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INSTRUMENTATION LE COMPTAGE MANUEL DE FORMATION COURS EXP-MN-SI120 Révision 0 F

INSTRUMENTATION LE COMPTAGE MANUEL DE FORMATION COURS EXP-MN-SI120 Révision 0 Formation Exploitation Instrumentation Le Comptage Manuel de formation : EXP-MN-SI120-FR Dernière révision : 05/12/2008 Page 2 de 268 INSTRUMENTATION LE COMPTAGE SOMMAIRE 1. OBJECTIFS.....................................................................................................................9 2. LES FONCTIONS ET LES CONTRAINTES DU COMPTAGE ......................................10 2.1. A QUOI CA SERT ? ................................................................................................10 2.2. LOCALISATION ET CRITICITE ..............................................................................11 2.3. LES EFFLUENTS....................................................................................................12 2.3.1. Effluents de production....................................................................................12 2.3.2. Production brute et quantité nette ...................................................................12 2.4. LES INSTALLATIONS DE COMPTAGE .................................................................13 2.5. LES DIVERS ASPECTS DE FLUIDES ...................................................................14 2.5.1. États des fluides soumis au comptage ............................................................14 2.5.2. Les différents types de fluide comptés ............................................................14 2.5.3. Homogénéité des fluides................................................................................16 2.5.4. Quelques définitions........................................................................................17 2.6. LES ECOULEMENTS PROCEDE...........................................................................17 2.6.1. Perturbation dans les écoulements .................................................................17 2.6.2. Les pulsations dans les écoulements..............................................................18 2.6.3. Pressions et perte de charge dans les écoulements et équipements..............18 2.6.4. La cavitation ....................................................................................................19 2.6.5. Entraînement / Dépôts / Présence d’impuretés...............................................19 2.6.6. Les régimes d’écoulement et le nombre de Reynolds.....................................19 2.7. UNITES ET CORRESPONDANCE.........................................................................20 2.7.1. Unités de débit les plus couramment utilisées.................................................20 2.7.2. Rappel des correspondances:.........................................................................20 2.7.2.1. Conversion des unités de pression ............................................................20 2.7.2.2. Conversion des unités de température ......................................................21 2.8. RAPPEL DE PHYSIQUE SUR LA MESURE DE DEBIT.........................................24 2.8.1. Définitions........................................................................................................24 2.8.1.1. Qu’est-ce qu’un débit ? ..............................................................................24 2.8.1.2. Les conditions de référence .......................................................................25 2.8.1.3. La relation débit pression ...........................................................................25 2.8.1.4. La Viscosité................................................................................................25 2.8.1.5. La Masse volumique ..................................................................................25 2.8.2. La mesure des débits de gaz ..........................................................................26 2.8.2.1. Loi de Mariotte ou de Boyle........................................................................26 2.8.2.2. Dilatation des gaz.......................................................................................26 2.8.3. Notions des gaz parfaits..................................................................................27 2.8.3.1. Loi des Gaz Parfaits...................................................................................27 2.8.3.2. Constante des Gaz parfaits........................................................................27 2.8.3.3. Equation des Gaz parfaits..........................................................................27 2.8.3.4. Applications aux gaz réels..........................................................................27 2.8.4. La densité d’un gaz .........................................................................................28 2.8.5. Pression d’un gaz............................................................................................28 Formation Exploitation Instrumentation Le Comptage Manuel de formation : EXP-MN-SI120-FR Dernière révision : 05/12/2008 Page 3 de 268 3. LES DIFFERENTS TYPES DE COMPTEURS ..............................................................30 3.1. GÉNÉRALITÉS .......................................................................................................30 3.1.1. Évolution des comptages ................................................................................30 3.1.2. Comptage des liquides....................................................................................30 3.1.2.1. Les méthodes statiques : jaugeage, pesage..............................................30 3.1.2.2. Les méthodes dynamiques (ou les mesures de débit)...............................31 3.1.3. Comptage des gaz ..........................................................................................31 3.1.4. Les comptages transactionnels ou fiscaux......................................................32 3.1.4.1. Comptage transactionnel des liquides .......................................................32 3.1.4.2. Comptage transactionnel des gaz..............................................................32 3.2. BIEN CHOISIR SON COMPTEUR OU SON TRANSMETTEUR ............................33 3.3. LE COMPTEUR A TURBINE ..................................................................................37 3.3.1. Fonctionnement débitmètre à turbine..............................................................37 3.3.2. Principe ...........................................................................................................38 3.3.3. Choix du type de turbine..................................................................................39 3.3.4. Les informations données ...............................................................................39 3.3.5. L'utilisation des compteurs turbines.................................................................39 3.3.6. Courbe caractéristique du compteur à turbine.................................................40 3.3.7. Les performances du compteur à turbine........................................................42 3.3.7.1. Détermination du facteur K.........................................................................42 3.3.7.2. Mesure de l’écoulement .............................................................................43 3.3.8. Installation .......................................................................................................44 3.3.8.1. Montage .....................................................................................................44 3.3.8.2. Matériel ......................................................................................................46 3.3.8.3. Préamplificateurs .......................................................................................46 3.3.9. Mise en œuvre ................................................................................................46 3.3.10. Problèmes rencontrés ...................................................................................47 3.3.11. Caractéristiques ............................................................................................48 3.4. LES COMPTEURS VOLUMÉTRIQUES..................................................................49 3.4.1. Principe de mesure .........................................................................................49 3.4.2. Les différents types de compteurs volumétriques ...........................................50 3.4.2.1. Compteur à pistons rotatifs ........................................................................50 3.4.2.2. Compteur à palettes...................................................................................51 3.4.2.3. Compteur à vis...........................................................................................51 3.4.2.4. Compteur à roues ovales ...........................................................................52 3.4.3. Utilisation.........................................................................................................53 3.4.4. Mise en œuvre (Recommandations) ...............................................................53 3.4.5. Problèmes rencontrés .....................................................................................54 3.4.6. Application.......................................................................................................54 3.4.7. Caractéristiques ..............................................................................................55 4. LES DEBITMETRES INSTANTANES............................................................................56 4.1. DÉBITMÈTRE ÉLECTROMAGNÉTIQUE ...............................................................56 4.1.1. Fonctionnement Débitmètre Electromagnétique .............................................56 4.1.2. Principe ...........................................................................................................56 4.1.3. Informations fournies.......................................................................................57 4.1.4. Utilisation.........................................................................................................57 4.1.5. Matériels..........................................................................................................58 4.1.6. Installation .......................................................................................................59 Formation Exploitation Instrumentation Le Comptage Manuel de formation : EXP-MN-SI120-FR Dernière révision : 05/12/2008 Page 4 de 268 4.1.6.1. Les précautions à prendre..........................................................................59 4.1.7. Applications types ...........................................................................................60 4.1.8. Caractéristiques ..............................................................................................60 4.1.9. Incertitudes de mesure et limites d’erreur........................................................61 4.2. DÉBITMÈTRE À EFFET VORTEX..........................................................................62 4.2.1. Principe de mesure du débitmètre Vortex .......................................................62 4.2.2. Informations fournies.......................................................................................62 4.2.3. Matériels..........................................................................................................62 4.2.4. Installation .......................................................................................................63 4.2.5. Applications types ...........................................................................................64 4.2.5.1. Pour les liquides.........................................................................................64 4.2.5.2. Pour les gaz ...............................................................................................64 4.2.6. Caractéristiques ..............................................................................................64 4.2.7. Incertitude de mesure......................................................................................65 4.3. DÉBITMÈTRE À EFFET CORIOLIS .......................................................................66 4.3.1. Notions Accélération de Coriolis......................................................................66 4.3.2. Principe du débitmètre à effet Coriolis.............................................................66 4.3.3. Fonctionnement Débitmètre Massique Coriolis...............................................67 4.3.3.1. Mesure de la masse volumique..................................................................68 4.3.4. Les informations primaires ..............................................................................68 4.3.5. Utilisation des débitmètres massiques Coriolis ...............................................69 4.3.5.1. Fluide .........................................................................................................69 4.3.5.2. Localisation ................................................................................................69 4.3.6. Les matériels...................................................................................................69 4.3.7. Installation .......................................................................................................69 4.3.7.1. Généralités.................................................................................................69 4.3.7.2. Montage .....................................................................................................70 4.3.8. Caractéristiques des débitmètres à effet Coriolis ............................................71 4.4. DÉBITMÈTRE À ULTRASONS – TEMPS DE « TRANSIT » ..................................72 4.4.1. Fonctionnement Débitmètres Ultrasonique .....................................................72 4.4.2. Principe ...........................................................................................................74 4.4.3. Caractéristiques ..............................................................................................75 4.5. DÉBITMÈTRE À ULTRASONS – DOPPLER..........................................................76 4.5.1. Principe ...........................................................................................................76 4.5.2. Caractéristiques ..............................................................................................76 5. LA FONCTION TOTALISATION DES DEBITMETRES .................................................78 5.1. LE RACCORDEMENT DE LA SORTIE IMPULSION..............................................78 5.2. LE PARAMETRAGE SUR LE TRANSMETTEUR ...................................................79 6. LES ORGANES DEPRIMOGENES...............................................................................84 6.1. GENERALITES .......................................................................................................84 6.2. EXPRESSION DU DEBIT .......................................................................................84 6.2.1. Expression théorique du débit pour un organe déprimogène..........................84 6.2.2. Expression pratique du débit pour un organe déprimogène............................86 6.2.2.1. La norme ISO 5167-1.................................................................................86 6.2.2.2. La formule de calcul du débit .....................................................................87 6.2.2.3. Exemple de calcul du coefficient de décharge ...........................................87 6.2.2.4. Le principe de détermination d’un organe déprimogène ............................88 6.3. LE DIAPHRAGME...................................................................................................89 Formation Exploitation Instrumentation Le Comptage Manuel de formation : EXP-MN-SI120-FR Dernière révision : 05/12/2008 Page 5 de 268 6.3.1. Principe de mesure .........................................................................................89 6.3.2. Fonctionnement du diaphragme......................................................................90 6.4. PLAQUE A ORIFICES ............................................................................................92 6.4.1. Montage des plaques à orifice.........................................................................93 6.4.2. Utilisations.......................................................................................................94 6.4.3. Caractéristiques ..............................................................................................95 6.5. LE V-CONE.............................................................................................................96 6.6. LE VENTURI ...........................................................................................................97 6.7. LE TUBE DE PITOT................................................................................................99 6.7.1. Rappel de mécanique des fluides ...................................................................99 6.7.2. Principe ...........................................................................................................99 6.8. LA SONDE ANNUBAR..........................................................................................102 6.8.1. Principe .........................................................................................................102 6.8.2. Utilisations.....................................................................................................103 6.8.3. Recommandations d'utilisation et application................................................103 6.8.4. Caractéristiques ............................................................................................103 6.9. LE TRANSMETTEUR DE PRESSION DIFFERENTIELLE ...................................104 6.10. LES COMPTEURS EN PHASE LIQUIDE ...........................................................108 6.11. LES COMPTEURS EN PHASE GAZ ..................................................................108 7. LE COMPTAGE MULTIPHASIQUE.............................................................................109 7.1. Définitions .............................................................................................................109 7.1.1. Termes relatifs au comptage multiphasique..................................................109 7.1.2. Termes relatifs à la métrologie ......................................................................115 7.1.3. Indices et symboles.......................................................................................118 7.2. PHILOSOPHIE DU COMPTAGE MULTIPHASIQUE ............................................119 7.2.1. Surveillance ou monitoring de puits unique...................................................121 7.2.1.1. Optimisation de la production...................................................................123 7.2.1.2. Flow assurance........................................................................................123 7.2.2. Essais de puits ..............................................................................................124 7.2.2.1. Essais de puits conventionnels ................................................................124 7.2.2.2. Essais de puits avec compteurs multiphasiques......................................126 7.2.3. Comptage d’allocation de production ............................................................128 7.2.4. Comptage fiscal et comptage transactionnel.................................................129 7.2.5. Résumé des caractéristiques des compteurs multiphasiques.......................130 7.3. ÉCOULEMENT MULTIPHASIQUE .......................................................................130 7.3.1. Carte de régime d’un écoulement multiphasique ..........................................132 7.3.1.1. Ecoulement vertical..................................................................................133 7.3.1.2. Ecoulement horizontal..............................................................................133 7.3.2. Effets des glissements...................................................................................134 7.3.3. Classification des écoulements multiphasiques ............................................135 7.4. TECHNOLOGIE ....................................................................................................137 7.4.1. Catégories de compteurs ..............................................................................137 7.4.1.1. Compteurs en ligne ..................................................................................137 7.4.1.2. Compteur à séparation.............................................................................138 7.4.1.3. Compteurs de gaz humide .......................................................................142 7.4.1.4. Autres catégories de compteurs multiphasiques......................................146 7.4.2. Principes de mesure......................................................................................146 7.4.2.1. Vitesse de phase et écoulement volumétrique.........................................146 Formation Exploitation Instrumentation Le Comptage Manuel de formation : EXP-MN-SI120-FR Dernière révision : 05/12/2008 Page 6 de 268 7.4.2.2. Fractions de phase...................................................................................148 7.4.3. Choix technologiques et exigences de maintenance.....................................155 7.4.3.1. Mesure de la pression..............................................................................155 7.4.3.2. Compteurs volumétriques ........................................................................155 7.4.3.3. Capteurs à impédance électrique et micro-ondes....................................155 7.4.3.4. Technologie des rayons gamma ..............................................................156 7.4.3.5. Limites de ces technologies – utilisation compteurs à séparation partielle ..............................................................................................................................157 7.4.3.6. Etalonnage et propriétés des fluides ........................................................157 7.5. SPECIFICATIONS DE PERFORMANCE..............................................................158 7.5.1. Description technique....................................................................................158 7.5.2. Spécifications des capteurs et appareils primaires........................................159 7.5.3. Spécifications des données de sortie et de leurs formats..............................159 7.5.4. Plage de mesure, conditions de service nominales et conditions limites.......160 7.5.5. Incertitude de mesure....................................................................................161 7.5.6. Evaluation de l’incertitude de mesure des compteurs multiphasiques ..........161 7.5.6.1. Quantités d’influence et coefficients de sensibilité ...................................162 7.5.6.2. Reproductibilité et répétabilité..................................................................163 7.5.6.3. Stabilité et temps de réponse...................................................................164 7.5.7. Directives sur la spécification de performances des compteurs multiphasiques ................................................................................................................................164 7.5.7.1. Description technique...............................................................................165 7.5.7.2. Spécification des données d’entrée .........................................................166 7.5.7.3. Spécification des données de sortie.........................................................166 7.5.7.4. Conditions de service nominales et conditions limites .............................167 7.5.7.5. Incertitude de mesure ..............................................................................168 7.6. DIRECTIVES POUR LA CONCEPTION DES COMPTEURS ...............................169 7.6.1. Enveloppe de production...............................................................................169 7.6.1.1. Traçage enveloppe production dans carte d’écoulement biphasique.......169 7.6.1.2. Traçage de l’enveloppe de production dans la carte de composition.......171 7.6.2. Enveloppe de mesure des compteurs multiphasiques ..................................172 7.6.2.1. Traçage de l’enveloppe de mesure d’un compteur multiphasique dans la carte d’écoulement biphasique .............................................................................172 7.6.2.2. Traçage de l’enveloppe de mesure d’un compteur multiphasique dans la carte de composition.............................................................................................173 7.6.3. Utilisation de la carte d’écoulement pendant les tests...................................174 7.6.4. Le graphe de performances cumulées ..........................................................176 7.6.5. Autres éléments à prendre en compte...........................................................177 7.7. ESSAIS, ETALONNAGE ET REGLAGE...............................................................180 7.7.1. Essais de réception en usine.........................................................................181 7.7.2. Etalonnage des compteurs multiphasiques...................................................182 7.7.2.1. Etalonnage statique .................................................................................182 7.7.2.2. Etalonnage dynamique ............................................................................183 7.7.2.3. Etalonnage en usine ................................................................................187 7.7.2.4. Installation de test ....................................................................................187 7.7.2.5. Etalonnage in-situ ....................................................................................190 7.7.2.6. Rapport d’étalonnage...............................................................................193 7.7.3. Réglage des compteurs multiphasiques........................................................195 Formation Exploitation Instrumentation Le Comptage Manuel de formation : EXP-MN-SI120-FR Dernière révision : 05/12/2008 Page 7 de 268 7.7.3.1. Réglage sur la base d’un étalonnage statique .........................................195 7.7.3.2. Réglage sur la base d’un étalonnage dynamique ....................................195 7.8. INSTALLATION SUR SITE ET MISE EN SERVICE .............................................197 7.8.1. Considérations relatives à l’installation..........................................................197 7.8.2. Installation et intégration au site....................................................................198 7.8.2.1. Exigences relatives à l’installation............................................................200 7.8.2.2. Connexions électriques et besoins énergétiques.....................................200 7.8.2.3. Essai de bon fonctionnement...................................................................201 7.8.3. Mise en service .............................................................................................201 7.8.3.1. Préparation...............................................................................................201 7.8.3.2. Documents et équipements......................................................................201 7.8.3.3. Autorisation sur site..................................................................................202 7.8.3.4. Activités de mise en service.....................................................................202 7.9. VERIFICATION EN COURS D’OPERATION........................................................203 7.9.1. Monitoring de base........................................................................................204 7.9.2. Auto-vérification / auto-diagnostic / redondance............................................205 7.9.3. Deux compteurs en série...............................................................................205 7.9.4. Unités de test mobiles ...................................................................................206 7.9.5. Technologie des traceurs ..............................................................................206 7.9.6. Injection.........................................................................................................207 7.9.7. Echantillonnage.............................................................................................207 7.9.8. Facteur de conciliation...................................................................................208 7.9.9. Vérification des systèmes sous-marins .........................................................210 7.10. EXEMPLES DE COMPTAGES MULTIPHASIQUES...........................................211 7.10.1. Dual gamma (Ofon).....................................................................................211 7.10.2. Gamma + électrique (Secteur Nord au Congo) uploads/s3/ exp-mn-si120-fr-r0-le-comptage.pdf