans la demande de brevet WO-90/05260, pour éviter un refroidissement
trop rapide des fluides transportés. De tels dispositifs sont néanmoins
I o coûteux et complexes dans leur réalisation technique.
D'autres moyens consistent à utiliser des rayonnements, par
exemple, le brevet HU- 18511 enseigne d'envoyer une onde
électromagnétique dont les valeurs de fréquences et les modes de
propagation sont choisis pour faire fondre les hydrates formés.
Dans le brevet SU-442287, on utilise une onde ultrasonore pour
briser les cristaux d'hydrates et libérer le gaz piégé.
On a encore décrit l'utilisation d'additifs capables de modifier le
mécanisme de formation des hydrates, puisqu'au lieu de s'agglomérer
20 rapidement les uns aux autres et de former des bouchons très solides, les
hydrates formés se dispersent dans le fluide sans s'agglomérer et sans
obstruer les conduites. On peut citer à cet égard la demande de brevet EP-
A-323.774 au nom du demandeur, qui décrit l'utilisation de composés
amphiphiles non-ioniques, choisis parmi les esters de polyols et d'acides
carboxyliques, substitués ou non substitués, et les composés à fonction
imide. On peut encore citer la demande de brevet EP-A-323.775, toujours
au nom du demandeur, qui décrit notamment l'utilisation de composés
appartenant à la famille des diéthanolamides d'acides gras ou de dérivés
d' acide s gras . Le b reve t
30 US-A-4.956.593 décrit l'utilisation de composés tensioactifs tels que des
phosphonates organiques, des esters phosphates, des acides
phosphoniques, leurs sels et leurs esters, des polyphosphates organiques
et leurs esters, ainsi que des polyacrylates et polyacrylamides. La
demande de brevet EP-A-457.375 décrit l'utilisation de composés
tensioactifs anioniques, tels que les acides alkylsulfoniques et leurs sels de
métaux alcalins. Des composés amphiphiles, obtenus par réaction d'au
moins un dérivé succinique choisi dans le groupe formé par les amides et
les anhydrides polyalkénylsucciniques, sur au moins un monoéther de
polyéthylèneglycol ont également été proposés pour réduire la tendance à
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l'agglomération des hydrates de gaz dans la demande de brevet
EP-A-582.507 .
Les méthodes préconisant l'utilisation d'agents dispersants pour
transporter les hydrates ou pour réduire leur tendance à l'agglomération
sont particulièrement avantageuses lorsque la phase hydrocarbure liquide,
huile ou condensat, est en quantité telle que la formation d'une émulsion
eau dans huile est possible. La phase hydrocarbure liquide sert en effet de
véhicule pour le transport ultérieur de la suspension d'hydrates et une
o quantité minimale de cette phase est requise.
Ainsi, il est possible d'utiliser cette technique pour le transport de
fluide, par exemple des gaz à condensat, ou d'huile avec gaz associé,
puisque dans ces deux cas la présence d'une phase hydrocarbure liquide
est assurée dans la conduite de production (par exemple produite par
condensation lors du transport et/ou présente dans le fluide), et ceci dès la
tête de puits jusqu'au séparateur ou au terminal.
Cette méthode est par contre inutilisable pour des fluides ayant des
valeurs élevées de GLR, ou des gaz secs, puisque pour de tels effluents il
n'y a pas condensation d'une phase hydrocarbure liquide dans les
conditions de pression et de température rencontrées lors du transport. Un
gaz sec contient par contre de l'eau, généralement à l'état vapeur, puis
partiellement à l'état liquide suite à sa condensation progressive par
diminution de la température dans la conduite. Cette eau liquide peut alors
conduire ~i la formation d'hydrates lorsqu'elle est en présence d'une phase
gazeuse et pour des conditions thermodynamiques données.
Cette méthode donne aussi de mauvais résultats pour les gaz à
condensats à très fort Gas Oil Ratio qui ne sont pas susceptibles de
produire des quantités de condensat suffisantes pour assurer le transport
d'hydrates éventuellement formés.
Il apparaît alors intéressant de disposer d'une méthode permettant
de transporter un fluide susceptible de former des hydrates et de prévenir
l'agglomération des hydrates, appliquée plus particulièrement au transport
des gaz secs ou des gaz à condensat peu riches en condensats.
La présente invention vise ainsi à fournir un moyen simple
permettant d'utiliser les agents classiquesdispersants des hydrates, dans le
cas des gaz secs pour lesquels on n'assiste pas à la condensation d'une
phase hydrocarbure liquide, ou dans le cas des gaz à condensats pour
lesquels la quantité de condensat produite reste inférieure à la quantité
~o d'eau produite.
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_ s
Il a été découvert qu'il était avantageux d'introduire l'additif
dispersant des hydrates en solution dans une phase liquide telle une
fraction hydrocarbure liquide, la fraction hydrocarbure liquide étant
introduite en quantité suffisante pour obtenir une dispersion de l'eau
liquide présente.
En effet, en choisissant de manière judicieuse la quantité de fraction
d'hydrocarbure liquide par rapport à la fraction d'eau présente dans le
fluide, l'additif devient en mesure de disperser l'eau, ainsi que les
hydrates éventuellement formés, au sein de la phase hydrocarbure
o liquide, en assurant ainsi leur transport sous forme dispersée.
Avantageusement, il est possible de choisir la composition de la
phase hydrocarbure par exemple en prenant un mélange d'hydrocarbures
ayant une tension de vapeur ou une pression de rosée suffisamment faible
de telle manière que cette fraction hydrocarbure puisse exister totalement
ou partiellement à l'état liquide dans la conduite.
Ainsi il sera possible, en choisissant judicieusement la composition de
cette fraction hydrocarbure liquide ainsi que sa quantité introduite dans la
conduite par rapport à la quantité et à la composition du gaz produit, de
20 contrôler la quantité de phase hydrocarbure liquide en un point donné de
la conduite, en fonction des conditions de pression et de température et de
la quantité d'eau susceptible de se condenser dans ces mêmes conditions.
Dans la description les expressions 'le ou les additifs' ou 'additif
dispersant' désignent un ou plusieurs additifs mélangés, par exemple, et
injectés dans le fluide.
La présente invention concerne un procédé pour transporter dans
une conduite un fluide comprenant au moins une phase gazeuse telle des
3 o hydrocarbures gazeux et de l'eau, dans des conditions où des hydrates
peuvent se former, les hydrates étant formés à partir de l'eau et du gaz. Il
est caractérisé en ce que l'on incorpore au dit fluide un mélange
comportant une phase liquide telle une fraction hydrocarbure liquide et
des additifs en solution dans la fraction liquide, la quantité ou proportion
de la phase liquide étant choisie de façon à disperser l'eau liquide présente
dans le fluide.
Avantageusement, le rapport de la fraction d'hydrocarbure par
rapport à la quantité d'eau liquide est compris de préférence entre 1 et 20.
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,
On peut ajouter une quantité d'additif dans la fraction
d'hydrocarbure liquide pour obtenir une concentration comprise entre
0.01 et 4% poids.
Selon un mode de mise en oeuvre du procédé, on sépare et on
recycle par exemple, au moins en partie, le mélange formé par la fraction
d'hydrocarbure liquide et les additifs en solution en un point de la
conduite. Le recyclage pourra se faire de préférence en tete de conduite.
La séparation peut s'effectuer par exemple de la manière suivante,
1 0 ( 1 ) on introduit dans la conduite de transport le mélange composé de
l'additif dispersant en solution dans ladite fraction hydrocarbure liquide,
la fraction hydrocarbure liquide pouvant être vaporisée au moins
partiellement dans la phase gazeuse,
(2) on transporte l'ensemble comportant une phase gazeuse, l'eau
contenue dans le fluide, le mélange ajouté et éventuellement des hydrates
formés jusqu'à un lieu de traitement,
(3) à l'arrivée de la conduite, on sépare l'ensemble de la manière
suivante:
- on sépare au moins en partie la phase gazeuse du reste de
l'ensemble comportant la fraction hydrocarbure liquide et les
additifs en solution, les hydrates éventuellement formés au cours
du transport et l'eau,
- on dissocie les hydrates formés pour obtenir une phase gazeuse et
une phase aqueuse et on sépare après dissociation, la phase
gazeuse, et la phase aqueuse de la phase hydrocarbure liquide
comprenant l'additif,
(4) on recycle en un point de la conduite au moins une partie de la
phase hydrocarbure liquide comprenant l'additif provenant de l'étape (3).
Pour des fluides susceptibles de former une phase liquide en exces,
par exemple des gaz à condensats, on peut séparer la fraction
hydrocarbure liquide en deux étapes:
- en obtenant à l'issue de la première étape d'une part une suspension ou
une émulsion concentrée en eau et une fraction hydrocarbure liquide
substantiellement débarrassée d'eau qui est évacuée, et
- en séparant au cours d'une deuxième étape l'eau, contenue dans
l'émulsion ou la suspension provenant de la première étape, d'une
fraction liquide enrichie en additif dispersant et en recyclant au moins
en partie la dite fraction hydrocarbure liquide.
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_ 7
On utilise comme additif dispersant un ester de polyols et d'acide
carboxylique, substitué ou non substitué.
L'ester de polyol peut être formé entre un acide ou un anhydride
alkénylsuccinique et un polyalkylèneglycol; et/ou entre un anhydride
polyisobuténylsuccinique et un polyéthylèneglycol; et/ou obtenu par
action de monoéther de polyalkylèneglycol et d'anhydride
polyisobuténylsuccinique.
L'additif dispersant peut être un hydroxycarbylamide d'acide
I o carboxylique, substitué ou non substitué, tel un hydroxycarbylamide
aliphatique ou cyclanique et/ou un mono- ou diéthanolamide d'acide
carboxylique comportant de préférence 3 à 36 atomes de carbone.
Selon un mode de réalisation de l'invention on utilise un additif
conjointement avec un inhibiteur thermodynamique classique, tels que le
méthanol, ou les glycols.
On peut introduire dans la conduite un mélange formé d'une fraction
hydrocarbure liquide et d'un additif rendant la paroi de la conduite
20 mouillable par la dite fraction hydrocarbure liquide.
L'additif rendant la paroi de la conduite mouillable par la fraction
hydrocarbure liquide peut être en même temps un additif anticorrosion.
On injecte, par exemple, une fraction d'hydrocarbure liquide
comportant des constituants dont le nombre d'atomes de carbone est
compris entre 5 et 30, ou un condensat, ou encore une coupe de distillation
d'un pétrole brut.
.
Le procédé selon l'invention s'applique particulièrement bien pour
transporter un gaz à condensat ou un gaz naturel susceptibles de former
des hydrates.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages
apparaîtront plus clairement à la description qui suit d'exemples
particuliers, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-annexées:
- la figure 1 illustre un schéma permettant la mise en oeuvre de
1 'invention,
- la figure 2 montre un détail d'une variante de réalisation permettant de
réduire ~a consommation de chaleur lors du procédé,
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- la figure 3 représente un mode de séparation bien adapté au gaz à
condensat, et
- la figure 4 montre une autre possibilité pour réaliser la fusion des
hydrates .
Le principe mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention consiste
à injecter un mélange formé d'une phase liquide, par exemple une phase
hydrocarbure liquide, et d'un additif, dans un fluide susceptible de former
des hydrates dans des conditions thermodynamiques données, le fluide
I o étant en écoulement dans une conduite.
L'additif a notamment pour fonction de disperser les hydrates
éventuellement formés et la quantité de phase hydrocarbure liquide est
choisie par rapport à la proportion d'eau liquide présente dans le fluide
pour obtenir la dispersion sensiblement totale de l'eau présente et assurer
le transport des hydrates éventuellement formés.
Avantageusement, il est possible de recycler au moins une partie du
mélange formé par la fraction hydrocarbure liquide contenant le ou les
additifs .
Afin de mieux cerner le principe mis en oeuvre dans le procédé selon
l'invention l'exemple décrit en relation avec la figure 1, donné à titre
indicatif et nullement limitatif, s'applique au transport d'un gaz sec, saturé
en eau tel un effluent de production, comprenant des hydrates formés
dans des conditions thermodynamiques spécifiques.
Le gaz sec saturé en eau, est évacué du sous-sol en 1 par une tête de
puits, qui peut être sous-marine dans le cas d'un gisement situé en mer. La
tête de puits est schématisée sur la figure 1 par un manifold de vannes
V 1, V2, V3. A la sortie de la tête de puits, l'effluent est à une température
relativement élevée de l'ordre par exemple de 70C passe dans une
conduite C pour être transporté jusqu'à une station de traitement A située
à terre ou une plate-forme de production comportant les équipements
habituellement employés pour le traitement dans l'industrie pétrolière.
Lors de son transport dans la conduite C, le gaz sec est progressivement
refroidi, du fait du contact indirect de la conduite avec l'eau de mer
conduisant ainsi à la formation d'hydrates, plus particulièrement au
voisinage de la paroi. L'agglomération de ces hydrates peut à terme
bloquer progressivement la conduite C.
Pour~ éviter la formation d'un bouchon d'hydrates, le procédé selon
l'invention consiste à envoyer par une conduite 2 en liaison avec la
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g
conduite C en au moins un point 3, ou point d'injection, un mélange
comprenant une phase liquide, telle une fraction hydrocarbure liquide et
un additif dispersant en solution dans la fraction liquide. Ce mélange
injecté au point 3 peut être partiellement vaporisé au contact du gaz.
On injecte, de préférence, une quantité de fraction d'hydroçarbure
liquide par rapport à l'eau présente dans le gaz sec dans une proportion
variant de 1 à S, et de préférence de 1 à 20.
La concentration d'additif dans la fraction d'hydrocarbure liquide est
de préférence comprise entre 0.01 et 4% poids, ce qui correspond
10 sensiblement à une concentration comprise entre 0.1 et 4% poids par
rapport à l'eau produite.
De cette manière on obtient une dispersion de la phase aqueuse et on
maintient cette dispersion tout le long du transport dans la conduite.
Lorsque des hydrates se forment, les particules d'hydrates sont ainsi
entraînées dans l'écoulement diphasique.
Afin d'éviter les risques d'agglomération des particules d'hydrates,
on utilise préférentiellement un additif dispersant formé au moins en
20 partie de molécules qui s'adsorbent sur la surface des cristaux d'hydrates
et empêche les particules de se rapprocher par exemple par effet stérique.
Avantageusement, on recycle le mélange comportant la phase
hydrocarbure liquide et l'additif, en procédant par exemple de la façon
suivante.
L'effluent transporté dans la conduite C comporte le gaz sec, le
- mélange hydrocarbure liquide additifs et éventuellement les hydrates
formés lors du transport. A l'arrivée sur la plate-forme A, il est envoyé
30 dans un séparateur S 1 par exemple, dans lequel la phase gazeuse et la
phase hydrocarbure liquide contenant les hydrates en suspension sont
séparés. La phase gazeuse est évacuée par une conduite 4 située de
préférence en tête du séparateur et la phase hydrocarbure liquide
contenant les hydrates en suspension et l'additif par une conduite 5 située
dans la partie inférieure du séparateur.
Le mélange provenant de la conduite 5 est envoyée vers un
échangeur E 1 où il est chauffé de manière à dissocier les cristaux
d'hydrates,~ par exemple par fusion, pour obtenir une phase gazeuse et une
40 phase aqueuse liquide provenant de cette dissociation. A l'issue de cet
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échangeur, l'ensemble, hydrates dissociés, hydrocarbure liquide et additifs
en solution, est envoyé par une conduite 6 dans un second séparateur S2
pour réaliser leur séparation. La phase gazeuse ou hydrocarbures gazeux
sont évacués en tête du séparateur par une conduite 7 pour être
remélangés, par exemple, avec la phase gazeuse qui est évacuée par la
conduite 4. La phase aqueuse est évacuée par une conduite 8 située dans
la partie inférieure du séparateur et la phase hydrocarbure liquide
contenant une fraction majoritaire de l'additif dispersant qui est
préférentiellement soluble dans cette phase est évacuée par la conduite 9
o reliée à la conduite d'injection 2. Avantageusement, le mélange formé
d'hydrocarbure liquide et d'additif est recyclé vers la conduite 2 par
exemple en passant dans une pompe P 1 pour mettre le mélange recyclé à
une pression sensiblement égale à la pression de l'effluent circulant dans
la conduite.
Une fraction de cette phase hydrocarbure liquide peut être vaporisée
dans la phase gazeuse qui est évacuée par les conduites 4 et 7.
La température mise en jeu dans l'échangeur est comprise par
exemple entre 30 et 100C et, de préférence entre 50 et 80C.
Selon un autre mode de réalisation, il est possible de dissocier,
partiellement ou en totalité, les hydrates au niveau du séparateur S 1 . Pour
cela on fixe des conditions de pression et de température telles que les
hydrates formés lors du transport soient instables.
On obtient ainsi une émulsion eau dans l'huile qui décante
progressivement dans le fond du séparateur S 1 . I1 est nécessaire de
contrôler la température pour éviter de casser l'émulsion. L'additif
dispersant se trouve alors préférentiellement dans la phase émulsionnée
ainsi produite.
La phase émulsionnée contenant les additifs est évacuée par la
conduite 5 vers l'échangeur El dans lequel elle est chauffée pour la casser
avant d'être envoyée dans le séparateur S2 dans lequel, la phase
émulsionnée est séparée en une phase aqueuse évacuée par la conduite 8
et une phase hydrocarbure liquide contenant une grande partie des
additifs préférentiellement solubles dans cette phase qui est évacuée par
la conduite 9 et éventuellement reprise par la pompe P 1 afin d'être
recyclée comme indiquée ci-dessus .
Dans les deux modes de réalisation précédemment décrits, un
appoint en additif dispersant, éventuellement en solution dans une
fraction d'hydrocarbure liquide, destiné à pallier les pertes éventuelles,
peut être introduit par un conduit l0.
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~ I .
Selon un mode avantageux de réalisation de l'invention, il est
possible de réduire la consommation de chaleur dans l'échangeur E 1 .
La figure 2 montre un schéma pour lequel la fraction hydrocarbure
liquide évacuée par la conduite 9 d'être échangée thermiquement avec le
mélange évacué par le conduit 5 dans un échangeur E2 situé avant
l'échangeur E 1 . Au cours de cet échange la fraction hydrocarbure liquide
cède une partie de son énergie à l'effluent évacué par la conduite 5. Après
passage dans l'échangeur E2, cette fraction hydrocarbure liquide refroidie
o est reprise par la pompe P 1 et recyclée à travers le conduit 2, par
exemple, en tête de la conduite C.
La figure 3 montre un exemple de réalisation particulièrement bien
appliqué pour des fluides tels les gaz à condensats qui génèrent une
fraction d'hydrocarbure liquide, cette dernière pouvant constituer un
excès par rapport à l'eau liquide. Elle se présente par exemple sous forme
de condensat .
Il est alors possible et avantageux de recycler une partie seulement
du condensat afin de concentrer l'additif.
On peut procéder, par exemple de la façon suivante:
Le mélange circulant dans la conduite C formé par le gaz à condensat,
I'hydrocarbure liquide et l'additif, et les hydrates formés arrivent dans le
séparateur S 1, où les particules d'hydrates sédimentent dans le fond du
séparateur. Il est alors possible d'évacuer par le conduit 11 une phase
condensat claire qui constitue le condensat évacué en même temps que le
gaz et par le conduit 12 une suspension concentrée en particules
d'hydrates qui est envoyée dans l'échangeur El. La suspension est
chauffée dans l'échangeur E 1 de manière à obtenir la fusion des hydrates
et un cassage de l'émulsion eau/condensat ou fraction hydrocarbure
liquide susceptible de se former après dissociation des hydrates. L'additif
dispersant se trouvant préférentiellement à la surface des particules
d'hydrates, il est possible de concentrer ainsi une majeure partie de cet
additif dans la phase hydrocarbure liquide qui est séparée dans le
séparateur S2, év~cuée par le conduit 9 et recyclée au moyen de la pompe
Pl .
La phase gazeuse est évacuée par la conduite 7, éventuellement vers
la conduite 4 alors que la phase aqueuse sort du séparateur par la
conduite 8.
~,
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12
Différents moyens peuvent être -employés pour améliorer les
performances des différentes étapes de séparation et de recyclage
effectuées .
Dans le cas de l'exemple illustré par la figure 3, on obtient une
suspension concentrée de particules d'hydrates par simple décantation
dans le séparateur S l . Il est également possible de mettre en oeuvre
d'autres méthodes connues de concentration d'une suspension telles que,
par exemple, le passage dans un cyclone, la centrifugation, la filtration et
notamment la filtration tangentielle.
Il est également possible de concentrer cette suspension en
chauffant, de manière à vaporiser la fraction hydrocarbure que l'on veut
évacuer avec le gaz.
Le chauffage effectué par exemple dans l'échangeur E l, dans le cas
des exemples illustrés par les figures l, 2 et 3, permet de réaliser la fusion
des cristaux d'hydrates et facilite la séparation de l'émulsion par élévation
de la température. Ce chauffage peut être réalisé par des moyens
différents de ceux qui sont illustrés sur les figures l, 2 et 3. Il est possiblenotamment de fournir la chaleur nécessaire en ne chauffant pas
directement la suspension mais en chauffant une fraction d'un des fluides
20 obtenus après séparation, que l'on fait recirculer.
Ainsi, par exemple, comme le montre l'exemple de réalisation
illustrée par la figure 4, la suspension arrivant par le conduit l 2 peut être
mélangée avec une *action de phase aqueuse provenant du séparateur S2,
recirculée au moyen de la pompe P2 et chauffée dans un échangeur E3.
Cette conception présente notamment l'avantage de faciliter la conception
de l'échangeur de chauffage et d'en réduire la surface grâce aux bonnes
propriétés de transfert thermique de l'eau.
Dans le cas des exemples illustrés par les figures l, 2 et 3, les deux
phases formant l'émulsion sont séparées dans le séparateur par simple
30 décantation. Il est possible de mettre en oeuvre les différentes méthodes
connues pour faciliter cette séparation: passage à travers un lit coalescent,
centrifugation, passage à travers un cyclone, techniques membranaires,
électrocoalescence. Il est également possible de faciliter cette séparation
en ajoutant un additif désémulsifiant.
On ne sortira pas du cadre de l'invention, en effectuant les étapes de
séparation décrites ci-dessus dans un dispositif unique combinant des
fonctions sensiblement identiques à celles réalisées par l'ensemble
comportant les séparateurs Sl, S2 et l'échangeur El.
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13
Dans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus, les additifs
peuvent être choisis parmi les additifs habituellement utilisés pour inhiber
la formation des hydrates et/ou leur agglomération.
L'additif dispersant pourra être par exemple un tensioactif non
ionique choisi parmi des composés amidiques hydrogénés décrits dans le
brevet EP-A-323.775 du demandeur.
La synthèse de ces hydroxycarbylamides peut être réalisée à partir
d'acides gras, d'esters de ces acides gras, des huiles ou graisses végétales
o ou animales, en faisant réagir ces composés avec des
hydroxylcarbylamines telle que la diéthanolamine ou la
monoéthanolamine. Par "hydroxycarbyl", on entend un radical hydrocarbyl
substitué par au moins un groupe hydroxy.
Les acides carboxyliques des amides pourront être des acides
linéaires saturés ou insaturés, présents tels quels ou en mélange sous
forme liée dans les huiles, les esters, dans le mélanges d'acides gras
servant de matière première aux amides. Les huiles utilisables les plus
courantes sont par exemple les huiles de colza, de coprah, de tournesol ...
Les acides carboxyliques des amides pourront être des acides
20 hydroxycarboxyliques, tel que l'acide ricinoléique, ou des estolides, tels
que les estolides de l'acide ricinoléique.
Les acides carboxyliques pourront être des diacides ou triacides
correspondant aux dimères et trimères des acides gras ou à des acides
dicarboxyliques, tel l'acide dodecanedioïque.
Les amines servant à réaliser avec les acides carboxyliques la
synthèse des amides sont par exemple des alkanolamines ou des diols
aminés, tels que la diéthanolamine, la diisopropanolamine ou le
trihydroxyméthylaminométhane .
Les amides pourront être des mono ou diéthaloamides d'acides
30 carboxyliques et pourront compter 3 à 36 atomes de carbone.
L'additif dispersant peut être un composé amphiphile non ionique
choisi parmi les esters de polyols, substitués ou non substitués, comme
ceux décrits dans le brevet EP-A 323 774 du demandeur.
Ces esters sont par exemple obtenus à partir d'acides carboxyliques
linéaires ou non linéaires (par exemple ramifiés), saturés ou insaturés,
correspondant par exemple aux acides gras contenus dans les huiles ou
graisses végétales et animales, comme par exemple les acides laurique,
palmitique,~ stéarique, pour les acides saturés, ou les acides palmitoléïque,
40 oleïque, linoléïque pour les acides insaturés.
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Les acides carboxyliques peuvent aussi être des diacides ou triacides,
correspondant aux dimères ou trimères des acides gras, ou des acides
dicarboxyliques, comme par exemple l'acide dodécanedioïque pour lequel
l'une des fonctions acides peut être libre.
Les acides carboxyliques pourront être des acides
hydroxycarboxyliques, tel que l'acide ricinoléïque.
Les acides carboxyliques se présentent par exemple sous la forme de
polymères comme les acides estolisés obtenus à partir du ricin.
Les esters de polyols pourront enfin être obtenus à partir d'acide
I o alkénylsuccinique ou d'anhydride alkénylsuccinique. Le groupe alkénylede l'acide ou de l'anhydride pourra dériver d'un polymère d'une
monooléfine contenant 2 à 5 atomes de carbone. Ce polymère pourra plus
particulièrement être un polyisobutène dans lequel le groupe alkényle a
une masse moléculaire moyenne de 300 à 5000.
Les polyols sont par exemple: -
- des diols, tels que l'éthylèneglycol, les polyalkylèneglycols, comme le
polyéthylèneglycol ou le polypropylèneglycol, ou le néopentylglycol;
- des triols, tels que le glycérol ou le triméthylolpropane;
- des tétrols, tels que le pentaérythritol, l'érythritol;
- des polyols, tels que le sorbitol, le mannitol, les polyglycérols, ou des
sucres tels que le saccharose, le glucose, le fructose ou des dérivés de
ces différents produits tel que l'amidon.
L'additif dispersant peut également être un composé amphiphile non
ionique obtenu par réaction d'au moins un dérivé succinique choisi dans le
groupe formé par les acides et les anhydrides polyalkénylsucciniques, sur
au moins un monoéther de polyéthylèneglycol, comme ceux décrits dans le
brevet EP-A-582.507 du demandeur.
Les dérivés succiniques utilisés pour préparer les composés utilisés
dans l'invention sont par exemple obtenus par action d'au moins une
oléfine ou d'un hydrocarbure chloré sur l'acide ou l'anhydride maléïque.
L'oléfine ou l'hydrocarbure chloré utilisés dans cette synthèse peuvent
etre linéaires ou ramifiés, et comportent habituellement 10 à 200 atomes
de carbone, de préférence de 15 à 150 atomes de carbone, et le plus
souvent 20 à 100 atomes de carbone dans leur molécule. Cette oléfine peut
également être un oligomère, par exemple un dimère, un trimère ou un
tétramère, ou encore un polymère d'une oléfine inférieure, ayant par
exemple de 2 à 12 atomes de carbone, telle que l'éthylène, le propylène,
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. .
~s
l'isobutène. L'hydrocarbure chloré peut provenir de la chloration de tels
polymères .
Les monoéthers de polyéthylèneglycol utilisés pour préparer les
composés utilisés dans l'invention ont habituellement une masse molaire
moyenne en nombre comprise entre 100 et 6000 et répondent à la
formule générale suivante:
R-(O-CH2-CH2)n-OH
dans laquelle R est un groupe hydrocarboné renfermant par exemple de 1
à 30 atomes de carbone et n, représentant le degré de polymérisation, a
I o une valeur comprise entre 2 et 140.
La phase hydrocarbure peur être au moins partiellement séparée et
recyclée. L'additif utilisé étant de préférence soluble dans la phase
hydrocarbure, il peut être ainsi au moins partiellement recyclé, ce qui est
particulièrement avantageux puisqu'il est possible de réduire très
sensiblement la consommation d'additif.
Selon un mode de réalisation préférentielle, on évite la formation de
cristaux d'hydrates à la paroi qui pourraient adhérer à la paroi et ne pas
20 être entraînés par l'écoulement. Pour cela, on rend par exemple la paroi de
la conduite mouillable par la fraction hydrocarbure liquide et non
mouillable par l'eau en introduisant par exemple dans la fraction
hydrocarbure liquide un additif qui s'adsorbe sur la paroi en tapissant la
paroi de groupements fonctionnels oléophiles.
Cet additif peut etre avantageusement constitué par un additif
anticorrosion, ce qui permet de protéger simultanément contre la corrosion
et contre les risques de bouchage par les hydrates.
Il peut aussi être constitué par un mélange d'additifs, et par additif
dispersant nous entendons par la suite soit un additif unique soit un
30 mélange d'additifs.
Il est également possible de réaliser la paroi de la conduite en un
matériau mouillable par la fraction hydrocarbure liquide ou d'utiliser un
revêtement interne, par exemple en téflon, réduisant le risque d'adhésion
d'hydrates à la paroi.
La teneur en eau d'un gaz naturel reste faible et dépend à la fois des
conditions de pression et de température. Les gaz contenant initialement
de l'eau à~ I'état vapeur, celle-ci est susceptible de se condenser avec une
40 baisse de la température dans la conduite. Dans les conditions
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généralement rencontrées lors de la production, elle est de l'ordre de
quelques grammes d'eau liquide pour un standard mètre cube de gaz.
Les quantités d'eau susceptibles de se condenser étant faibles, il n'est
pas nécessaire d'introduire une grande quantité d'hydrocarbures en phase
liquide. D'une manière générale, la quantité à introduire est telle que le
rapport eau liquide/hydrocarbure liquide soit de l'ordre de 0.3. La
quantité d'hydrocarbures en phase liquide à injecter sera naturellement
d'autant plus faible que celui-ci sera plus lourd.
Ce mélange d'hydrocarbures en phase liquide peut être un condensat
tels que ceux obtenus lors de la production des gaz à condensats. Ce peut
être également une coupe de distillation d'un pétrole brut. Il comprend
des hydrocarbures dont le nombre d'atomes de carbone est compris par
exemple entre 5 et 30 et de préférence entre 5 et 20.
Selon un mode de mise en oeuvre du procédé, il est possible de
choisir une fraction hydrocarbure liquide de telle manière que cette
fraction hydrocarbure liquide soit tout ou partiellement vaporisé dans la
phase gazeuse dans les conditions au point d'injection.
Toujours selon un mode de mise en oeuvre du procédé, il est possible
de choisir une fraction hydrocarbure liquide de telle manière que cette
fraction hydrocarbure liquide ait une pression de rosée voisine de celle de
l'eau dans les conditions de température rencontrées dans la conduite.
Le présent procédé sera mieux compris et ses avantages apparaîtront
plus nettement à la description de l'exemple qui suit, nullement limitatif.
Considérons un gaz naturel de composition molaire suivante:
Cl = 85.3%, C2 = 5.8%, C3 _ 5.3%, i-C4 = 0.7%, n-C4 = 1.4%, N2 = 1.0% et
C02 = 0.5%, produit dans une conduite dont les conditions de tête de puits
sont 15 MPa et 70 C.
Dans ces conditions, la teneur en eau du gaz (densité = 19.48/29 =
0.672) est d'environ 2.5 m3/MSm3 de gaz, soit encore environ 6 m3 d'eau
pour 100 Mmoles de gaz produites.
Si l'on considère que les conditions dans la conduite de transport sont
par exemple de 4C et 4 MPa, la teneur maximale en eau du gaz est de
l'ordre de 0.2 m3 / M S m 3 de gaz. On peut donc considérer que toute l'eau
s'est condensée.
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En supposant par exemple que la quantité d'hydrocarbure liquide
doit représenter les 4/5 de la quantité d'eau liquide produite de telle
manière à pouvoir former une émulsion eau dans huile stable rendant
possible le transport des hydrates en suspensiont la quantité de solvant
hydrocarbure à introduire sera telle que la quantité d'hydrocarbure
liquide condensée dans la conduite représente environ 24 m3 pour 100
Mmoles de gaz dans les conditions de production.
Dans les conditions de production 4 MPa et 4C, I'ajout de 0.1% mole
d'un hydrocarbure liquide de masse molaire moyenne de 210 et de masse
o volumique de 0.77 g/cm3 conduit à la formation de 50 m3 d'une phase
hydrocarbure liquide pour 100 Mmoles de gaz produit. La teneur en eau
dans la phase liquide est donc de 11% environ en volume.
Dans les mêmes conditionst l'ajout 0.05% mole du même
hydrocarbure liquide conduit à la formation de 26 m3 d'une phase
hydrocarbure liquide pour 100 Mmoles de gaz produit. La teneur en eau
dans la phase liquide est donc de 19% environ en volume.
Dans les mêmes conditionst l'ajout 0.01% mole du même
hydrocarbure liquide conduit à la formation de 5.3 m3 d'une phase
hydrocarbure liquide pour 100 moles de gaz produit. La teneur en eau
20 dans la phase liquide est donc de 53% environ en volume.
La quantité d'additif dispersant des hydrates à introduire dans la
fraction hydrocarbure liquide doit être ajustée de telle sorte que la teneur
en additif par rapport à l'eau produite soit comprise par exemple entre 0.1
et 4% poids. Cette teneur en additif dans la fraction hydrocarbure liquide
peut varier en fonction du rapport des phases hydrocarbure liquide et eau.
Elle est néanmoins comprise par exemple entre 0.01 et 4% poids.
Un avantage annexe de ce mode d'introduction est la réduction de
viscosité de l'additif.
Cette invention s'applique principalement au transport des hydrates
formés à partir de l'eau et de gaz. Ce gaz, qui peut être du gaz naturel, du
gaz de pétrole ou tout autre gaz, peut notamment comprendre par exemple
du méthane, de l'éthane, de l'éthylène, du propane, du propène, du n-
butane, de l'i-butane, de l'H2S, du C02 ou encore de l'azote.
