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Optimisation du rseau du gaz lift champ nord de Hasii Messaoud( Tlcharger le fichier original )parNama CHERAD & Amel SIDUniversit des scineces et de la tchnologie Houari Boumedienne-Ingnieur d'tat en Recherche Oprationnelle2009Dans la categorie:Rapports de stageDisponible en mode multipage

Table des matiresIntroduction gnrale1 Prsentation de l'entreprise:14

1.1Historique et Cration[13]4

1.2Missions et Objectifs de la SONATRACH5

1.2.1 Ses missions .5

1.2.2 Ses objectifs .5

1.3Les performances de la SONATRACH[14]6

1.3.1 La direction gnrale du groupe6

1.3.2 Les directions fonctionnelles6

1.3.3 Les activits oprationnelles7

1.3.4 Organigrame de la SONATRACH.9

1.4Organisation de l'activit Amont.11

1.4.1 Les Diffrentes divisions de l'AMONT .12

1.4.2 La division Petrolium Engineering Development .13

1.4.3 Organisation de la division PED.15

2Gnralits et dfinitions:16

2.1Introduction:16

2.2Hydrocarbures[3].16

2.3Le gaz naturel[1].17

2.4Description des installations de surface[6].17

2.4.1 Les puits.17

TABLE DES MATIEEES

2.4.2 Rservoir:18

2.4.3 Les manifolds:18

2.4.4 Les pipes:18

2.4.5 Rseau de desserte:20

2.5Gaz lift[5]:20

2.5.1 Dfinition:20

2.5.2 Les mthodes du gaz lift:21

2.5.3 Application de gaz lift:22

2.5.4 Caractristiques et avantages de Gaz lift22

3Notion de mcanique des fluides[7]:24

3.1Introduction:24

3.2Dfinition de l'coulement monophasique:24

3.3Les pertes de charge :24

3.4Equation de perte de charge :25

4Problmatique et modlisation27

4.1Description du champ Nord de Hassi Messaoud[8]:27

4.2Dfinition du problme28

4.3Position du problme:29

4.4Modlisation mathmatique30

4.4.1 Approche de modlisation:31

4.4.2 Conclusion38

5Approche de rsolution39

5.1Introduction39

5.2Heuristiques[9]40

5.3Mtaheuristiques[9]41

5.4Prsentation de l'heuristique de rsolution43

5.4.1 Phase I: Nues dynamiques[11]43

5.4.2 Phase II: Logiciel lingo10.0[10]50

Introduction generale

5.5Conclusion52

6Elaboration du logiciel:53

6.1Introduction:53

6.2DELPHI[12]53

6.3Prsentation du logiciel54

6.3.1 Description du logiciel54

6.3.2 Utilisation du logiciel54

6.3.3 Interprtation des rsultats.69

intrLe dveloppement de l'conomie moderne se traduit par une consommation toujours croissante d'nergie. Les hydrocarbures c'est--dire le ptrole brut et le gaz constituent aujourd'hui la source d'nergie la plus utilise. En effet, ils fournissent l'essentiel de la consommation mondiale en nergie. Cependant une slection de plus en plus svre est entrain de s'oprer: le monde actuel ne demande pas seulement toujours plus d'nergie, il exige qu'elle soit fournie sous une forme approprie et des conditions avantageuses.L'usage du ptrole comme matire premire pour la fabrication de produits essentiels(mdicaments, protines alimentaires, plastiques) selon les experts devrait croitre normment l'avenir. A l'heure actuelle, le gaz naturel connait aussi des utilisations de plus en plus importantes savoir la reinjection du gaz dans le rservoir pour le maintient de pression .L'Agrie possde des ressources importantes en gaz naturel. Ceci reprsente un atout formidable pour le dveloppement du pays qui est appel consacrer des efforts de plus en plus importants ce secteur de l'industrie.Cependant, l'xploitation du gaz naturel demeure, tout comme le ptrole, une source d'nergie non renouvelable et puisable. Elle doit obir une gestion rigoureuse qui vise permettre d'conomiser cette source d'nergie aussi vitale dont doivent aussi disposer les gnrations futures. Il est de ce fait important, voire impratif d'optimiser conomiquement le fonctionnement et le dveloppement du secteur d'activit des hydrocarbures sur la base de critres conomiques rationnels.La mise disposition du gaz naturel ncessite la construction des gazoducs permettant d'acheminer le gaz depuis la source d'injection jusqu'aux puits injecteurs. Ceci impose la ncessit de rseaux, forms de conduites, canaux et divers appareils dans lesquels circule le gaz.L'objectif de notre travail consiste optimiser le rseau d'injection du gaz lift dans la partie Nord du champ de Hassi Messaoud nomme Upside Nord. Cette optimisation se traduit par trouver une combinaison optimale des diamtres et des longueurs des pipes qui constituent le rseau.Pour mener a bien notre projet nous avons labor le plan suivant :*Le premier chapitre: servira a faire une brve prsentation de l'entreprise SONATRACH.*Le deuxime chapitre: nous donnerons quelques gnralits sur le gaz naturel et les termes techniques utiliss dans ce mmoire.* Le troisime chapitre: est reserv aux notions des mecaniques des fluides.* Le quatrime chapitre: exposera notre problmatique ainsi q'une description dtaille de la modlisation mathmatique du problme que nous avons eu a traiter.* Le cinquime chapitre: dcrit la mthode de rsolution que nous avons conue et mise en oeuvre pour rsoudre ce problme.*Le sizime chapitre: on prsentera le logiciel mis en oeuvre selon le modle ainsi que les rsultats obtenus.*Une conclusion gnrale est donne a la fin de ce travail.Chapitre 1Presentation de l'entreprise:L'entreprise Nationale Sonatrach est une compagnie charge de la recherche, l'exploitation, le transport par canalisation, la transformation et la commercialisation des hydrocarbures et leurs drivs.Prsenter l'entreprise conomique Sonatrach conduit parler de son historique et sa cration jusqu' aujourd'hui.1.1 Historique et Creation[13]A I 'aube de l'indpendance, I'Algrie s'est donne une me rvolutionnaire travers le monde. C'est ainsi qu'a t cre la SONATRACH, qui est classe 11me au monde par l'importance de ses activits et ses comptences.SONATRACH, socit nationale de transport et de commercialisation des hydrocarbures, est une entreprise publique conomique caractre industriel et commercial. Elle a t cre en application du dcret numro 63 - 491 du 31 / 12 / 1963 modifl par dcret numro 66 -.296 du 29 / 9 / 1966.En 1966, ses domaines d'activit ont t largis pour raliser la recherche, la production, l'exploitation, le transport, la transformation et la commercialisation des hydrocarbures.Le 24 fvrier 1971, date de la nationalisation des hydrocarbures, l'entreprise se voit1.2. Missions et Objectifs de la SONATRACH :confier la lourde tache de dvelopper toutes les branches de l'industrie ptrolire. L'Algrie tire 95 % de ses recettes de l'exploitation et de la vente des hydrocarbures.Le gaz et le ptrole sont donc la principale source de financement de l'conomie et cette ralit ne devrait pas changer avant longtemps.1.2 Missions et Objectifs de la SONATRACH :1.2.1 Ses missions :Elle a pour mission tant en Algrie qu' l'tranger: La protection, la recherche et l'exploitation d'hydrocarbures ainsi que la maintenance des installations ptrolires. Le dveloppement, l'exploitation et la gestion des rseaux de transport, de stockage et de chargement des hydrocarbures. La transformation et le raffi nage des hydrocarbures. La diversification des marchs et des produits l'exportation. Le dveloppement des techniques modernes de gestion par la formation continue de ses cadres. L'approvisionnement de l'Algrie en hydrocarbures court, moyen et long terme.1.2.2 Ses objectifs :Parmi ses objectifs viss, nous pouvons citer: Le renforcement de ses capacits technologiques. Le dveloppement international et le partenariat. La diversification de son portefeuille d'activit. La maltrise continue de ses mtiers de base.1.3 Les performances de la SONATRACH[14]Sonatrach est la compagnie algrienne de recherche, d'exploitation de transport par canalisation, de transformation et de la commercialisation des hydrocarbures et de leurs drivs. Elle intervient galement dans d'autre secteurs tels que la gnration lectrique, les nergies nouvelles et renouvelables et le dessalement d'eau de mer. Elle exerce ses mtiers en Algrie et partout dans le monde.Sontarach est la premire entreprise du continent africain. Elle est classe 11 me parmi les compagnies ptrolires mondiales, 2me exportateur de GNL(1)et de GPL(2)et 3me exportateur du gaz naturel. Ses activits constituent environ 30% du PNB(3)de l'Algrie. La macrostructure de SONATRACH s'articule autour de la direction gnrale, des activits oprationnelles et des directions fonctionnelles.1.3.1 La direction gnrale du groupeElle est assure par le Prsident Directeur Gnral qui est charg d'apporter l'appui ncessaire dans la coordination de management du groupe. Cette direction est assiste d'un comit excutif et d'un comit d'examen et d'orientation charg de l'tude des dossiers et la formulation de recommandations au comit excutif. Le service de Sret Interne de l'Etablissement (SIE) est directement rattach a la direction gnrale.1.3.2 Les directions fonctionnellesElles ont pour role: Elaboration et application des politiques et de la stratgie du groupe. Mise a disposition de l'expertise et appui aux activits oprationnelles. Centres d'excellence et d'expertise dans leurs domaines respectifs.(1)Gaz Naturel Liqufi.(2) Gaz Ptrole Liqufi .(3) Produit National Brut. Centres d'informations du groupe et contribution au reporting (retarder) gnral du groupe.Elles sont organises en cinq Directions Coordination Groupe sous l'autorit d'un directeur : Direction Ressources Humaines et Communication > Direction Finance > Direction Activit Centrale > Direction Stratgie Planification et Economie > Direction activits Internationales > (nouvelle direction cre en 2006)Et quatre directions centrales : Direction Audit Groupe > Direction Juridique > Direction Sant, scurit en Environnement > Direction Techniques et Dveloppement > (nouvelle direction cre en 2006)1.3.3 Les activits oprationnellesElles exercent les mtiers du groupe et dveloppent son potentiel d'affaires tant en Algrie qu' l'tranger, chacune des activits est place sous l'autorit d'un vice prsident: Activits Amont "AMT" :Elle a en charge la recherche, l'exploitation et la production des hydrocarbures. Ses missions sont principalement axes sur le dveloppement des gisements dcouverts, l'amlioration du taux de rcupration et la mise jour des rserves.. Activit transport par canalisation "TRC" :Elle gre le dveloppement de la gestion, l'exploitation du rseau de transport, de stockage, de livraison et de chargement des hydrocarbures. Elle est dote de structures fonctionnelles communes et couvre notamment les domaines oprationnels suivants :- L'exploitation des ouvrages de transport des hydrocarbures et des installations portuaires.- La maintenance.- L'tude et le dveloppement du rseau de transport. . Activits Aval "AVL" :Elle prend en charge l'laboration et la mise en ceuvre des politiques de dveloppement et d'exploitation de l'aval ptrolier et gazier. Elle a pour missions essentielles l'exploitation des installations existantes de liqufaction de gaz naturel et de sparation de GPL, de raffi nage, de ptrochimie et de gaz industriel.. Activit commercialisation "COM" :Elle a en charge le management des oprations de vente et de shipping (expdition par bateau). Les actions sont menes en coopration avec les filiales NAFTAL pour la distribution des produits ptroliers, SNTM HYPROC pour le transport maritime des hydrocarbures et COGIZ pour la commercialisation des gaz industriels.Avec le parachvement de la macrostructure du Groupe, Sonatrach dispose dsormais d'une organisation simplifie, cohrente et rationalise des centres de dcisions oprationnels et stratgiques pour un fonctionnement simple, assurant la circulation de l'information, un reporting dynamique et une bonne ractivit.Elle va permettre a Sonatrach d'utiliser de manire plus effi cace les formidables ressources humaines et financires qu'elle possde et de poursuivre de manire plus assure le processus d'adaptation aux grands changements qui s'amorcent dans ses environnements national et international.

1.3.4 Organigrame de la SONATRACH:Figure 1.3.1 : Schema organisationnel et fonctionnel de la macrostructure Sonatrach.9*Lecture des codes utiliss dans le schma organisationnel et fonctionnel de la macrostructure Sonatrach:CodificationActivits et structuresAMT

AmontTRC

Transport par CanalisationsAVL

AvalCOM

CommercialisationRHU

Ressources HumainesFIN

FinancesSPE

Stratgie, Planification et EconomieACT

Activits CentralesINT

Direction Activits InternationalesJUR

JuridiqueADG

Audit GroupeHSE

Sant Scurit et Environnement (Health, Security & Environment)TEC

Coordination technique et dveloppement.SPP

Holding services ptroliers et paraptroliers.

1.4 Organisation de l'activit Amont:L'AMONT a en charge la recherche, l'exploitation et la production des hydrocarbures. Ses missions sont principalement axes sur :*Le dveloppement et l'exploitation des gisements pour la valorisation optimale des ressources d'hydrocarbures .*La gestion des activits en association dans leurs phases exploration, dveloppement et exploitation.*La recherche, la ngociation et le dveloppement de nouveaux projets en interne et a l'international .*Le dveloppement de la recherche scientifique .*L'organisation d'une Confrence annuelle de ses cadres pour dbattre des questions prsentant un intrt majeur en rapport avec les missions de l'Activit Amont dont le thme et le contenu seront prsents lors de la Confrence des cadres de Sonatrach .*Le reporting a la Direction Gnrale sur l'organisation et les rsultats de cette Confrence.L'activit AMONT intgre dans sa stratgie oprationnelle les filiales qui lui sont rattaches telle que:-ENAGEO (Entreprise nationale de gophysique).-GCB (Socit nationale de gnie civil et batiment).-ENSP(Entreprise nationale des services aux puits).-ENTP (Entreprise nationale des travaux aux puits).-ENAFOR (Entreprise nationale de forage).-ENGTP (Entreprise nationale de grands travaux aux puits).Ces filiales participent au dveloppement et a l'exploitation des hydrocarbures. Grace a la procdure d'appel d'offres qui rduit les dlais de ngociation et garantit un maximum de transparence, la promotion des blocs en direction des partenaires a abouti a la signature de 07 contrats de recherche et d'exploitation en 2002.Sonatrach dploie galement cette activit en international. Ainsi, elle intervient dans plusieurs rgions du monde: Ymen, Soudan, Niger, Irak, Prou, Brsil, Bolivie.1.4.1 Les Diffrentes divisions de l'AMONT :L'activit AMONT se base pour son bon fonctionnement sur plusieurs divisions:- (DP) Division production.- (PED) Division petrolium engineering development.- (CRD) Centre de Recherche et Developpement- (EXPLO) Exploration- (DIV FOR) Division forage.- (AST) Association- (ENC) Division engineering construction..

Figure 1.4.2 : Organigramme de l'Activit Amont1.4.2 La division Petrolium Engineering Development:Ses missions: Evaluation des rserves de l'ensemble des gisements a travers le territoire national. Etablissement des prvisions de production et d'injection sur la base de l'tat des rserves, du niveau de dveloppement des gisements et des capacits des installations. Evaluation de la faisabilit technico-conomique en efforts propres et/ou en partenariat des projets en Algrie et en international. Ralisations d'tudes d'engineering de base. Dfinition des options de dveloppement de chaque champ. Conception et dfinition des plans de dveloppement et d'exploitation des gisements. Ralisations des tudes technico-conomiques dans le cadre de la politique de la valorisation des gisements existants ou dcouverts.Ses directions: Direction Gisement qui a pour but d'laborer et d'analyser des tudes aboutissant a l'laboration des plans de dveloppement des gisements. Celles-ci permettant de dfinir les systmes de rcupration assiste a mettre en place dans le cadre des projets retenus. Direction Dveloppement qui a pour rle d'valuer des rserves de l'ensemble des champs a travers tout le territoire national, et de raliser des travaux de gologie et de gophysique destins a dfinir la gomtrie des accumulations d'hydrocarbures et des caractristiques de rseaux en troite collaboration avec les ples et ce, dans le cadre des projets retenus. Direction Production qui a pour mission la conception de schmas d'installation de surface pour les nouveaux gisements et l'laboration de mthodes de stimulation des puits ( acidification-fracturation). Direction Etudes et Projets qui a pour rle la recherche et l'identification des opportunits de dveloppement. Dpartement Administration qui a pour but la gestion administrative du personnel ainsi que la gestion et contrle des budgets (Investissements et Exploitation). Dpartement Informatique qui a pour mission la maintenance et assistance du systme d'exploitation, ainsi que la mise en uvre d'autres logiciels et de soutien au management des donnes. Dpartement Juridique qui a pour rle de veiller a l'application et au suivi des textes lgislatifs et rglementaires rgissant les contrats et d'tre un interlocuteur lors des dossiers contentieux. Assistants qui ont pour mission, d'analyser et de consolider des dossiers traits par le Directeur de la Division.1.4.3 Organisation de la division PED:ORGANISATION EN COURS D'APPROBATIONDIVISION PETROLEUMENGINEERING&DEVELOPPEMENTDEPARTEMENTADMINISTRATION& FINANCESDEPARTEMENTINFORMATIQUEDEPARTEMENTJURIDIQUESECRETARIATASSISTANTSDIRECTIONGISEMENTSDIRECTIONDEVELOPPEMENTDIRECTIONPRODUCTIONDIRECTION ETUDESPROJETSDEPARTEMENT POLEHASSI MESSAOUDDEPARTEMENT POLEHASSI R'MELDEPARTEMENT POLECENTRE ESTDEPARTEMENT POLESUDDEPARTEMENT POLEBERKINEDEPARTEMENTETUDESDEPARTEMENT FORMATIONEVALUATIONDEPARTEMENTGEOPHYSIQUEDEPARTEMENTPRODUCTIONDEPARTEMENTTECHNIQUES PUITSDEPARTEMENTPROJETS ALGERIEDEPARTEMENTPROJETS INTERNATIONAL

Figure 1.4.3 : Organigramme de la division PEDChapitre 2Gnralits et dfinitions:2.1 Introduction:Avant d'entamer notre tude, il est ncessaire de commencer par analyser l'environnement du problme, afin de mieux maltriser le domaine de notre travail. Pour cela, nous commencerons d'abord par faire connaissance des termes essentiels utiliss dans ce mmoire, ainsi que des gnralits sur le procd Gaz lift .2.2 Hydrocarbures[3]:Les hydrocarbures sont des produits naturels composs uniquement d'atomes de carbone et d'hydrogne. Ils sont, selon les conditions de temprature et de pression, solides (paraffine), liquides (essences, ptrole, etc.) ou gazeux (mthane, butane, etc.). Ils possdent une formule brute de type : CmHm, on n et m sont deux entiers naturels, la presque totalit des hydrocarbures sert a produire de l'nergie sous forme de chaleur. Cependant, une part toujours croissante de produits issus du ptrole constitue la matire premire de l'industrie ptrochimique et des matires plastiques.2.3. Le gaz naturel[1]:2.3 Le gaz naturel[1] :On appelle gaz naturel un mlange d'hydrocarbures saturs gazeux (mthane, thane, propane, butane), contenant aussi des hydrocarbures liquides (pentane, hexane et homologues suprieures) et d'autre composants tels que l'oxyde de carbone, le dioxyde de carbone, l'azote, l'hydrogne sulfur. Il peut contenir aussi de l'hydrogne et de l'oxygne mais en faible quantit. Il est produit a partir de couches souterraines poreuses.En rgle gnrale, le mthane est le principal constituant. Il reprsente environ 80% a 90% du volume total du mlange, et c'est pourquoi on emploie souvent le mot "mthane" pour dsigner le gaz naturel lui-mme. Les autres hydrocarbures gazeux sont beaucoup moins abondants ensemble, ils dpassent rarement 15 a 20 % du mlange. Lorsque la teneur en thane est leve, le gaz naturel devient trs intressant comme source d'thylne pour l'industrie ptrochimique, le propane et les butanes sont couramment extraits du gaz et constituent ce qu'on appelle les "gaz du ptrole liqufi" (GPL). Les hydrocarbures plus lourds, qui se trouvent dans le gaz a l'tat de vapeur, mais qui sont liquides aux conditions normales de pression et de temprature, constituent l'essence naturelle ou "gazoline"qui, aprs traitement, est apte aux mmes usages que l'essence tire du ptrole.2.4 Description des installations de surface[6]:2.4.1 Les puits:Un puits peut tre represent par un trou obtenu par une opration de forage. Cependant, il existe deux sortes de puits a savoir:1- le puits d'injection qui sert a acheminer le gaz destin a l'injection vers le rservoir a la pression minimum de miscibilit. La tte de chaque puits comporte des vannes(1)ncessaires au controle de l'injection ainsi que les prises de manomtre et de dbimtre.2- le puits de production qui sert a acheminer les effluents sortants du reservoir vers les manifolds.(1)Gaz Naturel Liqufi.2.4.2 Reservoir:Un rservoir ptrolier est une formation rocheuse permable dont l'espace poreux est partiellement satur par des hydrocarbures. Au terme d'un mouvement ascendant depuis la zone de formation des hydrocarbures, appele roche mre, ceux-ci viennent se piger dans le rservoir en raison de l'impermabilit des couches limitant suprieurement ce dernier. L'accumulation progressive d'hydrocarbures conduit a l'existence d'une pression dans le rservoir.2.4.3 Les manifolds:C'est un quipement constitu d'un jeu de vannes qui permet de diriger les fluides vers des points dtermins. Il contient plusieurs entres et une seule sortie, il sert gnralement au regroupement et a l'acheminement de la production de diffrents puits.

Figure 2.4.1 : Manifolds2.4.4 Les pipes:Le terme anglo-saxon pipeline s'applique spcifiquement aux systmes de canalisations a haute pression (jusqu'a 100 bars) utiliss pour le transport a moyennes et grandes distances des hydrocarbures liquides (oloducs) notamment du ptrole brut, et gazeux (gazoducs). On utilise pour la construction d'un pipeline des aciers spciaux a haute rsistance.Le pipeline est avant tout constitu d'un tube, la plupart du temps enterr dans le sol, a l'intrieur duquel circule le produit a transporter. Le transport par pipeline prsente certains avantages : Parfaite adaptation au transport des produits liquides. Perte d'nergie minimale. Faible sensibilit au relief et aux conditions gographiques et climatiques.

Figure 2.4.2 : Les pipesChaque pipeline a sa particularit, c'est pour cela qu'il faut affecter a chaque conduite ses propres caractristiques tels que: Les longueur en km. Le diamtre en pouce (1" = 2, 54 cm). Le produit qu'il transporte.2.4.5 Rseau de desserte:Ce terme dsigne l'ensemble des conduites et des accessoires affects pour dissiper le fluide entre la source d'injection et les puits injecteurs. On utilise le terme ligne de deseerte si on dsire parler d'une de ces conduites prise individuellement.2.5 Gaz lift[5]:2.5.1 Dfinition:Le gaz lift est l'un des procds le plus utilis pour rcuprer plus de ptrole des puits on la pression du rservoir de celui-ci est insufli sante pour le raliser.Le procd consiste a injecter le gaz dans le tubing(2). Celui -ci rend le fluide plus lger en rduisant sa densit ainsi, la pression est favorable a la remonte du ptrole. Ce gaz peut tre inject d'une manire continue ou discontinue. Ceci dpend des caractristiques du puits et de l'quipement utilis.

Figure 2.5.3 : Le procd du gaz lift(2)colonne hydrostatique dans le quel le gaz sera inject

Figure 2.5.4 : Schma reprsentant le gaz lift2.5.2 Les mthodes du gaz lift:Le gaz lift occupe une place trs importante dans la production des puits. C'est un moyen d'activation qui est utilis sur beaucoup de champs et qui se rpand de plus en plus par l'une des deux mthodes :1-Gaz lift continu:D'une maniere gnrale le gaz lift continu s'adresse aux puits bons producteurs, il consiste en une injection controle du gaz, haute pression dans la colonne du liquide.Le mlange ainsi form aura une densit infrieure celle de l'huile, ce qui lui permet de se dplacer du fond du puits jusqu' la surface.2-Gaz lift intermittent :Il est pratiqu sur des puits faible productivit. Il consiste une injection de gaz sous un bouchon de liquide pendant une priode de temps relativement courte pour dplacer le bouchon du liquide vers la surface.Le gaz lift intemittent s'adresse aussi aux puits dont les pressions de fond sont faibles.2.5.3 Application de gaz lift:Le gas lift offre de nombreuses appliquations et environ 20% des puits en production dans le monde sont concerns par ce mode d'activation .1-les puits a huile :L'application principale du gaz lift dans ces puits est d'augmenter la production des champs dplts. Le plus souvent, il est utilis dans des puits encore ruptifs et mme des puits neufs.2-les puits a eau:Ces puits produisent des aquifres pour divers usages tels que la rinjection dans un rservoir a huile ou a l'usage domestique. Il arrive aussi que le gaz lift soit utilis pour produire de l'eau a partir de l'eau de mer. Il n'y a pas de diffrence entre un design de gaz lift pour puits a huile et pour puits a eau. Les puits peu profonds utilisent souvent de l'air plutt que du gaz (air lift).2.5.4 Caractristiques et avantages de Gaz lift1-Caractristiques :Le gaz lift est un moyen effi cace d'activer un puits. Il peut tre mis en ceuvre dans toute sorte de puits y compris ceux a trs faible ou trs grands dbits, ceux qui produisent des solides, off-shore(3)ou on-shore(4)La conception d'une installation gaz lift n'est pas diffi cile et les ordinateurs disponibles de nos jours facilitent grandement ce travail. Les puits en gaz lift sont faciles a rparer a l'xception des puits dont les vannes ne sont pas rcuprables mais le diagnostic des pannes est diffi cile .(3)Puits situs en haute mer.(4)Puits fors sur terre.Le principal problme du gaz lift est la disponibilit en gaz car de grandes quantits de gaz comprim sont ncessaires. Si le gaz est rare, il doit tre recycl ce qui ncessite de puissants compresseurs.Les investissements et les cots opratoires peuvent tre faibles lorsque le gaz de haute pression est disponible sur le site (ce qui le cas de Hassi Messaoud). Nanmoins, ce gaz devra tre recomprim pour tre export.2-Avantages :-Grace au gaz lift, de gros volumes de fluide peuvent tre produits: les pertes de charge sont la seule limite.-Le gaz lift est tout a fait compatible avec de hauts GLR: le gaz form aidera a remonter le contenu du tubing.-Le gaz lift est compatible avec la production de solides ou de grands volumes d'eau. -Le gaz lift est trs flxible: le dbit de gaz est facilement ajustable depuis la surface. -Il est possible de commander le puits a distance par tlmtrie.-Le gaz lift s'adapte a tous les profils de puits: grand dviation au puits en hlice. La seule limitation est d'avoir la possibilit de descendre un train d'outils au cable pour la pose des vannes ncessaire.Chapitre 3Notion de mcanique des fluides[7]:3.1 Introduction:La mcanique des fluides consiste a tudier le comportement du fluide (liquide ou gaz) dans un pipe en quilibre ou en mouvement. Son importance s'explique par le fondement thorique qu'elle offre a de nombreuses disciplines: la mtorologie, l'hydrologie, l'arodynamique et l'tude des plasmas. Ce qui indique l'ampleur de son champ d'investigation.3.2 Dfinition de l'coulement monophasique:En mcanique des fluides, les diverses rgions d'un coulement peuvent tre catalogues en fonction de differents critres, si le critre retenu est d'ordre gometrique, on peut distinguer les coulements internes qui s'effectuent a l'interieur d'une conduite, des coulements externes qui ont lieu autour d'objets solides par exemple un navire ou un aronef.3.3 Les pertes de charge:La chute de pression a travers une conduite circulaire d'une longeur L et d'un diamtre D est la diffrence de pression entre ces extrmits, qu'on appelle "perte de charge".A l'tat actuel des connaissances, on ne dispose d'aucune loi gnrale qui permet dedterminer avec prcision les pertes de charge lies a ce type d'coulement (coulement monophasique).Toutes les mthodes de calcul proposes utilisent des donnes exprimentales et ne fournissent que des valeurs plus ou moins approches.3.4 Equation de perte de charge:Parmi les mthodes les plus fiables donnant une bonne valeur approche, on peut citer la mthode de Weymouth, elle est formule par l'quation suivante :P =(Q *PT )2 * Gg* ! * Z * 7:62 * 105* LD5On:f: Facteur de friction.z: Coefficient de compressibilit.L: La longeur de la conduite (en mtre).D: Le diamtre de la conduite (en mtre).Q: Dbit total (m3/j). P: Pression (bars).T: Temprature(K).Gg: Densite relative du gaz.Si on dispose de N conduites circulaires, la perte de charge pour chacune d'elle sera:p. =(Qi* PT )2 * Gg* f * z * 7:62 * 105*Lii = 1;:::; ND5iou:Q :Dbit du gaz a travers la conduite (i) (m3/j). L :La longueur de la conduite (i) (en mtre).D :Le diamtre de la conduite (i) (en mtre).Posons:Ki =(QZ* PT )2 * Gg* f * z * 7:62 * 105i = 1;:::; NL'quation de la perte de charge finale pour une conduite (i) s'crit sous la forme suivante:LiPi = Ki ~ i = 1,...,ND5iChapitre 4Problmatique et modlisation4.1 Description du champ Nord de Hassi Messaoud[8]:Les socits franaise d'exploration ptrolire avaient dcouvert en 1956, aprs plusieurs annes de recherche, un important gisement de ptrole Hassi-Messaoud au Sahara, puis un gisement de gaz Hassi-R'Mel, qu'elles mirent bientt en exploitation. L'tymologie du nom Hassi Messaoud est venue du nom de Rouabeh Messaoud Ben Amar El Metlili. Ce Nomade a creus un puits d'eau avec ses compagnons les caravaniers pour leurs besoins personnels et celui des chameaux. A l'poque Hassi Messaoud tait une rgion dsertique et lorsque le ptrole ft dcouvert ce puit constituait le seul repre d'o le nom de HassiMessaoud.Le champs de Hassi Messaoud tait partag, depuis cette dcouverte jusqu' la nationalisation des hydrocarbures, en 1971, par l'Etat algrien , par deux socits franaises l'une s'appelle la SNRepal qui a pris le sud de H.M.D. et l'autre s'appelle la CFPA qui a puis le nord de H.M.D.L'exploitation du ptrole de Hassi- Messaoud ayant commence en 1958, par la construction d'une mini--raf nerie, quant l'expdition du ptrole brut vers le nord du pays (terminal de Bejaia), celle-ci a t mise en oeuvre en 1959 par la construction de l'oloduc de 24 pouces .Le champs de Hassi Messaoud s'tend sur un diamtre de 80 KM , il compte actuellement plus de 130 puits de ptrole dont certains sont productifs, le reste est com-4.2. Definition du problmepos soit de puits injecteurs de gaz, de puits injecteurs d'eau ou de puits ferms, galement de plusieurs installations dont* 1 rafinerie.* 2 units GPL.* 1 centre de traitement sud.* 1 centre de traitement nord.* plusieurs stations de Compression de gaz.Hassi Messaoud, situ dans le mole de Amguide Messaoud, est le plus grand giement de ptrole d'Algrie et de tout le continent africain. Il fut dcouvert la mme anne que le gisement de gaz d'Hassi R'Mel, son quivalent pour le gaz (principal gisement de gaz d'Afrique). Tous deux contriburent la dtermination de la France pour le maintien de sa prsence en Algrie.Les rserves estim du gisement sont de l'ordre de 9 Gbbls d'un ptrole de trs bonne qualit, en ne tablant que sur un modeste taux de rcupration de 30% du ptrole suppos en place, chiffre que la socit d'exploitation Sonatrach compte dpasser. Cependant, entre 4 et 5 Gbbls ont dj t produits. Ce gisement reprsenterait donc lui seul prs du tiers de la richesse initiale du pays.Le production du gisement atteint 550 kbbls/j dans les annes 1970, elle dclina jusque 300 kbbls/j en 1989 et est remonte environ 350 kbbls/j. Sonatrach compte l'augmenter jusqu' quelques 460 kbbls/j vers 2012.A l'instar d'Hassi R'mel pour le gaz, Hassi Messaoud centralise la production de ptrole du pays. Il est le point de dpart de plusieurs oloducs alimentant les rafineries et les terminaux d'exportation sur la cte, et fait transiter la production d'autres gisements du pays.4.2 Definition du problmeLe travail que nous proposons d'accomplir est l'optimisation du rseau du gaz lift dans lapartie nord du champ de Hassi Messaoud . Ce travail reprsente une partie d'un projetSonatrach visant optimiser le rseaux de desserte. La dtermination de la configuration4.3. Position du problme:optimale d'un rseau de desserte est une tape situe en amont dans la succession des tches qui aboutissent la construction et la mise en service d'un gazoduc.A cet effet, Sonatrach veut procder, avant tout investissement futur, au diagnostic de ses ouvrages actuels afin de savoir s'ils sont exploits de manire optimale et rationnelle.4.3 Position du problme:Les exploitants veillent faire produire les puits un dbit optimal, leur souci majeur sont les pertes de charge causes par les fluides transports travers les pipes. Pour cela, le choix des longueurs et des diamtres des pipes est important car ce sont des paramtres essentiels dans l'quation des pertes de charge.Une solution ce problme est l'installation de manifolds (collecteurs), cependant la position, le diamtre et la longueur des pipes doivent faire l'objet d'une tude de telle sorte que les pertes de charge soient minimales.Le cas de dcouverte appel Upside(1), se situant au nord de Hassi Messaoud, l'injection du gaz pour assister les puits faible nergie a t pos dans le cadre d'une tude (anne 2008). On devra dvelopper le champ en considrant le mode de production avec le gaz lift. La source d'injection existe dj, le rseau de desserte : c'est--dire les pipes et les manifolds devraient tre dimensionns.L'objectif de notre travail est de trouver un design optimal du rseau de desserte sur le champ priphrique HMD nord sachant que les puits dj fors, ou vont tre fors auront besoin du gaz pour lifter la colonne hydrostatique.Il s'agit donc de dvelopper un modle mathmatique permettant d'optimiser les pertes de charge dissipes travers le rseau de desserte.Ainsi nous avons schmatis le problme pour 3 manifolds.(1)la partie nord du champ Hassi Messaoud

Figure 4.3.1 : Schma du problme4.4 Modlisation mathmatiqueLes problmes que rencontrent les gestionnaires des plus grandes multinationales aux plus petites entreprises, se prsentent toujours sous forme de donnes, de contraintes dont on doit tenir compte pour atteindre un objectif. Pour arriver a rsoudre un problme pos, on doit d'abord commencer par interprter tous ces paramtres, en essayant de les transformer sous des formes qu'on peut grer. Donc, la premire tape dans la rsolution d'un problme est sa projection dans un espace facile a manier. Ce dernier s'appelle le modle associ au problme.La modlisation est donc une traduction des paramtres du problme dans un langage accessible par la mthode de rsolution utilise; ou bien, c'est une faon de dcrire le problme sous une forme qui introduit sa rsolution. En ralit mme si on ne se rend pas vraiment compte, la modlisation reste une tape incontournable dans la vie de tous les jours. Au niveau personnel, on se donne toujours un objectif a atteindre et un modle a suivre, et pour se faire, on doit dchiffrer ces caractres et les analyser sparment. Aun niveau plus lev, lorsque l'on rencontre un problme, la premire chose faire est de l'adapter le plus prs possible un modle dj acquis, mme si cette adaptation s'avre, le plus souvent contraignante.Dans le monde des entreprises les gestionnaires et les responsables ne peuvent se passer de comptences qui, par certaines manipulations, les aident prendre des dcisions propos de la politique future adopter. Cependant, en pratique, les conditions parfaites n'existent jamais, puisque les problmes, par leurs aspects concrets, doivent satisfaire un trs grand nombre de contraintes, qui ne peuvent en aucun cas tre toutes prises en considration, auquel cas le modle issu ne refltera pas concrtement le problme pos. Par consquent, la crdibilit des solutions obtenues est mise en doute. Et pour remdier cela, un choix judicieux doit tre effectu au niveau des contraintes; un choix qui dpendra bien sr, de l'objectif vis et du niveau d'exactitude exig.Enfin, la modlisation d'un problme, doit pouvoir donner une interprtation aux solutions obtenues (qui sont des solutions abstraites) en terme de solutions concrtes; c'est--dire des rsultats qui rpondent aux besoins du problme pos. Pour conclure, mme si la mise en oeuvre des mthodes de rsolution d'un problme donn est trs importante, toujours est-il que la modlisation est le premier pas sur le chemin de la rsolution.L'objet de ce chapitre est la prsentation d'un modle mathmatique, qui nous permettra de rsoudre les problmes existant dans le rseau de desserte, tel que les pertes d'nergies travers les systmes.4.4.1 Approche de modlisation:La perte de charge dans un rseau de desserte, est un problme qui a ncessit la mise en oeuvre d'un modle qui la minimise tout en respectant les contraintes de surface.Il s'agit donc dans un premier temps d'essayer de trouver des expressions mathmatiques qui regroupent ces contraintes. Dans un second temps, nous poserons un certain nombre d'hypothses. Et enfin nous procderons la mise en ceuvre du modle en suivant les tapes suivantes :

Dtermination des ensembles. Dfinition des paramtres. Identification des variables. Dfinition des contraintes . Dfinition de la fonction objectif. Elaboration du modle :*Hypothses:Afin de mieux cerner le problme et d'tablir un modle mathmatique qui soit le mieux adapt a ce dernier nous poserons l'hypothse suivante:On nglige les reliefs (c'est a dire nous travaillerons dans le plan euclidien).*Dfinition des ensembles:I :L'ensemble des puits I = N.J :L'ensemble des manifolds. jJj = M*Dfinition des paramtres :Nous dfinissons l'tat des donnes fixes, qui guident le bon fonctionnement du modle . N: Le nombre de puits dans le rseau. M: Le nombre maximum de manifolds qu'on peut installer, il est gal a :M = [N/5]. (Xe, I'i): Les coordonnes du puits (i) (en mtres), par rapport a la source. Qi : Dbit total du gaz entrant au puits (i) (en m3/s).*Identification des variables: (X'j, Yj'): Les coordonnes du manifold (j) a installer par rapport a la source.(en mtres) LM3: Longueur du pipe entrant au manifold (j) (en mtres). LPi: Longueur du pipe entrant au puits (i) (en mtres). DMj: Diamtre du pipe entrant au manifold (j) (en pouce). DPI: Diamtre du pipe entrant au puits (i) (en pouce).Ri3 =

1 si le puits (i) est reli au manifold (j)0 sinon*Dfinition des contraintes: Les contraintes sont les suivantes:Contraintes lies au nombre de puits connects a un manifold: Un manifold admet 5 sorties d'o:XN Ri3 = 5 j = 1,...,Mi=1Contraintes lies a la connexion des puits a un manifold: Un puits (i) devrait tre reli a un et un seul manifold (j):XM Ri3 = 1 i = 1,...,Nj=1Contraintes lies au diamtredespipes:

Le diametre du pipe entrant au manifold (j) doit etre suprieur, ou gal a la somme des diametres des pipes sortant de celui-ci.Sachant que l'quation de la section Si d'un pipe (i) est donne par :7rSi = 4* D2i

Di: le diametre du pipe (i) (en metres).Donc, la section du pipe entrant au manifold (j) doit etre suprieure, ou gale a la somme des sections des pipes sortant de celui-ci.d'ofiSj >Ni=i

Rij * Si j = 1, , MDMi2>XNi=iRii * DPi 2 j = 1, ..., M

Contraintes lies aux longueurs des pipes:1- Le puits (i) est reli au manifold (j) par le pipe (i), de longueur LPi celle-ci est gale a la distance euclidienne entre le puits (i) et le manifold (j) dans le plan avec la source d'injection comme origine. XMJ=1

LPi =Rii* \/(Xi -- X'j)2+ (Yi -- YI)2i = 1, , N

2- le manifold (j) est reli a la source (origine) par un pipe de longueur LMiLM3 3 = \/X'2 +Y'2j = 1, ..., MContraintes lies aux diamtres des conduites circulaires (pipes):Les diametres des pipes entrant aux puits doivent appartenir a l'ensemble {2", 3"}DPi E {2", 3"} i = 1, , Net les diamtres des pipes entrant aux manifolds doivent appartenir a l'ensemble {6", 8", 10"}DM3 E {6",8",10"} j = 1,...,Mtel que 1" = 0,0254 in*Dfinition de la fonction objectif:L'objectif de notre travail est de dterminer la longueur, les diamtres des pipes et la position des manifolds a installer, de telle sorte que la perte de charge dans le rseau soit minimaleL'quation de la perte de charge a travers une conduite i est la suivante :LPiLPi =Ki * DP i 5Avec:Ki =(QZ* PT )2 * Gg* f * z * 7:62 * 105On:z: Coefficient de compressibili.Qi: dbit total entrant au puits (i) (m3/j).p: pression (bars).f: facteur de friction.Gg:Densite relative du gaz.Dans notre problme nous diposons de N puits donc de N pipes a installer. Chacun des pipes a un diamtre DPi et une longeur LPi .D'o l'quation suivante:LPiPi = Ki * i = 1,...,N (1)DP i 5On dispose de M manifolds donc de M pipes rentrant dans ces derniers, pour chacun de ces pipes on a un diamtre DM3 et une longeur LM3 .XMLPiK0 j *LMjKj * +DP 5 DM5i j=1 3MIN Z =XNi=1D'o l'quation suivante :~Pj = K0 j ~LMjj = 1,...,M (2)DM5 jAvecXNK0 j = Gg* f * z * 7:62 * 105* P 2T2 ~ (i=1Rij * Qi)2j = 1,...,M

Tel que (PN i=1 Ri3 * Qi) > , reprsente le dbit total du fluide entrant au manifolds j,qui est stim par la somme des dbits totaux des puits connects a ce manifolds.En sommant (1) et (2), on obtient la somme suivante:XN Pi +XM ~Pj (3)i=1 j=1Cette quantit reprsente la perte de charge totale dans le rseau de desserte. Donc, de (3) on obtient la fonction objectif suivante:Le modele s'crit comme suit :8>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>:(P)MLMMIN Z = ENK.*LPi+ Ej=1Ki * DMN z DPi 5 3S.0PPN i=1Rii = 5- j = 1, , MM j=1Rii = 1 i = 1, , NDMi2> EiNRii * DPi2j = 1, , MLPi = Rii * / (Xi -- X0j)2+ (Yi -- Yj0)2i = 1, , NLMT = X0j2+ Yj0 2 j = 1, , MDPi c {2", 3"} i = 1, , NDMA c {6", 8", 10"} j = 1, , MRii c {0,1} i = 1, , NX0j, Y j 0c j = 1, , MLPi , DPi > 0 i = 1, , NLMT, DMA > 0 j = 1, , M4.4.2 ConclusionL'analyse du modle mathmatique du problme pos montre qu'on est en prsence d'un problme non linaire qui est en fonction de variables relles positives et bivalente, sa rsolution de manire exacte pouvait poser problme du fait du temps de rsolution, qui risquait d'atteindre de grandes proportions. Il fallut donc dvelopp des heuristiques dont l'objectif est de fournir des solutions aussi proches que possible de l'optimum en un temps raisonnable. Nous nous sommes orients vers une mthode approche pour la rsolution du problme pos.Dans le chapitre suivant nous citerons et dcrirons les principales approches de rsolution pour ces types de problmes.Chapitre 5Approche de resolution5.1 IntroductionLa notion de complexit des problmes est trs importante, car si un problme est identifl comme facile, on connait un algorithme fini et effi cace pour le rsoudre, par contre s'il est identifl comme tant un problme complexe il sera diffi cile de trouver un algorithme effi cace pour le rsoudre, il est alors justifl de se contenter d'exigences plus limites: rsolution approche du problme pos, rsolution d'un problme voisin plus simple.L'excution des mthodes dites exactes (programmation dynamique, sparation et valuation) pour la rsolution des problmes NP-Diffciles risque de prendre un temps de calcul considrable, notamment si la taille du problme est trs grande.Afin d'viter ce genre de situation, on se contente souvent d'une solution dite approche donne par certaines mthodes appeles "mthodes approches" ou "heuristiques", et dont la valeur de la fonction objectif correspondante se rapproche de celle de la solution exacte. Vu qu'on est en prsence d'un problme non linaire assez complexe, nous proposons d'utiliser une "heuristique" comme mthode de rsolution.5.2. Heuristiques[9]5.2 Heuristiques[9]Definition:Heuristique (du grec heuriskin, > ) est un terme de didactique qui signife l'art d'inventer, de faire des dcouvertes. C'est en sociologie, une discipline qui se propose de dgager les rgles de la recherche scientifque. En optimisation combinatoire, thorie des graphes et thorie de la complexit, une heuristique est un algorithme qui fournit rapidement (en temps polynomial) une solution ralisable, pas ncessairement optimale, pour un problme d'optimisation NP-diffcile. Une heuristique, ou mthode approximative, est donc le contraire d'un algorithme exact qui trouve une solution optimale pour un problme donn. L'intrt de l'heuristique tant que pour les problmes NP-diffciles, la plupart des algorithmes exacts connus sont de complexit exponentielle et donc sans aucun intrt en pratique. On utilise une heuristique pour obtenir une premire solution ralisable dans un processus de rsolution exacte. Gnralement une heuristique est conue pour un problme particuli, en s'appuyant sur sa structure propre, mais les approches peuvent contenir des principes plus gnraux. On parle de mtaheuristique pour les mthodes approximatives gnrales, pouvant s'appliquer a des diffrents problmes. La qualit d'une heuristique peut s'valuer selon deux critres scientifques :1) Critre pratique, ou empirique: on implmente l'algorithme approximatif et on value la qualit de ses solutions par rapport aux solutions optimales (ou aux meilleures solutions connues). Ceci passe par la mise en place d'un benchmark (ensemble d'instances d'un mme problme accessible a tous).2) Critre mathmatique: il faut s'assurer que l'heuristique garantit des performances. La garantie la plus solide est celle des algorithmes approchs, sinon il est intressant de dmontrer une garantie probabiliste, lorsque l'heuristique fournit souvent, mais pas toujours, de bonnes solutions.5.3 Mtaheuristiques[9]Prsentation:On parle de mta, du grec > (comprendre ici > ), heuristique, qui signifie > . En effet, ces algorithmes se veulent des mthodes gntiques pouvant optimiser une large gamme de problmes diffrents, sans ncessiter de changements profonds dans l'algorithme employ.Une terminologie lgrement diffrente considre que les mtaheuristiques sont une forme d'algorithmes d'optimisation stochastique, hybrids avec une recherche locale. Le terme est donc pris au sens on les algorithmes peuvent regrouper plusieurs heuristiques. On rencontre cette dfinition essentiellement dans la littrature concernant les algorithmes volutionnaires, on elle est utilise pour dsigner une spcialisation. Dans le cadre de la premire terminologie, un algorithme volutionnaire hybrid avec une recherche locale sera plutt dsign sous le terme d'algorithme mmtique (rvolutionnaire) tel que l'algorithme gntique.Les mtaheuristiques sont souvent inspires par des systmes naturels, qu'ils soient pris en physique (cas du recuit simul), en biologie de l'volution (cas des algorithmes gntiques) ou encore en thologie (cas des algorithmes de colonies de fourmis ou de l'optimisation par essaims particulaires).Le but d'une mtaheuristique est de rsoudre un problme d'optimisation donn: elle cherche un objet mathmatique (une permutation, un vecteur, etc.) minimisant (ou maximisant) une fonction objectif, qui dcrit la qualit d'une solution au problme.L'ensemble des solutions possibles forme l'espace de recherche. L'espace de recherche est au minimum born, mais peut tre galement limit par un ensemble de contraintes.Les mtaheuristiques manipulent une ou plusieurs solutions, la recherche de l'optimum, la meilleure solution au problme. Les itrations successives doivent permettre de passer d'une solution de mauvaise qualit la solution la plus proche de l'optimale. L'algorithme s'arrte aprs avoir atteint un critre d'arrt, consistant gnralement en l'atteinte du temps d'excution imparti ou en une prcision demande.Une solution ou un ensemble de solutions est parfois appel un tat, que la mta-heuristique fait voluer via des transitions ou des mouvements. Si une nouvelle solution est construite a partir d'une solution existante, elle est sa voisine. Le choix du voisinage et de la structure de donne le reprsentant peut tre crucial.Lorsqu'une solution est associe a une seule valeur, on parle de problme mono-objectif, lorsqu'elle est associe a plusieurs valeurs, de problme multi-objectifs (ou multi-critres). Dans ce dernier cas, on recherche un ensemble de solutions non domines (le > ), solutions parmi lesquelles on ne peut dcider si une solution est meilleure qu'une autre, aucune n'tant systmatiquement infrieure aux autres sur tous les objectifs.Dans certains cas, le but recherch est explicitement de trouver un ensemble d'optimums > . L'algorithme doit alors trouver l'ensemble des solutions de bonne qualit, sans ncessairement se limiter au seul optimum: on parle de mthodes multimodales.Pour rsumer ces dfinitions, on peut dire que les proprits fondamentales des mtaheuristiques sont les suivantes:- Les mtaheuristiques sont des stratgies qui permettent de guider la recherche d'une solution optimale- Le but vis par les mtaheuristiques est d'explorer l'espace de recherche effi cacement afin de dterminer des solutions (presque) optimales.- Les techniques qui constituent des algorithmes de type mtaheuristique vont de la simple procdure de recherche locale a des processus d'apprentissage complexes.- Les mtaheuristiques sont en gnral non-dterministes et ne donnent aucune garantie d'optimalit- Les mtaheuristiques peuvent contenir des mcanismes qui permettent d'viter d'tre bloqu dans des rgions de l'espace d recherche.- Les concepts de base des mtaheuristiques peuvent tre dcrit de manire abstraite, sans faire appel a un problme spcifique.- Les mtaheuristiques peuvent faire appel a des heuristiques qui tiennent compte de la spcificit du problme trait, mais ces heuristiques sont contrles par une stratgie de niveau suprieur.- Les mtaheuristiques peuvent faire usage de l'exprience accumule durant la recherchede l'optimum, pour mieux guider la suite du processus de recherche.5.4 Prsentation de l'heuristique de rsolutionLa rsolution de ce problme consiste a dterminer les emplacements des manifolds, les puits relis a chaque manifolds ainsi que les diamtres des pipes utiliss en minimisant la perte de charge, pour notre mthode de rsolution nous avons opt pour l'approche suivante en deux phases:5.4.1 Phase I: Nues dynamiques[11]Dans un premier temps, on dtermine les emplacements des manifolds ainsi que les puits relis a chaque manifolds, pour cela nous minimisons la somme des distances des puits aux manifolds et la somme des distances des manifolds a la source.La position d'un manifolds est appele 'centre de gravit'pour l'ensemble des puits connects a ce manifolds (formant une rgion) et la source.Pour dterminer les emplacements des manifolds et le choix des puits qui seront connects aux manifolds installs, on applique une mthode de classification automatique appele 'Mthode des Nues Dynamiques'.*La mthodedes nues dynamiques:La mthode de classification des nues dynamiques (Diday et al 1980) repose essentiellement sur la rpartition d'une population en catgories (classes) tout en utilisant la notion de noyau associ a chaque classe, il peut s'agir, comme dans notre tude par exemple, de dcouvrir les principaux regroupements de puits ayant la particularit d'tre proches les uns des autres.L'information apporte par une classification se situe, en effet, au niveau smatique: (il ne s'agit pas d'atteindre un rsultat vrai ou faux, probable ou improbable, mais seulement profitable ou non profitable)(Williams et Lance).Les principaux problmes de la classification automatique diffrent suivant le typed'information recherche: une hirarchie, un arbre, une partition, une typologie , des (classes empitantes). Toutes ces approches ncessitent le choix de mesures de ressemblance.Principe :Le principe des algorithmes des nues dynamiques est simple:Considrer un ensemble d'individus qui appartient a un ensemble E (par exemple Re), et chercher la meilleure partition a K classes fixes de cet ensemble selon le critre d'inertie.Le processus est itratif et chaque tape la qualit de la partition s'amliore. Le nombre de classe souhait est dtermin priori ainsi que le nombre d'lments centraux dsirs, c'est--dire le nombre d'lments au centre du noyau qui seront numrs. Au dpart, un ensemble de points ou noyaux d'une classe peut tre tir au hasard. Autour de ces points se regroupent les lments les plus proches pour former une partition. La distance calcule par rapport au centre de classe est la distance euclidinne. A partir de cette partition cre, une autre famille de noyaux est dfinie, elle regroupe les points les plus proches formant une nouvelle classe et ainsi de suite jusqu' obtention d'un nombre fini de classes . Si, aprs un certain nombre d'itrations, les classes formes sont stables, les donnes sont dites "classifiables" et constituent des "formes fortes". Les individus qui changent de classes selon les tirages sont les "individus charnires".Comment se droule l'algorithme:

Figure 5.4.1 : Illustration du principe ( K = 2)Soit un nuage E de N points, on cherche a constituer une partition de E en k classes, chaque classe est reprsente par son (noyau). On aura une bonne classification si et seulement si le critre suivant est vrifi: "La somme des distances des individus aux noyaux soit minimale".*Un algorithme de type"Nues DynamiquesRappelons rapidement le principe de ces mthodes: on suppose que , appartient a un ensemble E (par exemple R avec P le nombre de variables), on dfinit un ensemble L de noyaux, une "distance" d entre les lments de E et les noyaux de L. (L'algorithme doit respecter le primcipe d'homogmit: les dommes a classer et les moyaux doivemt tre de mme nature). Le critre W de classification est alors le suivant:W(P, L) =>2K>2d(x, ak)k=1 XEPkOn:P = (P1, ..., PK) et L = (a1, ..., aK) avec aK 2 LL'algorithme se construit alors de la manire habituelle, il se base sur deux fonctions:*Construction des classes (fonction d'affectation f) :On range chaque lment de dans la classe dont le noyau est le plus proche.*Construction des noyaux (fonction de reprsentation g) : On associe a chaque classe Pk un nouveau noyau ak minimisant :>2d(x,ak)XEPkL'algorithme des nues dynamiques est une succession d'appels a ces deux fonctions de faon itrative, le nombre de groupes K est dtermin soit par une connaissance a priori du phnomne tudi, soit par une autre mthode (classification hirarchique par exemple) .Organigramme:

Figure 5.4.2 : Reprsentation structure de l'algorithme des Nues Dynamiques*Applicationde l'algorithme a notre problme:Algorithme :1-Diviser les puits en k rgions de facon alatoire ( soient R1, R2, ..., Rk). Avec k= [N/5] on N est le nombre de puits de la station.2-Dterminer les emplacements des manifolds (M1, ..., Mk).Pour une rgion R3 donne, choisir l'emplacement Mj qui minimise:/ >f(X, Y ) = X2+ Y2+p(Xi - X)2+ (Y - Y )2

PiERjOn (X,Y ) sont les coordonnes du manifolds MjPi E R3: signifie que le puits (i) coordonnes (Xi,Yi) E R33-Rpartir les puits en utilisant une fonction de dcision: Pi est dans la rgion R3 si et seulement si d(Pi, M3) est minimale.d(Pi, M3) est la distance euclidienne entre le puits (i) et le manifold Mj 4-Si le test d'arrt est vrifl aller a (5) sinon aller a (2).5-S'il existe une rgion ayant un nombre =6 5 alors raffecter les puits en utilisant l'organigramme de la page suivante, et recalculer les nouveaux centres de gravit comme en (2).REMARQUE:1-L'tape (5) est due a la contrainte qui exige que le nombre de puits par rgion soit gal a 5.2-Le test d'arrt est le suivant: s'il n'y a pas d'amlioration au cours de 2 itrations succussives l'algorithme est arrt.3-d(Pi, M3) est la longueur du pipe reliant Pi a Mj.qd(Pi, Mj) = (X - X'j)2+ (Yi- Y j ')2.

m(R) est le nombre de puits dans la rgion R.Organigramme:

Figure 5.4.3 : Organigramme de la procdure raffecter5.4.2 Phase II: Logiciel lingo1O.O[1O]Aprs avoir positionn les manifolds cette phase consiste a dterminer les diamtres pour chaque pipe utilis, en appliquant directement le loigiciel lingo10 en utilisant le rsultat dgag de la phase I. On aura donc a rsoudre le problme (P') suivant:(P')8>>>>>>>>>>>>>>>>>>> >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>:

Ci bjMIN Z = PNi+ PMi=1 DP 5 j=1 DM5 jDM2 j ~ PN i=1 Rij ~ DP 2 j = 1,...,MiDP, 2 {2",3"} i = 1,...,NDPi > 0DM3 2 {6", 8", 10"}on Ci =(Qi~PT )2 * Gg* f * z * 7.62 * 105* LPi b3 = (PN i=1 Rij Qi)2*P2T 2 * Gg* f * z * 7.62 * 105* LMjRemarque:Le problme (P') est tir du problme (P), tels que les contraintes lies aux nombre de puits connects a un manifolds, les contraintes lies a la connexion des puits a un manifolds et les contraintes lies aux longueurs des conduites circulaires, sont respectes.*Applicationavec lelogiciel Lingo10:Il existe de nos jours, une multitude de solveurs de rsolution des programmes non linaires. Ils sont gnralement fournis sous forme de programmes sources. En effet les logiciels tels que LINGO, CPLEX ou MAPLE sont des programmes d'optimisation conu pour rsoudre les modles d'optimisation linaires, non linaires, en nombres en-tiers....Parmi ces logiciels nous allons utiliser > pour rsoudre notre problme, et ceci pour plusieurs raisons:D'une part LINGO admet un code de programmation non linaire qui permet de traiter de milliers de variables et de contraintes en un temps rapide, donc utilisable mme si la taille du problme est grande, d'autre part LINGO est un outil plus simple a utiliser par rapport a d'autres logiciels et dispose de plusieurs fonctionnalits, notamment:- Un nouveau solveur pour confirmer que la solution trouve est optimale.- La capacit a rsoudre les problmes plus rapidement.- La reconnaissance et l'identification des programmes quadratiques (QP).- Un nouveau solveur pour amliorer les performances dans les solutions des diffrents types de problmes.- La capacit a transformer les programmes non-linaire en sries de programme linaire.- La capacit d'importer ou d'exporter des informations vers les bases de donnes en se servant d'une bibliothque de lien dynamique (DLL), donc il permet de faire des connexions avec d'autre applications.Un modle d'optimisation se compose de trois parties:* Fonction Objectif: il s'agit de formule unique qui dcrit exactement ce que le modle devrait optimiser.* Contraintes: ce sont des formules qui dfinissent les limites sur les valeurs des variables.* Les commentaires dans le modle sont engags avec un point d'exclamation (!) et apparaissent en vert.Mthodes de rsolution utilise par Lingo:- Dual simplexe.- Branch-and-bound.- Programmes non-linaire.- Programme quadratique.- Programme multicritre.5.5. Conclusion5.5 ConclusionCe chapitre a t consacr aux mthodes de rsolution adopts pour rsoudre notre problme, une dfnition complte des diffrentes mthodes utilises a t donn tout au long de ce chapitre, maintenant nous passons a l'implmentation de cette dernire, le dernier chapitre illustre cette implmentation et donne une description minutieuse du logiciel dvelopp ainsi que les rsultats obtenus.Chapitre 6Elaboration du logiciel:6.1 Introduction:Avant de procder a la prsentation du logiciel, une description de l'environnement de la programmation utilise s'avre ncessaire. Lors de la ralisation de cette tude, nous avons t amenes a concevoir un logiciel dans le but d'appliquer les algorithmes adapts au problme pos. La conception d'un logiciel performant est une tape trs importante et indispensable dans notre tude. L'implmentation du modle et la programmation de son systme de rsolution reprsentent une tape primordiale en Recherche Oprationnelle. La ralisation du logiciel a t faite en langage de programmation DELPHI 6.6.2 DELPHI[12]Delphi est un environnement de programmation visuel orient objet pour le dveloppement rapide d'applications. En utilisant Delphi, il est possible de crer de puissantes applications pour Microsoft Windows XP, Microsoft Windows 2000 et Microsoft Windows 98, avec un minimum de programmation. Delphi fournit tous les outils ncessaires pour dvelopper, tester et dployer des applications, notamment une importante bibliothque de composants rutilisables, une suite d'outils de conception, des modles d'applications et des fiches et des experts de programmation.Delphi permet de concevoir tout type d'application 32 bits, qu'il s'agisse d'un utilitaire de porte gnrale, d'un programme complexe de gestion de donnes ou d'une application a distribuer.Ceci explique notre choix pour l'une des versions du Delphi pour crer notre application.6.3 Presentation du logicielCette section comportera une descriptition du logiciel et des explications bien dtailles afin de permettre a l'utilisateur de connaltre les tapes a suivre pour sa manipulation.6.3.1 Description du logicielNom du logiciel: OPRG.Outil de dveloppement: Delphi6. Version du logiciel: V 1.0.6.3.2 Utilisation du logicielPour mieux se familiariser avec notre logiciel, nous avons considr utile de dcrire, dans ce qui suit les principales fonctionnalits et fiches exploites dans notre travail.Lors du lancement du logiciel, la fentre ci-dessous apparaltra. Elle contient le nom du logiciel et le titre du mmoire.

Elle comporte aussi deux boutons :*Quitter: pour quitter l'application.*Accder: en cliquant sur ce bouton, et afin de prserver l'intgrit et la confidentialit de notre logiciel, ce dernier est protg par un code d'accs, donc il sera demand a l'utilisateur d'introduire un mot de passe.

*Si le mot de passe insr est erron, en cliquant sur le boutton OK une fentre de message s'affi che > , en cliquant sur OK, vous sortirez de l'application.

*Si le mot de passe insr est correct, en cliquant sur le bouton OK une fiche de menu apparait.Presentation de la fiche menu:Une fois le mot de passe saisi, la fiche menu du logiciel apparait. Cette fiche permet d'accder a toutes les autres fiches en utilisant le menu dfilant.

Dans la barre de menu, on distingue quatre sous-menus principaux:1-Fichier: en cliquant sur Fichier, un sous-menu apparalt nous permettant de choisir les actions a effectuer: Voir Base de donnes: permet d'affi cher la base de donnes. Voir carte: permet de voir le champ Upside et notre rseau de cas d'tude. Ouvrir: permet d'ouvrir toutes les tables de la base de donnes. Quitter: nous permet de quitter l'application en un seul clic.Voir Base de donnes:en cliquant sur "voir base de donnes", la fentre cidessous apparaltra, elle comporte quatre volets: liste des puits, ajouter um puits, supprimer/modifier et emfim quitter.

Figure 6.3.1 : Base de donnesListe des puits: en cliquant sur ce sous-menu, les donnes prenregistres apparaltront et galement les actions suivantes:*Exporter sous excel: cette action sert a enregistrer la base de donnes sous un fichier excel.*Visualisation graphique: permet d'affi cher graphiquement les donnes. *Imprimer: permet d'imprimer.*Suivant: un raccourci vers "Ajouter un puits".*Retour: permet de retourner a la fiche prcedente.

Figure 6.3.2 : Liste des puits*Quitter: nous permet de quitter la fiche.Ajouter um puits: en cliquant sur ce sous-menu, la fentre ci-dessous apparaltra :

Elle comporte quatre boutons:*Inserer: nous saisissons le numro du puits, nom du puits, type du puits, abscisse du puits et ordonne du puits, en cliquant sur ce bouton le puits sera rajout.*Suivant: un raccourci vers "Supprimer un puits".*Retour: permet de retourner a la fiche prcedente.*Fermer: nous permet de quitter la fiche.Supprimer um puits: en cliquant sur ce sous-menu, la fentre ci-dessous apparaltra:

Elle comporte quatre boutons:*Visualiser: permet de voir le puits qu'on veut supprimer. *Supprimer: permet d'effacer le puits de la table.*Retour: permet de retourner a la fiche prcedente.*Fermer: nous permet de quitter la fiche.Quitter: permet de fermer le sous-menu Voir Base de donnes.2-Rsolution: en cliquant sur Rsolution, un sous-menu apparait qui nous permet de choisir les actions a effectuer:

*Excuter: en cliquant sur Excuter la forme suivante apparalt:

Dans cette forme nous avons les paramtres de rsolution a saisir afin de pouvoir excuter la mthode de rsolution nous cliquons d'abord sur le bouton "Nues Dynamiques" dans le but de rpartir les puits en 5 rgions a partir des donnes prenregistres, comme la montre la figure ci-dessous..

Nous pouvons aussi avoir une representation graphique par le biais d'un nuage de point en cliquant sur le bouton"Localisation graphique", comme le montre cette image:

Ensuite, en cliquant sur le bouton "Parcourir" ceci nous permet de gnrer le systme de contraintes directement a partir des fichiers de la base de donnes regroupant toutes les informations du systme rel, comme le montre cette image:

En cliquant sue le bouton "Affi cher le modle", le programme s'crit dans l'interface Lingo 8 de la faon montre ci dessous.

Puis en cliquant sur le bouton SOLVE, la fentre suivante apparalt avec tous les rsultats ncessaires (valeurs des variables, cot optimal, nombre d'itration, mthode utilise...).

A la fin de l'excution, les rsultats s'affi cheront comme suit:

*paramtres manifolds: chaque colonne reprsente les paramtres associs a chaque manifolds, comme le montre la fentre ci-dessous :

*Affectation des puits: chaque colonne reprsente les paramtres associs a chaque puits, comme le montre la fentre ci-dessous :

*Paramtres puits: chaque colonne reprsente les puits affects a chaque manifolds, comme le montre la fentre ci-dessous :

En cliquant sur le bouton "Visualisation graphique", la solution est reprsente graphiquement sur un plan euclidien.

3-Help: reprsente une petite description de l'application "OPRG".

Figure 6.3.3 : Help4-Internet: nous affi che un mini navigateur web.

5-A Propos: en cliquant sur A Propos , un sous-menu apparalt qui nous permet de choisir les actions a effectuer:

Application: Il fait apparaltre une fentre contenant les informations concernant ce logiciel et ses concepteurs.

Figure 6.3.4 : A propos de l'applicationPFE en pdf: Il fait apparaitre le mmoire en pdf.

Figure 6.3.5 : Memoire en pdf6.3.3 Interprtation des rsultats:Aprs avoir prsent notre logiciel, nous allons prsenter les donnes utilises de mme que les rsultats obtenus suite a leur optimisation par le logiciel OPRG.Prsentation des donnes :Ce tableau rsume les donnes de notre problme il comporte 30 puits a chaque puits on a associ son abscisse et son ordonne ainsi que le dbit du gaz dans chaque puits.PuitsX(m)Y (m)Dbit(m3/s)

OMKZ67278937235316960,1139041

OMK55BMR78763235297921,0900737

OMKZ8579120035297840,8842907

OML1679309635311661,6667107

HZOMK4278849435294331,8197923

OMLZ35179425435295701,0130094

OMLZ3679507235313310,1286296

OMKZ64378911635288481,3336394

OMLZ26279304935317160,1139041

HZOMK2178687935302550,7686001

OMK64SR78912835282791,7892419

OMKZ4578787735289591,7222371

HZOMK5078850035308850,0004561

HZOMK2379093235312501,0980127

HZOMK4378998335317180,4521998

HZOMK3178951035304051,0035011

OMK84279049135285341,6710796

HZOMKH4978815035317300,5094461

HZOMLH579267835291081,5444936

OMLZ13379248635280780,5049711

HZOML207931567931560,6136571

HZOML2379422935313630,4111693

HZOML4579333035297151,1103951

HZOMLH2279259235300810,0013505

HZOMLH1279469435302401,7843318

HZOMK4478651035321751,0036641

OMK57SR78763335321181,8620904

HZOML1979182635278950,8585074

OMKZ83179069935272351,078932

Rsultats :Aprs l'excution du logiciel OPRG, nous avons obtenu les rsultats suivants, ces valeurs sont reprsentes par le tableau suivant:1-Affectation des puits:Ce tableau reprsente les rsultats obtenus par l'algorithme des nues dynamiques, l'heuristique regroupe les puits en rgions homogenes chacune d'elle contient 5 puits.Manifolds1Manifolds2Manifolds3Manifolds4Manifolds5Manifolds6

OMK842OMK64SROMLZ36OMLZ351HZOMK44OMKZ672

OMLZ133OMKZ643HZOMLH12HZOMLH22HZOMKH49OMKZ85

HZOML19OMKZ45OML16HZOML45HZOMK50HZOMK23

OMKZ831OMK55BMRHZOML23HZOMLH5HZOMK21HZOMK43

OMKZ83HZOMK42OMLZ262HZOML20OMK57SRHZOMK31

2-Determination les diamtres des pipes:

Lingo a utilis la mthode Branch-and-bound pour rsoudre (P'); et la solution donnes par les tableaux qui suivent.2-Paramtres des manifolds:Ce tableau illustre les paramtres de chaque manifolds Manif1Manif2Manif3Manif4Manif5Manif6

Abscisses X791153,3788459,9793741,9792924,4787790,8789941,3

Ordonnes Y352764135289173531146353114635313273530831

Longueurs des pipes2805,31021,962854776,334743330,4

Diamtres des pipes666666

3-Paramtres des puits:Ce tableau illustre les paramtres de chaque puits pour chaque region:Num_puitsNom_puitsLongueur du pipe (en mtre)Diamtre du pipe (en pouce)

0HZOMLH121 407,002

1HZOMK441 536,002

2HZOMK50836,002

3OMK55BMR1 205,002

4OMKZ45584,002

5HZOMKH49540,002

6HZOMK31606,002

7HZOMK42517,002

8HZOMK231 076,002

9HZOMK43888,002

10HZOMLH121 314,002

11HZOMLH22842,002

13HZOMLH5317,002

14HZOML19719,002

15HZOML20522,002

16HZOML23533,002

17HZOML45575,002

18OMKZ6721 036,002

19OML16646,002

20OMLZ3511 355,002

21OMLZ361342,9039472

22OMKZ643660,002

23OMLZ262897,002

24OMK64SR924,002

25OMK8421 112,002

26OMLZ1331 403,002

27OMK57SR807,002

28OMKZ831609,002

29OMKZ83683,002

L'objet de notre tude consiste a optimiser le rseau d'injection du gaz lift dans la partie Nord du champ de Hassi Messaoud nomme Upside Nord afin de minimiser la perte de charge cause par les pipes.Cette optimisation nous a conduit a modliser la perte de charge a travers les pipelines dans un rseau de desserte, qui a rvl la complexit technologique du systme et de ses installations > . De ce fait l'tude de ce systme tait ncessaire pour la bonne comprhension du comportement du fluide dans une conduite circulaire.Cette tude a montr la mauvaise exploitation des installations de surface ainsi que le problme de perte de charge qui freine la production des puits.La comprhension de certains aspects techniques propres aux coulements monophasiques a t un pralable a la construction du modle. Nous avons pu apprhender ces aspects grace aux multiples entretiens que nous avons eus avec des membres du personnel de SONATRACH ainsi qu'aux recherches bibliographiques que nous avons effectues. Nous avons abouti a un modle mathmatique qui est un programme non linaire de variables bivalentes et d'autres relles positives. Nous avons choisi comme mthode de rsolution une heuristique qui est divise en deux phases :*La premire phase consiste a dterminer les emplacements des manifolds ainsi que les puits relis a chaque manifold. L'idal tant de dtecter les classes qui nous intressent et qui forme une partition, on a utilis la classification automatique et on a rajust l'algorithme des nues dynamiques de faon a satisfaire les contraintes.*La deuxime phase a pour but la dtermination des diamtres des pipes utiliss et pour la rsoudre on a utilis un solveur de rsolution des programmes non linaires tels que > .Enfin, nous avons implment cette mthode de rsolution dans le logiciel . Cette application donne des rsultats sous forme textuelle et graphique.Au terme de ce projet, et au vu des rsultats obtenus, nous estimons que l"approche que nous avons adopte, donne des rsultats trs satisfaisants.Notre projet nous a permis, d'approfondir et d'appliquer nos connaissances thoriques en programmation non linaire sur un systme rel. Nous pensons que notre tude en faisant appel a des techniques de la recherche oprationnelle a atteint son objectif.Bibliographie[1] Ait Saadi & Ait Abdeslam, Evacuation du gaz produit par la cuvette de SBAA vers Hassi R'Mel, Mmoire d'Ingnieur en Recherche Oprationnelle. USTHB, Alger 1997.[2] P. Antoine & A. Guillaume, Une utilisation de la mthode des nues dynamiques.[3] F.Beaulieu La programmation orient objet, Edition Simon & Schuster (2004).[4] S. Benaberrahmane & K. Hocine, Optimisation de l'installation des bacs de stockage de ptrole brut et condensat, Mmoire d'Ingnieur en Recherche Oprationnelle.USTHB, Alger 1997.[5] R.Comolet, Mcanique exprimentale des fluides Tome II, Masson Paris New York Barcelone.[6] S. Dejean, Introduction aux techniques de classifcation.[7] J. De Saint Palais, J.Franc,[8] G. Govaert, Classifcation binaire et moduele (dcembre 1988).[9] V.Meterveli, Mcanique des fluides,[10] J. Teghem & M.Pirlot, Optimisation approche en recherche oprationnelle, Publication Hermes Sciences.[11] La description du champ[12] MEMOIRe DE LA SONATRACH.[13] Les revues :N 31 Fevrier 2002N 45 Mars 2005N 46 Juillet 2005 N 48 Mars 2006[14]www.Sonatrach.dz.

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