Beaucoup d'approches pour la détermination du profile
de pression dans le cas d'un fluide biphasique étaient des
corrélations empiriques, les premières ont été
développées pour des puits verticaux comme celle de Poettman et
Carpenter ou Hagedorn et Brown. Dans les années 1960' le forage
directionnel a immergé, rendant les corrélations
précédentes obsolètes. En 1973 Beggs et Brill ont
développés le premier modèle d'écoulement
multiphasique pour les puits inclinés.
Modèles d'écoulement.
Quand deux phases ont présentes dans un même
système, le modèle d'écoulement dépend des vitesses
superficielles du gaz et du liquide. Le mécanisme de transfert
d'énergie et de quantité de mouvement diffère d'un
modèle à l'autre. Il est donc très important d'identifier
ces derniers pour connaitre l'évolution de l'écoulement dans le
puits.
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Chapitre3-Modélisation des écoulements
bi-phasiques
Modèles pour puits vertical.
Les régimes d'écoulement observés dans une
conduite verticale sont illustrés dans la Figure-3.7, les modèles
observés sont :
? Bulle dispersées. Se passe dans le cas de
faible débit de gaz. La phase liquide est continue et on a un
écoulement en spirale depuis le centre de la conduite.
? Ecoulement Slug. Une augmentation du débit
de gaz entraine la coalescence des bulles et génère de grandes
bulles dans la conduite. La bulle est dite de Taylor, ces dernières
n'ont pas assez de pression pour supporter la phase liquide. En
conséquence, le liquide glisse sous la bulle et se rassemble en
attendant la prochaine bulle de Taylor. Le débit minimum de gaz pour
soulever la phase liquide est donné par la corrélation de Turner
(1968).
? Ecoulement Churn. C'est un Slug flow chaotique, se
passe dans des domaines de débit supérieurs à ceux du Slug
flow. La bulle de Taylor est déformée et les bulles ont une forme
aléatoire.
? Ecoulement Annulaire. Dans des hauts débits
de gaz, il s'écoule en phase continue au milieu de la conduite.
? Ecoulement Mist. A des débits de gaz
très élevés, le gaz brise la tension liquide/conduite et
enlève le film liquide sur la conduite, le gaz est une phase continue et
le liquide sous forme de gouttelettes dispersées.
Les modèles d'écoulement observés dans
l'annulaire sont les mêmes que dans une conduite. Mais la
géométrie de l'annulaire, parfois excentrique, et la
présence de lits de cuttings influe énormément sur le
régime d'écoulement. La pression appliquée en surface
affecte aussi grandement les changements de régime.
Figure 3.7 : Régimes d'écoulement en
conduite verticale. (Rehm, 2012)
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Chapitre3-Modélisation des écoulements
bi-phasiques
Modèles pour puits horizontal.
Les classifications des régimes d'écoulement
varient selon la littérature (Figure 3.8), les modèles
présentés ci-dessous sont ceux reconnus dans le design des puits
en UBD :
? Ecoulement en bulles dispersées. A des
débits de gaz très faibles, le gaz se déplace dans la
conduite sous forme de bulles dispersées. Les bulles de gaz n'ont pas la
même taille, et elles tendent à aller dans la section superieur de
la conduite par effet de gravité.
? Ecoulement stratifié lisse (smooth) le gaz
et le liquide se séparent, le gaz se déplace au-dessus et le
liquide en dessous. Avec une interface non courbée entre eux.
? Ecoulement stratifié ondulatoire (wavy) une
augmentation du débit de gaz fait que l'interface devient
ondulée.
? Ecoulement Slug. Quand l'effet ondulé de
l'interface liquide/gaz prend de l'ampleur, le gaz de scinde en poches
séparés par des Slugs de liquide.
Le premier pas dans la modélisation d'un
écoulement biphasique, est de connaitre le régime
d'écoulement in-situ, des abaques sont disponibles basés sur les
vélocités superficielles du liquide et du gaz, pour
différentes inclinaison, la Figure-3.9 montre le modèle de
Mandhane pour les conduite horizontales.
La prochaine étape concerne l'utilisation d'un
modèle ou une corrélation pour l'estimation de la pression aux
différents points du puits. La présentation des différents
modèles ne fait pas l'objet de ce mémoire, le lecteur est
redirigé vers des ouvrages plus spécialisés pour plus de
détail. (Voir modèle de Beggs and Brill, et modèle de
Guo)
Le travail de simulation a été fait avec le
logiciel Drillbench, propriété du groupe SPT, qui contient deux
modules de simulation multiphasiques spécifiés pour l'UBD. Le
Steadyflodrill simule les paramètres de forage en régime
permanent (en fonction du débit d'injection de gaz), et le Dynaflodrill
donne l'évolution des paramètres dans le temps (transitoire)
Figure 3.8 : Régimes d'écoulement en
conduite horizontale. (Rehm, 2012)
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Chapitre3-Modélisation des écoulements
bi-phasiques
Figure 3.9 : Modèle de régime de
Mandhane. (Rehm, 2012)
