Formation et agglomération de particules d'hydrate de gaz dans une émulsion eau dans huile. Etude expérimentale et modélisation

par Hung Le Ba

Thèse de doctorat en Génie des Procédés

Sous la direction de Jean-Michel Herri.

Soutenue en 2009

à Saint-Etienne, EMSE .


  • Résumé

    Les hydrates de gaz sont des composés solides formés à partir de molécules de gaz emprisonnées dans des structures cristallines formées par des molécules d'eau reliées par liaisons hydrogène. Ils sont stables sous des conditions de haute pression et de basse température. Dans les conduites pétrolières, la formation d'hydrate de gaz peut être responsable du colmatage des conduites et du blocage des vannes. Pour éviter leur cristallisation, il existe plusieurs solutions : l’isolation ou le réchauffage de la conduite pétrolière ainsi que l’injection d’additifs cinétiques ou thermodynamiques. Une autre solution envisagée est l'utilisation d'additifs anti-agglomérants. Il s'agit d'agents tensio-actifs qui favorisent d’abord la formation d’une émulsion eau dans huile et ensuite limitent l’agglomération entre les cristaux une fois formés. De cette façon, la taille des particules d’hydrates serait limitée par la taille des gouttelettes d’eau dans l’émulsion. Cette méthode a été utilisée dans les travaux de Camargo (2001) à l’IFP et puis de Fidel-Dufour (2004) à l’ENSM de Saint-Etienne. Cette thèse est une étude consacrée à la caractérisation du couplage entre la cristallisation des hydrates et la rhéologie des écoulements pétroliers diphasiques (émulsion eau dans huile) laminaires ou turbulents dont l'objectif final est la production d’un modèle de cristallisation en écoulement. Elle s'appuie sur les mesures réalisées à l'aide de la sonde FBRM (Focused Beam Reflectance Measurement) qui permet des mesures en longueurs de cordes (CLD) in-situ lors de la formation d’hydrates en systèmes dispersés. La formation des hydrates de gaz en écoulement est étudiée de manière expérimentale sur deux dispositifs : une boucle de circulation Archimède située à l’ENSM-SE et une boucle de circulation Lyre à l’IFP Lyon. Les résultats obtenus avec les deux dispositifs sont comparés. La plus grande partie de ce travail a porté sur l’interprétation des mesures de longueurs de corde de la FBRM. Une série d'algorithmes permettant de générer des agrégats aléatoires ont été élaborés, suivis du calcul de leurs CLD. Ces CLD sont comparées avec les CLD obtenues expérimentalement permettant ainsi le suivi de l’agglomération pendant la cristallisation en écoulement.

  • Titre traduit

    Crystallization and agglomeration of gas hydrate particles in a water in oil emulsion: experimental study and modeling.


  • Résumé

    Gas hydrates are solid compounds composed of water molecules under a crystalline structure that traps a gas molecule. These hydrates are stable under conditions of high pressure and low temperature. In petroleum pipelines gas hydrates can form and plug the pipe or valves. In a way to prevent their crystallization several solutions exists: isolating pipeline, insulation heating, or by using kinetic or thermodynamic additives. Another solution is by using anti-agglomeration additives. These are surfactants that promote the formation of a water in oil emulsion and latter the agglomeration between crystallized droplets is prevented. The size of the droplets is controlled and agglomeration is prevented. This method was tested in the works of Camargo (2001) at IFP and Fidel- Dufour (2004) at ENSM de Saint-Etienne. This work deals with the characterization and modeling of the coupling between the gas hydrates crystallization and the rheology of biphasic (emulsion of water in oil) turbulent and laminar flows. To validate the model, cord length distributions have been measured by in situ FBRM (Focused Beam Reflectance Measurement). The gas hydrates formation under flow was studied in two experimental devices: the Archimede flow loop at ENSM-SE and the Lyre flow loop at IFP Lyon. The results obtained in both devices were compared. The major part of this work deals with the interpretation of the FBRM chord length distribution results. A model was developed. This model constructs aggregates with known geometrical properties and calculates their CLD. By comparing this CLD with CLD from experiments, agglomerates can be characterized and their size and fractal dimensions is coupled with the rheological properties of the flow, both in laminar conditions (Archimede flow loop) and turbulent (Lyre flow loop).

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Informations

  • Détails : 1 volume (i-157 pages)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie pages 151-155

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Ecole nationale supérieure des mines. Centre de documentation et d'information.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 532 LE
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