Le GLCC alimenté par un mélange triphasique

Sur le terrain, le mélange alimentant le GLCC comporte souvent plus que deux phases. On va examiner rapidement quelques investigations expérimentales sur le sujet.

2.7.1 Le GLCC alimenté par un mélange eau-huile-gaz

Cette situation est très importante à étudier, puisque dans la majorité des situations, le pé-trole est mélangé à de l'eau en sortie du puits. La question fut abordée expérimentalement dans [Kolla2007]. Son GLCC est alimenté par un mélange triphasique eau-huile-gaz. Il étudia le seuil de déclenchement du LCO en fonction de la fraction volumique de l'eau dans le mélange eau-huile (le Watercut dans la jargon pétrolier).

La Figure 2.28 montre la variation du seuil de déclenchement du LCO en fonction du Watercut. L'huile utilisée est une huile légère ayant un °API de 35 (une densité d'environ 0,849), environ 32 fois plus visqueuse que l'eau, et de tension supercielle égale à 25,5 mN/m. Les résultats montrent comme attendu, que l'huile plus légère et plus visqueuse que l'eau est plus facilement entraînée par le gaz vers la sortie supérieure. Il est très intéressant de noter que pour les diérents Watercut, les courbes de LCO restent comprises entre les deux extrémums : 100% huile et 100% eau. La prédiction du comportement global du GLCC opérant sur le terrain peut ainsi être simpliée.

Le GLCC utilisé dans l'étude de [Kolla2007] procède à une séparation classique gaz-liquide. Aucune séparation eau-huile n'est faite. Le mélange issu de la sortie inférieure doit être envoyé vers un séparateur liquide-liquide pour être séparé. La séparation complète doit donc se faire sur deux étages. Dans ce cas là, le GCU est un paramètre crucial qui inuence l'ecacité du second séparateur, surtout s'il est à principe cyclonique.

Figure 2.28 Eet du Watercut sur le déclenchement du LCO [Kolla2007].

Une autre solution, permettant de monter encore en compacité, est de faire évoluer le GLCC pour que la séparation des trois phases soit réalisée dans un seul étage de séparation. Ainsi est né

le GLLCC© 12 (Fig.2.29).

(a) Schématisation. (b) Pilote de laboratoire en opération.

Figure 2.29 Le GLLCC [Oropeza-Vazquez2001].

Le GLLCC est un GLCC qui comprend dans sa partie inférieure un Core Finder (Similaire au Vortex Finder). La séparation gaz-liquide se fait de la manière classique en reverse-type, tandis que la séparation eau-huile se fait en straight-through : l'huile sort par la conduite centrale et l'eau plus lourde, sort depuis l'espace annulaire restant.

[Oropeza-Vazquez2001] a examiné le potentiel d'un GLLCC et d'un système de séparation à deux étages GLCC-LLCC. Il rapporta que les deux systèmes sont adaptés pour une application de

Free water knockout : le mélange eau-huile est divisé en deux parties, la première riche en huile et une autre riche en eau. Les deux systèmes n'ont pu convenir à une application de séparation totale. L'étude n'a rapporté aucune information sur le GCU. De telles données auraient été sûrement intéressantes.

On mentionne que d'autres études faites à TUSTP se sont penchées sur le cas où le mélange d'entrée contient des particules solides. Le but est de prédire les dimensions des conduites d'entrée du GLCC pour éviter le dépôt de ces particules.

L'application visée est d'utiliser le GLCC pour séparer le mélange boue-débris-gaz issu des forages. Les débris doivent être évacués avec la boue, tout en empêchant leur sédimentation dans les conduites. L'application devrait permettre d'utiliser des séparateurs plus petits en aval, notamment en ce qui concerne les Shale Shakers. Le lecteur intéressé peut consulter [Arismendi2008] ou [Omarov2008] à ce sujet.

2.7.2 Le GLCC alimenté par une huile moussante

Comme déjà discuté dans ce manuscrit, bon nombre de bruts manifestent des comportements de moussabilité. La formation de mousse dans le séparateur entraîne un LCO prématuré, sans que le système de contrôle de niveau ne puisse s'en rendre compte ou remédier au problème. La mousse peut être considérée comme une troisième phase, son comportement rhéologique est bien diérent de celui de l'huile et de l'air qui la constituent.

Dans l'industrie, les cyclones sont souvent utilisés pour casser la mousse [Homann2008]. Il est donc important de savoir si le GLCC possède un tel potentiel.

Figure 2.30 Eet du surfactant sur le seuil d'initiation du LCO [Movafaghian2000].

La première expérience sur ce thème a été réalisée par [Movafaghian2000]. Un surfactant commercial fut mélangé à de l'eau, et son in-uence sur le seuil d'initiation du LCO fut étudiée. A part la tension supercielle, aucune autre donnée ne fut communiquée sur les pro-priétés du mélange ou de la mousse. Les résul-tats de [Movafaghian2000] sont montrés sur la Figure 2.30. On remarque que la présence du surfactant initie rapidement le LCO sous forme de mousse (par rapport à l'eau, qui est repré-sentée par la courbe de légende 72 dynes/cm). Pour un même débit d'eau, une augmentation encore importante du débit de gaz va dissiper la mousse : le LCO se fait alors en mode annu-laire. L'investigation de [Movafaghian2000] ne fut pas poussée plus loin.

Une autre étude de TUSTP, [Guzman2005],

s'est penchée plus tard sur le sujet, mais avec une perspective diérente. La mousse a été cette fois-ci créée avant que le mélange ne soit envoyé au GLCC. Il s'agit d'examiner si le GLCC réussit à dissiper la mousse, ou si au contraire, il va en générer davantage. Cette étude fournit des détails sur la caractérisation de la mousse ainsi que sur ses propriétés. Néanmoins, les conditions opératoires en terme de débits se sont limitées à une plage bien étroite. La tendance trouvée est similaire à celle relevée par [Movafaghian2000] : le GLCC crée de la mousse tant que la vitesse supercielle du gaz ne dépasse pas un certain seuil. Au-delà, la force centrifuge induite est capable de dissiper la mousse.

2.8 Conclusion

Le GLCC peut être utilisé pour diérentes applications importantes dans l'industrie pétrolière. Grâce à sa simplicité et sa compacité, il autorise des économies importantes sur les procédés de séparation et divers autres procédés dérivant du Flow assurance. Ceci est particulièrement vrai pour les exploitations oshores et Arctiques, et dans le cadre de la séparation sous-marine ou de la séparation de fond. Cependant, il n'a été que rarement employé à des ns de séparation complète des phases.

Son dimensionnement est extrêmement empirique. Le lien logique entre le fonctionnement global et les phénomènes locaux est souvent inexistant. La CFD devrait sans doute permettre d'abaisser ce degré d'empirisme.

Si l'on compare le GLCC à ses principaux concurrents, le VASPS (Fig.1.15a) et le CS (Fig.1.15b), on se rend compte qu'il est beaucoup plus simple et facile construire. En ce qui concerne le LCO, le principe de fonctionnement est le même. Le GLCC doit être meilleur en raison de son entrée inclinée, et compte tenu qu'une plus grande partie de l'appareil est dédiée à cette séparation. En plus, dans le VASPS et dans le CS, l'engorgement de la canalisation hélicoïdale peut résulter en une source supplémentaire de LCO. Le VASPS semble inclure un Inlet Raceway pour empêcher le Layer Loss, mais cette modication si elle est bénéque, peut être facilement intégrée au GLCC. Il nous semble donc que le GCU est le point faible du GLCC. La littérature ne fournit qu'ex-trêmement peu de données sur le phénomène. Il semble être le plus important pour les débits intermédiaires de liquide, et devrait augmenter si le niveau du vortex liquide s'abaisse. Le VASPS et le CS semblent plus ecaces pour remédier au GCU. L'entrée horizontale va résulter en une plus grande intensité tourbillonnaire, et la plus grande partie du séparateur vise à séparer les bulles. On espère que notre étude permettra une meilleure compréhension de ce phénomène.

Chapitre 3