Dynamique et contrôle des écoulements polyphasiques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Dynamics and control of multiphase flows

Dynamique et contrôle des écoulements polyphasiques

Résumé

Production in the petroleum industry requires a better knowledge of multiphase flow, as the design of pipelines may cause the flow to become strongly unstable. For instance, for low flow rates and when a sea line ends at a riser, the riser base may accumulate liquid and stop the flow of gas. Then, the upstream gas is compressed until its pressure is large enough to push the liquid slug downstream. Under such conditions, a cyclic process occurs which is called severe slugging, generating large and fast fluctuations in pressure and flow rates. This thesis is devoted to two methods to stabilize this undesirable phenomenon. Using the pipeline's ability to separate phases to pick-up the upstream the riser base, they are mainly based on the perturbation theory (fast proportional effect, slow integral effect). The first one uses a secondary riser to transport the gas to the surface facilities. A stability study worked out with the phase diagram technique shows that it is a good method to control this phenomenon. However, it imposes a high pressure in all the system. This, the second controller reinjects the gas at a determinied height in the riser to decrease the hydrostatic pressure. A first stability study in open loop gives a criterion on the minimal reinjection height. Then, the controller is developed by using the two-time scale control techniques. Finally, let us point out that these two controllers have been validated with a small size experimental set up.
En production pétrolière, transporter les effluents dans une unique conduite nécessite de prendre en compte le caractère polyphasique de l'écoulement. En particulier, à faibles débits et pour un système pipeline/riser, la présence simultanée de gaz et de liquide peut conduire à un écoulement fortement instationnaire où de longs bouchons se forment en pied de riser puis sont violemment expulsés par le gaz comprimé. Ce régime d'écoulement, appelé severe slugging, est périodique et associé à de fortes variations de pression et de débits. Cette thèse présente deux régulateurs afin de le contrôler. Utilisant la capacité du pipeline à séparer les phases pour prélever le gaz en amont du point bas, ils sont principalement basés sur la théorie des perturbations (effet proportionnel rapide, effet intégral lent). Le premier utilise un riser auxiliaire pour transporter la totalité du gaz prélevé jusqu'aux installations de traitement. Une étude de stabilité menée par la technique des portraits de phase montre qu'il est un bon moyen pour contrôler ce phénomène. Il impose cependant une pression importante dans tout le système. Ainsi, le second contrôleur réinjecte le gaz prélevé à une certaine hauteur dans le riser pour diminuer la pression hydrostatique. Une première étude de stabilité en boucle ouverte permet de déduire un critère sur la hauteur minimale de réinjection. Puis, la commande est développée en utilisant les techniques de l'Automatique à deux échelles de temps. Notons enfin que ces deux régulateurs ont été validés expérimentalement sur une boucle à échelle réduite.
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Dates et versions

tel-01583019 , version 1 (06-09-2017)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01583019 , version 1

Citer

Emmanuel Duret. Dynamique et contrôle des écoulements polyphasiques. Automatique / Robotique. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01583019⟩

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