Modélisation et contrôle des phénomènes de bouchons dans les conduites pétrolières

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1 Modélisation et contrôle des phénomènes de bouchons dans les conduites pétrolières Enjeux industriels Quang-Huy Tran, Frédéric Coquel, Marie Postel Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/2005 1

2 Sommaire Production pétrolière Transport polyphasique TINA et TACITE Phénomènes de bouchons Origines et typologie Inconvénients Contrôle automatique Vers un nouveau simulateur Pourquoi Comment Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/2005 2

3 Production pétrolière Traitement, activation gas-lift Maîtrise de la veine fluide Écoulements polyphasiques Hydrates Isolation Paraffines Asphaltènes Pompage Séparation Venue de sable Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/ Endommagement

4 Besoins généraux En termes de rentabilité Identifier les obstacles critiques pour la production Trouver des solutions de design et opératoires Exemple en grand fond Milieu froid : risques de formation d hydrates raclage régulier Terrain accidenté : apparition des bouchons?? En termes d outils Calculer le profil thermo-hydraulique le long de la veine fluide (puits, pompe, flowline, riser.) Disposer des meilleurs modèles et codes pour chaque élément du réseau Garder une vision transverse des différents corps de métiers Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/2005 4

5 Logiciels actuels PROSPER WELLFLO OLGA-PVTSIM-OLGAS TACITE-PVT_IFP-TACITE HDM PIPESIM PIPEPHASE Well Head HYSYS-ComThermo Riser INDISS D-SPICE Riser basepro II ECLIPSE FIRST-RS MBAL Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/2005 5

6 Projet TACITE Transient Analysis Code IFP Total Elf depuis ingénieurs / an 2-3 thésards / an Dépt. Mécanique et Dépt. Math. Appli. code commercial en Fortran Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/2005 6

7 Projet TINA Plate-forme intégrée et ouverte Utiliser le même outil du fond à la surface, ce qui assure la cohérence des calculs Capitaliser le savoir-faire des divers métiers (puits, réservoir, process) Modules d équipements métiers Performants / adaptés aux types de simulations Interopérabilité et interchangeabilité Modules thermodynamiques Standard de représentation via la norme CAPE-OPEN Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/2005 7

8 Sommaire Production pétrolière Transport polyphasique TACITE et TINA Phénomènes de bouchons Origines et typologie Inconvénients Contrôle automatique Vers un nouveau simulateur Pourquoi Comment Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/2005 8

9 Grands bouchons Origine géométrique Terrain slugging Severe slugging 1 Formation 2 Production 3 Expulsion Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/ Chute

10 Animation Severe Slugging séparateur Riser Point bas Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/

11 Petits bouchons Boucle Maestro Origine hydrodynamique poche bouchon film Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/

12 Phénomènes de bouchons Hydrodynamiques Petite taille, de 10 à 100 D Instabilité de type Kelvin- Helmholtz sur l interface Coalescence des bulles Géométriques Grande taille, de 0.2 à 1 L Compressibilité du gaz dans un grand volume Poids de la colonne hydrostatique Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/

13 Conséquences Pour la production Irrégularité des débits de sortie gênante pour appareils en aval Régularisation des petites fluctuations slug-catchers Régime non-optimal, exploitation non-rentable Pour les équipements Dimensionnement difficile du séparateur Endommagement par fatigue Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/

14 Contrôle automatique Par prélèvement Par dérivation L ouverture de la vanne est pilotée par une loi de commande appropriée de sorte à maintenir la langue de gaz à une position de référence Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/

15 État de l art Essais numériques synthèse des lois de commande Essais expérimentaux Boucle S4L (Small Size Severe Slugging Loop) Boucle Maestro Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/ A l heure actuelle, le contrôle n est pas encore mise en œuvre dans la réalité. On doit accepter les bouchons et tenter d améliorer la qualité des simulations

16 Sommaire Production pétrolière Transport polyphasique TACITE et TINA Phénomènes de bouchons Origines et typologie Inconvénients Contrôle automatique Vers un nouveau simulateur Pourquoi Comment Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/

17 Position du problème Simulateurs existants TACITE est capable de reproduire les phénomènes de grands bouchons, mais au prix d une diffusion jugée excessive par les utilisateurs du monde pétrolier Les autres codes font appel à des modules dédiés ad hoc La lourdeur des lois de fermeture complexes ne permettent pas de travailler avec des maillages fins sans nuire àla rapidité Évolutions souhaitées Constructeurs de pipe et équipementiers sont demandeurs d outils de simulation plus précis pour mieux dimensioner Ingénieurs et physiciens veulent connaître plus finement les bouchons en tant que tels pour mieux comprendre et prédire Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/

18 Méthodologie Analyse Phénomènes localisés en espace, fronts difficiles à capturer avec précision satisfaisante, surtout à grand pas de discrétisation Analyse Multi-Résolution La viscosité artificielle introduite dans le schéma actuel (VFRoe) n est pas minimisée Relaxation D autres aspects importants, mais difficiles, n ont pas encore reçu de traitement judicieux : (i) changements de pente ; (ii) termes source ; (iii) conditions aux limites Idées Travaux exploratoires Stages et thèse sur les schémas de relaxation Stage, post-doc et (futur) thèse sur l AMR Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/

19 Collaboration Laboratoire Jacques-Louis Lions Frédéric Coquel Marie Postel Yvon Maday Institut Français du Pétrole Quang-Huy Tran Isabelle Faille Michaël Baudin (thèse, ) Nikolaï Andrianov (post-doc, ) 4 stages réalisés 1 stage et 1 thèse àvenir Présentation ERT, Laboratoire Jacques-Louis Lions, 07/03/