CA2204664C - Systeme de pompage polyphasique et centrifuge - Google Patents
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Abstract
Système pour comprimer un fluide polyphasique comportant au moins une pha se gazeuse et au moins une phase liquide, le système comportant en combinaison au moins un couple d'éléments de pompage. Le système comporte .cndot. une pompe P1 hélicoaxiale et une pompe P2 centrifuge disposée après la pompe hélicoaxiale P1. Les deux éléments sont reliés par un moyen permettant d'adapter le fluide issu de la pompe hélicoaxixale pour permettre d'optimiser l'action de la pompe centrifuge.
Description
SYS'1'$Nli hti POMPAGE PO~YPHASZQUE ET CEI~I'r'ItYITUGS
X.a. présente invention concerne un systame permettant de communiquer à un fluide potyphasique comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, une s valeur d'énergie ou de pression suffisante pour lc transfdrer d'un endroit à
un autre.
Le systènx selon l'invention est band sur un agencement et une adaptation d'une pompe de type hélicoaxiale (ou golyphasiquc) à une pompe centt~'ugo peranettant de béndücier d'un effet de synergie des efïecs obtenus pour chacun des 6l~tnents pour augtnattar la plage de fonctiontxment et le fonctionnement (gain cn énergie ou rendement) 1t) des systémes de pon>page habituellement utilisés.
Ainsi, un tel système permet de pomper tout type d'offlucnt quelque soit la valeur du rapport gaz sur liquide (en abc~égd GLR) qu'ils peuvent présenter.
Lo terme pompe l~licoaxiale peut ~aus'si designer da pompes polyphasiques adaptées au pompage des fluides con~pertant plusieurs phases ayant des natures différentes.
15 La présente inveiztion trouve avantageusecr~ent son application, mais nvn o~lustveme~, pour k pompage des puits pétroliers, où Pefituettt pétrolier comporte au mofrts une phase gaxeusc et une phase liquide (composée par exanipIe d'une phase aqttettse erlott d'une phase organique), et dveatuelloment des particules solides.
Selon l'art amériettr, Ie transfert d'tut ei~ent pétrolier du fonàs da puits vbrs la 20 surface, est habituelt~nent réalisé it (aide dbne pompe de typo centrifuge descettduc dans un puits, habituagernont dénommée "pompe de fonds de puits". La plupart de ces pompes cotapotte pbuiewrs étages coi un impttlsout, ayant pour fonction de ooaununiquer aa $nide une do pr~n et une éttagle que, et un rasait dont le r8le est de trausfornaer cette énergie cin&ique à grande vitesac en une de pression &
faible 25 vgesse, et de rai k fluide le plus produ de l'axe on de l'arbre da rotation dc ta I~~-Un impulsera et un redrossour ou diffuseur formant un étage, et ainsi dans la suite de la description, k fume "61~e" ~ un ~ comportant un couple fotr~ par un itnpttlsew' et etn diffuseur, ceci Quelque soit le type do pmnpe ir~icnoxiala otr eattrifuge.
3o be la mamo façon, les angles a et ~ dé5nis ci-aprEs dans 1a description sont considétsés par rapport à un plan papandkulaire â Taxe de farbm de rotation.
Les pompas oa~ges présentent toutefois l'inoonvéxdent d'étre limit&s dans i~u plage de fon~ionsxement. En effet, ces pott~pcs conviennent bien pour la compression de fluides essautiella~nt liquides, mais au-delà tic quelques pourrents de gaz prdsents dans Je 3s fluide, elles n'assurent plus un transfiert optimum dé~egx au fluide.
Les systèinas de pompage do type teélivoa~cial prdsentent des earaccéristiques adaptes pour cot~truniquer de l'énergie à un effluent comportant plusieurs phases de naaues dites. une phase ga~~e et une phase liquida mais n'offrent pas un gaist de
X.a. présente invention concerne un systame permettant de communiquer à un fluide potyphasique comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, une s valeur d'énergie ou de pression suffisante pour lc transfdrer d'un endroit à
un autre.
Le systènx selon l'invention est band sur un agencement et une adaptation d'une pompe de type hélicoaxiale (ou golyphasiquc) à une pompe centt~'ugo peranettant de béndücier d'un effet de synergie des efïecs obtenus pour chacun des 6l~tnents pour augtnattar la plage de fonctiontxment et le fonctionnement (gain cn énergie ou rendement) 1t) des systémes de pon>page habituellement utilisés.
Ainsi, un tel système permet de pomper tout type d'offlucnt quelque soit la valeur du rapport gaz sur liquide (en abc~égd GLR) qu'ils peuvent présenter.
Lo terme pompe l~licoaxiale peut ~aus'si designer da pompes polyphasiques adaptées au pompage des fluides con~pertant plusieurs phases ayant des natures différentes.
15 La présente inveiztion trouve avantageusecr~ent son application, mais nvn o~lustveme~, pour k pompage des puits pétroliers, où Pefituettt pétrolier comporte au mofrts une phase gaxeusc et une phase liquide (composée par exanipIe d'une phase aqttettse erlott d'une phase organique), et dveatuelloment des particules solides.
Selon l'art amériettr, Ie transfert d'tut ei~ent pétrolier du fonàs da puits vbrs la 20 surface, est habituelt~nent réalisé it (aide dbne pompe de typo centrifuge descettduc dans un puits, habituagernont dénommée "pompe de fonds de puits". La plupart de ces pompes cotapotte pbuiewrs étages coi un impttlsout, ayant pour fonction de ooaununiquer aa $nide une do pr~n et une éttagle que, et un rasait dont le r8le est de trausfornaer cette énergie cin&ique à grande vitesac en une de pression &
faible 25 vgesse, et de rai k fluide le plus produ de l'axe on de l'arbre da rotation dc ta I~~-Un impulsera et un redrossour ou diffuseur formant un étage, et ainsi dans la suite de la description, k fume "61~e" ~ un ~ comportant un couple fotr~ par un itnpttlsew' et etn diffuseur, ceci Quelque soit le type do pmnpe ir~icnoxiala otr eattrifuge.
3o be la mamo façon, les angles a et ~ dé5nis ci-aprEs dans 1a description sont considétsés par rapport à un plan papandkulaire â Taxe de farbm de rotation.
Les pompas oa~ges présentent toutefois l'inoonvéxdent d'étre limit&s dans i~u plage de fon~ionsxement. En effet, ces pott~pcs conviennent bien pour la compression de fluides essautiella~nt liquides, mais au-delà tic quelques pourrents de gaz prdsents dans Je 3s fluide, elles n'assurent plus un transfiert optimum dé~egx au fluide.
Les systèinas de pompage do type teélivoa~cial prdsentent des earaccéristiques adaptes pour cot~truniquer de l'énergie à un effluent comportant plusieurs phases de naaues dites. une phase ga~~e et une phase liquida mais n'offrent pas un gaist de
2 pression par unité de longueur identique lorsque le fluide se présente sous une forme essentiellement liquide que celui que~l'on peut obtenir en utilisant une pompe centrifuge.
L'objet de la présente invention consiste donc ~à pallier aux inconvénients présentés par chacun des éléments de type hélicoaxial ou centrifuge selon f art antérieur, et à f aide d'une adaptation et d'une disposition spécifiques de ces deux types d'éléments d'obtenir un système de pompage acceptant tout type de fluide et de plus présentant des gains de pression par unité de longueur supérieurs à ceux qui pourraient être escomptés en utilisant les dispositifs de l' art antérieur.
De plus, on élargit la gamme de fonctionnement du système de pompage et en même temps on améliore la compression d'un fluide polyphasique.
Le système peut être utilisé pour le pompage de fonds de puits mais aussi pour le pompage de surface.
On rappelle que sous (expression "fluide polyphasique", on désigne un fluide comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, pouvant être une phase aqueuse et une phase organique, par exemple, et éventuellement des particules solides, tels des grains de sable, de la boue. .
La présente invention a pour objet, un système permettant de comprir~r un fluide polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide pour le transférer d'un endroit à un autre. Il est caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison au moins un couple d'éléments de pompage comportant : .
~ une premiêre pompe Pl, de type hélicoaxiale, adaptée à communiquer de (énergie audit fluide polyphasique et/ou à diminuer la proportion de la phase gazeuse présente initialement dans le fluide et/ou à mélanger lesdites phases gazeuse et liquide, de manière à obtenu en sortie de ladite première pompe P1 un premier fluide Fl ayant une énergie E 1~, ledit fluide Fl étant envoyé vers une seconde pompe P2, ~ une seconde pompe P2 de type centrifuge, ladite seconde pompe P2 étant disposée en aval de ladite première pompe P1, ladite seconde pompe P2 permettant de communiquer audit premier fluide F1 issu de ladite première pompe P1 une valeur de pression suffisante pour le transférer d'un endroit à un autre, par exemple une source de production vers un lieu de ramassage et/ou de traitement, ~ un élément d'adaptation présentant des caractéristiques choisies pour adapter le fluide (F1) au second élément (P2), ledit élément d'adaptation étant disposé entre la sortie dudit premier élément de pompage (P1) et l'entrée dudit second élément de pompage (P2);
L'objet de la présente invention consiste donc ~à pallier aux inconvénients présentés par chacun des éléments de type hélicoaxial ou centrifuge selon f art antérieur, et à f aide d'une adaptation et d'une disposition spécifiques de ces deux types d'éléments d'obtenir un système de pompage acceptant tout type de fluide et de plus présentant des gains de pression par unité de longueur supérieurs à ceux qui pourraient être escomptés en utilisant les dispositifs de l' art antérieur.
De plus, on élargit la gamme de fonctionnement du système de pompage et en même temps on améliore la compression d'un fluide polyphasique.
Le système peut être utilisé pour le pompage de fonds de puits mais aussi pour le pompage de surface.
On rappelle que sous (expression "fluide polyphasique", on désigne un fluide comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, pouvant être une phase aqueuse et une phase organique, par exemple, et éventuellement des particules solides, tels des grains de sable, de la boue. .
La présente invention a pour objet, un système permettant de comprir~r un fluide polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide pour le transférer d'un endroit à un autre. Il est caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison au moins un couple d'éléments de pompage comportant : .
~ une premiêre pompe Pl, de type hélicoaxiale, adaptée à communiquer de (énergie audit fluide polyphasique et/ou à diminuer la proportion de la phase gazeuse présente initialement dans le fluide et/ou à mélanger lesdites phases gazeuse et liquide, de manière à obtenu en sortie de ladite première pompe P1 un premier fluide Fl ayant une énergie E 1~, ledit fluide Fl étant envoyé vers une seconde pompe P2, ~ une seconde pompe P2 de type centrifuge, ladite seconde pompe P2 étant disposée en aval de ladite première pompe P1, ladite seconde pompe P2 permettant de communiquer audit premier fluide F1 issu de ladite première pompe P1 une valeur de pression suffisante pour le transférer d'un endroit à un autre, par exemple une source de production vers un lieu de ramassage et/ou de traitement, ~ un élément d'adaptation présentant des caractéristiques choisies pour adapter le fluide (F1) au second élément (P2), ledit élément d'adaptation étant disposé entre la sortie dudit premier élément de pompage (P1) et l'entrée dudit second élément de pompage (P2);
3 ~ dans lequel ledit premier élément de pompage (P1 ) comprend plusieurs étages, chacun des étages comprenant un impulseur et un redresseur, ledit second élément de pompage (P2) comportant au moins une série d'hydrauliques centrifuges comprenant un impulseur et un redresseur, et en ce que ledit élément d'adaptation a des caractéristiques géométriques considérées en entrée et en sortie dudit élément d'adaptation adaptées pour optimiser le transfert du fluide (F1) vers le second élément de pompage (P2); et ~ dans lequel un angle d'entrée (a) du premier fluide (F1) au élément d'adaptation considéré par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe d'un arbre de rotation est compris entre 10 et 30° et un angle de sortie (~3) du premier fluide (F1) de l'élément d'adaptation considéré par rapport au plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre de rotation est sensiblement égal à
90°.
Selon un mode de réalisation, le système de pompage comporte un élément disposé
entre la sortie de ladite première pompe P1 et l'entrée de ladite seconde pompe P2 qui présente des caractéristiques géométriques et dimensionnelles permettant d'adapter l'écoulement du fluide pour optimiser son transfert de la pompe hélicoaxiale vers la pompe centrifuge.
Les éléments de pompage ou pompes P1 et P2 peuvent être solidaires d'un même arbre de rotation.
La pompe hélicoaxiale P 1 peut comporter plusieurs étages, chacun des étages comportant un impulseur et un redrésseur, la pompe P2 peut comporter au moins une série d'hydrauliques centrifuges comprenant un impulseur et un redresseur. L'élément permettant d'adapter l'effluent a des caractéristiques géométriques, telles que les angles d'entrée oc et de sortie (3 etlou les valeurs des diamètres moyens d'écoulement (Di, De) considérées en entrée et en sortie dudit élément adaptées pour optimiser le transfert du fluide Fl vers la seconde pompe P2.
L'angle a est compris entre 10 et 30°, et l'angle j3 est sensiblement égal à 90°.
La présente invention à également pour objet un système de pompage pour comprimer un fluide polyphasique comprenant au moins une phase 3a gazeuse et au moins une phase liquide, le système comprenant en combinaison au moins un couple d'éléments de pompage, caractérisé en ce qu'il comporte:
~ un premier élément de pompage (P1) de type hélicoaxial adapté à
communiquer de l'énergie audit fluide polyphasique ou à diminuer la proportion de la phase gazeuse présente initialement dans le fluide ou à
mélanger lesdites phases gazeuse et liquide, de manière à obtenir en sortie dudit premier élément de pompage (P1) un premier fluide (F1) ayant une énergie (E1), ledit fluide (F1) étant envoyé vers un second élément de pompage (P2);
~ un second élément de pompage (P2) de type centrifuge, ledit second élément (P2) étant disposé en aval dudit premier élément de pompage (P1), ledit second élément de pompage permettant de communiquer audit premier fluide (F1 ) issu du premier élément de pompage une valeur de pression suffisante pour le transférer d'un endroit à un autre;
~ un élément d'adaptation présentant des caractéristiques choisies pour adapter le fluide (F1) au second élément (P2), ledit élément d'adaptation étant disposé entre la sortie dudit premier élément de pompage (P1) et l'entrée dudit second élément de pompage (P2);
~ dans lequel ledit premier élément de pompage (P1) comprend plusieurs étages, chacun des étages comprenant un impulseur et un redresseur, ledit second élément de pompage (P2) comportant au moins une série d'hydrauliques centrifuges comprenant un impulseur et un redresseur, et en ce que ledit élément d'adaptation a des caractéristiques géométriques considérées en entrée et en sortie dudit ëlément d'adaptation adaptées pour optimiser le transfert du fluide (F1) vers le second élément de pompage (P2); et ~ dans lequel la valeur d'un rapport (Di/De) des diamètres moyens d'écoulement est compris entre 1,8 et 2,5, Di étant le diamètre 3b d'écoulement à l'entrée de l'élément d'adaptation, et De étant le diamètre d'écoulement à la sortie de l'élément d'adaptation.
La valeur du rapport des diamètres moyens d'écoulement Di/De est par exemple compris entre 1,8 et 2, S et de préférence voisin de 2.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément intermédiaire est formé
par un élément redresseur disposé entre l'impulseur du dernier étage de Ia pompe Pl et le premier impulseur de la pompe P2.
Selon une variante de réalisation du système, l'arbre de rotation A est formé
par au moins deux parties A1 et A2, une partie A1 de longueur L1 sensiblement égale à
la longueur de la pompe hëlicoaxiale et une seconde partie AZ ayant une longueur L2 qui s~étend sensiblement sur toute la longueur de la pompe centrifuge P2, la valeur dû diamètre D1 de la partie A1 est supérieure à la valeur du diamètre D2.
La présente invention a aussi pour objet une système de pompage pour comprimer un fluide polyphasique comprenant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, le système comprenant en combinaison au moins un couple d'éléments de pompage, caractérisé en ce qu'il comporte:
~ un premier élément de pompage (P1) de type hélicoaxial adapté à
communiquer de l'énergie audit fluide polyphasique ou à diminuer la proportion de la phase gazeuse présente initialement dans le fluide ou à
mélanger lesdites phases gazeuse et liquide, de manière à obtenir en sortie dudit premier élément de pompage (P1) un premier fluide (F1) ayant une énergie (E1), ledit fluide (F1) étant envoyé vers un second élément de pompage (P2);
~ un second élément de pompage (P2) de type centrifuge, ledit second Élément (P2) étant disposé en aval dudit premier é!éme~t de pompage (P1 ), ledit second élément de pompage permettant de communiquer audit premier fluide (F1) issu du premier élément de pompage une valeur de pression suffisante pour le transférer d'un endroit à un autre;
~ un élément d'adaptation présentant des caractéristiques choisies pour adapter le fluide (F1) au second élément (P2), ledit élément d'adaptation 3c étant disposé entre la sortie dudit premier élément de pompage (P1) et l'entrée dudit second élément de pompage (P2);
~ dans lequel ledit premier élément de pompage (P1) comprend plusieurs étages, chacun des étages comprenant un impulseur et un redresseur, ledit second élément de pompage (P2) comportant au moins une série d'hydrauliques centrifuges comprenant un impulseur et un redresseur, et en ce que ledit élément d'adaptation a des caractéristiques géométriques considérées en entrée et en sortie dudit élément d'adaptation adaptées pour optimiser le transfert du fluide (F1) vers le second élément de pompage (P2); et ~ dans lequel un arbre de rotation (A) comprend des moyens de prélèvement d'au moins une partie du fluide haute pression et des moyens de réinjection de ladite partie prélevée au niveau d'un ou de plusieurs redresseurs dudit premier élément de pompage hélicoaxial (P1), de façon à lubrifier le ou les paliers associés à un redresseur.
Avantageusement, l' arbre de rotation A peut comporter des moyens de prélèvement d'au moins une partie du fluide haute pression et des moyens de réinjection de ladite partie prélevée au niveau d'un ou de plusieurs redresseurs de la pompe hélicoaxiale P1, de façon à
lubrifier le ou les paliers associés à un redresseur.
~s moyens de prélèvement et de réinjection comportent par exemple un tube disposé
dans une cavité de l'arbre de rotation, ledit tube comportant des moyens de passage répartis pour lubrifier les paliers des redresseurs.
Le système selon (invention est particulièrement bien adapté pour être disposé
dans un puits pétrolier, et permettre ainsi le transfert d'un fluide polyphasique pétrolier du fonds de puits vers la surface.
Le système peut, sans sortir de (invention être utilisé dans tout endroit où
il est nécessaire de communiquer de (énergie à un fluide polyphasique pour assurer son transfert d'un endroit, tel une source vers un lieu de destination, de traitement ou de ramassage.
D'autres avantages et caractéristiques de (invention apparaîtront mieux à la lecture de la description donnée ci-après à titre d'exemples de réalisation, dans le cadre d'applications nullement limitatives, à la compression ou pompage d'un effluent polyphasique de type pétrolier, comportant au moins une phase liquide, une phase gazeuse et éventuellement une phase solide, en se référant aux dessins annexés o~l
90°.
Selon un mode de réalisation, le système de pompage comporte un élément disposé
entre la sortie de ladite première pompe P1 et l'entrée de ladite seconde pompe P2 qui présente des caractéristiques géométriques et dimensionnelles permettant d'adapter l'écoulement du fluide pour optimiser son transfert de la pompe hélicoaxiale vers la pompe centrifuge.
Les éléments de pompage ou pompes P1 et P2 peuvent être solidaires d'un même arbre de rotation.
La pompe hélicoaxiale P 1 peut comporter plusieurs étages, chacun des étages comportant un impulseur et un redrésseur, la pompe P2 peut comporter au moins une série d'hydrauliques centrifuges comprenant un impulseur et un redresseur. L'élément permettant d'adapter l'effluent a des caractéristiques géométriques, telles que les angles d'entrée oc et de sortie (3 etlou les valeurs des diamètres moyens d'écoulement (Di, De) considérées en entrée et en sortie dudit élément adaptées pour optimiser le transfert du fluide Fl vers la seconde pompe P2.
L'angle a est compris entre 10 et 30°, et l'angle j3 est sensiblement égal à 90°.
La présente invention à également pour objet un système de pompage pour comprimer un fluide polyphasique comprenant au moins une phase 3a gazeuse et au moins une phase liquide, le système comprenant en combinaison au moins un couple d'éléments de pompage, caractérisé en ce qu'il comporte:
~ un premier élément de pompage (P1) de type hélicoaxial adapté à
communiquer de l'énergie audit fluide polyphasique ou à diminuer la proportion de la phase gazeuse présente initialement dans le fluide ou à
mélanger lesdites phases gazeuse et liquide, de manière à obtenir en sortie dudit premier élément de pompage (P1) un premier fluide (F1) ayant une énergie (E1), ledit fluide (F1) étant envoyé vers un second élément de pompage (P2);
~ un second élément de pompage (P2) de type centrifuge, ledit second élément (P2) étant disposé en aval dudit premier élément de pompage (P1), ledit second élément de pompage permettant de communiquer audit premier fluide (F1 ) issu du premier élément de pompage une valeur de pression suffisante pour le transférer d'un endroit à un autre;
~ un élément d'adaptation présentant des caractéristiques choisies pour adapter le fluide (F1) au second élément (P2), ledit élément d'adaptation étant disposé entre la sortie dudit premier élément de pompage (P1) et l'entrée dudit second élément de pompage (P2);
~ dans lequel ledit premier élément de pompage (P1) comprend plusieurs étages, chacun des étages comprenant un impulseur et un redresseur, ledit second élément de pompage (P2) comportant au moins une série d'hydrauliques centrifuges comprenant un impulseur et un redresseur, et en ce que ledit élément d'adaptation a des caractéristiques géométriques considérées en entrée et en sortie dudit ëlément d'adaptation adaptées pour optimiser le transfert du fluide (F1) vers le second élément de pompage (P2); et ~ dans lequel la valeur d'un rapport (Di/De) des diamètres moyens d'écoulement est compris entre 1,8 et 2,5, Di étant le diamètre 3b d'écoulement à l'entrée de l'élément d'adaptation, et De étant le diamètre d'écoulement à la sortie de l'élément d'adaptation.
La valeur du rapport des diamètres moyens d'écoulement Di/De est par exemple compris entre 1,8 et 2, S et de préférence voisin de 2.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément intermédiaire est formé
par un élément redresseur disposé entre l'impulseur du dernier étage de Ia pompe Pl et le premier impulseur de la pompe P2.
Selon une variante de réalisation du système, l'arbre de rotation A est formé
par au moins deux parties A1 et A2, une partie A1 de longueur L1 sensiblement égale à
la longueur de la pompe hëlicoaxiale et une seconde partie AZ ayant une longueur L2 qui s~étend sensiblement sur toute la longueur de la pompe centrifuge P2, la valeur dû diamètre D1 de la partie A1 est supérieure à la valeur du diamètre D2.
La présente invention a aussi pour objet une système de pompage pour comprimer un fluide polyphasique comprenant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, le système comprenant en combinaison au moins un couple d'éléments de pompage, caractérisé en ce qu'il comporte:
~ un premier élément de pompage (P1) de type hélicoaxial adapté à
communiquer de l'énergie audit fluide polyphasique ou à diminuer la proportion de la phase gazeuse présente initialement dans le fluide ou à
mélanger lesdites phases gazeuse et liquide, de manière à obtenir en sortie dudit premier élément de pompage (P1) un premier fluide (F1) ayant une énergie (E1), ledit fluide (F1) étant envoyé vers un second élément de pompage (P2);
~ un second élément de pompage (P2) de type centrifuge, ledit second Élément (P2) étant disposé en aval dudit premier é!éme~t de pompage (P1 ), ledit second élément de pompage permettant de communiquer audit premier fluide (F1) issu du premier élément de pompage une valeur de pression suffisante pour le transférer d'un endroit à un autre;
~ un élément d'adaptation présentant des caractéristiques choisies pour adapter le fluide (F1) au second élément (P2), ledit élément d'adaptation 3c étant disposé entre la sortie dudit premier élément de pompage (P1) et l'entrée dudit second élément de pompage (P2);
~ dans lequel ledit premier élément de pompage (P1) comprend plusieurs étages, chacun des étages comprenant un impulseur et un redresseur, ledit second élément de pompage (P2) comportant au moins une série d'hydrauliques centrifuges comprenant un impulseur et un redresseur, et en ce que ledit élément d'adaptation a des caractéristiques géométriques considérées en entrée et en sortie dudit élément d'adaptation adaptées pour optimiser le transfert du fluide (F1) vers le second élément de pompage (P2); et ~ dans lequel un arbre de rotation (A) comprend des moyens de prélèvement d'au moins une partie du fluide haute pression et des moyens de réinjection de ladite partie prélevée au niveau d'un ou de plusieurs redresseurs dudit premier élément de pompage hélicoaxial (P1), de façon à lubrifier le ou les paliers associés à un redresseur.
Avantageusement, l' arbre de rotation A peut comporter des moyens de prélèvement d'au moins une partie du fluide haute pression et des moyens de réinjection de ladite partie prélevée au niveau d'un ou de plusieurs redresseurs de la pompe hélicoaxiale P1, de façon à
lubrifier le ou les paliers associés à un redresseur.
~s moyens de prélèvement et de réinjection comportent par exemple un tube disposé
dans une cavité de l'arbre de rotation, ledit tube comportant des moyens de passage répartis pour lubrifier les paliers des redresseurs.
Le système selon (invention est particulièrement bien adapté pour être disposé
dans un puits pétrolier, et permettre ainsi le transfert d'un fluide polyphasique pétrolier du fonds de puits vers la surface.
Le système peut, sans sortir de (invention être utilisé dans tout endroit où
il est nécessaire de communiquer de (énergie à un fluide polyphasique pour assurer son transfert d'un endroit, tel une source vers un lieu de destination, de traitement ou de ramassage.
D'autres avantages et caractéristiques de (invention apparaîtront mieux à la lecture de la description donnée ci-après à titre d'exemples de réalisation, dans le cadre d'applications nullement limitatives, à la compression ou pompage d'un effluent polyphasique de type pétrolier, comportant au moins une phase liquide, une phase gazeuse et éventuellement une phase solide, en se référant aux dessins annexés o~l
4 ~ la figure 1 montre une utilisation particulière du système de pompage disposé dans un puits pétrolier, comportant au moins un couple formé par un élément de pompage de type hélicoaxial et un élément de pompage de type centrifuge, ~ les figures 2A et 2B représentent schématiquement la disposition des deux éléments du couple de la figure 1 disposés sur un même arbre de rotation et un détail de l'élément intermédiaire permettant L'adaptation de ces deux éléments de pompage, ~ la figure 3 représente les diamètres moyens d'écoulement dans l'élément intermédiaire, ~ la figure 4 schématise un exemple de réalisation où l'arbre de rotation est pourvu d'un système de lubrification, ~ La figure 5 représente une variante du circuit de lubrification de la figure 4, et ~ la figure 6 montre une variante pouvant s'appliquer aux circuits de lubrification des figures 4 et 5.
Afin de mieux cerner l'invention et, à titre indicatif et nullement limitatif, la description qui suit décrit un système de pompage disposé dans un puits pétrolier, comportant au moins un couple formé par un élément de pompage Pl ou pompe de type hélicoaxiale et un élément de pompage P2 ou pompe centrifuge, les deux pompes étant disposées l'une par rapport à l'autre et reliées par un élément adaptateur de manière à
assurer la remontée des effluents pétroliers du fond où se situe le puits vers la surface.
La surface peut, bien entendu correspor<dre à 1a surface du sol marin dans le cas d'une production sous-marine, ou encore à la surface de la terre dans le cas de production terrestre.
La figure 1 décrit un exemple où le système de pompage 1 comporte une pompe hélicoaxiale Pl associée à une pompe centrifuge P2, qui peut être descendu à
une côte donnée dans un casing 2 de production. Un exemple d'agencement et de disposition de pompes est détaillé aux figures 2A et 2B. Le système de pompage 1 est, par exemple, suspendu à l'extrémité d'un tubing de production 3.
L'ensemble ainsi descendu dans le puits, en considérant un point 4 correspondant au fond du puits, vers un point 5 correspondant à la surface vers laquelle on cherche à
remonter l'effluent, comporte par exemple ~ un moteur électrique 6, assurant (entraînement du système de pompage l, le moteur 6 étant de préférence situé du côté de l'admission de la pompe hélicoaxiale P1, pour faciliter le refroidissement du moteur, par le passage de l'effluent entrant dans la pompe, ce qui correspond à la partie inférieure de la pompe pour une utilisation verticale du système. Dans certains cas, il peut être préférable d'utiliser une turbine hydraulique dont le fluide peut être de l'eau de mer, un brut pétrolier ou encore un fluide haute pression disponible à partir d'une source extérieure, ~ un élément de connexion 7 réalisant la connexion électrique par l'intermédiaire d'un câble électrique 8 qui remonte vers la surface et qui est relié à un dispositif 13, tel qu'une armoire de commande distribuant l'énergie nécessaire au fonctionnement de l'ensemble du système. Le câble peut aussi permettre la remontée d'informations
Afin de mieux cerner l'invention et, à titre indicatif et nullement limitatif, la description qui suit décrit un système de pompage disposé dans un puits pétrolier, comportant au moins un couple formé par un élément de pompage Pl ou pompe de type hélicoaxiale et un élément de pompage P2 ou pompe centrifuge, les deux pompes étant disposées l'une par rapport à l'autre et reliées par un élément adaptateur de manière à
assurer la remontée des effluents pétroliers du fond où se situe le puits vers la surface.
La surface peut, bien entendu correspor<dre à 1a surface du sol marin dans le cas d'une production sous-marine, ou encore à la surface de la terre dans le cas de production terrestre.
La figure 1 décrit un exemple où le système de pompage 1 comporte une pompe hélicoaxiale Pl associée à une pompe centrifuge P2, qui peut être descendu à
une côte donnée dans un casing 2 de production. Un exemple d'agencement et de disposition de pompes est détaillé aux figures 2A et 2B. Le système de pompage 1 est, par exemple, suspendu à l'extrémité d'un tubing de production 3.
L'ensemble ainsi descendu dans le puits, en considérant un point 4 correspondant au fond du puits, vers un point 5 correspondant à la surface vers laquelle on cherche à
remonter l'effluent, comporte par exemple ~ un moteur électrique 6, assurant (entraînement du système de pompage l, le moteur 6 étant de préférence situé du côté de l'admission de la pompe hélicoaxiale P1, pour faciliter le refroidissement du moteur, par le passage de l'effluent entrant dans la pompe, ce qui correspond à la partie inférieure de la pompe pour une utilisation verticale du système. Dans certains cas, il peut être préférable d'utiliser une turbine hydraulique dont le fluide peut être de l'eau de mer, un brut pétrolier ou encore un fluide haute pression disponible à partir d'une source extérieure, ~ un élément de connexion 7 réalisant la connexion électrique par l'intermédiaire d'un câble électrique 8 qui remonte vers la surface et qui est relié à un dispositif 13, tel qu'une armoire de commande distribuant l'énergie nécessaire au fonctionnement de l'ensemble du système. Le câble peut aussi permettre la remontée d'informations
5 provenant du fond du puits en le reliant à un dispositif adapté, ~ l'élément de connexion 7 a aussi pour fonction d'assurer l'étanchéité entre le moteur électrique qui est lubrifié par de l'huile, de manière à éviter la transmission de (huile vers le système de pompage 1, ~ un élément protecteur 9 disposé au-dessus de l'élément 7 assurant en totalité l'étanchéité
t o du système de pompage, ~ un clapet anti-retour 10 et une vanne de purge 11, disposée du côté de l'élément de type centrifuge P2, en sortie de l'élément. Ces deux éléments étant bien connus de L'homme du métier ne seront pas détaillés.
Au niveau de la surface 5, une tête de tubing 12, spéciale et munie par exemple de joints d'étanchéité permet la sortie du câble électrique 8 à (extérieur et vers (armoire de commande 13.
Avantageusement, une duse réglable (non représentée sur la figure) permet d'ajuster le débit de (écoulement en augmentant ou en diminuant la contrepression sur le système de pompage.
La figure 2A montre schématiquement un exemple de réalisation où les deux pompes P1 et P2 sont solidaires d'un même arbre de rotation A, et séparées par un élément intermédiaire schématisé et référencé par 20 ou élément adaptateur dont la fonction est d'assurer le transfert du fluide de la pompe hélicoaxiale vers la pompe centrifuge.
Dans l'exemple de réalisation décrit à la figure 1, le fluide polyphasique issu du puits de production, est introduit en premier dans la pompe hélicoaxiale Pl, puis passe à
travers la pompe centrifuge P2.
Sur la figure 2B, seuls les éléments spécifiques ou nécessaires à la compréhension de l' invention ont été mentionnés, par exemple les éléments propres aux pompes centrifuges bien connues de l'Homme du métier n'ont pas été indiqués.
La figure 2B représente sur un demi schéma un exemple de réalisation du système de pompage qui comporte dans un même carter 21 la pompe P 1 de type hélicoaxiale de longueur Ll et la pompe P2 de type centrifuge de longueur L2. Le carter 21 est de préférence cylindrique pour être introduit plus facilement dans un puits. Ce carter est pourvu d'au moins un orifice d'admission 22 du fluide et un orifice d'évacuation (non représenté sur la figure pour des raisons de simplification), disposé à la sortie du dispositif de pompage de type centrifuge et qui communique avec un circuit d'écoulement du fluide permettant son transfert jusqu'à la surface 5.
t o du système de pompage, ~ un clapet anti-retour 10 et une vanne de purge 11, disposée du côté de l'élément de type centrifuge P2, en sortie de l'élément. Ces deux éléments étant bien connus de L'homme du métier ne seront pas détaillés.
Au niveau de la surface 5, une tête de tubing 12, spéciale et munie par exemple de joints d'étanchéité permet la sortie du câble électrique 8 à (extérieur et vers (armoire de commande 13.
Avantageusement, une duse réglable (non représentée sur la figure) permet d'ajuster le débit de (écoulement en augmentant ou en diminuant la contrepression sur le système de pompage.
La figure 2A montre schématiquement un exemple de réalisation où les deux pompes P1 et P2 sont solidaires d'un même arbre de rotation A, et séparées par un élément intermédiaire schématisé et référencé par 20 ou élément adaptateur dont la fonction est d'assurer le transfert du fluide de la pompe hélicoaxiale vers la pompe centrifuge.
Dans l'exemple de réalisation décrit à la figure 1, le fluide polyphasique issu du puits de production, est introduit en premier dans la pompe hélicoaxiale Pl, puis passe à
travers la pompe centrifuge P2.
Sur la figure 2B, seuls les éléments spécifiques ou nécessaires à la compréhension de l' invention ont été mentionnés, par exemple les éléments propres aux pompes centrifuges bien connues de l'Homme du métier n'ont pas été indiqués.
La figure 2B représente sur un demi schéma un exemple de réalisation du système de pompage qui comporte dans un même carter 21 la pompe P 1 de type hélicoaxiale de longueur Ll et la pompe P2 de type centrifuge de longueur L2. Le carter 21 est de préférence cylindrique pour être introduit plus facilement dans un puits. Ce carter est pourvu d'au moins un orifice d'admission 22 du fluide et un orifice d'évacuation (non représenté sur la figure pour des raisons de simplification), disposé à la sortie du dispositif de pompage de type centrifuge et qui communique avec un circuit d'écoulement du fluide permettant son transfert jusqu'à la surface 5.
6 Dans l'exemple illustré sur cette figure, les orifices d'admission 22 sont constitués par exemple par des lumières protégées dans la paroi du carter 21 et le dispositif comporte au moins au niveau de ces orifices un déflecteur 23 solidaire du carter 21 pour dévier le fluide, et lui imprimer une vitesse ayant une direction sensiblement axiale c'est-à-dire parallèle à l' axe de la pompe.
Du fait de la transmission des efforts par rapport au moteur, il est préférable d'utiliser un arbre de rotation A comprenant plusieurs parties dont les diamètres sont différents et choisis en fonction du type de pompe (centrifuge, hélicoaxiale).
Ainsi, à
l'intérieur du carter 21 est placé l'arbre de rotation A comportant au moins deux parties A1 et A2, ayant des diamètres respectifs ~ 1 et d~ 2.
La partie hélicoaxiale P 1 du système comporte par exemple plusieurs étages de compression i, dont un étage est appelé étage d'aspiration ou d'admission 24, et un étage de sortie 25. Le nombre de ces étages est choisi en fonction de l'énergie à
communiquer à
l'effluent de fond de puits jusqu'à la pompe de type centrifuge. Chaque étage de compression comporte par exemple un impulseur 26 et un redresseur 27, dont les caractéristiques géométriques et les dimensions sont choisies et adaptées par rapport à la nature de (effluent polyphasique. L'impulseur 26 est solidaire de l'arbre grâce à une clavette 56 (figure 6) et le redresseur 27 solidaire du corps de pompe est guidé par rapport à l'arbre de rotation grâce à un palier 28 solidaire dont une partie est solidaire de l'arbre de rotation A1.
Les caractéristiques géométriques et dimensionnelles des hydrauliques (impulseur et redresseur) de la pompe hélicoaxiale P 1 sont par exemple semblables à celles décrites dans les brevets FR 2.333.139, FR 2.471.501 et FR 2.665.224 du demandeur. Elles sont adaptées notamment pour ~ diminuer la proportion de la phase gazeuse, et/ou ~ mélanger les différentes phases constituant (effluent, notamment la phase gazeuse et la phase liquide, pour que le faciès ou la structure de cet écoulement soit compatible avec l'élément de pompage centrifuge disposé en aval, et/ou ~ assurer une compression suffisante de (effluent au moins jusqu'à une pression nécessaire pour l'entrée de la pompe P2.
La partie P2 de type centrifilge, est par exemple une pompe centrifuge multi-étages, comprenant un nombre d'étages de compression dont le nombre est déterminé pour obtenir la hauteur de refoulement désirée et donc assurer la valeur de pression à
l'effluent F1 pour permettre sa compression et sa remontée jusqu'à la surface. Cette pompe est pourvue d'un orifice de sortie communiquant avec la conduite permettant la remontée de l'effluent jusqu'à la surface.
Entre ces deux éléments P1 et P2 se trouve disposé un élément intermédiaire 20 dont la fonction est d'adapter les caractéristiques du fluide notamment sa direction
Du fait de la transmission des efforts par rapport au moteur, il est préférable d'utiliser un arbre de rotation A comprenant plusieurs parties dont les diamètres sont différents et choisis en fonction du type de pompe (centrifuge, hélicoaxiale).
Ainsi, à
l'intérieur du carter 21 est placé l'arbre de rotation A comportant au moins deux parties A1 et A2, ayant des diamètres respectifs ~ 1 et d~ 2.
La partie hélicoaxiale P 1 du système comporte par exemple plusieurs étages de compression i, dont un étage est appelé étage d'aspiration ou d'admission 24, et un étage de sortie 25. Le nombre de ces étages est choisi en fonction de l'énergie à
communiquer à
l'effluent de fond de puits jusqu'à la pompe de type centrifuge. Chaque étage de compression comporte par exemple un impulseur 26 et un redresseur 27, dont les caractéristiques géométriques et les dimensions sont choisies et adaptées par rapport à la nature de (effluent polyphasique. L'impulseur 26 est solidaire de l'arbre grâce à une clavette 56 (figure 6) et le redresseur 27 solidaire du corps de pompe est guidé par rapport à l'arbre de rotation grâce à un palier 28 solidaire dont une partie est solidaire de l'arbre de rotation A1.
Les caractéristiques géométriques et dimensionnelles des hydrauliques (impulseur et redresseur) de la pompe hélicoaxiale P 1 sont par exemple semblables à celles décrites dans les brevets FR 2.333.139, FR 2.471.501 et FR 2.665.224 du demandeur. Elles sont adaptées notamment pour ~ diminuer la proportion de la phase gazeuse, et/ou ~ mélanger les différentes phases constituant (effluent, notamment la phase gazeuse et la phase liquide, pour que le faciès ou la structure de cet écoulement soit compatible avec l'élément de pompage centrifuge disposé en aval, et/ou ~ assurer une compression suffisante de (effluent au moins jusqu'à une pression nécessaire pour l'entrée de la pompe P2.
La partie P2 de type centrifilge, est par exemple une pompe centrifuge multi-étages, comprenant un nombre d'étages de compression dont le nombre est déterminé pour obtenir la hauteur de refoulement désirée et donc assurer la valeur de pression à
l'effluent F1 pour permettre sa compression et sa remontée jusqu'à la surface. Cette pompe est pourvue d'un orifice de sortie communiquant avec la conduite permettant la remontée de l'effluent jusqu'à la surface.
Entre ces deux éléments P1 et P2 se trouve disposé un élément intermédiaire 20 dont la fonction est d'adapter les caractéristiques du fluide notamment sa direction
7 d'écoulement, son diamètre d'écoulement et tout autre paramètre nécessaire à
l'élément de pompage centrifuge P2.
Afin d'obtenir un effet de synergie optimal entre les deux éléments P1 et P2, l'élément intermédiaire présente des caractéristiques spécifiques géométriques et dimensionnelles décrites ci-après. Dans l'exemple de réalisation décrit à la figure 2B, l'élément intermédiaire est formé par le redresseur 29 disposé après fimpulseur 26 du dernier étage 25 de 1 a pompe P 1.
La figure 3 rappelle schématiquement la définition du diamètre moyen d'écoulement l0 d'un fluide dans des dispositifs de compression, bien connu de l'homme du métier, pour le redresseur 29 où la référence Di désigne le diamètre moyen de l'écoulement à
l'entrée du redresseur 29 et De le diamètre moyen de l'écoulement considéré en sortie.
Sur cette figure, on a aussi rappelé les diamètres moyens d'écoulement déimis pour des pompes centrifuge et hélicoaxiale. Les différents éléments sont référencés de la manière suivante ~ pour la pompe hélicoaxiale les valeurs des diamètres donnés respectivement pour l'entrée et la sortie sont référencées par D1 et D2, et ~ pour la pompe centrifuge par D3 et D4.
Ainsi, le redresseur 29 situé après l'impulseur 26 du dernier étage 25 présente pour ses angles d'entrée et de sortie les caractéristiques suivantes ~ l'angle d'entrée a du redresseur, compté par rapport au plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre A1 de rotation est compris entre 10 et 30°, ~ l'angle de sortie ~i pris par rapport au même plan varie dans une plage 90 +/- 10 ° et de préférence est sensiblement égal à 90°.
La forme du canal d'écoulement C à l'intérieur de ce redresseur 29 est adaptée pour favoriser le changement de direction de l'écoulement du fluide de l'angle a à
l'angle (3, et ainsi d'adapter la direction que possède le fluide en sortie de la pompe P1 pour (adapter aux caractéristiques géométriques de l'entrée de la pompe P2 de façon à
obtenir la meilleure compression à l'intérieur de la pompe P2 centrifuge.
Pour obtenir ce résultat, la valeur du rapport (Di/De) des diamètres moyens d'écoulement Di et De de passage des fluides précédemment définis (figure 3), et considérés respectivement en entrée et en sortie du redresseur 29, est comprise entre 1,8 et 2,5 et de préférence voisine de 2.
Le fluide entrant par les orifices 22 acquiert une certaine valeur d'énergie par son passage dans la pompe P l . En sortie du dernier impulseur 26 du dernier étage 25 de la pompe P1, le fluide possède une énergie E1 supérieure à l'énergie Ep qu'il possédait à
(admission 21 de la pompe P1, et une direction d'écoulement sensiblement radiale. De plus,
l'élément de pompage centrifuge P2.
Afin d'obtenir un effet de synergie optimal entre les deux éléments P1 et P2, l'élément intermédiaire présente des caractéristiques spécifiques géométriques et dimensionnelles décrites ci-après. Dans l'exemple de réalisation décrit à la figure 2B, l'élément intermédiaire est formé par le redresseur 29 disposé après fimpulseur 26 du dernier étage 25 de 1 a pompe P 1.
La figure 3 rappelle schématiquement la définition du diamètre moyen d'écoulement l0 d'un fluide dans des dispositifs de compression, bien connu de l'homme du métier, pour le redresseur 29 où la référence Di désigne le diamètre moyen de l'écoulement à
l'entrée du redresseur 29 et De le diamètre moyen de l'écoulement considéré en sortie.
Sur cette figure, on a aussi rappelé les diamètres moyens d'écoulement déimis pour des pompes centrifuge et hélicoaxiale. Les différents éléments sont référencés de la manière suivante ~ pour la pompe hélicoaxiale les valeurs des diamètres donnés respectivement pour l'entrée et la sortie sont référencées par D1 et D2, et ~ pour la pompe centrifuge par D3 et D4.
Ainsi, le redresseur 29 situé après l'impulseur 26 du dernier étage 25 présente pour ses angles d'entrée et de sortie les caractéristiques suivantes ~ l'angle d'entrée a du redresseur, compté par rapport au plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre A1 de rotation est compris entre 10 et 30°, ~ l'angle de sortie ~i pris par rapport au même plan varie dans une plage 90 +/- 10 ° et de préférence est sensiblement égal à 90°.
La forme du canal d'écoulement C à l'intérieur de ce redresseur 29 est adaptée pour favoriser le changement de direction de l'écoulement du fluide de l'angle a à
l'angle (3, et ainsi d'adapter la direction que possède le fluide en sortie de la pompe P1 pour (adapter aux caractéristiques géométriques de l'entrée de la pompe P2 de façon à
obtenir la meilleure compression à l'intérieur de la pompe P2 centrifuge.
Pour obtenir ce résultat, la valeur du rapport (Di/De) des diamètres moyens d'écoulement Di et De de passage des fluides précédemment définis (figure 3), et considérés respectivement en entrée et en sortie du redresseur 29, est comprise entre 1,8 et 2,5 et de préférence voisine de 2.
Le fluide entrant par les orifices 22 acquiert une certaine valeur d'énergie par son passage dans la pompe P l . En sortie du dernier impulseur 26 du dernier étage 25 de la pompe P1, le fluide possède une énergie E1 supérieure à l'énergie Ep qu'il possédait à
(admission 21 de la pompe P1, et une direction d'écoulement sensiblement radiale. De plus,
8 du fait de la compression effectuée à l' intérieur la pompe hélicoaxiale P 1, le rapport de la phase gazeuse sur la phase liquide a diminué, la valeur de ce rapport GLR
étant telle qu'il permet d'obtenir une compression efficace du fluide dans la pompe centrifuge P2. Le fluide présente aussi une meilleure homogénéité pour les phases liquide et gazeuse.
Il passe ensuite à travers l'élément redresseur 29 qui permet de lui donner une direction d'écoulemént adaptée à l'entrée de la pompe P2, qui suit une direction sensiblement axiale voisine de l'arbre A2, et la plus proche de l'arbre.
Selon un autre mode de réalisation, l'élément d'adaptation peut être formé par un élément intermédiaire indépendant des éléments de pompage hélicoaxial et centrifuge, qui présente des caractéristiques sensiblement identiques à celles qui sont décrites pour le redresseur 29.
Une autre variante consiste par exemple à conserver les caractéristiques géométriques habituelles pour le dernier redresseur du dernier étage à l'issu duquel, la direction d'écoulement du fluide est sensiblement axiale et à disposer entre ce redresseur et l'entrée de la pompe centrifuge P2, un élément qui a pour fonction principale d'assurer la transformation du diamètre d'écoulement Di à un diamètre d'écoulement De.
Dans tous les cas de réalisation et pour définir la géométrie et les caractéristiques de cet élément d'adaptation, la nature et le faciès de l'écoulement polyphasique, l'écoulement de type pétrolier issu du puits ou source peuvent être pris en compte.
Sur la figure 2B, on a aussi représenté les diamètres internes ~ 3 et ~ 4 des corps pour les deux éléments de pompage référencés respectivement ~ 3/2 et ~ 4/2.
Différentes variantes de choix pour les valeurs de ces diamètres sont possibles. Par exemple en choisissant un diamètre ~ 3 > fi 4, on favorise le débit du fluide de la pompe hélicoaxiale P1 vers la pompe centrifuge P2. On utilisera des valeurs de diamètre sensiblement identiques pour les deux éléments de pompage lorsque l'on souhaite obtenix un certain équilibre entre le débit et la pression. La valeur ~ 3 sera choisie inférieure à ~ 4 pour favoriser le gain de pression obtenu par les étages centrifuges de la pompe P 1.
On choisira de préférence une gamme pour les valeurs de vitesse de rotation compatible pour les deux pompes de type hélicoaxiale et centrifuge. Par exemple, lorsque les deux pompes sont solidaires d'un même arbre, on choisira une vitesse de rotation variant dans l'intervalle compris entre 3000 et 5000 t/mn par exemple, de préférence voisine de 4500 t/mn. Dans certains cas, il sera possible d'augmenter cette vitesse de rotation jusqu'à environ 6000 t/mn.
étant telle qu'il permet d'obtenir une compression efficace du fluide dans la pompe centrifuge P2. Le fluide présente aussi une meilleure homogénéité pour les phases liquide et gazeuse.
Il passe ensuite à travers l'élément redresseur 29 qui permet de lui donner une direction d'écoulemént adaptée à l'entrée de la pompe P2, qui suit une direction sensiblement axiale voisine de l'arbre A2, et la plus proche de l'arbre.
Selon un autre mode de réalisation, l'élément d'adaptation peut être formé par un élément intermédiaire indépendant des éléments de pompage hélicoaxial et centrifuge, qui présente des caractéristiques sensiblement identiques à celles qui sont décrites pour le redresseur 29.
Une autre variante consiste par exemple à conserver les caractéristiques géométriques habituelles pour le dernier redresseur du dernier étage à l'issu duquel, la direction d'écoulement du fluide est sensiblement axiale et à disposer entre ce redresseur et l'entrée de la pompe centrifuge P2, un élément qui a pour fonction principale d'assurer la transformation du diamètre d'écoulement Di à un diamètre d'écoulement De.
Dans tous les cas de réalisation et pour définir la géométrie et les caractéristiques de cet élément d'adaptation, la nature et le faciès de l'écoulement polyphasique, l'écoulement de type pétrolier issu du puits ou source peuvent être pris en compte.
Sur la figure 2B, on a aussi représenté les diamètres internes ~ 3 et ~ 4 des corps pour les deux éléments de pompage référencés respectivement ~ 3/2 et ~ 4/2.
Différentes variantes de choix pour les valeurs de ces diamètres sont possibles. Par exemple en choisissant un diamètre ~ 3 > fi 4, on favorise le débit du fluide de la pompe hélicoaxiale P1 vers la pompe centrifuge P2. On utilisera des valeurs de diamètre sensiblement identiques pour les deux éléments de pompage lorsque l'on souhaite obtenix un certain équilibre entre le débit et la pression. La valeur ~ 3 sera choisie inférieure à ~ 4 pour favoriser le gain de pression obtenu par les étages centrifuges de la pompe P 1.
On choisira de préférence une gamme pour les valeurs de vitesse de rotation compatible pour les deux pompes de type hélicoaxiale et centrifuge. Par exemple, lorsque les deux pompes sont solidaires d'un même arbre, on choisira une vitesse de rotation variant dans l'intervalle compris entre 3000 et 5000 t/mn par exemple, de préférence voisine de 4500 t/mn. Dans certains cas, il sera possible d'augmenter cette vitesse de rotation jusqu'à environ 6000 t/mn.
9 Du fait des vitesses de rotation élevées, et de la proportion de gaz qui peut se révéler importante, par exemple au ri~oins égale à 40 % à l'entrée de la pompe hélicoaxiale P1, il s'avère nécessaire de lubrifier certains éléments du système et notamment les paliers 28.
Pour cela, les figures 4, 5 et 6 schématisent plusieurs variantes de réalisation, qui utilisent le fluide Haute Pression comme agent de lubrification des paliers.
Au moins une partie du fluide haute pression peut être prélevé à partir d'un étage de compression, par exemple au niveau du dernier impulseur et être réinjecté à
un ou plusieurs étages de rang inférieur en considérant l'entrée et la sortie de la pompe P1.
Sur la figure 4, l'arbre A comporte sur la majorité de la longueur L1 de sa partie Al (au moins sur la partie de la pompe qui comporte les étages de compression), un canal creux 30 disposé sensiblement selon l'âxe de l'arbre. Le canal 30 est relié
par un conduit 31 disposé dans l'impulseur 26 (rang i+1) du dernier étage 25 de la pompe P1 et qui permet le passage d'au moins une partie du fluide ayant une pression F1 alors que la partie restante est envoyée vers le dispositif de pompage P2.
Le conduit central 30 est relié par un ou plusieurs conduits 32 qui débouchent au niveau des paliers 28 des redresseurs d'un ou plusieurs étages, par exemple l'étage d'admission 24 et l'étage de rang i sur la figure. Le fluide haute pression permet ainsi la lubrification de ces paliers.
La figure 5 représente schématiquement une variante de réalisation du dispositif de la figure 4 qui offre notamment comme avantage de moduler la valeur de pression du fluide jouant le rôle d'agent de lubrification. En effet, au lieu de renvoyer le fluide haute pression uniquement à partir de la sortie de la pompe Pl, vers les différents étages du système, on dispose un ou plusieurs petits circuits qui permettent de prélever le fluide haute pression à
un étage i+1, par exemple pour le renvoyer vers l'étage de rang i, ou encore un autre étage, sachant que l'étage à partir duquel le fluide est prélevé, est un étage de compression de rang plus élevé.
Les circuits de prélèvement et de réinjection comportent un conduit 40 relié à
un impulseur 26 d'un étage de rang i et à un conduit 41 sensiblement parallèle à
l'axe de l'arbre, le conduit 41 étant lui-même relié par un conduit 42 qui débouche au niveau d'un pallier 28 d'un redresseur 27 d'un rang inférieur i-1 ou i-x, x >l.
Le ou les circuits peuvent être répartis sensiblement le long de la partie P]
du système de pompage. Les étages situés au voisinage de l'étage d'admission étant ceux qui voient un effluent dont la valeur de GLR est la plus élevée, l'effluent en entrée ayant un taux de gaz plus élevé que l'effluent en sortie du dispositif de pompage du fait de la compression réalisée à l'intérieur, le nombre de circuits de lubrification peut être plus élevé
dans la partie disposée au voisinage de l'entrée.
Selon un autre mode de réalisation décrit à la figure 6, le conduit creux disposé au centre de l'arbre, est remplacé par une conduit qui va être disposé dans un emplacement 50 réalisé dans l'arbre.
5 Une telle manière de procéder permet avantageusement de simplifier la réalisation technologique de l'ensemble.
Pour cela, l'arbre A comporte par exemple une cavité 50 dont les dimensions géométriques sont adaptées pour recevoir un tube 52 qui peut être d'une longueur sensiblement identique à la longueur de la partie de l'arbre A1 qui comporte les étages de
Pour cela, les figures 4, 5 et 6 schématisent plusieurs variantes de réalisation, qui utilisent le fluide Haute Pression comme agent de lubrification des paliers.
Au moins une partie du fluide haute pression peut être prélevé à partir d'un étage de compression, par exemple au niveau du dernier impulseur et être réinjecté à
un ou plusieurs étages de rang inférieur en considérant l'entrée et la sortie de la pompe P1.
Sur la figure 4, l'arbre A comporte sur la majorité de la longueur L1 de sa partie Al (au moins sur la partie de la pompe qui comporte les étages de compression), un canal creux 30 disposé sensiblement selon l'âxe de l'arbre. Le canal 30 est relié
par un conduit 31 disposé dans l'impulseur 26 (rang i+1) du dernier étage 25 de la pompe P1 et qui permet le passage d'au moins une partie du fluide ayant une pression F1 alors que la partie restante est envoyée vers le dispositif de pompage P2.
Le conduit central 30 est relié par un ou plusieurs conduits 32 qui débouchent au niveau des paliers 28 des redresseurs d'un ou plusieurs étages, par exemple l'étage d'admission 24 et l'étage de rang i sur la figure. Le fluide haute pression permet ainsi la lubrification de ces paliers.
La figure 5 représente schématiquement une variante de réalisation du dispositif de la figure 4 qui offre notamment comme avantage de moduler la valeur de pression du fluide jouant le rôle d'agent de lubrification. En effet, au lieu de renvoyer le fluide haute pression uniquement à partir de la sortie de la pompe Pl, vers les différents étages du système, on dispose un ou plusieurs petits circuits qui permettent de prélever le fluide haute pression à
un étage i+1, par exemple pour le renvoyer vers l'étage de rang i, ou encore un autre étage, sachant que l'étage à partir duquel le fluide est prélevé, est un étage de compression de rang plus élevé.
Les circuits de prélèvement et de réinjection comportent un conduit 40 relié à
un impulseur 26 d'un étage de rang i et à un conduit 41 sensiblement parallèle à
l'axe de l'arbre, le conduit 41 étant lui-même relié par un conduit 42 qui débouche au niveau d'un pallier 28 d'un redresseur 27 d'un rang inférieur i-1 ou i-x, x >l.
Le ou les circuits peuvent être répartis sensiblement le long de la partie P]
du système de pompage. Les étages situés au voisinage de l'étage d'admission étant ceux qui voient un effluent dont la valeur de GLR est la plus élevée, l'effluent en entrée ayant un taux de gaz plus élevé que l'effluent en sortie du dispositif de pompage du fait de la compression réalisée à l'intérieur, le nombre de circuits de lubrification peut être plus élevé
dans la partie disposée au voisinage de l'entrée.
Selon un autre mode de réalisation décrit à la figure 6, le conduit creux disposé au centre de l'arbre, est remplacé par une conduit qui va être disposé dans un emplacement 50 réalisé dans l'arbre.
5 Une telle manière de procéder permet avantageusement de simplifier la réalisation technologique de l'ensemble.
Pour cela, l'arbre A comporte par exemple une cavité 50 dont les dimensions géométriques sont adaptées pour recevoir un tube 52 qui peut être d'une longueur sensiblement identique à la longueur de la partie de l'arbre A1 qui comporte les étages de
10 compression. Ce tube 52 comporte un ou plusieurs oripces 53, 54 (non représentés sur la présente figure), les orifices de type 53 étant répartis le long de la partie A 1 pour permettre le passage du fluide haute pression d'un impulseur vers le tube 52 et ceux de type 54 au contraire du tube 52 vers un pallier 28 d'un redresseur à lubrifier. Le pallier 28 comporte des moyens permettant le passage du fluide utilisé comme agent de lubrification vers le redresseur.
Les orifices seront répartis en fonction des étages à lubrifier.
Selon un autre mode de réalisation il est possible, sans sortir du cadre de l'invention, de concevoir des tronçons de tube de type 52 selon un principe de distribution du fluide lubrifiant décrit à la figure 5.
Les dispositifs de pompage de type hélicoaxial comportent au niveau de l'arbre de rotation une rainure 55 permettant de recevoir une clavette qui maintient l'impulseur. Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible de faire jouer au tube 52, décrit à la figure 5, le rôle de la clavette.
Les orifices seront répartis en fonction des étages à lubrifier.
Selon un autre mode de réalisation il est possible, sans sortir du cadre de l'invention, de concevoir des tronçons de tube de type 52 selon un principe de distribution du fluide lubrifiant décrit à la figure 5.
Les dispositifs de pompage de type hélicoaxial comportent au niveau de l'arbre de rotation une rainure 55 permettant de recevoir une clavette qui maintient l'impulseur. Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible de faire jouer au tube 52, décrit à la figure 5, le rôle de la clavette.
Claims (9)
1- Système de pompage pour comprimer un fluide polyphasique comprenant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, le système comprenant en combinaison au moins un couple d'éléments de pompage, caractérisé en ce qu'il comporte:
.cndot. un premier élément de pompage (P1) de type hélicoaxial adapté à~
communiquer de l'énergie audit fluide polyphasique ou à diminuer la proportion de la phase gazeuse présente initialement dans le fluide ou à
mélanger lesdites phases gazeuse et liquide, de manière à obtenir en sortie dudit premier élément de pompage (P1) un premier fluide (F1) ayant une énergie (E1), ledit fluide (F1) étant envoyé vers un second élément de pompage (P2);
.cndot. un second élément de pompage (P2) de type centrifuge, ledit second élément (P2) étant disposé en aval dudit premier élément de pompage (P1), ledit second élément de pompage permettant de communiquer audit premier fluide (F1) issu du premier élément de pompage une valeur de pression suffisante pour le transférer d'un endroit à un autre;
.cndot. un élément d'adaptation présentant des caractéristiques choisies pour~
adapter le fluide (F1) au second élément (P2), ledit élément d'adaptation étant disposé entre la sortie dudit premier élément de pompage (P1) et l'entrée dudit second élément de pompage (P2);
.cndot. dans lequel ledit premier élément de pompage (P1) comprend plusieurs étages, chacun des étages comprenant un impulseur et un redresseur, ledit second élément de pompage (P2) comportant au moins une série d'hydrauliques centrifuges comprenant un impulseur et un redresseur, et en ce que ledit élément d'adaptation a des caractéristiques géométriques considérées en entrée et en sortie dudit élément d'adaptation adaptées pour optimiser le transfert du fluide (F1) vers le second élément de pompage (P2); et .cndot. dans lequel un angle d'entrée (.alpha.) du premier fluide (F1) au élément d'adaptation considéré par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe d'un arbre de rotation est compris entre 10 et 30° et un angle de sortie (.beta.) du premier fluide (F1) de l'élément d'adaptation considéré par rapport au plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre de rotation est sensiblement égal à
90°.
.cndot. un premier élément de pompage (P1) de type hélicoaxial adapté à~
communiquer de l'énergie audit fluide polyphasique ou à diminuer la proportion de la phase gazeuse présente initialement dans le fluide ou à
mélanger lesdites phases gazeuse et liquide, de manière à obtenir en sortie dudit premier élément de pompage (P1) un premier fluide (F1) ayant une énergie (E1), ledit fluide (F1) étant envoyé vers un second élément de pompage (P2);
.cndot. un second élément de pompage (P2) de type centrifuge, ledit second élément (P2) étant disposé en aval dudit premier élément de pompage (P1), ledit second élément de pompage permettant de communiquer audit premier fluide (F1) issu du premier élément de pompage une valeur de pression suffisante pour le transférer d'un endroit à un autre;
.cndot. un élément d'adaptation présentant des caractéristiques choisies pour~
adapter le fluide (F1) au second élément (P2), ledit élément d'adaptation étant disposé entre la sortie dudit premier élément de pompage (P1) et l'entrée dudit second élément de pompage (P2);
.cndot. dans lequel ledit premier élément de pompage (P1) comprend plusieurs étages, chacun des étages comprenant un impulseur et un redresseur, ledit second élément de pompage (P2) comportant au moins une série d'hydrauliques centrifuges comprenant un impulseur et un redresseur, et en ce que ledit élément d'adaptation a des caractéristiques géométriques considérées en entrée et en sortie dudit élément d'adaptation adaptées pour optimiser le transfert du fluide (F1) vers le second élément de pompage (P2); et .cndot. dans lequel un angle d'entrée (.alpha.) du premier fluide (F1) au élément d'adaptation considéré par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe d'un arbre de rotation est compris entre 10 et 30° et un angle de sortie (.beta.) du premier fluide (F1) de l'élément d'adaptation considéré par rapport au plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre de rotation est sensiblement égal à
90°.
2- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier et second éléments de pompage (P1 et P2) sont solidaires du même arbre de rotation.
3- Système de pompage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément d'adaptation est formé par un redresseur (29) disposé entre l'impulseur du dernier étage dudit premier élément de pompage (P1) et le premier impulseur dudit second élément de pompage (P2).
4- Système de pompage selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé
en ce que l'arbre de rotation (A) est formée par au moins deux parties (A1 et A2), une première partie (A1) de longueur (L1) sensiblement égale à la longueur dudit premier élément de pompage et une seconde partie (A2) ayant une longueur (L2) qui s'étend sensiblement sur toute la longueur dudit second élément de pompage (P2), la valeur du diamètre (D1) de la première partie (A1) est supérieure à la valeur du diamètre (D2).
en ce que l'arbre de rotation (A) est formée par au moins deux parties (A1 et A2), une première partie (A1) de longueur (L1) sensiblement égale à la longueur dudit premier élément de pompage et une seconde partie (A2) ayant une longueur (L2) qui s'étend sensiblement sur toute la longueur dudit second élément de pompage (P2), la valeur du diamètre (D1) de la première partie (A1) est supérieure à la valeur du diamètre (D2).
5- Système de pompage pour comprimer un fluide polyphasique comprenant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, le système comprenant en combinaison au moins un couple d'éléments de pompage, caractérisé en ce qu'il comporte:
.cndot. un premier élément de pompage (P1) de type hélicoaxial adapté à
communiquer de l'énergie audit fluide polyphasique ou à diminuer la proportion de la phase gazeuse présente initialement dans le fluide ou à
mélanger lesdites phases gazeuse et liquide, de manière à obtenir en sortie dudit premier élément de pompage (P1) un premier fluide (F1) ayant une énergie (E1), ledit fluide (F1) étant envoyé vers un second élément de pompage (P2);
.cndot. un second élément de pompage (P2) de type centrifuge, ledit second élément (P2) étant disposé en aval dudit premier élément de pompage (P1), ledit second élément de pompage permettant de communiquer audit premier fluide (F1) issu du premier élément de pompage une valeur de pression suffisante pour le transférer d'un endroit à un autre;
.cndot. un élément d'adaptation présentant des caractéristiques choisies pour adapter le fluide (F1) au second élément (P2), ledit élément d'adaptation étant disposé entre la sortie dudit premier élément de pompage (P1) et l'entrée dudit second élément de pompage (P2);
.cndot. dans lequel ledit premier élément de pompage (P1) comprend plusieurs~
étages, chacun des étages comprenant un impulseur et un redresseur, ledit second élément de pompage (P2) comportant au moins une série~
d'hydrauliques centrifuges comprenant un impulseur et un redresseur, et en ce que ledit élément d'adaptation a des caractéristiques géométriques considérées en entrée et en sortie dudit élément d'adaptation adaptées pour optimiser le transfert du fluide (F1) vers le second élément de pompage (P2); et .cndot. dans lequel la valeur d'un rapport (Di/De) des diamètres moyens~
d'écoulement est compris entre 1,8 et 2,5, Di étant le diamètre d'écoulement à l'entrée de l'élément d'adaptation, et De étant le diamètre d'écoulement à la sortie de l'élément d'adaptation.
.cndot. un premier élément de pompage (P1) de type hélicoaxial adapté à
communiquer de l'énergie audit fluide polyphasique ou à diminuer la proportion de la phase gazeuse présente initialement dans le fluide ou à
mélanger lesdites phases gazeuse et liquide, de manière à obtenir en sortie dudit premier élément de pompage (P1) un premier fluide (F1) ayant une énergie (E1), ledit fluide (F1) étant envoyé vers un second élément de pompage (P2);
.cndot. un second élément de pompage (P2) de type centrifuge, ledit second élément (P2) étant disposé en aval dudit premier élément de pompage (P1), ledit second élément de pompage permettant de communiquer audit premier fluide (F1) issu du premier élément de pompage une valeur de pression suffisante pour le transférer d'un endroit à un autre;
.cndot. un élément d'adaptation présentant des caractéristiques choisies pour adapter le fluide (F1) au second élément (P2), ledit élément d'adaptation étant disposé entre la sortie dudit premier élément de pompage (P1) et l'entrée dudit second élément de pompage (P2);
.cndot. dans lequel ledit premier élément de pompage (P1) comprend plusieurs~
étages, chacun des étages comprenant un impulseur et un redresseur, ledit second élément de pompage (P2) comportant au moins une série~
d'hydrauliques centrifuges comprenant un impulseur et un redresseur, et en ce que ledit élément d'adaptation a des caractéristiques géométriques considérées en entrée et en sortie dudit élément d'adaptation adaptées pour optimiser le transfert du fluide (F1) vers le second élément de pompage (P2); et .cndot. dans lequel la valeur d'un rapport (Di/De) des diamètres moyens~
d'écoulement est compris entre 1,8 et 2,5, Di étant le diamètre d'écoulement à l'entrée de l'élément d'adaptation, et De étant le diamètre d'écoulement à la sortie de l'élément d'adaptation.
6- Système de pompage selon la revendication 5, dans lequel la valeur du rapport (Di/De) est voisin de 2.
7- Système de pompage pour comprimer un fluide polyphasique comprenant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, le système comprenant en combinaison au moins un couple d'éléments de pompage, caractérisé en ce qu'il comporte:
.cndot. un premier élément de pompage (P1) de type hélicoaxial adapté à
communiquer de l'énergie audit fluide polyphasique ou à diminuer la proportion de la phase gazeuse présente initialement dans le fluide ou à
mélanger lesdites phases gazeuse et liquide, de manière à obtenir en sortie dudit premier élément de pompage (P1) un premier fluide (F1) ayant une énergie (E1), ledit fluide (F1) étant envoyé vers un second élément de pompage (P2);
.cndot. un second élément de pompage (P2) de type centrifuge, ledit second élément (P2) étant disposé en aval dudit premier élément de pompage (P1), ledit second élément de pompage permettant de communiquer audit premier fluide (F1) issu du premier élément de pompage une valeur de pression suffisante pour le transférer d'un endroit à un autre;
.cndot. un élément d'adaptation présentant des caractéristiques choisies pour adapter le fluide (F1) au second élément (P2), ledit élément d'adaptation étant disposé entre la sortie dudit premier élément de pompage (P1) et l'entrée dudit second élément de pompage (P2);
.cndot. dans lequel ledit premier élément de pompage (P1) comprend plusieurs étages, chacun des étages comprenant un impulseur et un redresseur, ledit second élément de pompage (P2) comportant au moins une série d'hydrauliques centrifuges comprenant un impulseur et un redresseur, et en ce que ledit élément d'adaptation a des caractéristiques géométriques considérées en entrée et en sortie dudit élément d'adaptation adaptées pour optimiser le transfert du fluide (F1) vers le second élément de pompage (P2); et .cndot. dans lequel un arbre de rotation (A) comprend des moyens de prélèvement d'au moins une partie du fluide haute pression et des moyens de réinjection de ladite partie prélevée au niveau d'un ou de plusieurs redresseurs dudit premier élément de pompage hélicoaxial (P1), de façon à lubrifier le ou les paliers associés à un redresseur.
.cndot. un premier élément de pompage (P1) de type hélicoaxial adapté à
communiquer de l'énergie audit fluide polyphasique ou à diminuer la proportion de la phase gazeuse présente initialement dans le fluide ou à
mélanger lesdites phases gazeuse et liquide, de manière à obtenir en sortie dudit premier élément de pompage (P1) un premier fluide (F1) ayant une énergie (E1), ledit fluide (F1) étant envoyé vers un second élément de pompage (P2);
.cndot. un second élément de pompage (P2) de type centrifuge, ledit second élément (P2) étant disposé en aval dudit premier élément de pompage (P1), ledit second élément de pompage permettant de communiquer audit premier fluide (F1) issu du premier élément de pompage une valeur de pression suffisante pour le transférer d'un endroit à un autre;
.cndot. un élément d'adaptation présentant des caractéristiques choisies pour adapter le fluide (F1) au second élément (P2), ledit élément d'adaptation étant disposé entre la sortie dudit premier élément de pompage (P1) et l'entrée dudit second élément de pompage (P2);
.cndot. dans lequel ledit premier élément de pompage (P1) comprend plusieurs étages, chacun des étages comprenant un impulseur et un redresseur, ledit second élément de pompage (P2) comportant au moins une série d'hydrauliques centrifuges comprenant un impulseur et un redresseur, et en ce que ledit élément d'adaptation a des caractéristiques géométriques considérées en entrée et en sortie dudit élément d'adaptation adaptées pour optimiser le transfert du fluide (F1) vers le second élément de pompage (P2); et .cndot. dans lequel un arbre de rotation (A) comprend des moyens de prélèvement d'au moins une partie du fluide haute pression et des moyens de réinjection de ladite partie prélevée au niveau d'un ou de plusieurs redresseurs dudit premier élément de pompage hélicoaxial (P1), de façon à lubrifier le ou les paliers associés à un redresseur.
8- Système de pompage selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de prélèvement et de réinjection comprennent un tube (52) disposé dans une partie de l'arbre de rotation, ledit tube comprenant des moyens de passage répartis pour lubrifier les paliers des redresseurs.
9- Système de pompage selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, caractérisé en ce qu'il est disposé dans un puits pétrolier, et adapté
pour permettre le transfert d'un fluide polyphasique pétrolier du fonds de puits vers la surface.
pour permettre le transfert d'un fluide polyphasique pétrolier du fonds de puits vers la surface.
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