Study of the kinetics of methane hydrate formation in drilling fluids using high pressure differential scanning calorimetry - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2006

Study of the kinetics of methane hydrate formation in drilling fluids using high pressure differential scanning calorimetry

Etude de la cinétique de formation des hydrates de méthane dans les fluides de forage off-shore par analyse calorimétrique différentielle haute pression

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Abstract

Oil based drilling fluids are used in offshore drilling operations to cool and lubricate the drilling bit, to transport the cuttings to the surface and to maintain the hydrostatic pressure in the well. With the increasing depth of offshore drilling, the thermodynamic conditions (high pressure and low temperature) are favourable to the formation of gas hydrates in the water-in-oil emulsions contained in the fluids. High pressure Differential Scanning Calorimetry (DSC) is a proven technique for the study of thermodynamic equilibrium of the system gas - water - hydrate. DSC was chosen to study the kinetics of hydrate formation because it is particularly well adapted to complex dispersed media. A study was curried out at variable pressure from 11 to 40 MPa and at variable sub-cooling degree from 14 to 30 K. Hydrate formation kinetics was studied in four fluids of different compositions. Performed experiences highlight the effect of different kinetic parameters. The use of classic models allowed representing the experimental results for low and high driving forces. Furthermore, we developed a kinetic model which combines the theory of the crystallization, the statistical aspect of nucleation and the mass balance on different components of the drilling fluid.
Les fluides de forage à base d'huile sont utilisés lors d'opérations de forage off-shore. Ils permettent de lubrifier l'outil de forage, d'évacuer les déblais ainsi que de maintenir une pression hydrostatique dans le puits. Avec des forages off-shore de plus en plus profonds, les conditions thermodynamiques sont réunies (haute pression et basse température) pour la formation d'hydrates de gaz dans les fluides de forage. L'analyse calorimétrique différentielle sous haute pression est une technique qui a fait ses preuves pour l'étude de l'équilibre thermodynamique du système triphasique gaz - eau - hydrate. Elle a été retenue pour étudier la cinétique de formation d'hydrates car elle est particulièrement bien adaptée aux milieux dispersés complexes. Une étude a été menée en faisant varier la pression de 11 à 40 MPa, le degré de sous-refroidissement de 14 à 30 K et en étudiant la formation d'hydrates dans trois fluides de composition différente. L'étude expérimentale a mis en évidence l'effet des paramètres cinétiques étudiés. L'utilisation de modèles classiques a permis de représenter les résultats expérimentaux pour des faibles et des fortes forces motrices. On a ensuite développé un modèle cinétique qui combine la théorie de la cristallisation, l'aspect statistique de la nucléation et les bilans de matière sur les espèces présentes dans le système.
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Dates and versions

pastel-00002186 , version 1 (15-02-2007)

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  • HAL Id : pastel-00002186 , version 1

Cite

Néjib Hamed. Etude de la cinétique de formation des hydrates de méthane dans les fluides de forage off-shore par analyse calorimétrique différentielle haute pression. Chimie. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00002186⟩
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