6.4 Surface d'injection TFA (Total Flow Area)
Pour minimiser les fluctuations de pression, il est
nécessaire de garantir un flux constant de gaz à travers les
orifices d'injection. D'après les équations d'écoulement
de gaz à travers un orifice (Buse de Laval, Ryhming, 2009), le
débit critique est directement proportionnel à la section
d'écoulement. Une methode déjà utilisée au
Moyen-Orient est d'installer une Duse de fond, ou restriction sur les ports
d'injection, ce qui provoque des pertes de charge et réduit la
quantité de gaz qui sort à chaque pic, régulant ainsi le
débit sortant dans le puits.
Le calcul de la TFA de par le diamètre des orifices,
nécessite en premier de connaitre la pression en amont de ces derniers
(P1). Connaissant la pression en aval qui est égale à la pression
dynamique exercée par la colonne de fluide de forage en circulation (P2)
(Figure-6.5). Pour cela, on utilise le concept du ratio critique du gaz
(Ryhming, 2009) qui donc le rapport entre la pression en aval et en amont d'un
orifice pour une onde de choc. Au point critique, ce ratio s'écrit :
k
Yc = p2 = 1 2
k+1p1
|
k-1 (6.1)
|
|
Où k : ratio des chaleurs spécifiques pour le gaz
en question, est égal à 1.4 pour l'azote (gaz diatomique)
Le ratio critique est donc toujours égal à
0.528 pour un gaz diatomique.
Chapitre6-Facteurs Influençants la stabilité de
la BHP
Pour l'exemple simulé en chapitre 5, la pression
dynamique au point d'injection est égale à 2886 psi, ce qui nous
donne une pression en amont égale à :
P
1 = = 5465 psi Ce
qui dépasse la capacité du matériel en surface. Donc le
point
0.528
critique peut être difficilement atteint dans les
conditions de ce puits.
Figure 6.5 : llustration d'un point d'injection de
gaz. (Rehm, 2012)
Pour calculer le diamètre du point d'injection on
applique la formule suivante : (Rehm, 2012)
71
= Qsc*JYgTi%i
DPI I k 2 k+1
(6.2)
844P14 (k+1)(Yck-Yc k )
Avec :
Qsc : débit condition standards (Mscf/day)
|
2288 (équivalent à 45m3/min)
|
yg : masse spécifique du liquide
|
0.83
|
T1 : temperature en amont (Rankine)
|
699
|
Z1 : facteur de compressibilité du gaz
|
0.76
|
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L'application numérique donne DPI=0.229in. Ce qui nous
donne une TFA=0.04in2. Donc si 4 ports sont installés, le
diamètre de chaque port devra être égal à 0.1145in
(environ 3mm).
Une autre méthode de calcul basée sur
l'expérience stipule que le problème de Slugging peut être
évité totalement avec une TFA=1% de la section du concentrique.
Comme illustré dans la
8.532-7t
Figure-6.6, la surface de la section est égale à :
if = 18.66 nt.
&
Ce qui nous donne une TFA de 0.1866in2. Donc un
diamètre de 0.48in, pour 4 ports installés on a un
diamètre de 0.24in (6.1 mm).
72
Chapitre6-Facteurs Influençants la stabilité de la
BHP
Figure 6.6 : Illustration section du
concentrique.
On remarque bien que les diamètres des orifices sont
assez petits, ce qui augmente les chances de bouchage par les cuttings ou par
des particules solides de la boue. Les compagnies de services
préfèrent de loin avoir une fluctuation de pression qu'un
bouchage des points d'injection, car c'est un problème très
délicat qui peut entrainer des complications sévères
(jusqu'à l'abandon de l'injection de gaz).
Pour éviter le risque de bouchage des orifices, une TFA
de 40% de la section du concentrique est recommandée, soit un
diamètre pour 4 orifices de 1.54in (soit 3.9 cm). Mais un
diamètre pareil amplifie le phénomène de Slugging, en plus
de provoquer une intrusion de fluides dans le concentrique (voir 6.1 «
Spring effect »). Pour remédier à ce
phénomène, il peut être nécessaire d'installer une
valve anti-retour à chaque orifice (voir 8.2)
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