Influence d'additifs anti-agglomérants sur l'agrégation et les propriétés de transport des hydrates de méthane dans des émulsions eau/dodécane

par Annie Fidel-Dufour

Thèse de doctorat en Génie des Procédés

Sous la direction de Frédéric Gruy et de Jean-Michel Herri.

Soutenue en 2004

à Saint-Etienne, EMSE .

mots clés

• Hydrates de gaz naturel
• Mécanique des fluides
• Agglomération
• Pétrole offshore -- Industrie et commerce

Résumé

Les hydrates de gaz sont des composés solides de type clathrate pouvant se former à partir de molécules de gaz hydrocarbonnées sous pression et d'eau froide. Ces conditions sont réunies dans certaines conduites pétrolières et peuvent poser un problème de production. En effet, l'effluent pétrolier qui sort d'un puits de production contient toujours de l'eau et des molécules hydrocarbonées légères (méthane, éthane, propane) susceptibles de former un hydrate de gaz. Les hydrates de méthane ne sont pas naturellement présents dans les gisements de production car la température est beaucoup trop élevée (jusqu'à 200°C). Par contre, le fluide pétrolier se refroidit lors de son transport dans une conduite. Il peut alors se former des hydrates risquant d'obstruer les conduites. Pour prévenir leur cristallisation, la tendance actuelle est de coupler trois types d'approches : isolation des conduites, injection d'additif lors des phases critiques, réchauffement de la conduite par circulation d'eau chaude lors des bouchages accidentels. Cette thèse participe à la modélisation des écoulements après formation d'hydrates. Il ne s'agit donc pas d'empêcher la cristallisation mais de s'intéresser à la rhéologie de l'écoulement après formation de cristaux. L'objectif à long terme est d'identifier l'origine de la transportabilité des coulis d'hydrates sous l'influence d'additifs dits "anti-agglomérants". Il s'agit de se rapprocher des conditions géométriques d'un écoulement pétrolier (boucle pilote) tout en conservant un système simple (eau/dodécane) avec pour objectif sur le long terme d'identifier le couplage : géométrie/cristallisation/influence des additifs.

Résumé

The gas hydrates are solid compounds of clathrate type which can be formed starting from cold water and hydrocarbon gas molecules under pressure. These conditions are met in certain oil conduits and can lead to a problem of production. Indeed, the oil effluent which leaves a well of production always contains light water and hydrocarbon molecules (methane, ethane, propane) suitable from a gas hydrate. The methane hydrates are not naturally present in the layers of production because the temperature is too high (until 200°C). On the other hand, the oil fluid cools at the time of its transport in a control, either because control is localized in a particularly cold zone, or because control is underwater, by the contact with cold water. It can then create hydrates being likely to block the conduits. To prevent their crystallization, the current tendency is to couple three types of approaches : insulation of the conduits, injection of additive at the time of the critical phases, reheating of control by hot water circulation at the time of accidental stopping. This thesis takes part in the modelling of the flows after formation of hydrates. It is not thus a question of preventing crystallization but of being interested in rheology of the flow after formation of crystals. The long-term objective is to identify the origin of the transportability of the purées of hydrates under the influence of additives known as "anti-binders". It is a question of approaching the geometrical conditions of an oil flow (pilot buckles) while preserving a simple system (eau/dodécane) with for objective on the long term identifying the coupling : geometry/crystallization/influence of the additives.