ÉDITORIAL REVUE DE L’INSTITUT FRANÇAIS DU PÉTROLE VOL. 53, N° 1, JANVIER-FÉVRIER 1998 3 La thermodynamique appliquée constitue une discipline scientifique dont l'objectif essentiel est de générer les propriétés de systèmes, afin d'optimiser (entre autres) : • soit les conditions d'exploitation d'un gisement de pétrole brut ou de gaz naturel ; • soit le rendement d'un procédé de séparation puis de purification d'un produit ; • soit le rendement d'un procédé de production d'énergie. Ce premier numéro de l'année 1998 de la Revue de l'Institut français du pétrole rassemble certaines des communications présentées au cours du XVI e Séminaire européen de thermodynamique appliquée qui a eu lieu du 19 au 22 juin 1997 à Pont-à-Mousson. Ces communications ont été présentées au cours de deux des neuf sessions de ce séminaire : la session sur la « Thermodynamique des procédés pétroliers » et celle sur l' « Optimisation des procédés thermiques et de séparation ». La présentation qui a ouvert la première de ces sessions soulignait le nombre croissant de défis posés aux spécialistes de la thermodynamique des fluides par les projets récents d'exploration et de production de gisements de pétrole brut et de gaz naturel. Il s'agit tout d'abord de l'élargissement considérable des domaines de température et de pression pour lesquels il est nécessaire d'estimer les propriétés des fluides. D'autre part, le métier de l'exploration nécessite en particulier d'effectuer de telles estimations à partir d'un nombre de données extrêmement faible, tout en étant néanmoins capable d'évaluer de manière précise les incertitudes affectant la composition du fluide au sein du gisement à développer (éventuellement). La communication qui suit est relative à l'importance d'une représentation analytique correcte d'un pétrole brut pour le calcul de la pression minimale de miscibilité, lors de l'optimisation d'un procédé de récupération améliorée par injection de gaz. En particulier, il apparaît que la représentation traditionnelle à l'aide d’un diagramme (pseudo-) ternaire conduit à des erreurs, aussi bien lors de la description du mécanisme de récupération mis en oeuvre que lors de l'estimation de la pression minimale de miscibilité. L'accumulation progressive de dépôts dans les conduites de transport des bruts paraffiniques est un des problèmes majeurs rencontrés lors de l'exploitation de gisements contenant ces huiles. Des modèles thermodynamiques compositionnels peuvent être utilisés pour calculer la température de cristallisation commençante, ainsi que la quantité de dépôts solides aux températures inférieures à celle-ci. Pour décrire le diagramme des phases de ces mélanges, il est nécessaire de disposer de données sur des systèmes contenant des n-paraffines lourdes. Les deux articles qui suivent présentent de telles données, ainsi que des informations structurales sur les dépôts qui se forment. Leurs auteurs proposent également des modèles relativement simples pour le calcul de la solubilité de mélanges de n-paraffines lourdes dans une n-paraffine légère. De tels modèles pourraient être « extrapolables » assez facilement aux mélanges complexes que sont les bruts paraffiniques.
REVUE DE LINSTITUT FRANAIS DU PTROLEVOL. 53, N 1, JANVIER-FVRIER
1998
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La thermodynamique applique constitue une discipline
scientifique dont l'objectifessentiel est de gnrer les proprits de
systmes, afin d'optimiser (entre autres) : soit les conditions
d'exploitation d'un gisement de ptrole brut ou de gaz naturel ;
soit le rendement d'un procd de sparation puis de purification d'un
produit ; soit le rendement d'un procd de production d'nergie.Ce
premier numro de l'anne 1998 de la Revue de l'Institut franais du
ptrolerassemble certaines des communications prsentes au cours du
XVIe Sminaireeuropen de thermodynamique applique qui a eu lieu du
19 au 22 juin 1997 Pont--Mousson. Ces communications ont t prsentes
au cours de deux des neufsessions de ce sminaire : la session sur
la Thermodynamique des procdsptroliers et celle sur l' Optimisation
des procds thermiques et de sparation .La prsentation qui a ouvert
la premire de ces sessions soulignait le nombre croissantde dfis
poss aux spcialistes de la thermodynamique des fluides par les
projetsrcents d'exploration et de production de gisements de ptrole
brut et de gaz naturel. Ils'agit tout d'abord de l'largissement
considrable des domaines de temprature et depression pour lesquels
il est ncessaire d'estimer les proprits des fluides. D'autrepart,
le mtier de l'exploration ncessite en particulier d'effectuer de
telles estimations partir d'un nombre de donnes extrmement faible,
tout en tant nanmoins capabled'valuer de manire prcise les
incertitudes affectant la composition du fluide au seindu gisement
dvelopper (ventuellement).La communication qui suit est relative
l'importance d'une reprsentation analytiquecorrecte d'un ptrole
brut pour le calcul de la pression minimale de miscibilit, lors
del'optimisation d'un procd de rcupration amliore par injection de
gaz. Enparticulier, il apparat que la reprsentation traditionnelle
l'aide dun diagramme(pseudo-) ternaire conduit des erreurs, aussi
bien lors de la description dumcanisme de rcupration mis en uvre
que lors de l'estimation de la pressionminimale de
miscibilit.L'accumulation progressive de dpts dans les conduites de
transport des brutsparaffiniques est un des problmes majeurs
rencontrs lors de l'exploitation degisements contenant ces huiles.
Des modles thermodynamiques compositionnelspeuvent tre utiliss pour
calculer la temprature de cristallisation commenante, ainsique la
quantit de dpts solides aux tempratures infrieures celle-ci. Pour
dcrirele diagramme des phases de ces mlanges, il est ncessaire de
disposer de donnes surdes systmes contenant des n-paraffines
lourdes. Les deux articles qui suiventprsentent de telles donnes,
ainsi que des informations structurales sur les dpts quise forment.
Leurs auteurs proposent galement des modles relativement simples
pourle calcul de la solubilit de mlanges de n-paraffines lourdes
dans une n-paraffinelgre. De tels modles pourraient tre
extrapolables assez facilement auxmlanges complexes que sont les
bruts paraffiniques.
thiouxcopyright 1998, Institut franais du ptrole
L'un des problmes essentiels de l'ensemble des mtiers ptroliers
(exploration,exploitation, transport, raffinage et ptrochimie) est
la connaissance des propritsthermodynamiques et thermophysiques des
coupes (rsidus des distillationsatmosphrique et sous vide)
contenant des asphaltnes, ainsi que des bruts dont ellessont
issues. En effet, ces asphaltnes peuvent obstruer les gisements
d'huile, enparticulier au voisinage des puits de production, les
installations de traitement ensurface et les conduites de
transport, et/ou empoisonner les catalyseurs deptrochimie par
l'intermdiaire de certains htroatomes mtalliques qu'ils
renferment(nickel et vanadium). La viscosit trs leve des coupes qui
les contiennent posegalement des problmes aux ingnieurs chargs de
la conception des units deconversion dans les raffineries.Les deux
publications suivantes apportent des clairages complmentaires quant
lastructure probable des asphaltnes agrgs, ainsi que sur les
mcanismes d'agrgation,en partant de solutions d'asphaltnes dissocis
dans de bons solvants.L'article qui suit propose enfin un modle
thermodynamique compositionnelpermettant le calcul des proprits
volumtriques et de floculation des bruts contenantdes
asphaltnes.Compte tenu des grandes profondeurs auxquelles les
socits opratrices effectuentdes forages actuellement, les fluides
hydrocarbons contenus dans les gisementsrencontrs sont soumis des
pressions et des tempratures leves (1000-1200 bar et200 C). Il est
alors important de disposer de modles capables de calculer
lesproprits thermodynamiques de ces fluides dans de telles
conditions opratoires.La communication suivante tudie les
performances dans ces conditions d'une desquations d'tat les plus
couramment utilises par les ingnieurs de l'industrie. Lesauteurs
indiquent galement les domaines d'application optimaux pour
certainsmodles rcents, couplant une quation d'tat avec une
expression de l'nergie d'excsde Gibbs en vue de dcrire la
non-idalit des phases liquides considres.L'une des utilisations
essentielles du ptrole et du gaz naturel consiste en la
productiond'nergie. L'valuation globale d'un procd peut tre faite
en dterminant le meilleurcompromis entre son bilan nergtique et son
bilan conomique. La publication quisuit prsente un cas
d'application simple, celui d'un changeur de chaleur, et proposedes
extensions un grand nombre de procds industriels de sparation. Il
est indiquque le critre thermodynamique d'optimisation des units
lmentaires consiste enminimiser toutes les irrversibilits, telles
que : chaleur, dispersion et coalescence desphases, etc.Enfin, la
dernire communication prsente ici analyse l'impact des
irrversibilitsassocies aux transferts de matire dans un moteur
solaire sur l'optimisation de lapuissance produite. Il apparat que
les conductances massiques et thermiques sontinterdpendantes. Par
consquent, l'tude des cycles thermodynamiques envisageablespour
l'obtention de la puissance maximale avec ce type de moteur devrait
prendre encompte l'ensemble des transferts de matire et de
chaleur.
Emmanuel BHARInstitut franais du ptrole
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