Contexte général du projet

Entreprise

Total est un groupe pétrolier français, leader national et parmi les 6 leaders mondiaux dans ce secteur. Ce grand groupe est impliqué dans l'ensemble de la chaîne de production et d'extraction du pétrole brut et du gaz naturel ainsi que de la production d'énergie et de l'exploitation commerciale. La partie extraction qui nous concerne fait intervenir deux secteurs différents : les réservoirs et les conduites de remontées à la plateforme. C'est ce dernier secteur qui est au centre de notre projet.

 


 

Problématique

Les huiles et/ou les gaz naturels sont acheminés depuis des réservoirs profonds à la surface par des pipelines de plusieurs kilomètres de long. Ces écoulements en conduites faisant intervenir de nombreuses problématiques (problèmes de pression, température et écoulements triphasiques), leur maîtrise est primordiale tant en terme de rentabilité de production que de préservation de l'environnement. Des technologies contemporaines à fort degré d'innovation (gas lift, duses, etc) permettent en effet d'améliorer la production.

Ces écoulements peuvent engendrer des instabilités qui empêchent un bon contrôle de la production et gênèrent des vibrations importantes sur les installations. Ces conditions instables, si non corrigées sur le long terme, peuvent être très néfastes aux installations et à la production.

La nécessité de contrôler ces vibrations demande de comprendre ce phénomène physiquement et d'en identifier l'origine. Ces phénomènes complexes demandent également l'utilisation de logiciels adéquats comme LedaFlow.

 

 

Source : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Trans-Alaska_Pipeline_System_Luca_Galuzzi_2005.jpg

 

 

Slugging

Un des problèmes majeurs rencontrés dans les écoulements en pipeline est le slugging.

Dans cette section, nous allons expliciter les différents types de slugging existants.

 

Severe Slugging

Le Severe Slugging est particulièrement important parce qu'il apparaît dans des géométries utilisées en extraction d'huiles : une pente descendante suivie d'un riser.

De plus, ce slugging introduit de très fortes oscillations de pression (20-25 bars) ce qui pose des problèmes de sécurité mais aussi de production.

Comme on peut le voir sur la figure ci-dessous, un bouchon de liquide se forme en pied de riser. Cette accumulation de liquide est due aux forces de gravité et entraîne une augmentation de la pression du gaz bloqué en amont du coude. Lorsque la pression est suffisante pour contrer la pression hydrostatique de la colonne de mélange, celle-ci est alors vidangée rapidement. Le cycle peut alors recommencer.

 

Source : http://www.drbratland.com/PipeFlow2/chapter1.html

 

Vidéo 1 : Gas Volume Fraction :

La présence de slugging est fortement dépendante du débit de gaz injectée. En effet, la pression hydrostatique dépend de la hauteur de colonne et de la densité du mélange. Si celle-ci est plus faible, il est possible d'annuler le Severe Slugging (voir Gas Lift).

La période de ce type de slugging peut atteindre plusieurs heures dans certaines configurations.

 


 

Slugging hydrodynamique

Un écoulement en conduite de type Slug Flow apparaît lorsque le gaz se déplace plus vite que le liquide dans un écoulement multiphasique. Dans ce cas de figure, les bulles coalescent et forment de grosses poches de gaz se déplaçant à grande vitesse dans l'écoulement.

Source : http://www.drbratland.com/PipeFlow2/chapter1.html

 

Vidéo 2 : Gas Volume Fraction :

L'amplitude des variations de pression et la période du phénomène sont toutes deux beaucoup plus faibles que pour le cas de severe slugging. Cependant, il entraîne des à-coups de production que l'on souhaite éviter, afin que le séparateur situé en fin de ligne puisse fonctionner de façon plus efficace (et qu'il ne soit pas engorgé). De plus, le principal problème de ces vibrations à haute fréquence est la fatigue qu'elles entraînent sur la structure du système et le danger d'exciter le système à sa fréquence propre.

Pour contrer cet effet néfaste, on joue sur la fraction volumique de gaz afin de retrouver un écoulement à bulles dispersées.