Etude des instabilités dans les puits activés par gas-lift

par Nathalie Cherrault

Thèse de doctorat en Mathématiques et automatique

Sous la direction de Nicolas Petit.

Soutenue en 2006

à Paris, ENMP .


  • Résumé

    Les puits pétroliers activés par gas-lift sont souvent sujet à des comportements instables qui ne peuvent être décrits par les lois de l’hydrostatique. L’objectif du travail présenté dans ce mémoire est l’analyse de la dynamique de ces puits, en particulier lorsqu’ils produisent par à-coups. Elle aboutit à la conception de solutions de contrôle adaptées. Nous commençons par décrire les principes de l’activation des puits par gas-lift et soulignons l’impact très négatif des instabilités sur les volumes de pétrole produits. Il existe deux principaux mécanismes susceptibles d’engendrer ces productions par à-coups. Nous les mettons en évidence à partir d’enregistrements temps-réel issus de sites de production. Le premier mécanisme, connu dans la littérature, est expliqué grâce à des bilans de masses. Nous montrons, grâce à une analyse des propriétés du champ de vecteurs, que ce phénomène s’interprète géométriquement comme un cycle limite. La principale contribution de ce mémoire consiste en la description et l’analyse du second mécanisme, très mal connu auparavant. Nous montrons que le retard lié aux temps de propagation des fluides dans le puits induit le déphasage à l’origine de cette instabilité. L’étude de ces deux instabilités se poursuit par la présentation d’un modèle complet et compact de la dynamique du puits. Il s’agit de l’interconnection d’un système du premier ordre stable avec un système à paramètres distribués. Il permet d’attribuer, grâce au théorème des petits gains, la cause des instabilités observées à deux boucles de rétroaction potentiellement positives. Ce modèle nous permet de développer des solutions de contrôle, inspirées de la structure physique du puits et respectant les contraintes opérationnelles. L’efficacité de ces stratégies est illustrée par des résultats de simulations réalistes. Une partie des solutions a également été testée, en ligne, sur site de production. Certains résultats obtenus, très encourageants, sont présentés.

  • Titre traduit

    Dynamic study of unstable phenomena stepping in gas-lift activated wells


  • Résumé

    Gas-lifted wells often present unstable behaviors that cannot be described by hydrostatic laws. In this thesis, we aim at analyzing the well dynamics, especially when its production is irregular. We end up by designing control solutions. We begin with a brief description of the gas-lift activation technique. The negative impact of instabilities on oil production is underlined. Two main mechanisms are at birth of the unstable behaviors. On-site real time records serve as illustrative examples. We explain the first mechanism, well referenced in the literature, thanks to mass balances equations. Analyzing the vector field properties allows us to interpret the observed phenomenon as a limit cycle. Then, we expose the main contribution of this thesis. It lies in the description and analysis of the second mechanism. We show that the instability arises from out-of-phase effects induced by the propagation delay in the well. A distributed parameter model is used. Then, we gather our results and present a complete and compact model of the well dynamics. This model is a first order stable system interconnected with a distributed parameters system. Thanks to the small gain theorem, the instabilities root-causes appear as two possibly positive feedback loops. This model inspires the design of control solutions that suit the physical structure of the well. Moreover, these solutions fit with the operational constraints. Realistic simulation results illustrate the efficiency of our strategies. Some of the solutions have been tested on line on a production site. Some of the obtained results are presented.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (135 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 45 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Mines ParisTech. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.