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L'invention concerne un dispositif de pompage d'un fLuide po~yphasique notamment adapte à la production d'hydrocarbures en milieu ou l'intervention humaine est diffici~e, si ce n'est impossib~e, et qui necessite, entre autre, une 8rande tiabilité du materiel.
s L'invention s'applique, en particulier, à ~a production d'hydrocarbures à partir d'au moins une tête de puits immerge équipant un g;sement, tel un gisement situe au large des côtes, ces hydrocarbures comprenant un me~ange po~yphasique, generalement 1û gaz-liqu;de hydrocarbone-eau, sous pression.
L'invention s'applique, en outre, en particulier, a ~a production d'hydrocarbures à partir d'au moins une tête de pu;ts d;sposee dans un env;ronnement difficile d'accès, te~ ~a forêt vierge.
Le dispositif selon l'invention permet notamment ~e pompage d'une phase ~iquide et d'une phase ga~euse dans une conduite unique et évite de ce falt ~'usage d'un separateur de phase et de deux conduites separées pour ~'acheminement des fluides pompes separement.
ZO
Le dispositif se~on ~'invention est en outre adapte au pompage d'un f~uide po~yphasique comportant une phase solide dispersée, te~le que du sable ou des debr;s de roche. - 13381i9S
The invention relates to a pumping device of a po ~ yphasic fLuide especially suitable for the production of hydrocarbons in the environment or human intervention is difficult, if not impossible, and which requires, among other things, a high reliability of the material.
s The invention applies, in particular, to ~ a production of hydrocarbons from at least one submerged well head fitted a deposit, such as a deposit located offshore, these hydrocarbons comprising a me ~ angel po ~ yphasic, generally 1û gas-liqu; hydrocarbon-water, under pressure.
The invention also applies, in particular, to production of hydrocarbons from at least one head of pu; ts d; sposee in a environment difficult to access, te ~ ~ a virgin forest.
The device according to the invention allows in particular ~ e pumping of a ~ liquid phase and a ga ~ ous phase in a single pipe and avoids of this falt ~ 'use of a phase separator and two pipes separated for ~ 'routing of pump fluids separately.
ZO
The device is ~ on ~ the invention is further adapted to the pumping of a f ~ uide po ~ yphasique having a dispersed solid phase, te ~ le que sand or rock debr; s.
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Il est connu d'utiliser des pompes-compresseur polyphasi-ques tournantes, mais leur coût e6t très élevé et leur rendement modéré notamment en raison des pertes par f rottements importants, ces pertes étant entre autres liées à la grande vitesse de rotation et aux volumes pompés .
~e dispositif selon la présente invention permet de pomper des f luides polyp~lasiques tout en conservant un bon lo rendement.
Selon la présente invention, il est prévu un dispositif de pompage de f luide polyphasique, comprenant une conduite d'alimentation du fluide à pomper et une conduite de refoulement du fluide pompé, au moins une chambre à volume variable adaptée à pomper ledit fluide, ladite c~lambre étant définie par une culasse, un cylindre et un piston, le piston se déplaçant selon 1 'axe longitudinal du cylindre dans ledit cylindre, ledit piston comportant un 20 logement débouchant sur une partie supérieure du piston, ladite culasse comportant une saillie pénétrant dans ledit logement lorsque ledit piston se rapproche de ladite culasse, ladite chambre comportant au moins un orifice d'alimentation du fluidel ledit piston et ladite culasse ont des formes complémentaires coopérant ensemble pour produire un jet de fluide dirigé vers au moins un orifice d'échappement dudit fluide polyphasique, ladite saillie ayant une forme évasée sur une partie substantielle de sa hauteur, la section la plus grande de ladite partie étant 30 située du cBté de ladite culasse.
De préférence, l'orifice d'alimentation du fluide est disposée à un sommet de ladi~e saillie, et ledit logement et ladite saillie sont disposés au voisinage de 1 'axe dudit cylindre.
,~
13386g5 Le logement et la saillie peuvent avoir des formes tronconiques sensiblement complémentaires, et la culasse peut comprendre au moins deux orifices d'échappement disposés à des distances sensiblement égales à l'axe dudit cylindre .
Le dispositif peut comprendre un premier organe moteur adapté à déplacer ledit piston dans ledit cylindre, et le premier organe moteur peut être un premier vérin lo hydraulique.
De préférence, le dispositif comprend un carter enveloppant au moins l'espace balayé par le piston, ledit espace étant opposé par rapport audit piston à ladite chambre, et ledit carter contenant un f luide gazeux .
Dans un mode de réalisation préférentiel, le dispositif comprend une deuxième chambre à volume variab~e adapté à
pomper ledit fluide, ladite deuxième chambre étant définie 20 par une deuxième culasse, un deuxième cylindre et un deuxième piston, ledit deuxième piston se déplaçant selon l'axe longitudinal dudit deuxième cylindre dans ledit deuxième cylindre, ledit carter enveloppant en outre l'e6pace balayé par ledit deuxième piston, le deuxième espace étant opposé par rapport audit deuxième piston à
ladite deuxième chambre, les déplacements d'au moins lesdits premier et deuxième pistons étant adaptés pour que la pression dudit fluide dans ledit carter soit sensiblement constante.
Le dispositif peut comprendre en outre un deuxième vérin hydraulique, ledit premier vérin étant solidarisé avec ledit premier piston, ledit deuxième vérin étant solidarisé avec ledit deuxième piston, le dispositif com-~ 133~95 portant des moyens de commande du premier et du deuxièmvérin adaptés à réduire le volume de la première chambre tout en augmentant le volume de la deuxième chambre et adaptés à réduire le volume de la deuxieme chambre tout en augmentant le volume de la première chambre et cela alternativement .
Dans un mode de réalisation préférentiel les moyens de commande déclenchent l'augmentation du volume d'une des 10 deux chambres seulement si 1 'autre des deux chambres a atteint son volume maximum, lesdits moyens de commande déclenchant une réduction du volume d'une c~lambre seulement si l'autre des deux chambres a atteint son volume maximum.
Le dispositif peut également comprendre un générateur haute pression débitant un fluide hydraulique sous haute pression et un générateur basse pression débitant un fluide hydraulique sous une pression inférieure à ladite 20 haute pression, ledit générateur haute pression alimentant chacun desdits vérins lorsqu'ils produisent une réduction du volume de leur chambre associée, ledit générateur basse pression alimentant chacun desdits vérins lorsqu'ils produisent une augmentation de leur chambre associée De préférence, le carter est clos et communique seulement avec ladite conduite d'aspiration ou ladite conduite de refoulement .
30 Le premier ou le deuxième peut comprendre un corps, qui est au moins partiellement à 1 'extérieur du carter .
Le dispositif peut comprendre plusieurs chambres de pompage qui sont en nombre pair.
De préférence, le carter est étanche.
- 4a - 1338~
De préférence, les déplacements d'au moins le premier et deuxième pistons sont adaptés pour que la pression dudit f luide dans ledit carter soit sensiblement constante .
Le dispositif précédent pourra être avantageusement appliqué au pompage d'effluents pétroliers, et notamment à la pLoduction aquatique de ces effluents, telle la production marine, le dispositif étant situé au foi~d d'un milieu aqueux ainsi qu'à la production terrestre en milieu hostile.
Selon la présente invention, il est également prévu un dispositif de pompage d'un fluide polyphasique, caractérisé en ce qu ' il comporte en combinaison une conduite d'alimentation du fluide à pomper et une conduite de refoulement du fluide pompé, au moins une première c~lambre à volume variable adaptée à pomper ledit Eluide, ladite chambre étant définie par une première culasse, un premier cylindre et un premier piston, le piston se déplaçant selon 1 'axe longitudinal du cylindre dans ledit cylindre, en ce qu'il comporte au moins un premier organe moteur adapté à déplacer ledit piston dans ledit cylindre, et en ce qu ' il comporte en outre un carter enveloppant au moins l'espace balayé par le piston, ledit espace étant opposé par rapport audit piston à ladite première chambre et en ce que ledit carter contient un fluide gazeux.
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description d'un exemple de réalisation non limitati~ -illustré par les dessins annexés, parmi lesquels: --~ ~ ~ .
.~
- S - i338~B~
- ~a figure 1 montre une vue partielle en coupe du dispositif de pompage seLon L'invention, - la figure 2 montre une vue d'ensembLe en coupe d'un dispositif comportant quatre eléments de pompage et dispose dans un moduLe de pompage notamment adapte à ~a production sous-marine, et - la figure 3 schematise la commande hydrauLique de deux verins du dispositif de pompage.
Sur La figure 1, la reference 1 désigne dans son ensemb~e un premier e~ement de pompage du dispositif selon l'invention, La reference 1a étant relative à un deuxieme élément de pompage de ce même dispositif i dent i que au p remi e r e lé ment .
Cet élement de pompage 1 comporte une chambre 2 délimitée par une cuLasse 3, un cylindre 4 et un piston 5. Le piston 5 coulisse dans Le cy~indre 4 au moyen d'un verin 6 accoup~é par la tige 7 du verin 6 et un axe 8 Le piston comporte des moyens d'etanchéite 9, tels des segments ou tels des jo~nts à levres utilises par exemple sur les pistons de pompe a boue, qui coopere avec ~e cyLindre 4 pour assurer La compression du f~uide La cu~asse 3 comporte une sail~ie 10 situee sur L'axe du cyLindre de forme tronconique evasée a sa base 10a, et un orifice d'a~imentation 11 en fLuide a son sommet 10b. L'orifice d'a~imentation 11 comporte un siège qui est obturé par une soupape 12 au cours de La phase de rempLissage de ~a chambre 2 de manière a y laisser penêtrer Le fluide provenant du conduit d'alimentation 13.
Le fluide penetre dans la chambre du fait de ~a différence des forces de pressions existantes de part et d'autre de la soupape 12 et qui est suffisante pour s'opposer au moyen de rappel 14 de la soupape 12 Le f luide, qui est compresse par diminution du volume de la chambre Z, s'echaPpe de la chambre 2 au travers de quatre orifices d'évacuation 15 pourvus de clapets anti-retour 16 comportant des soupapes 17 , .
` 13396~5 cooperant avec des sièges solidaires de la culasse et des ressorts 18 assurant l'obturation des orifices d'evaGuation au cours de la phase d'alimentation de ~a chambre 2. Les orifices d'evacuation 15 sont relies a une conduite d'evacuation 19.
s Au cours de La reduct;on du vo~ume de ~a chambre 2 ~a sail~ie 10 penetre dans ~e ~ogement Z0 du piston de manière a produire un jet de f~uide dirigé vers Les orifices d'evacuation 15. Les formes sensiblement complementaires et tronconiques du logement 20 et de la 10 saillie 10 permettent la production d'un jet a haute vitesse sur ~es parois du logement 20 du piston 5 de la culasse 3 (notamment de sa saillie 10) et du cylindre 4 de maniere 3 faciliter l'evacuation du fluide et le nettoyage des dépots qui s'y incrusteraient faute de cette disposition avantageuse. La disposition centrale de la saillie 15 10 et du logement 20 permet en outre une repartition du fluide dès son introduction dans ~a chambre favorable a sa compression.
Le vérin 6 est relié au travers de deux orifices 21 et 2Z 3 des génerateurs hydrauliques adaptes à produire les mouvements du vérin et Z0 les variations de volume de la chambre Z.
L'élement 1 du dispositif de pompage comporte en outre un carter designé Z3 dans son ensemble qui enveloppe l'espace balaye par le piston 5 et oppose par rapport au piston 5 3 la chambre Z ainsi que Z5 L'espace ~ibre entre ~e piston et ~e corps ou partie fixe du verin 6.
Ce carter 23 communique avec ~e carter homo~ogue 23a de ~'element de pompage 1a. Les carters Z3 Z3a... des elements contiennent du fluide gazeux dont la pression est notamment adaptée à reduire voire annuler 3û ~es fuites de flu;de po~yphasique entre la chambre Z et le carter et/ou a diminuer l'épaisseur du ou des carters Z3 Z3a... devant resister 3 l'eventuelle pression hydrostatique du mi~ieu environnant le dispositif de pompage. Ainsi en exp~oitation petro~iere sous-marine cette pression exterieure peut etre ce~Le produite par - 7 - 133869~
une coLonne d'eau de mer de 1000m de hauteur.
D'une manière souvent tres avantageuse, cette pression peut être ceLle de ~a conduite d'alimentation ou celle de La conduite de refoulement.
s Le carter peut être re~ié a, voire traversé par, l'une ou l'autre de ces conduites. Les fuites de fluides entre la chambre Z et Le carter 23 peuvent alors se mélanger avec le f luide pompé ou a pomper.
10 On pourra aussi pressuriser le carter à une pression voisine de la pression exterieure, cependant les fuites de gaz du carter vers la chambre de pompage oblige a renouveler le gaz. Ce renouvellement nécessite, lorsque le dipositif est utilisé sous l'eau a de grande profondeur, un génerateur de gaz qui complique le fonctionnement du 15 dispositif tout en reduisant sa fiabilite.
La figure Z représente en coupe un dispositif de pompage comportant quatre eléments et dispose dans un module de pompage pouvant être immerge au fond de La mer, par exempLe a une profondeur de 10ûm.
Le mocdule de pompage ZS est adapte a être positionne sur une base Z6 au moyen de quatre poteaux guides solidaires de la base cooperant avec des cônes guides solidaires du module. La descente de ce module sur la base est guide par des lignes guides montees aux sommets des poteaux, z5 les lignes cooperant avec lesdits cônes guides.
Au milieu de ces quatre poteaux guides est disposé un raccord Z7 traverse par une conduite d'alimentation du dispositif de pompage, et qui vient de la tête de puits ou d'un ensemble de tête de puits et par 30 la conduite d'evacuation du fluide pompe qui remonte à la surface de l'eau directement ou apres un parcours au fond de l'eau. Ce raccord Z7 coopère avec un collet Z8 solidaire du module de pompage ZS.
A
De ce coL~et 28, la conduite d'a~imentation 13 rejoint le carter 23 du premier element de pompage. Le fluide pompe traverse les carters 23 et 23b d'un troisième element de pompage ainsi que La bride d'assemblage 24 avant d'être conduit par la conduite 13 vers une boîte de S distribution 29 qui repartit le fluide dans chacune des chambres de pompage .
Le f~uide une fois pompé quitte ~es differentes chambres par les conduites 19, se rassemble dans differentes boîtes de co~ecte 3û, 31 1û avant d'être dirigé, toujours par la conduite d'evacuation vers le co~let Z8 et le raccord 27.
Le module de pompage comporte en outre une centrale hydraulique 32, un conteneur electrohydraulique 33, un conteneur bâche souple 34 et un 15 conteneur electronique 35 tous disposes sous les chambres de pompage entre les corps des verins.
La centrale hydraulique 33 transforme l~énergie é~ectrique venant de la surface en énergie hydraulique permettant les deplacements de 2û quatre vérins (6, 6a, 6b et ce~ui non represente).
Le conteneur eLectro-hydrauLique 32 assure La distribution du fLuide hydraulique entre ~a centraLe hydraulique 33 et les vérins 6, 6a, 6b, et ceLui non représente.
Le conteneur bâche soupLe 34 sert de vase d'expansion et de bâche de stockage au f ~uide hydrau~ique.
Le conteneur eLectronique 35 comporte ~es circuits de commande et de 3û mesure des differents capteurs, vannes du modu~e de pompage. Le conteneur 35 comporte notamment les circuits de commande des mouvements des vérins, des ouvertures et fermetures des vannes, Les c;rcuits electroniques des capteurs de press{on, temperature, débit et pollution.
,~
1338~95 _ 9 _ La partie superieure du module comporte un bouclier 36 assurant La protection du modu~e contre ~a chute d objets te~s des tiges de forage. La forme conique du bouclier 36 permet d utiliser sa partie concave 37 comme piege a hydrocarbures contre la pollution. Le 5 bouclier 36 est surmonte d un raccord 38 permett3nt de maintenir et de manipuler le module de pompage par un cable ou par un train de tiges.
La fixation des differents organes du module et ~a rigidité de celui-ci est notamment assuré par les tubes support 39 les planchers 40 41 42.
La figure 3 schematise ~a commande hydrau~ique de deux verins 6 6a associes au dispositif de commande.
Les verins du dispositif sont apparies de manière que ~a pression dans 15 ~e carter ne varie pas du fait des variations de vo~ume du f~uide s y trouvant les variations de volumes etant produites par le mouvement des pistons dans ~es cylindres.
La centrale hydrau~ique comporte un generateur hydrau~ique haute 20 pression 50 3 debit pouvant varier mais fonctionnant à debit constant pour des conditions de production donnees du f~uide polyphasique. Ce generateur 50 fourn;t l energie hydraulique ~1 MW) necessaire au pompage du fluide pendant ~a phase de compression-evacuation.
25 La centra~e comporte en outre un generateur hydrau~ique 51 3 débit pouvant varier mais utilise à debit constant pour ~es conditions de production susdites. Ce genérateur 51 fournit ~ energie necessaire a l alimentation des ch3mbres 67 de rappel de ~a tige du verin et 3 ~eur augmentation de vo~ume.
Un genérateur hydrau~ique d asservissement 52 fournit ~e fluide necessaire 3 la commande de ~a distribution du f~uide hydraulique des verins. ces trois generateurs 50 51 52 sont entra~nés par un moteur 53 disposé dans une enceinte equipression avec la centrale hydraulique ., ~338695 I
32 dans Leque~ i l se trouve.
Chacun de ces generateurs 50, 51, 52 est pourvu d'un filtre ayant une derivation de sécurite 50a, 51a, 52a respectivement et d'une vanne différentie~e 50b, 51b, 52b ~imitant ~a pression de refoulement.
L'aspiration de ces pompes s'effectue a travers un filtre 54 ayant une derivation de securite dans l'enceinte de la centra~e hydraulique 32 servant de bache rigide au fluide hydraulique.
Cette bache rigide est reliee à une bache souple 55 disposee dans Le container 34.
Chacun des verins 6, 6a comporte des capteurs 56, 56a, 57, 57a de fin de course, par exempLe du type magnetique, qui permettent L'asservissement des mouvements des verins entre eux.
Ces capteurs 56, 56a, 57, 57a sont relies electriquement en 58 au central de commande 59. Ce central 59, qui est a~imente en fluide hydrau~ique par la pompe 52 et la capacite 60 disposee en derivation de la pompe, commande ~e fonctionnement des distributeurs 61, 62, 63, 64 pa r une sort i e hyd rau l i que 65 .
Ces distributeurs sont d'un type a commutation rapide de manière à
éviter les coups de bélier qui seraient induits par les changements des mouvements des verins.
Les distributeurs font communiquer alternativement les chambres de chacun des verins avec le retour 66 a la bâche, et soit, le generateur haute pression 50, soit le generateur basse pression 51.
Le central de commande réalise la commutation des distributeurs lorsque les deux verins ont atteint Leur course dont La fin est detectee par ~es capteurs 56, 67, 56a, 57a.
- 11 13386g5 La figure 3 schématise ~e fonctionnement de ~a commande au cours de L'extension du vérin 6 et le retrécissement du verin 6a ~a chambre supérieure 67 du vérin 6 se vidant dans le retour 66 à la bache la chambre inferieure 68 du verin 6 se remplissant avec le fluide du 5 générateur haute pression S0 ~a chambre supérieure 67a du verin 6a se remp~issant avec ~e f~uide du generateur basse pression 51 la chambre inférieure 68a du verin 6a se vidant dans ~e retour 66 a ~a bache.
Lorsque ~e vérin 6 est comp~etement sorti et Le vérin 6a entièrement 10 rentré ~e centra~ de commande produit ~a commutation des distributeurs 61 62 63 6~ de manière que la chambre superieure 67 soit alimentee par ~e generateur basse pression 51 la chambre inferieure 68 se vide dans le retour 66 la chambre supérieure 67a se vide dans le retour 66 et la chambre inferieure 68a soit alimentee par le genérateur haute pression 51.
Lorsque le vérin 6 est complètement rentré et le vérin 6a entièrement sorti le central commande la commutation des distributeurs 61 62 63 6~ qui se retrouve dans la disposition schematisee à la figure 3.
Le retour 66 à la bâche est pourvu d'un filtre 69 comportant une derivation de securité et un échangeur 70 adapté à refroidir le fluide hydraul ique .
. . - 2 _ 1338 ~ 9 ~
It is known to use polyphasi- compressor pumps rotating, but their cost is very high and their moderate return in particular due to losses by significant friction, these losses being inter alia linked to the high speed of rotation and volumes pumps .
~ e device according to the present invention allows to pump polyp ~ lasic f luids while maintaining a good lo performance.
According to the present invention, there is provided a device for pumping of multiphase fluid, comprising a pipe supply of the fluid to be pumped and a delivery of pumped fluid, at least one volume chamber variable adapted to pump said fluid, said c ~ lambre being defined by a cylinder head, a cylinder and a piston, the piston moving along the longitudinal axis of the cylinder in said cylinder, said piston comprising a 20 housing opening onto an upper part of the piston, said cylinder head having a projection entering said housing when said piston approaches said breech, said chamber comprising at least one orifice fluid supply said piston and said cylinder head have complementary forms cooperating together to produce a jet of fluid directed towards at least one orifice exhaust of said multiphase fluid, said projection having a flared shape over a substantial part of its height, the largest section of said part being 30 located on the side of said cylinder head.
Preferably, the fluid supply orifice is disposed at a top of the ladi ~ e projection, and said housing and said projection are arranged in the vicinity of one axis of said cylinder.
, ~
13386g5 The housing and the projection may have shapes substantially complementary frustoconical, and the cylinder head may include at least two exhaust ports arranged at distances substantially equal to the axis of the said cylinder.
The device may include a first motor member adapted to move said piston in said cylinder, and the first drive member may be a first jack lo hydraulic.
Preferably, the device comprises a casing enveloping at least the space swept by the piston, said space being opposite with respect to said piston to said chamber, and said casing containing a gaseous fluid.
In a preferred embodiment, the device includes a second chamber with variable volume suitable for pumping said fluid, said second chamber being defined 20 by a second cylinder head, a second cylinder and a second piston, said second piston moving along the longitudinal axis of said second cylinder in said second cylinder, said housing further enveloping the e6pace swept by said second piston, the second space being opposite with respect to said second piston to said second chamber, displacements of at least said first and second pistons being adapted so that the pressure of said fluid in said housing is substantially constant.
The device may further comprise a second cylinder hydraulic, said first cylinder being secured to said first piston, said second cylinder being secured to said second piston, the device ~ 133 ~ 95 carrying means for controlling the first and second jets adapted to reduce the volume of the first chamber while increasing the volume of the second chamber and adapted to reduce the volume of the second chamber while increasing the volume of the first chamber and this alternately.
In a preferred embodiment, the means of command trigger the volume increase of one of 10 two bedrooms only if the other of the two bedrooms has reaches its maximum volume, said control means triggering a reduction in the volume of a c ~ lambre only if the other of the two chambers has reached its maximum volume.
The device can also include a generator high pressure delivering hydraulic fluid under high pressure and a low pressure generator delivering a hydraulic fluid under a pressure lower than said 20 high pressure, said high pressure generator supplying each of said cylinders when they produce a reduction of the volume of their associated chamber, said low generator pressure supplying each of said cylinders when produce an increase in their associated chamber Preferably, the casing is closed and communicates only with said suction line or said suction line repression.
30 The first or second may include a body, which is at least partially outside the housing.
The device can include several chambers pumping which are in even number.
Preferably, the casing is waterproof.
- 4a - 1338 ~
Preferably, the displacements of at least the first and second pistons are adapted so that the pressure of said f luide in said housing is substantially constant.
The above device could advantageously be applied to the pumping of petroleum effluents, and in particular to the aquatic production of these effluents, such as marine production, the device being located at the faith ~ d of a aqueous medium as well as terrestrial production in medium hostile.
According to the present invention, there is also provided a pumping device for a multiphase fluid, characterized in that it comprises in combination a supply line for the fluid to be pumped and a line pumping fluid, at least a first c ~ variable volume lamber adapted to pump said Eluide, said chamber being defined by a first cylinder head, a first cylinder and a first piston, the piston moving along the longitudinal axis of the cylinder in said cylinder, in that it comprises at least a first member motor adapted to move said piston in said cylinder, and in that it further comprises a casing enveloping at minus the space swept by the piston, said space being opposite with respect to said piston to said first chamber and in that said casing contains a gaseous fluid.
The invention will be clearly understood on reading the description of an exemplary embodiment without limitation ~ -illustrated by the appended drawings, among which: -~ ~ ~.
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- S - i338 ~ B ~
- ~ A Figure 1 shows a partial sectional view of the device pumping according to the invention, - Figure 2 shows an overall sectional view of a device comprising four pumping elements and has in a module pumping particularly suitable for ~ underwater production, and - Figure 3 shows schematically the hydraulic control of two cylinders of the pumping device.
In Figure 1, the reference 1 designates in its entirety a first e ~ ement pumping device according to the invention, The reference 1a being relative to a second pumping element of this same device i dent i only at first.
This pumping element 1 comprises a chamber 2 delimited by a cuLasse 3, a cylinder 4 and a piston 5. The piston 5 slides in the cy ~ indre 4 by means of a cylinder 6 coupled ~ é by the rod 7 of cylinder 6 and an axis 8 The piston includes sealing means 9, such as segments or such jo ~ nts with lips used for example on mud pump pistons, which cooperate with ~ e cyLindre 4 to ensure Compression of the f ~ uide The cu ~ asse 3 has a sail ~ ie 10 located on the axis of the tapered cylindrical cylinder flared at its base 10a, and a orifice ~ imentation 11 in fLuide at its top 10b. The orifice a ~ imentation 11 has a seat which is closed by a valve 12 during the rempLissage phase of ~ a room 2 so ay allow the fluid from the supply line 13 to penetrate.
The fluid enters the chamber due to ~ unlike the forces of existing pressures on either side of the valve 12 and which is sufficient to oppose the return means 14 of the valve 12 Le f luide, which is compressed by decreasing the volume of the chamber Z, escapes from bedroom 2 through four exhaust ports 15 provided with non-return valves 16 comprising valves 17 , .
`13396 ~ 5 cooperating with seats integral with the cylinder head and the springs 18 closing the evaGuation orifices during the phase supply from ~ to chamber 2. The discharge orifices 15 are connected to an evacuation pipe 19.
s During the reduct; we vo ~ ume of ~ a chamber 2 ~ a sail ~ ie 10 penetrate into ~ e ~ ogement Z0 of the piston so as to produce a jet of f ~ uide directed towards the evacuation orifices 15. The shapes substantially complementary and frustoconical to the housing 20 and the 10 projection 10 allow the production of a high speed jet on ~ es walls of the housing 20 of the piston 5 of the cylinder head 3 (in particular of its projection 10) and cylinder 4 so as to facilitate the evacuation of the fluid and the cleaning of the deposits which would be encrusted there for lack of this advantageous arrangement. The central arrangement of the projection 15 10 and the housing 20 also allows a distribution of the fluid as soon as its introduction into ~ a chamber favorable to its compression.
The cylinder 6 is connected through two orifices 21 and 2Z 3 of the hydraulic generators suitable for producing the cylinder movements and Z0 the volume variations of chamber Z.
Element 1 of the pumping device further comprises a casing designated Z3 as a whole which envelops the space swept by the piston 5 and opposes with respect to piston 5 3 the chamber Z as well as Z5 The space ~ ibre between ~ e piston and ~ e body or fixed part of cylinder 6.
This housing 23 communicates with ~ e homo housing ~ ogue 23a of ~ 'element of pumping 1a. Z3 Z3a ... housings contain fluid gaseous whose pressure is particularly adapted to reduce or even cancel 3û ~ es fluid leaks; po ~ yphasique between the chamber Z and the housing and / or to decrease the thickness of the casing (s) Z3 Z3a ... in front resist 3 the possible hydrostatic pressure of the surrounding mi ~ ieu the pumping device. So in exp ~ oitation petro ~ iere underwater this external pressure can be this ~ The produced by - 7 - 133869 ~
a column of sea water 1000m high.
Often very advantageously, this pressure can be of ~ a supply line or that of the discharge line.
s The housing can be re ~ ié has, or even crossed by, one or the other of these behaviors. Fluid leaks between chamber Z and the housing 23 can then mix with the pumped or pumped fluid.
10 The crankcase can also be pressurized to a pressure close to the external pressure, however gas leaks from the crankcase to the pumping chamber forces to renew the gas. This renewal requires, when the device is used under water has great depth, a gas generator that complicates the operation of the 15 device while reducing its reliability.
Figure Z shows in section a pumping device comprising four elements and has a pumping module that can be immersed at the bottom of the sea, for example at a depth of 10 µm.
The ZS pumping mocdule is suitable to be positioned on a Z6 base by means of four guide posts integral with the base cooperating with guide cones integral with the module. The descent of this module on the base is guided by guide lines mounted at the top of the posts, z5 the lines cooperating with said guide cones.
In the middle of these four guide posts is a Z7 fitting through a supply line for the pumping device, and which comes from the wellhead or from a wellhead assembly and by 30 the pump fluid evacuation pipe which rises to the surface of water directly or after a trip to the bottom of the water. This Z7 fitting cooperates with a collar Z8 integral with the pumping module ZS.
AT
From this coL ~ and 28, the line of ~ imentation 13 joins the casing 23 of the first pumping element. The pump fluid crosses the casings 23 and 23b of a third pumping element as well as the assembly flange 24 before being led via line 13 to a box of S distribution 29 which distributes the fluid in each of the pumping.
Once pumped, the fluid leaves different chambers through the lines 19, collects in different boxes of co ~ ect 3û, 31 1û before being directed, always by the evacuation pipe towards the co ~ let Z8 and fitting 27.
The pumping module further comprises a hydraulic unit 32, a electrohydraulic container 33, a flexible tarpaulin container 34 and a 15 electronic container 35 all arranged under the pumping chambers between the bodies of the jacks.
The hydraulic unit 33 transforms the electrical energy coming from the surface in hydraulic energy allowing the displacements of 2û four cylinders (6, 6a, 6b and this ~ ui not shown).
The electro-hydraulic container 32 ensures the distribution of the fluid hydraulic between ~ a hydraulic center 33 and the cylinders 6, 6a, 6b, and that does not represent him.
The flexible tarpaulin container 34 serves as an expansion tank and storage f ~ ura hydrau ~ ic.
The electronic container 35 comprises ~ es control and 3û measurement of different sensors, valves of the pumping modu ~ e. The container 35 includes in particular the control circuits for cylinder movements, valve openings and closings, c; electronic circuits of the pressure, temperature, flow and pollution.
, ~
1338 ~ 95 _ 9 _ The upper part of the module comprises a shield 36 ensuring the protection of the module against falling objects from the rods drilling. The conical shape of the shield 36 allows its part to be used concave 37 as an oil trap against pollution. The 5 shield 36 is surmounted by a connector 38 allowing to maintain and manipulate the pumping module by a cable or by a drill string.
The fixing of the different organs of the module and ~ a rigidity of this is ensured in particular by the support tubes 39 the floors 40 41 42.
Figure 3 shows schematically ~ a hydrau ~ ic control of two cylinders 6 6a associated with the control device.
The actuators of the device appeared so that ~ under pressure in 15 ~ e casing does not vary due to variations in vo ~ ume f ~ uide sy finding variations in volumes being produced by movement pistons in ~ es cylinders.
The hydrau ~ ique power plant has a high hydrau ~ ique generator 20 pressure 50 3 flow can vary but operates at constant flow for given production conditions of multiphase fluid. This generator 50 furn; tl hydraulic energy ~ 1 MW) necessary for pumping of the fluid during ~ a compression-evacuation phase.
25 The centra ~ e also includes a hydrau ~ ic generator 51 3 flow may vary but uses at constant flow for ~ es conditions of above production. This generator 51 provides ~ energy necessary for the supply of the ch3mbres 67 of reminder of ~ a rod of the jack and 3 ~ eur increased vo ~ ume.
A hydrau ~ ic control generator 52 provides ~ e fluid necessary 3 the control of ~ a distribution of the hydraulic f ~ uide jacks. these three generators 50 51 52 are driven by a motor 53 placed in an equipression enclosure with the hydraulic unit ., ~ 338695 I
32 in Leque ~ it is found.
Each of these generators 50, 51, 52 is provided with a filter having a safety bypass 50a, 51a, 52a respectively and a valve differentiated ~ e 50b, 51b, 52b ~ imitating ~ at discharge pressure.
The suction of these pumps is carried out through a filter 54 having a safety bypass in the enclosure of the hydraulic center ~ e 32 serving as a rigid cover for the hydraulic fluid.
This rigid cover is connected to a flexible cover 55 arranged in the container 34.
Each of the cylinders 6, 6a has sensors 56, 56a, 57, 57a at the end of racing, for example of the magnetic type, which allow Enslavement of the movements of the jacks between them.
These sensors 56, 56a, 57, 57a are electrically connected at 58 to the central control 59. This central 59, which is a ~ imente in fluid ~ hydrau by the pump 52 and the capacity 60 arranged in bypass of the pump, control ~ e operation of distributors 61, 62, 63, 64 by a hydraulic outlet 65.
These distributors are of a fast switching type so as to avoid the water hammer that would be induced by the changes movements of the jacks.
The distributors make the rooms communicate alternately each of the cylinders with the return 66 to the tarpaulin, and either, the generator high pressure 50, i.e. the low pressure generator 51.
The control center switches the distributors when the two jacks have reached Their course The end of which is detected by ~ es sensors 56, 67, 56a, 57a.
- 11 13386g5 Figure 3 shows schematically ~ e operation of ~ a command during The extension of the actuator 6 and the narrowing of the actuator 6a ~ a chamber upper 67 of the cylinder 6 emptying in the return 66 to the tank the lower chamber 68 of the actuator 6 filling with the fluid of the 5 high pressure generator S0 ~ has upper chamber 67a of cylinder 6a remp ~ issant with ~ ef ~ uide of the low pressure generator 51 the chamber lower 68a of the cylinder 6a emptying into ~ e return 66 a ~ tarpaulin.
When ~ e cylinder 6 is comp ~ etement out and The cylinder 6a fully 10 returned ~ e center ~ product control ~ switching distributors 61 62 63 6 ~ so that the upper chamber 67 either powered by ~ e low pressure generator 51 the room lower 68 is emptied in the return 66 the upper chamber 67a is vacuum in the return 66 and the lower chamber 68a is supplied by the high pressure generator 51.
When the cylinder 6 is fully retracted and the cylinder 6a fully out central controls switching of distributors 61 62 63 6 ~ which is found in the schematic arrangement in Figure 3.
The return 66 to the cover is provided with a filter 69 comprising a safety bypass and an exchanger 70 adapted to cool the fluid hydraul ic.
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