Thèse soutenue

Etude expérimentale et modélisation de la cristallisation d’hydrates de méthane en écoulement a partir d’une dispersion eau-huile a fort pourcentage d’eau

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Auteur / Autrice : Trung-Kien Pham
Direction : Jean-Michel Herri
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des Procédés
Date : Soutenance le 26/06/2018
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : SPIN - PEG (Procédés pour l'Environnement et Géoressources)
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Dalmazzone, Antonin Chapoy, Ana Alexandra Dos Santos Nicolau Esteves Cameirão, Christelle Goutaudier
Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Dalmazzone, Antonin Chapoy

Résumé

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La production de pétrole brut avec du gaz naturel et de l'eau à basse température et à haute pression favorise les conditions de formation d'hydrates de gaz qui peuvent causer de nombreux problèmes d’écoulement jusqu'au blocage des pipelines. Pour éviter le bouchage, diverses méthodes sont appliquées aux pipelines par addition d'inhibiteurs thermodynamiques (THIs), cinétiques (KHIs) et d'antiagglomérants (AAs). Récemment, l’utilisation des AAs est devenue plus courante car non seulement à cause de leur haute performance dans des conditions sévères, mais aussi grâce à la réduction du coût d’opération dû à avec une faible dose d’AAs utilisée (AA-LDHIs). La plupart des études antérieures sur la formation et transport d’hydrates de gaz se limitent à de faibles fractions d’eau et sans antiagglomérants. Pour des fortes fractions d’eau, la formation et le transport d'hydrates de gaz en présence d’AA-LDHI et/ou de sel dans les conduites d'écoulement restent mal compris. L'objectif principal de cette étude est une meilleure compréhension de la formation et de l’agglomération des hydrates, en testant l’influence des additifs commerciaux pour éviter le colmatage. Ce travail traite plus précisément de la cinétique de cristallisation et d'agglomération des hydrates, ainsi que du transport et du dépôt des suspensions en fonction des conditions d'écoulement (en particulier dans les systèmes à haute fraction d'eau). Les effets de divers paramètres sont étudiés, notamment : à faible dose d’antiagglomérant (AA-LDHI), et fraction volumique d'eau et de salinité dans l'eau variables dans un mélange avec du Kerdane®. Des expériences ont été menées dans la boucle "Archimède". Cet appareillage, capable de fonctionner à plus de 80 bar, permet de reproduire les conditions de transport de pétrole et de gaz dans les pipelines sous-marins. Il est équipé d'une sonde FBRM (Focused Beam Reflectance Measurement) et d'une sonde PVM (Particle Video Microscope) ainsi que de capteurs de température, de perte de charge, de débit et de masse volumique. La mise en circulation du fluide est assurée par une pompe Moineau et/ou un système dit de "gaz-lift". Les résultats ont révélé que dans le protocole avec gaz-lift, les hydrates se forment à la surface des bulles de gaz et des gouttelettes d'eau et leur transport a lieu dans les phases continues d'huile ou d'eau. Généralement, les hydrates ont tendance à se déposer à haute fraction d'eau et à s'agglomérer à une faible fraction d'eau. Des mécanismes de formation et transport des hydrates en présence de bulles ont été proposés. Dans le protocole avec pompe Moineau, les effets de la formation des hydrates, de l'agglomération, du dépôt et du colmatage dans le cadre d’un écoulement multiphasique et vice-versa ont été identifiés, analysés et évalués à fort pourcentage d’eau. Quelques mécanismes de formation et transport d'hydrates dans des conditions expérimentales différentes sont aussi proposés. Un modèle a été développé pour prédire la perte de charge relative dans les pipelines une fois l'hydrate formé.