Chapter Highlights in French – Aperçu du Chapitre I

La recherche dans un domaine précis passe tout d’abord par l’étude des concepts scientifiques spécifiques du domaine étudié. Le premier chapitre était un aperçu sur les connaissances nécessaires pour la compréhension du processus de formation d'hydrates dans une conduite pétrolière.

Tout d'abord (§I.1), il a été introduite une discussion à propos des dispersions en allant des concepts de base jusqu'à la rhéologie (l'étude de la déformation et l'écoulement du système sous l'influence d'une force appliquée). Les dispersions étudiées sont :

1. Emulsions : mélange de liquides non miscibles (une phase aqueuse et une phase hydrocarbure), formée par gouttelettes (phase dispersée / interne) dispersées dans une phase continue / externe. Lorsque la phase aqueuse est la phase continue, le mélange est appelé huile-dans-eau (H / E), également connue comme émulsion directe. Au contraire, si l'huile est la phase continue, le mélange est appelé émulsion eau-dans-huile (E / H) ou émulsion inverse.

2. Suspensions : mélange d’une phase solide dans une phase liquide, dans laquelle la phase solide est insoluble dans le liquide. Habituellement, la suspension est formée par la dispersion du solide (phase dispersée / interne) dans le liquide (phase continue / externe) par un processus d'agitation mécanique. Les particules en suspension ont généralement un diamètre supérieur à 0,2 µm avec une limite supérieure comprise entre 50 µm et 100 µm.

Postérieurement, dans la section § I.2, des notions sur les hydrates ont été présentées. Cette section a comporté une révision bibliographique sur la structure et les propriétés des hydrates, chaque étape de leur processus de formation, leur thermodynamique surtout celle de l'hydrate de méthane, lequel sera étudié pendant ce travail de recherche.

Les hydrates sont des composés cristallins (avec une structure similaire à la glace) formés par une ou plusieurs molécules « invitées » (liquide ou gaz) piégées à l'intérieur du réseau cristallin formé par les molécules « hôte ». Les molécules hôte sont les molécules d'eau liées par des ponts d’hydrogène.

La molécule « invitée » stabilise la structure en se liant aux molécules d’eau à travers des forces de van der Waals.

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Les hydrates peuvent être formés seulement dans des conditions appropriées de pression, température et concentration de ses composants.

Les hydrates de gaz éveillent l'intérêt de l'industrie et de la recherche scientifique, notamment dans ce qui concerne le maintiens de l'écoulement en lignes de transport de gaz et d'huile, pour le transport et le stockage de gaz, les hydrates sédimentaires, la réfrigération, le dessalement et la purification de l'eau, parmi d'autres (Eslamimanesh et al., 2012).

Les hydrates de gaz sont formés par un processus de cristallisation. Dans la cristallisation, des conditions thermodynamiques sont créés pour permettre aux molécules de s’approcher et de se regrouper dans des structures hautement organisées (cristaux). Le processus de cristallisation, dont le processus de formation des hydrates, est divisé en : (1) nucléation, (2) croissance, (3) agrégation (agglomération) et (4) dissociation. Ces quatre étapes sont dépendantes du temps, ce qui augmente la difficulté de la compréhension de ces phénomènes. La force motrice de la cristallisation est

L'hydrate de méthane est communément connu par sa célèbre image de la « glace qui brûle ». Il est formé par molécules de gaz méthane (CH4) piégées par les molécules d'eau. L'hydrate de méthane peut être trouvé dans la nature dans les sédiments, ce qui pourrait être une future source d’énergie. En ce qui concerne l'assurance des lignes d’écoulement dans l'industrie, les hydrates de méthane sont responsables d’endommagement des lignes de production pétrolière par la formation de gros agglomérats ou de bouchons.

Enfin, dans la section § I.3, le champ principal de cette recherche a été introduit : la formation d'hydrates dans les conduites d'écoulement et les moyens pour faire face à cet événement. La ligne d'écoulement est utilisée lors de l'extraction de pétrole pour le transport de la dispersion de pétrole à partir de la tête de puits jusqu’à l'unité de traitement. La formation d'hydrates dans les conduites d'écoulement a été identifiée d'abord par Hammerschmidt (1934), et dans les cas extrêmes, elle peut

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Le processus de formation d'hydrates de gaz n’est pas entièrement maitrisé et est très sensible aux conditions du système (par exemple, fraction d’eau). Quelques modèles topologiques essaient d'expliquer ce processus (Sloan et al., 2011). En général, les modèles topologiques de formation d'hydrates à partir de mélanges de pétrole, d'eau et de gaz peuvent être séparées en trois conditions distinctes : (1) l'huile est la phase externe prédominante, (2) l'eau est la phase externe prédominante et (3) le gaz est la phase prédominante. Pour les deux premières conditions, un facteur important pour le processus est la présence de la phase gazeuse libre, qui augmente la surface de contact entre les phases gazeuse et liquide, qui peut faciliter la formation d'hydrates.

En fait, il y a plusieurs façons d'éviter le bouchage des lignes d'écoulement : (1) La déshydratation : élimination de l'eau ;

(2) L'isolation thermique, chauffage : maintiens de la température en dehors de la zone de

Différentes méthodes peuvent être combinées pour manager la formation d’hydrates, mais l'approche la plus commune pour faire face à la formation d'hydrates est l’addition d’inhibiteurs.

Quand les inhibiteurs ne sont pas utilisés, les hydrates vont se former et très probablement agglomérer pour finir par boucher le système. L’utilisation d‘inhibiteurs thermodynamiques représente des coûts trop élevés car leur proportion dans le volume total peut aller de 30 % à 60%.

Les inhibiteurs cinétiques qui bloquent les vitesses de formation pendant une courte période, peuvent se montrer inefficaces pour de longues périodes non maitrisées (arrêt de production par exemple), pendant lesquelles les hydrates peuvent se former et boucher la conduite. L'efficacité limitée par le temps de l'inhibiteur cinétique représente un risque opérationnel, au-delà d'autres limitations que l'utilisation de ce type d’additif impose (par exemple, le sous-refroidissement). Par contre si des anti-agglomérants sont utilisés, les hydrates sont censés rester dispersées dans la phase

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liquide sans bouchage. Cependant cet effet n’est pas garanti pour les systèmes avec une quantité d'eau importante.

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