ED Sciences Chimiques
Caractérisation multi-échelles des hydrates de gaz naturel formés en présence d'additifs anti-agglomérant.
par Mohamad ABDALLAH (Institut des Sciences Moléculaires)
Cette soutenance a lieu à 10h00 - Salle de conférence, 3ème Est, Bât A12, ISM, Université de Bordeaux, 351 Cours de la Libération, F-33405 TALENCE Cedex
devant le jury composé de
- Arnaud DESMEDT - Directeur de recherche - CNRS Univ. Bordeaux - Directeur de these
- Anthony DELAHAYE - Directeur de recherche - INRAE - Rapporteur
- Anh Minh TANG - Directeur de recherche - Ecole des Ponts Paris Tech - UNIV GUSTAVE EIFFEL - Rapporteur
- Livia BOVE - Directrice de recherche - CNRS - Sorbonne Université - Examinateur
- Annie FIDEL-DUFOUR - Ingénieure de recherche - TotalEnergies - Examinateur
- Anne SINQUIN - Ingénieure de recherche - IFPEN - Examinateur
- Thibaud CHEVALIER - Ingénieur de recherche - IFPEN - Examinateur
Dans le cadre de la production pétrolière, la formation d'hydrates de gaz peut conduire à la formation de dépôts, au bouchage des lignes et à l'interruption de la production du pétrole et/ou du gaz. La formation d'hydrate peut donc avoir un impact économique fort. Pour assurer la production sans risque d'arrêt de production, différentes stratégies sont adoptées. Une stratégie courante implique la production hors zone hydrates par injection d'additifs thermodynamiques (THIs) par exemple. Cependant, le déplacement des conditions de stabilité des hydrates par les THIs nécessitent l'injection de doses massives d'additif avec un coût environnemental et économique élevés. Une autre stratégie de production, en zone hydrate, consiste à injecter des additifs dits à faible doses (LDHI) : les inhibiteurs cinétiques (KHIs) ou les anti-agglomérants (AAs). Pour les champs pétroliers sous-marins profonds (deep offshore), seule l'injection d'additifs anti-agglomérants (AAs) est pertinente. Ces additifs ne bloquent pas la formation des hydrates mais évitent leur agglomération et dispersent les cristaux formés dans les fluides de production. Le développement des AAs et la validation de leurs applications sur des champs de production nécessitent une investigation approfondie de leurs impacts sur les systèmes réels de production (dispersion des cristaux dans les conduites, la taille des cristaux dans la phase continue, la transportabilité des suspensions, etc…). Pour apporter une meilleure compréhension de l'impact des additifs anti-agglomérants commerciaux (AAs) sur la formation d'hydrates une approche pluridisciplinaire et multi-échelles a été adoptée. La formation d'hydrates de gaz naturel a tout d'abord été réalisée au laboratoire en reproduisant les conditions de production pétrolière avec des systèmes industriels dans des conditions opérationnelles avec trois AA différents. À l'échelle macroscopique, les suspensions de cristaux réalisées sous agitation dans les réacteurs mettent en évidence des effets dépendants de l'AA utilisé. Ils impactent différemment la cinétique de formation des hydrates, le taux et la vitesse de croissance des cristaux ainsi que leur état de dispersion. Sans agitation, ces additifs AAs affectent la morphologie et contrôlent la croissance des cristaux et la phase dans laquelle ils vont croître. Ensuite, une cellule de transfert d'hydrates a été conçue pour prélever des échantillons de suspensions d'hydrates formés dans les réacteurs dans des conditions proches de la réalité industrielle (avec agitation, pression élevée, faible température). Les suspensions d'hydrates transférées ont ensuite été analysées par microtomographie à rayons X à l'aide d'une méthode développée au cours de ce travail. À l'échelle microscopique, l'état de dispersion des grains d'hydrates a été évalué pour l'ensemble des échantillons transférés et des informations ont été obtenues sur la taille des grains d'hydrates dispersés, leur forme et leur sédimentation dans la phase organique. À l'échelle moléculaire des analyses in-situ ont été réalisées par spectroscopie Raman sur des hydrates de méthane formés en présence des additifs AA. Ces essais ont mis en évidence la distribution des hydrates dans les phases organiques (gaz et condensat). Les observations par microscopie optique révèlent des morphologies d'hydrates comparables à celles obtenues en présence des additifs AAs dans les réacteurs.