CA1262483A

CA1262483A - Procede et dispositif utilise pour le pompage d'un fluide tres visqueux

Info

Publication number: CA1262483A
Application number: CA000462925A
Authority: CA
Inventors: Henri Cholet; Francois-Jean Trocqueme; Jean Garraux
Original assignee: Societe National Elf Aquitaine
Current assignee: Societe National Elf Aquitaine
Priority date: 1983-09-12
Filing date: 1984-09-11
Publication date: 1989-10-24
Also published as: FR2551804B1; IT1175714B; GB8422293D0; NO843486L; ES8603029A1; GB2187310B; GB2187310A; US4718824A; ES535836A0; JPS60156989A; GB2146462B; NL8402760A; FR2551804A1; GB2146462A; GB8705992D0; IT8422639A0

Abstract

Procédé de commande d'une pompe rotative immergée dans un fluide produit par un puits, ladite pompe étant entraînée en rotation par un moteur à vitesse variable, caractérisé en ce qu'il consiste a agir sur la vitesse de rotation dudit moteur en fonction de la différence de pression .DELTA.P qui existe entre la pression du fluide mesurée au voisinage de la pompe et la pression de production du puits, cette dernière étant donnée par la formule <IMG>. Et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.

Description

~Z~ 3 La présente invention concerne un procédé de commande d'une pompe pour le pompage d'un fluide très visqueux et/ou contenant une propor-tion notable de gaz. Elle concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé .
L'art antérieur peut être illustré par les brevets américains numéros USA 4.370.098,USA 4.284.943 et USA 4.170.438.
L'invention est plus particulièrement adaptée à la production de petrole, notamment lorsque celui-ci est très visqueu:~ oui-t contient une proportion notable de gaz. Cette proportion est le plus souvent exprimée par le rapport volumetrique gaz/liquide ou C.~ . (Gas Oil ~atio) du flui.de à pomper? mesuré dans les conditior.s de te..pérature et pression régnant au fond du puits de production.
Cette application de l'invention n'est pas limitative, ~ais sera ce-pendant plus spécialement étudiee ci-ap.es.
L'exploitation des puits peu profonds et non éruptifs peut se faire au moyen de pompes de surface telles que des pompes a tiges,ou encore au moyen de pompes immergées telles que des pompes centrifu~,es ou des pompes helicoldales du type ~loineau.
Les pompes à tiges conduisent a des installationsde surface massives et ch.eres non utilisables en zone d'environne...ent protégé.
Leur action ~Iternative est eprouvante pour les "~otcurs elec~riques d'entraînement, par ailleurs cette action alternative perturbe le gaz libre et émulsifie le fluide. Il en résulte un faible rendement, la formation de bouchons de gaz (gas loek) pouvant causer une perte de productivité.
On emploie couramment des pompes hélicoldales du t~-pe ~'oineau pour le transfert de fluides pétroliers eu surface et l'on peut songer à
placer de telles pompes au fond d'un puits pétrolier en production pour refouler le pétrole brut vers la surface.
Les avantages que peuvent apporter les pompes conçues selon le sys-te~e Moineau utilisées com~e pompes de production de pétrole sont nombreux :
- pompage de fluides très visqueux et à haute teneur en gaz, - ecoulement laminaire et stable dans la po~pe sans pulsation, le fluide n'est pas emulsionné, pas de formation de gas-loc-~, - absence de valves qui sont des points sensibles a l'usure, et a l'origine d'encrassement des pompes a tiges, - aucune difficulté de fonctionnement dans les puits fortement déviés contrairement aux pompes a tiges, - adaptation précise de la production du puits au débit de la pompe, étant donne qu'il s'agit d'une pompe volumetrique, ou le debit peut être considéré proportionnel à la vitesse de rotation, - fonctionnement a charge constante et souvcnt tres faible (pompe equilibrée), haut rendement, - construction simple et robuste, - equipemer.t de surface tres reduit, ~Z~
- maintenance nettement moins importante que pour une pompe à tiges.
Une telle pompe serait particulièrement avan~ageuse sur tous les gisements d'huile lourde et contenant du gaz, et où les débits sont inférieurs à 100/200 m3/jour.
L'objet de l'invention est de réaliser un procédé
de commande, permettant un fonctionnement automatisé et auto-adaptable, d'une pompe rotative immergée dans un fluide, notam-ment lorsqu'elle est utilisée comme pompe de fond pour la production de pétrole, ce procédé de commande permettant de maintenir une submergence dynamique constante, mais réglable, de la pompe.
Un second objet de cette invention est une instal-lation de pompage pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Selon la présente invention, il est prévu un pro-cédé de commande d'une pompe rot~ative immergée dans un fluide produit par un puits, ladite pompe étant entra;née en rotation par un moteur à vitesse variable, caractérisé en ce qu'il consiste à agir sur la vitesse de rotation dudit moteur en fonction de la différence de pression ~P qui existe entre la pression du fluide mesurée au voisinage de la pompe et la pression de production du puits, la pression de production P
du puits, étant donné par la formule :
_ PG
p dans laquelle:
PG = pression dans le gisement au repos Q = débit de la pompe en fonction de la vitesse de rotation du moteur Ip = indice de productivité du puits.
De préférence, on augmente la vitesse de rotation de la pompe quand la différence ~p est positive et on dimi-nue cette vitesse quand ladite différence est négative jusqu'à
~2~ 33 obtention d'un point dléquilibre où la différence est nulle.
De manière préférentielle, la variation de la vitesse de la pompe en fonction de la différence ~ p est linéaire.
5Dans un mode de réalisation préférentiel et de manière à rendre ce procédé auto-adaptable, on définit une valeur de consigne pour la pression du fluide au voisinage de la pompe, le procédé étant alors caractérisé en ce que, quand ledit point d'équilibre est obtenu pour une pression supérieure à ladite pression de consigne, on augmente aléatoirement la vitesse du moteur pendant un certain temps, puis on fait diminuer cette vitesse en fonction de la différence ~p jusqu'à l'obtention du point d'équilibre, et l'on réitère cette opération le nombre de fois nécessaires pour que le point d'équilibre corresponde à une pression inférieure à la valeur de consigne.
Selon la présente invention, il est également prévu un dispositif pour la commande d'une pompe rotative immergée dans un fluide produits par un puits, ladite pompe étant entrainée en rotation par un moteur à vitesse variable, comprenant:
- un capteur de pression situé sur ladite pompe, transmettant des signaux électriques de mesure jusqu'à la surface, 25- un ensemble de circuits électriques situé en surface pour le traitement d~s signaux de mesure re~us dudit capteur et la transmission ~ signaux de commande, et - un ensemble variateur de fréquence recevant lesdits signaux de commande et étant adapté à alimenter ledit moteur de fond en courant électrique dont la fréquence est proportionnelle à la tension dedits signaux de commande, la vitesse de rotation dudit moteur étant proportionnelle à
la fréquence du courant de puissance qui l'alimente, ladite vitesse de fotation dudit moteur étant ainsi réglé en - 4a -~ne fonction ~ difEérence de pression ~ p qui existe entre ~n~
-~a-pression du fluide mesurée au voisinage de la pompe et pression de production du puits, la pression de production P
du puits, étan-t donnée par la formule:
P PG
Ip dans laquelle:
PG = pression dans le gisement au repos Q = débit de la pompe en fonction de la vitesse de rotation du moteur s Ip = indice de productivité du puits.
L'invention sera mieux comprise a ]a lecture de la description suivante d'un mode de réalisation, description faite d'une manière nullement limitative en référence aux dessins annexés dans lesquels: .
/

2~33 - la fibure I illustre un Oroupe utilisable pour la prGduction de pétrGle, co.stitué d'unL pompe héllcoldale et d'un moteur électri-que d'entraînement, - la fi~ure 2 montre le stator de cette pom~e, gar.~i d'élastomère, - la figure 3 représente schématiquement une pompe formee de deux éléments de pompage de type hélicoldal 7 associés en parallèle, - la figure 4 illustre schématiquement un embrayage à crabots situé
entre la pompe et son moteur d'entralnement, - la figure 5 représente schématiquement le disposiLif selon l'in-vention placé dans un puits de pétrole en production, et - la figure 6 est un diagramme illustrant le fonctionneD~ent du ~is-positif.
Le groupe moto-pompe immergé utilisé dans le dispositi~ selon l'in-vention comprend de haut en bas (Figure 1) :
- une partie hydraulique 1, ou pompe proprement dite, formee des éléments la et Ib associés en paralltle, - un moteur électrique async;.rone ~ avec sa reserve ~ u ie et son systeme de compensation.
La pompe proprement dite se compose essentielle.,.ent :
- d'un rotor 3a et 3b formé d'une vis externe en hélice de s~ction circulaire fabriquee nvec précision aans un acier e !laute resis-tance, - d'un s~ator 4a et 4b constitue d'une double 'n~lice interne en acier moulé ou usine avec precision et revêtu intérieurement G 'un elastomère 5 ayant des caracteristiques de haute résistance a l'usure nécanique et à l'agressivité des fluides petroliers.
- ~ -~e rotor tournant à l'in~erieur du stator engendre des cavités qui res-tent de la ~nême forme, lorsqu'elles progressent de l'admission vers le refoulement. Il agit, en quelque sorte, comme un convoyeur 3 vis. L'étan-cheite obtenue en~re rotor et stator permet de conssrver en volume le fluide s'elevant dans la pompe, à la manière d'une pompe a ti~e qui se-rait continuellement en position ascendante.
Par ce principe, il est obtenu une pompe :
- reversible auto-amorçante, - sans clapet, - à debit uniforme sans pulsation, ni à-coups d'aucune sorte, - capable de vehiculer sans deterioration des produits très divers des plus fluides aux plus pâteux.
La figure 1 donne un schema de la pompe.
La figure 2 represente en coupe Ul stator 4 dont la paroi interne est re-vêtue d'une epaisseur optimisee d'elastomère 5. Cette conception permet :
- une meilleure dissipation de la temperature à travers le stator, - une rigidite et une indeformabilite du profil, - un meilleur rendement volum~trique, - un gonflement minimise de l'elastomère.
Le rotor subit un traitement special de metallisation de ~anière à :
- minimiser l'abrasion engendree par le transport de fluides charge~ de particules solidefi, et - diminuer le coefficient de frottement rotor/stator.
.~
~2~
L'axe ou rotor excentré par rapport a celui de la pom~e, le rotor est relie a l'arbre du motor par un accouplement constitué en géné-ral d'une bielle 6 et de cardans 7.
La partie hydraulique de la po~pe se compose essentiellement du rotor et du stator, avec admission à la base de la pompe et re~ou-lement en tête dans une colonne ou tubing de production.
Une des particularites d'une telle pompe est d'engendrer des sur-pressions elevées sous une faible longueur du corps de po~pe, Par exemple, une surpression de 120 bars est obtenue avec un ensemble rotor/stator de 1,20m de long, Les corps de pompe 8 peuvent être conçus avec un rotor/stator de longueur double, ou deux ensembles rotor/stator montés en serie.
Dans ce cas, la surpression apportée sera doublee (240 bars &ans l'exemple indique), pour un même debit.
La pompe peut être egalement conçue avec deux ense~bles rotor/sta~or montés l'un au-dessus de l'autre (Figure 3) ayant des pas Opposes et reliés par accouplements d'excentrement 9.
Dans ce cas, l'admission s'effectue par des oriiices 10a, 10b placés aux deux extrémités et le refoulement par un orilice 11 situé au centre de la pompe des canaux 1' a~ellagés entre I~ stator supérieur 4b et le corps permettent le transfert du llUide vers la colonne ou tubing de production 13 à travers un tube ~erfore 1~ empechant les deblais de tomber dans la pompe.
Les deux couples rotor/st~tor 3~, 'a et 3b, 4b sont de pas opposés (gauche et droite) dans l'exempIe illustre par Ia ii~ure 3.
Une soupape de sécurit? 1~ plac~e ~n tete de la po~pe 1 permet :
- la vidange et le renplissa~e ~e la colonne de production 13 lors des remontées et descent-s ~1e Ia pompe.
~62~33 Z
- une protection contre les surcharges, - le renvoi de l'effluent pompé dans le pu~ts de production en cas d'af-flux insuffisant ou de G.O.R. trop élevé.
L'ensemble formé par l~s rotors et leurs organes d'accouplement est sup-porté par 1~ corps de pompe 8 par l'intermédiaire d'un système de butées 16, Selon un mode avantageux de réalisation, le moteur electrique 2 destiné
- à l'entrainement de la pompe est un moteur rempli d'huile, triphasique, asynchrone à cage d'écureuil.
Les moteurs existants actuels sont quadripolaires, leur vitesse de rota-tion etant de 1 500 t/min lorsqu'ils sont alimentés en courant électrique alternatif de fréquence 50 Hz.
On peut envisager de réaliser des moteurs 6 pôles.
Dans le cas d'un moteur fonctionnant au fond d'un puits pétrolier en pro-duction, il sera placé en équi-pression avec le fluide du puits. Ce main-tien en equi-pression peut ê~re obtenu par deux eléments (Figure 1) :
- un protecteur 17 place entre la pompe 1 et le moteur electrique 2, - un compensateur 13 raccorde à la partie inférieure du mo~eur électrique 2.
Le protecteur 17 évite la venue dans le moteur de l'effluent pompé. On établit uneinterface de fluide propre entre la pompe et le moteur. Le fluide propre est toujours maintenu à la pression de l'effluent à l'aide d'un dispositif à diaphra~ne. Ce dispositiE permet aussi de compenser les éventuelles pertes de fluide propre qui peuvent se produire, il est actionné par l'huile du moteur qui est elle-même maintenue à la pression de l'effluent dans le puits par l'intermediaLre du compensateur 18.
- o -On utilise avantageusement un embrayage a crabot~ 19 ~Figure ~) qui per-met de ~aire démarrar la pompe 1 pour le couple maxima du moteur 2. La force centrifuge ecarte cle llarbre Inoteur 20 les deux crabots 21, 22 contre l'action du ressort de rappel 23. Les crabots s~enclenchent alors S contre deux ~aces planes 21a et 22a respect.ivement de l'arbre 2~ de la pompe 1.
La figure 5 représente schématiquement l'ensemble du dispositi~ selon : l'invention, le groupe constitué par la pompe I et son moteur d'entrai-nement 2 étant placé dans un puits de petrole 25, à la partie inférieure de la colonne ou tubing de production 13 a travers laquelle s'écoule le pétrole refoulé par la pompe 1.
Le moteur électrique 2 est alimenté en énergie électrique a partir d'un transformateur 26 situé en surface, par l'intermédiaire d'un câble élec-trique de puissance 27 dont l'extrémité inférieure 27a raccordée au mo-teur 2 est visible sur la figure 1.
Au sommet de la pompe hélicoïdale 1 est fixé un capteur de pression et de température 28 qui transmet des signaux électriques de mesure jusqu'à
la surface, par l'intermédiaire d'un câble électrique 29 de transmission d'informations. Le câble 29 est connecté en surface a des circuits de traitement du signal de mesure ou microprocesseur 30, ces circuits étant reliés électriquement a un tableau de co~mande 31.
Le capteur de yression et température 28 est, par exemple, un capteur a : jauges de contraintes a haute résolution associe a des circuits électro-niques de fond permettant de délivrer des signaux représentatifs de la pression mesurée dans l'espace annulaire au niveau du ~capteur, cette pres-sion étant en relation directe avec la pression d'aspiration de la pompe 1 (elle ne diffère de cette pression d'aspiration que par une constante).
Les circuits électroniques de fond connectés au capteur 28 sont egalement adaptés à délivrer des signaux représentatifs de la temyerature à laquel-le est soumise le capteur.
-- lC
Les slgnaux électeiques représentant respectivem2nt la pression et la température pourront, par exemple, être transmis en sur~ace par l'inter-médiaire du cable 29 par modulation de fréquence d'une oscillation por-teuse, les informations correspondant respectivement a la pression et à
la température étant, yar exemple, transmises alternatlvement sous la forme de signaux de polarités opposées, ce qui permet de les distinguer nettement en surface.
Le câble 29 peut être utilisé non seulement pour la remontee des infor-mations émanant du capteur 28, mais également pour l'alimentation des circuits électroniques de fond auxquels est associé ce capteur.
Le microprocesseur 30 transmet des signaux de co~nande u, par l'inter-mediaire du câble 32, à un ensemble variateur de Eréquence 33 qui est alimente en courant triphasé par le cable 34 connecte au réseau electri-que de fréquence fixe (50 ou 60 ~z par exemple).
L'ensemble variateur de fréquence 33 comporte un organe regulateur 35 du type onduleur connecté au transformateur 26 qui alimente le ;noteur elec-trique de fond 2 en courant électrique triphasé de rréquence ajustuble,par l'intermediaire du câble de puissance 27.
Les signaux delivres par le capteur de pression et de température 28 et remontés en surface par le câble conducteur 2~ sont traités par le micro-processeur 30 qui délivre au variateur de fréquence 33, à partir de cessignaux de mesure et de valeurs de consigne, un ~ignal de co~nande u dont l'intensité peut, par exemple, varler entre 0 et 10 volts.
Le variateur de fréquence 33 est adapté à alinenter le moteur de fond 2 en courant electrique dont la frequence est proportionnelle 'a la tension de commande u et la vitesse de rotation du moteur 2 croît proportionnel-lement à la fréquence du courant de puissance qui l'alimente.
Le microprocesseur 30 comprend des circuits pour memoriser une valeur de consiOne PC de la pression au niveau du capteur 73, cette valeur cvrres-pondant all niveau de sublnergence désire pour la pOmp2 I dans le puits et -- 1 ].
des circui-ts d'asservissement comparant à cette pression de consigne la pression réelle PK mesurée dans le puits par le capteur 28 et transmise au microprocesseur 30 par le câble 29 (cette pression est corrigée pour tenir compte de la valeur de la température au niveau du capteur 28 et le microprocesseur 30 peut indiquer la valeur de cette tempéra-ture).
Le microprocesseur 30 comporte des circuits d'éla-boration d'un signal de commande u qui sont reliés au capteur 28 et au variateur de fréquence .33.
Si la comparaison des valeurs PK et PC par le microprocesseur indique que le niveau du liquide dans l'espace annulaire du puits 25 devient plus élevé que le niveau de submergence désiré pour la pompe, le microproces-seur 30 est adapté à délivrer au variateur de fréquence 33,par l'intermédiaire du câble 32, une tension de valeur plus élevée, ce qui augmente la fréquence du courant de puissance alimentant le moteur 2 et accroît par suite la vitesse de rotation du groupe moteur 2-pompe 1. Inversement, si le niveau de liquide dans le puits devient inférieur à celui correspondant à la valeur de la pression de consigne Pc~ le microprocesseur 30 commande à l'onduleur 35 de délivrer au câble de puissance 27 un courant électrique de fréquence plus faible, ce qui diminue la vitesse de rotation de la pompe 1.
La régulation maintient la valeur de la pression mesurée en 28 entre la valeur PC et une valeur PAlarme légèrement inférieure.
Le dispositif comporte ainsi des moyens 30, 32, 33 d'asservissement de la vitesse de rotation du moteur 2 par régulation de la fréquence du courant électrique de puissance alimentant ce moteur.
La pompe 1 étant volumétrique, son débit est ainsi sensiblement proportionnel à la valeur de la tension de , ~ ~iZ~
- lla -commende u et ce débit peut 8tre automa~iquement asservi au débit de production du puits.
Afin de protéyer des surintensités de démarrage l'onduleur 35 du variateur de fréquence 33, le dispositif sel.on l'invention comporte des moyens /
~; ~
~iZ~3 de deri.vation electrique pennettant cle shunter l'onduleur 35 au demarrage et d'alimenter le moteur 2 directement en courant électrigue triphasé
fourni en 34 par le secteur.
Dans ces conditions, le démarrage de la pompe 1 s'effectue a sa vitesse maximale VMax correspondant à son débit maximum.
Dans l'hypothèse où le di~ensionnement de la pompe est correct, le niveau de liquide dans le puits commence donc par décroltre à partir d'un niveau initial auquel correspond la valeur PO de la pression mesurée par le cap-teur 28, a~ant la mise en service de la regulation du microprocesseur 30, cette mise en service intervenant lorsque le niveau de liquide dans le puits est inferieur à une valeur correspondant à une valeur Pa de la pres-sion mesurée par le capteur 28, cette valeur, dite "pressio~ d'approche", etant mise en memoire dans le microprocesseur 30. Les valeurs Pc~ PC Ma PK, PA, ainsi que les autres valeurs de la pression définies ci-dessous, peuvent être lues sur le tableau de commande 31.
On se réferera ci-après au graphique de la figure 6 sur lequel on lit en abscisses le débit de la pompe 1 qui peut varier entre la valeur Q i correspondant à sa vitesse de rotation minimum V i et la valeur (~
correspondant à la vitesse de rotation maximum V~la de cette pompe. On a porte en ordonnée sur ce graphique la valeur P de la pression mesuree au niveau du capteur 28, cette valeur étant liée à la hauteur de liquide au-dessus du niveau de ce capteur.
T.a caractéristique de debit d'un puits en production est :
(1) Ql = Ip ~PC ~ P), où
Q1 est le debit du puits Ip est l'indice de productivite du puieS (cet indice varie peu au cours du temps et on admet ~lu'il est constant pendant la dur~e de vie d'une pompe) G est la pression dans le gisement au rcpos et P est la pression r~gnallt dans le puits au niveau de la couche geologique exploitée (P = PK + pgh~ sL P est la pression mesuree ~2~

par le capteur 28 situé a uae hauteur h au-dessus de la couche et p la masse spécifique du fluide dans le puits, g étant l'accéléra-tion de la pesanteur).
La pompe 1 étant volumétrique, sa caractéristique est :
(2) Q2 = kV~ où
Q2 ést le débit de 1& po~pe V sa vitesse de rotation et k est le coefficient de proportionnalité.
Le niveau dans le puits est stable si les valeurs de Ql et Q2 donnees par les relations (1) et (2) ci-dessus sont égales, c'est-à-dire si kV
P PG Ip Le niveau de submergence de la pompe par le liquide emplissant l'espace annulaire du puits est donc directement lié à la vitesse de rotation V
de la pompe 1 et peut être maintenu constant à la valeur désiree, malgre d'eventuelles variations de PG, k et Ip.
Cependant, pour une bonne utilisation de la pompe 1, sa vitesse de rota-tion V est limitée par les deux valeurs V . et V
mln 'lax Deux autres valeurs de pression sont memorisees dans le microprocesseur 30, en particulier :
- P alarme : pression en dessous de laquelle on déclenche une alarme (baisse de niveau trop importante dans le puits), - P stop : pression à laquelle le microprocesseur commande l'arret de la pompe.
' Les niveaux respectifs correspondant aux clifferentes valeurs de pression definies ci-dessus sont indiques sur le schema de la figure 5.
;

Sur le graphique de la figure 6, la courbe ~, sensiblement rectiligne, est la courbe de production caractéristique du puits définie sensiblement par la relation kV Q
G Ip G Ip Le microprocesseur 30 est adapté a commander le fonctionnement de la po~n-pe de la manière suivante (Figure 6) :

Démarrage de la pompe à vitesse maximum, donc à débit maximum par conne-xion du câble de puissance 27 directement au réseau 34.
Le niveau de liquide dans le puits s'abaisse et la presslan PX mesurée par le capteur 28 diminue jusqu'à PA.
On decrit le segment 0 - A sur le graphique de la figure 6.
Lorsque la pression PA est atteinte, le microprocesseur 30 commande le passage à la phase de fonctionnement suivante.

Le microprocesseur 30 determine la droite ~ Joignant le point de coordon-nees (Q = 0 ; P = P stop) au point A, puis il commande par l'intermédi-aire du signal u appliqué au variateur de frequence 33 la decroissance de la vitesse de rotation de la pomye, de façon à déplacer suivant A le point de fonctionnement (Figure 6). On atteint ainsi le point de fonction-nement stable B situé sur la courbe rOu le débit de la pompe est égaleau débit du puits. Cette phase se déroule par pas successifs et necessite l'élaboration d'un critere de stabilité.
P~lASE 3 Le point B n'est pas dans la zone voulue entre P et P . Le C Alarme microprocesseur augmente la valeur de la vitesse de rotation de la pompe d'une quantité donnée et définie par avance (par exemple 200 t/mn). De même que dans la phase 2 précédente, le microproces-seur commande la décroissance de la vitesse de rotation de la pompe de manière à déplacer suivant la nouvelle droite de vitesse ~ le point de fonctionnement. On atteint ainsi un point d'équilibre C et l'on réitère les phases B et C (points D, E...F) jusqu'a obtenir un point de fonctionnement stable F dans l'intervalle compris entre PC
et PAlarme Lorsque les caractéristiques de production varient (colmatage7 usure de la pompe...) la pression PK peut sortir de la zone Pc~ PAlar La régulation reprend alors son rôle afin de trouver un nouveau point de fonctionnement stable dans l'intervalle(Pc, PAlar ).
Dans le node de réalisation décrit, la pompe utilisée etait une pompe hélicoldale volumétrique dont on pouvait considérer le débit comme proportionnel a la vitesse de rotation. L'invention est ce-pendant applicable a tout type de pompe dont le débit ne serait pas proportionnel a la vitesse. Il suffit alors de considérer que les droites de vitesse ~ et ~'... sont remplacées par des courbes donnant le débit en fonction de la vitesse de rotation au MOteur.

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet des-quelles un droit exclusif de propriété ou de privilege est revendiqué, sont définies comme i]. suit:

1.- Procédé de commande d'une pompe rotative immergée dans un fluide produit par un puits, ladite pompe étant entraînée en rotation par un moteur à vitesse variable, caractérisé en ce qu'il consiste à agir sur la vitesse de rotation dudit moteur en fonction d'une différence de pression .DELTA.P qui existe entre une pression du fluide mesurée au voisinage de la pompe et une pression de production du puits,la pression de production P du puits, étant donnée par la formule :
dans laquelle :
PG =pression dans le gisement au repos Q = débit de la pompe en fonction de la vitesse de rotation du moteur Ip = indice de productivité du puits .

2.- Procédé de commande d'une pompe selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à augmenter la vitesse de rotation de la pompe quand la différence .DELTA.p est positive et à diminuer cette vitesse quand ladite différence est négative jusqu'a obtention d'un point d'équilibre où la différence est nulle .

3.- Procédé selon la revendication 2,caractérisé en ce que la variation de la vitesse de la pompe en fonction de la différence .DELTA.p est sensiblement linéaire .

4. Procédé selon la revendication 2, selon lequel on définit une valeur de consigne pour la pression du fluide au voisinage de la pompe, caractérisé en ce que, quand ledit point d'équilibre est obtenu pour une pression supérieure à
ladite pression de consigne, on augmente la vitesse du moteur pendant un certain temps, puis on fait diminuer cette vitesse en fonction de la différence .DELTA.P jusqu'à l'obtention du point d'équilibre, et l'on réitère cette opération le nombre de fois nécessaires pour que le point d'équilibre corresponde à une pression inférieure à la valeur de consigne.

5. Dispositif pour la commande d'une pompe rotative immergée dans un fluide produits par un puits, ladite pompe étant entraînée en rotation par un moteur a vitesse variable, comprenant:
- un capteur de pression situé sur ladite pompe, transmettant des signaux électriques de mesure jusqu'à la surface, - un ensemble de circuits électriques situé en surface pour le traitement des signaux de mesure reçus dudit capteur et la transmission de signaux de commande, et - un ensemble variateur de fréquence recevant lesdits signaux de commande et étant adapté à alimenter ledit moteur de fond en courant électrique dont la fréquence est proportionnelle à la tension dedits signaux de commande, la vitesse de rotation dudit moteur étant proportionnelle à
la fréquence du courant de puissance qui l'alimente, ladite vitesse de rotation dudit moteur étant ainsi réglé en fonction d'une différence de pression .DELTA.P qui existe entre pression du fluide mesurée au voisinage de la pompe et une pression de production du puits, la pression de production P
du puits, étant donnée par la formule:

dans laquelle:
PG = pression dans le gisement au repos Q = débit de la pompe en fonction de la vitesse de rotation du moteur Ip = indice de productivité du puits.

6. Dispositif selon la revendication 5, qui comprend en outre:
- un transformateur situé en surface et alimentant ledit moteur en énergie électrique, - ledit ensemble variateur de fréquence comportant un organe régulateur connecté audit transformateur, - ledit ensemble de circuits électriques compre-nant des circuits pour mémoriser une valeur de consigne Pc de la pression au niveau dudit capteur, cette valeur correspondant au niveau de submergence désiré pour la pompe dans le puits, et des circuits d'asservissement comparant à
cette pression de consigne la pression réelle Pk mesurée dans le puits par ledit capteur et transmise audit ensemble de circuits électriques ou microprocesseur, cette pression étant corrigée pour tenir compte de la valeur de la température au niveau dudit capteur, le microprocesseur étant apte à indiquer la valeur de cette température.

7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel ledit microprocesseur comporte des circuits d'élaboration desdits signaux de commande, ces circuits étant reliés audit capteur et audit variateur de fréquence.

8. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel ladite pompe est une pompe hélicoidale volumétrique, son débit étant ainsi proportionnel à la valeur desdits signaux de commande, et ce débit pouvant être automatiquement asservi au débit de production du puits.

9. Dispositif selon la revendication 8, qui pour protéger des surintensités de démarrage de l'organe régulateur, qui est du type onduleur, comprend en outre des moyens de dérivation électrique permettant de shunter ledit organe régulateur au démarrage et d'alimenter ledit moteur directement en courant électrique triphasé fourni audit ensemble de circuits électrique par le secteur.

10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel ledit moteur fonctionnant au fond d'un puits pétrolier en production, est placé en équi-pression avec le fluide du puits, au moyen:
- d'un protecteur placé entre la pompe et le moteur, et - un compensateur raccordé à la partie inférieure dudit moteur.

11. Dispositif selon la revendication 10, comprenant en outre:
- une soupape de sécurité placée en tête de la pompe, et - un embrayage à crabots permettant de faire démarrer la pompe pour un couple maxima du moteur, une force centrifuge écartant de l'arbre moteur deux crabots contre l'action d'un ressort de rappel, lesdits crabots s'enclenchant contre deux faces planes respectivement de l'arbre de ladite pompe.

12. Dispositif selon la revendication 5, qui comprend en outre des moyens pour mesurer la température au niveau dudit capteur.

13. Dispositif suivant la revendication 5, dans lequel ledit ensemble de circuits électriques comporte des circuits de mémorisation d'une pression de consigne représentative d'un niveau de submergence dynamique (PC) fixé pour la pompe et des moyens d'asservissement de la vitesse de rotation du moteur d'entraînement de la pompe par régulation de la fréquence du courant alimentant ledit moteur d'entraînement.

14. Dispositif suivant la revendication 12, dans lequel ledit ensemble de circuits électriques comporte des circuits de mémorisation d'une pression de consigne représentative d'un niveau de submergence dynamique (PC) fixé pour la pompe et des moyens d'asservissement de la vitesse de rotation du moteur d'entraînement de la pompe par régulation de la fréquence du courant alimentant ledit moteur d'entraînement.

15. Dispositif suivant la revendication 14, dans lequel ledit ensemble de circuits électriques comporte des circuits d'élaboration d'un signal de commande (u) qui sont reliés audit capteur de pression et audit ensemble variateur de fréquence comportant un organe régulateur délivrant audit moteur d'entraînement un courant électrique de puissance dont la fréquence est fonction de la valeur dudit signal de commande (u).

16. Dispositif selon la revendication 15, dans lequel ledit ensemble de circuits électriques est adapté à
mettre temporairement hors-circuit au démarrage ledit organe régulateur en déclenchant l'alimentation du moteur d'entraînement en courant électrique dont la fréquence correspond sensiblement à la vitesse de rotation maximale de la pompe et comporte des circuits de mémorisation d'une valeur-seuil, ou d'approche (PA), de la pression mesurée par le capteur, tels qu'une baisse de la pression au-dessous de cette valeur-seuil (PA) déclenche la mise en service dudit organe régulateur.