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N° Ordre........../FT/UMBB/2020 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

N° Ordre........../FT/UMBB/2020 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE M’HAMED BOUGARA-BOUMERDES Faculté de Technologie Thèse de Doctorat Sciences Présentée par : Amina Bekraoui En vue de l’obtention du diplôme de DOCTORAT Sciences : Filière : Sciences et ingénierie des matériaux Option : Physique, Chimie des matériaux Développement d’un compteur thermique à gaz transactionnel Devant le jury composé de : Mr. ABDELBAKI Noureddine Professeur Université de Bouira Président Mr. MAAMIR Seghir Professeur Université de Boumerdes Examinateur Mr. BENATILLAH Ali Professeur Université d’Adrar Examinateur Mr. HARROUZ Abdelkader MC.A Université d’Adrar Examinateur Mr. HADJADJ Ahmed Professeur Université de Boumerdes Directeur de thèse Mr. BENMOUNAH Abdelbaki Professeur Université de Boumerdes Co-Directeur de thèse Année Universitaire 2019 /2020 à ma Mère, à la mémoire de mon père, à ma fille, la prunelle de mes yeux, à ma sœur et mes frères, à mon mari, à la mémoire de mes grands-parents, à tous mes amis, à toute ma famille. Remerciements Ce travail est le fruit de plusieurs années de travail. Ce travail n’aurait pas abouti sans la contribution et l’encouragement de plusieurs personnes. Je tiens, tout d’abord à remercier : M. A. HADJADJ, Professeur à l’université de Boumerdes d’avoir accepté la direction de cette thèse. Je lui exprime toute ma gratitude pour son expérience, son soutien et pour avoir partagé ses connaissances. Je tiens à exprimer ma gratitude à mon co-directeur Mr. A. BENMOUNAH, Professeur à l’université de Boumerdes. Je remercie tous les membres de jury pour le temps qu’ils ont accepté d’accorder à l’évaluation de ce travail de thèse, je cite : Mr. N. ABDELBAKI, professeur à Universités de Bouira, pour m’avoir fait l’honneur de présider le jury de soutenance ; Mes profonds respects à Mr. A. BENATIALLAH professeurs à l’Universités d’Adrar pour sa participation au jury de soutenance en qualité d’examinateurs. Mes sincères remerciements vont à Mr. M. SEGHIR professeurs à l’Universités de Boumerdes pour sa participation au jury de soutenance en qualité d’examinateurs, Mr. A. HARROUZ, maitre de conférence ‘A’ à l’Universités d’Adrar, pour m’avoir fait l’honneur de participer au jury en qualité d’examinateurs. Merci à toutes les personnes dont je ne citerai les noms. A celles qui ont su redonner espoirs sans même qu’elles le sachent. Merci à ma mère, mon mari, ma sœur, mes amis, ainsi qu’à toute ma famille. Résumé L’objectif de ce travail est d’étudier théoriquement et numériquement les compteurs thermiques et la réduction des effets thermiques sur le processus de mesure d’une façon générale. La mesure et le contrôle jouent un rôle important dans l'industrie des hydrocarbures, précisément dans le cas des transactions fiscaux et du calcul du revenu chez les pays producteurs qui dépendent de la rente pétrolière. En effet, de nombreux appareils utilisés pour la mesure du débit dans le comptage transactionnel pour le pétrole et le gaz existant sur le marché ; comme les débitmètres à orifice à turbine et ultrasonique. Selon nos observations sur les questions opérationnelles, le débitmètre massique thermique, est une technologie prometteuse pour la mesure du débit de fluide ; en particulier le débitmètre massique à dispersion, qui est l’un des types des débitmètres thermiques le plus appropriés pour les débits élevés. Nous proposons dans cette recherche et pour la première fois l’utilisation de ce procédé pour la mesure du gaz naturel transactionnel. Le choix de ce type du débitmètre vient à la suite d’une différence considérable observée dans un champ de production situé au sud du pays, entre le débit total obtenu dans tous les puits et la quantité récupérée du réservoir de stockage en particulier pendant la saison estivale. Nous sommes convaincus que l'utilisation de ce type d'appareil nous aidera à comprendre et réduire cette irrégularité. Par conséquent, une étude numérique a été entreprise en utilisant les différentes caractéristiques du gaz naturel soumit à des variations de pression et de température afin de voir leurs influences sur les performances des débitmètres thermiques à dispersion. Pour valider l'approche du modèle numérique, les résultats de la simulation ont été comparés aux données expérimentales d'un champ de production du gaz naturel connu sous le nom de Gas Tin Fouye Tabankort (GTFT) situé dans le sud-est de l'Algérie utilisant un débitmètre fiscal à Orifice. Les résultats numériques des compteurs thermiques sont en bon accord avec ceux du débitmètre à Orifice du champ GTFT. Mot-clé : mesure, métrologie, gaz naturel, débit, débitmètre massique thermique, transfert de chaleur, comptage transactionnel. Abstract Measurement and control have an important role in the hydrocarbon industry. Especially, in the case of fiscal metering and the calculus of income for countries, which depend on oil rent. Actually, many devices used for flow rate measurement in oil and gas fiscal metering like orifice, ultrasonic and turbine meters often employed in oil and gas trade. According to our observation on operational issues, the thermal mass flowmeter is a promising technology in fluid flow measurement; particularly the dispersion thermal mass flowmeter, which is one of the diverse types of thermal flowmeters, that are more appropriate for high flow rate. For this work, we propose the dispersion thermal flowmeter for measuring natural gas in transaction operations, where it is unusually used. The choice of this type of flowmeter comes from the fact that we observed an abnormality in a production field in the south of the country, which consists in the fact that, the total flow rate of different wells is extensively different from the amount recovered in the storage bin especially in the summer season. We are sure that the use of this kind of device will help us to understand this irregularity. Therefore, a numerical study is undertaken using different characteristics of natural gas and process variation on the performance of dispersion thermal flowmeters. In order to validate the numerical model approach, the results of the simulation were compared to experimental data from a natural gas production field known as Gas Tin Fouye Tabankort (GTFT) located in the south-east of Algeria using an orifice fiscal meter. The numerical results of thermal meters are in good agreement with those of GTFT field orifice meters. Keywords – Measurement, metrology, naturel gas, flow rate, thermal mass flowmeter, fiscal measurement, heat transfer, custody transfer. ﻣﻠﺨﺺ عمﻠية عﻠى الحرارية التأثيرات ﻣن الحد وكيفية اًوعددي اًنظري الحرارية العدادات دراسة هو العمل هذا ﻣن الهدف ان الضريبية المعاﻣﻼت حالة في التحديد وجه عﻠى ،المحروقات ﻣجال في اًهاﻣ اًدور والتحكم القياس يﻠعب .عام بشكل القياس وحسابات الدخل في البﻠدان المنتجة التي تعتمد عﻠى الريع النفطي. تتواجد في اﻷسواق النفطية العديد ﻣن اﻷجهزة المستﺨدﻣة اًوفق .الصوتية فوق الموجات وعداد التوربينة عداد ،الفتحات عداد ﻣثل والغاز البترول ﻣعاﻣﻼت في والتدفق الضخ لقياس لمﻼحظاتنا حول المسائل التشغيﻠية، فإن ﻣقياس تدفق الكتﻠة الحرارية ع بارة عن تقنية واعدة لعد تدفق السوائل ؛ عﻠى وجه الﺨصوص ﻣقياس تدفق الكتﻠة،التشتتي التدفق لمعدﻻت ًﻣﻼءﻣة الحراري التدفق عدادات أنواع أكثر ﻣن اًواحد يعد والذي المرتفعة. يعتمد هذا البحث وﻷول ﻣرة عﻠى اقتراح استﺨدام هذه العمﻠية لقياس الغاز الطبيعي في المعاﻣﻼت الضريبية. يأتي اختيار هذا النوع ﻣن عدادات التدفق بعد ﻣﻼحظة اختﻼف كبير في حقل إنتاج يقع في جنوب البﻼد بين التدفق الكﻠي المتحص ل عﻠيه ﻣن جميع اﻵبار والكمية المستﺨرجة ﻣن خزان التﺨزين، خاصة خﻼل ﻣوسم الصيف. ونسعى ﻣن استﺨدام هذا النوع .ﻣن اﻷجهزة عﻠى فهم وتقﻠيل هذا التجاوز ﻣن أجل ذلك، أجريت دراسة عددية باستﺨدام الﺨصائﺺ المﺨتﻠفة لﻠغاز ا لطبيعي المعرض لﻠضغط وتغير درجات الحرارة ﻣن أجل دراسة ﻣدى تأثيرها عﻠى أداء عدادات تدفق التشتت الحراري. ولﻠتحقق ﻣن صحة النموذج،العددي تمت ﻣقارنة نتائج المحاكاة بالبيانات التجريبية ﻣن حقل إنتاج الغاز الطبيعي المعروف باسمGas Tin Fouye Tabankort (GTFT) الواقع في الجنوب الشرقي ﻣن الجزائر والذي يعتمد عﻠى استﺨدام عداد التدفق ذي الفتحة. ا ﻟﻛﻠﻣﺎ ت ا:ﻟﻣفتﺎحية ،القياس،الميتورولوجيا الغاز،الطبيعي ،التدفق ﻣقياس تدفق الكتﻠة،الحرارية نقل،الحرارة ق ياس .المعاﻣﻼت الضريبية Table des matières Résumé……………………………………………………………………………..…….I Table des matières…………………………………………………………………….III Liste des figures……………………………… ………………………….…………..VII Liste des tableaux……………………………… ……………………….…………….IX Liste des abréviations………………………………………………………………..….X Introduction générale…………………………………………………………………….1 I.1 Introduction ........................................................................................................................... 7 I.2 Le mesurage ou le comptage : .............................................................................................. 7 I.2.1 Les capteurs .................................................................................................................... 9 I.2.1.1 Les Capteurs passifs et actifs ................................................................................... 9 I.2.1.2 Caractéristiques des capteurs ................................................................................. 10 I.2.2 Transmission du signal de mesure : ............................................................................. 10 I.3 Métrologie, standards et Normes ........................................................................................ 10 I.3.1 La Métrologie ............................................................................................................... 12 I.4 Base conceptuels de mesure ................................................................................................ 14 I.4.1 Caractéristiques métrologique des erreurs et l’incertitude de mesure .......................... 15 I.4.2 Analyse de l'incertitude dans un processus de mesure ................................................. 18 I.4.2.1 Évaluations d'incertitude de type A ....................................................................... 20 I.4.2.2 Évaluation des incertitudes de type B .................................................................... 20 I.4.2.3 Expression des résultats, Incertitude élargie U ...................................................... 21 I.4.2.4 Bilan d’incertitudes ................................................................................................ 22 I.4.3 Étalonnage ou Calibration ............................................................................................ 22 I.5 Conclusion .......................................................................................................................... 23 II.1 Introduction ....................................................................................................................... 25 II.2 Historique d’évolution des débitmètres : ........................................................................... 25 II.2.1 De l'Antiquité au Moyen Age ..................................................................................... 26 II.2.2 La science expérimentale entre 1500 et 1800 ............................................................. 27 II.2.3 Le 19ème siècle : L’époque moderne ......................................................................... 30 II.2.4 Le 20ème siècle ........................................................................................................... 31 Chapitre I : Généralités sur la mesure Chapitre II : Historique d’évolution des débitmètres Table des matières II.2.4.1 Débitmètres à technologie traditionnelle .............................................................. 32 II.2.4.2 Débitmètres de nouvelle technologie ................................................................... 34 II.2.4.3 Les débitmètres traditionnels uploads/Geographie/ tha-se-bekraoui.pdf