Dynamics and control of slugging in oil production

Résumé : Le slugging (ou écoulement à bouchons) est un régime d'écoulement polyphasique indésirable apparaissant sur les systèmes de production de pétrole. Dans ce manuscrit, nous étudions la dynamique de ce phénomène intermittent dans le but de le supprimer par actionnement automatique de la vanne de sortie. Nous proposons des solutions de contrôle applicables dans une vaste gamme de situations industrielles. Après une analyse quantitative des propriétés physiques du slugging, nous proposons un modèle à paramètres distribués d'écoulement diphasique (gaz-liquide) reproduisant ce phénomène. Le modèle prend la forme d'un système hyperbolique de lois de conservation, pour lequel nous proposons un schéma de résolution numérique. De plus, nous procédons à une analyse de stabilité via la construction d'une fonction de Lyapunov de contrôle stricte pour le problème aux deux bouts avec condition initiale. Ensuite, nous présentons un modèle de dimension finie capable de reproduire les oscillations de pression et de débit qui caractérisent le slugging. Après une analyse des propriétés dynamiques de ce système, nous décrivons comment calibrer les paramètres du modèle afin que son comportement corresponde à celui d'un système donné. Enfin, nous proposons des lois de contrôle sous la forme de boucles de rétroaction, basées sur l'analyse du modèle réduit, dans deux situations industrielles distinctes : selon qu'un capteur de pression de fond est disponible ou non. Les performances de ces solutions sont comparées avec les méthodes correspondant à l'état de l'art dans chaque situation. La conclusion de cette étude est qu'il n'est pas systématiquement nécessaire de disposer d'un capteur de pression de fond pour stabiliser l'écoulement. Quand un tel capteur est disponible, la loi de contrôle que nous proposons possède de meilleures propriétés de stabilisation que les méthodes communément utilisées dans l'industrie, ce qui, lors du passage à l'échelle, devrait se traduire par une augmentation de la production de pétrole.
Type de document :
Thèse
Dynamical Systems [math.DS]. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. English. 〈NNT : 2011ENMP0019〉
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Contributeur : Bibliothèque Mines Paristech <>
Soumis le : mercredi 31 août 2011 - 09:47:27
Dernière modification le : vendredi 27 octobre 2017 - 17:28:02
Document(s) archivé(s) le : jeudi 1 décembre 2011 - 02:21:11

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  • HAL Id : pastel-00617949, version 1

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Florent Di Meglio. Dynamics and control of slugging in oil production. Dynamical Systems [math.DS]. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. English. 〈NNT : 2011ENMP0019〉. 〈pastel-00617949〉

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