Détection / localisation de fuites dans les domaines pétroliers et

gaziers

Jean Louis Rouvet Octobre 2009

Caractériser une fuite

• Température, pression, contraintesQue le débit soit laminaire ou turbulent

Le média, sous pression génère des déformations de surface de conduite

Et la fuite donnera un différentiel thermique entre intérieur et extérieur de la conduite

Caractériser une fuite

• Lorsque le fluide ne rempli pas la conduite

airfluide

La conduite n’est pas sous pression,

Il n’est qu’un possible différentiel thermique

fuite

Mesures thermiques

• Avec un réflectomètre RamanIncident light wavelength

Rayleighscattering

Brillouin scattering

Raman scattering(Anti-stokes) Raman scattering

(stokes)

Wavelength

Intensity

Depending on temperature

Depending on strain and temperature

Fuite liquide

• Soumise à la gravitéFibre de référence

Fibre de détection de la fuite

Une différence de température

• Un réflectomètre Raman mesure la température avec une résolution thermique de 0,01°C

• Et une résolution spatiale de 1 mètre• Si la fuite génère un différentiel thermique elle

sera détectée et localisée• L’amplitude Raman donnera la valeur thermique

et le temps de vol de l’onde lumineuse donnera le positionnement de la fuite.

Considérations mécaniques

• Protections particulièresLa fibre optique est libre dans un toron métallique, sollicitée essentiellement en température, affranchie de l’effort, elle répond aux différentiels thermiques.

La problématique ‘ robustesse ‘ est un point capital, le fait d’âtre intégrée dans un toron de métal évite les agressions de rongeurs, entre autre.

Mécanique et corrosion

• La corrosion est un phénomène connu dont il est possible de s’affranchir en recouvrant la fibre d’une gaine rétractable avec le danger de différer le transfert de la valeur thermique jusqu’à la fibre.

Métal recouvert de rétractable

Fibre optique

Anticorrosion

• L’exemple du PSGMG-1

Le barreau PSGMG-1 est recouvert d’une gaine rétractable pour le rendre insensible à la corrosion.

Ceci a fait l’objet d’études essais et validations dans le domaine des mesures de contraintes sur les élingues d’ancrage de plate-formes en mer et donne d’excellents résultats.

Équilibre de températures internes et externes

• Amplification artificielleUn générateur produit de l’énergie pour alimenter une pellicule métallique autour de la fibre et la réchauffer, le différentiel thermique de quelques centièmes de degrés est multiplié.

Conduites

• Différentes configurations• Sur terre

• Sous terre

Contre les intempéries

• Sous terre, l’eau de pluie s’infiltre dans le sol et pourrait être considérée comme une fuite, le référentiel au dessus de la conduite et la ligne mesure, dessous constatent l’infiltration, dès lors une fuite ajoutée est découplée des mesures liées à l’infiltration d’eau dans le sous sol.

Discrimination d’infiltrations

• Un différentiel bien utile

Conduites ( suite )

• Sans tranchéeLes canalisations peuvent être installées sans tranchée grâce à des forages dirigés.

Les ruissellements

• Sous conduites sans tranchée mais également conduites enterrées pour, par exemple, le franchissement de rivière

• Une infiltration d’eau génère sous une canalisation en pente un écoulement.

• Comment s’en affranchir ?

Une solution simple

• La présence permanente d’eau, sous la conduite ou un ruissellement sous conduite engendré par les intempéries a pour conséquence une différence de température installée lentement. Le différentiel thermique initialisé par une fuite sera caractérisé par une variation rapide. C’est donc en instaurant des seuils thermiques et des ‘ filtrages ‘ en fréquence que la fuite sera distinguée du ruissellement.

Conduites de gaz

• Gaz naturel

• Transporté sous forme gazeuse à une température de 20°C et sous 67 Bar

Détection souterraine

• Une fuite de gaz transporté à 20 ° C et sous une pression de 67 Bar engendrera une baisse de température brutale. La fuite perdurant crée une poche qui est à une température totalement différente de la température du gaz transporté et de la température de la terre l’environnant

• C’est donc la propagation thermique de la fuite qui sera détectée.

Détection au dessus du sol

• Ce problème est largement plus complexe car le différentiel thermique sera polarisé sur un faible cône en regard de la conduite.

• Il est possible de réaliser la détection / localisation dans certains cas, sous certaines conditions et en utilisant des astuces comme la propagation du froid en surface de la conduite.

Gaz Naturel Liquéfié

• Transporté à – 162°C

Le transfert est réalisé d’un bateau à un autre etc …

• Conduite flexibles ou rigides

Détection GNL

• Un fluide qui s’échappe dans l’air à – 162°C fait baisser la température de surface de manière significative eu égard à la pression de sortie, le seuil de détection localisation de fuite est relativement simple à déterminer dans la mesure ou la propagation thermique est considérable sur le pourtour de la conduite

Conduite d’acide

• Les produits dangereux sous double enveloppe

L’absence de problème de la double enveloppe

• Dès lors que la fibre est intégrée dans une double enveloppe, les problèmes sont différents. D’une part l’installation est facilitée et la détection / localisation réelle et sans ambiguïté dès son apparition.

• Les problèmes sont plus ciblés sur une double perforation de l’enveloppe conduisant à une pollution des sols.

Installation sur nouvelle conduite

• TranchéeLa tranchée est creusée, un lit préparé pour la fibre puis la fibre de fond positionnée. Le plus souvent pour un liquide, recouverte d’une couche de remblais avant dépose de canalisation.

Pour le gaz, aucune couche de remblais.

Forage dirigé

• Sur une nouvelle ou ancienne conduiteLors du forage dirigé pour insérer la conduite, des forages seront réalisés pour implanter les lignes de fibres optiques.

Pour une ancienne conduite, le problème est plus complexe parce qu’une nouvelle galerie se trouvera à environ 1 m 50 de l’existante.

Monitoring

• La fibre est liée à un réflectomètre qui traite les signaux et gère les alarmes. Un dispositif de mise en réseau vers PC de contrôle et personnels d’intervention est facilement réalisable.

• L’extension avec mise en ligne via internet et exploitation avec logiciel propriétaire sous Google Earth existe.

Fin