Simulation de l'influence des dépôts des sels sur la tête de puits Producteur de pétrole

Abstract

تهدف هذه المذكرة إلى دراسة ظاهرة الترسّبات الملحية وتأثيرها على رأس البئر المنتج للنفط، وذلك من خلال تحليل آليات تشكلها، والعوامل التي تساهم في حدوثها، ثم تقييم سلوكها داخل معدات الإنتاج. تكمن أهمية هذه الظاهرة في تأثيرها المباشر على الأداء الهيدروديناميكي للبئر، إذ يؤدي تراكم الأملاح غير الذائبة – مثل كربونات الكالسيوم (CaCO₃) وسلفات الباريوم (BaSO₄) وكلوريد الصوديوم (NaCl) – إلى انسداد الأنابيب، ارتفاع الضغط، انخفاض معدل الإنتاج، وفي بعض الحالات إلى توقف البئر وما يترتب عنه من تكاليف صيانة مرتفعة. اعتمدت الدراسة على منهجية تجمع بين الجانب النظري المرتبط بآليات الترسّب ومعالجة الأملاح، وجانب تطبيقي يعتمد على المحاكاة العددية لتقييم تأثير المتغيرات التشغيلية على معدل تشكل الترسبات، خصوصًا تغيرات الضغط، ودرجة الحرارة، ومعدل الحقن (Qinj)، إضافة إلى تأثير عتبة الذوبانية (Ss) وفعالية المثبطات الكيميائية على غرار HEDP. أظهرت نتائج المحاكاة أن: • زيادة معدل الحقن Qinj تؤدي إلى ارتفاع تكوين الترسبات نتيجة اختلاط مياه الحقن بمياه التكوين واختلاف خصائصهما الكيميائية. • ارتفاع عتبة الذوبان Ss يساهم بوضوح في تقليل كمية الأملاح المترسبة. • استعمال المثبطات الكيميائية مثل HEDP يقلل بشكل فعال من سرعة النمو البلوري للأملاح، خصوصًا في حالة سلفات الباريوم ذات الذوبانية الضعيفة. • التحكم في الضغط ودرجة الحرارة ضمن نطاقات تشغيلية مناسبة يساعد على الحد من دخول البئر في حالة فوق الإشباع، وبالتالي يقلص من احتمالات الترسيب. وتخلص المذكرة إلى أن التحكم الوقائي في الظروف التشغيلية، إلى جانب الاستخدام المدروس للمثبطات، يمثل الحل الأكثر فعالية لضمان استمرارية الإنتاج وتقليل التدخلات الميدانية المكلفة. كما تؤكد أن اعتماد العمليات الوقائية أفضل بكثير من التدخلات العلاجية التي تضر بسلامة المعدات.

This thesis aims to study the phenomenon of salt deposits and their impact on the oil wellhead, by analyzing the mechanisms of their formation as well as the factors that promote their occurrence. These deposits, mainly composed of sparingly soluble salts such as calcium carbonate (CaCO₃), barium sulfate (BaSO₄), and sodium chloride (NaCl), lead to pipeline blockage, increased flow pressures, and a reduction in production rates, which may even result in well shutdown and higher operating costs. The study combines a theoretical approach to precipitation processes and treatment methods with a practical approach based on numerical simulation in order to assess the influence of operating variables on deposit formation, particularly pressure and tem-perature variations, injection flow rate (Qinj), solubility threshold (Ss), and the efficiency of chemical inhibitors such as HEDP. The obtained results show that: • An increase in the injection flow rate (Qinj) promotes deposit formation due to the mixing of injection water with formation water. • An increase in the solubility threshold (Ss) significantly reduces the amount of precipi-tated salts. • The use of chemical inhibitors such as HEDP limits crystal growth and represents an effective solution, especially for BaSO₄, whose solubility is very low. • Controlling operating conditions (pressure, temperature) helps prevent supersaturation and thus limits precipitation. The thesis concludes that the most effective strategy relies on preventive control com-bined with the appropriate use of inhibitors in order to ensure production continuity and reduce costly corrective interventions, such as milling, which can damage equipment.

Ce mémoire vise à étudier le phénomène des dépôts salins et leur impact sur la tête de puits pétrolier, en analysant les mécanismes de leur formation ainsi que les facteurs qui favorisent leur apparition. Ces dépôts, constitués principalement de sels peu solubles tels que le carbonate de calcium (CaCO₃), le sulfate de baryum (BaSO₄) et le chlorure de sodium (NaCl), entraînent l’obstruction des conduites, une hausse des pressions d’écoulement et une diminution du débit de production, pouvant aller jusqu’à l’arrêt du puits et l’augmentation des coûts d’exploitation. L’étude combine une approche théorique des processus de précipitation et des méthodes de traitement avec une approche pratique basée sur la simulation numérique afin d’évaluer l’influence des variables opératoires sur la formation des dépôts, notamment les variations de pression, de température, le débit d’injection (Qinj), ainsi que le seuil de solubilité (Ss) et l’efficacité des inhibiteurs chimiques tels que le HEDP. Les résultats obtenus montrent que : • L’augmentation du débit d’injection (Qinj) favorise la formation des dépôts en raison du mélange entre les eaux d’injection et les eaux de formation. • Une élévation du seuil de solubilité (Ss) permet de réduire significativement la quantité de sels précipités. • L’utilisation d’inhibiteurs chimiques tels que le HEDP limite la croissance cristal-line et constitue une solution efficace, particulièrement pour le BaSO₄ dont la so-lubilité est très faible. • Le contrôle des conditions opératoires (pression, température) contribue à éviter l’état de sursaturation et donc à limiter la précipitation. Le mémoire conclut que la stratégie la plus efficace repose sur un contrôle préventif, associé à l’utilisation judicieuse d’inhibiteurs, afin d’assurer la continuité de la production et de réduire les interventions correctives coûteuses, telles que le milling qui peut endommager les équipements.