CA2252022C - Dispositif et procede de compression diphasique d'un gaz soluble dans un solvant - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un procédé de traitement d'un effluent pétrolier dans lequel on sépare un effluent pétrolier issu d'un puits pétrolier en une phase huile, une phase aqueuse et une phase gazeuse; on traite la phase gazeuse pour produire des gaz acides et un gaz épuré en composés acides ; on rassemble la phase aqueuse et les gaz acides produits pour obtenir un fluide diphasique et on comprime le fluide diphasique obtenu avec un dispositif de compression diphasique. Le dispositif de compression diphasique est égalemen t un objet de la présente invention et comporte au moins un étage de compression diphasique comportant un impulseur et un redresseur pour dissoudre les gaz acides dans la phase aqueuse et pour communiquer de l'énergie au fluide diphasique et ainsi obtenir un fluide essentiellement liquide.
Description
DISPOSITIF ET PROCEDE DE COMPRESSION DIPHASIQUE D'UN GAZ SOLUBLE DANS
UN SOLVANT
La présente invention concerne un procédé et un système pour communiquer de l'énergie à plusieurs fluides et simultanément pour réaliser leur mélange, un des fluides étant miscible dans le ou les autres fluides.
L'invention trouve notamment son application pour des fluides qui se présentent sous une forme essentiellement gazeuse et qui sont miscibles ou solubles dans un fluide essentiellement liquide.
La présente invention permet notamment, au travers d'une même machine, à la fois la compression d'un gaz acide et d'une eau de formation provenant d'un gisement pétrolier, et leur mélange sous une forme essentiellement liquide, les gaz acides étant particulièrement solubles dans l'eau de formation. Le mélange liquide obtenu peut être envoyé
vers une zone de stockage ou encore réinjecté dans un puits de production ou une nappe aquifère.
L'invention s'applique en particulier au traitement d'un gaz naturel contenant des gaz acides, dioxyde de carbone et/ou hydrogène sulfuré qui sont généralement au moins en partie séparés du gaz naturel. Lorsqu'ils se présentent en faible quantité, ces gaz acides séparés peuvent être rejetés directement ou après incinération dans l'atmosphère. Toutefois, les normes pour lutter contre la pollution étant de plus en plus contraignantes, ces rejets dans l'atmosphère sont de moins en moins tolérés, et il devient nécessaire de trouver d'autres solutions faciles à mettre en oeuvre, respectant ces nouvelles normes, et ceci avec un minimum d'investissements.
L'art antérieur décrit diverses solutions pour éliminer les gaz acides.
Une solution consiste à injecter individuellement les gaz acides dans un gisement en utilisant des compresseurs centrifuges ou alternatifs.
Une autre manière de procéder consiste à injecter les gaz acides avec un autre fluide, par exemple de l'eau de formation disponible au niveau du gisement. Cette solution présente notamment comme avantage d'éliminer simultanément les gaz acides et l'eau de formation considérés comme deux polluants.
Le procédé de réinjection d'eau de formation et de gaz acides de la société
Pan Canadian Limited, dont les étapes essentielles sont résumées ci-après et décrites à la figure 1, est basé sur ce principe.
Le fluide issu des puits de production, est séparé en une phase huile qui est récupérée, une phase aqueuse et une phase gazeuse circulant respectivement dans des conduits 1 et
UN SOLVANT
La présente invention concerne un procédé et un système pour communiquer de l'énergie à plusieurs fluides et simultanément pour réaliser leur mélange, un des fluides étant miscible dans le ou les autres fluides.
L'invention trouve notamment son application pour des fluides qui se présentent sous une forme essentiellement gazeuse et qui sont miscibles ou solubles dans un fluide essentiellement liquide.
La présente invention permet notamment, au travers d'une même machine, à la fois la compression d'un gaz acide et d'une eau de formation provenant d'un gisement pétrolier, et leur mélange sous une forme essentiellement liquide, les gaz acides étant particulièrement solubles dans l'eau de formation. Le mélange liquide obtenu peut être envoyé
vers une zone de stockage ou encore réinjecté dans un puits de production ou une nappe aquifère.
L'invention s'applique en particulier au traitement d'un gaz naturel contenant des gaz acides, dioxyde de carbone et/ou hydrogène sulfuré qui sont généralement au moins en partie séparés du gaz naturel. Lorsqu'ils se présentent en faible quantité, ces gaz acides séparés peuvent être rejetés directement ou après incinération dans l'atmosphère. Toutefois, les normes pour lutter contre la pollution étant de plus en plus contraignantes, ces rejets dans l'atmosphère sont de moins en moins tolérés, et il devient nécessaire de trouver d'autres solutions faciles à mettre en oeuvre, respectant ces nouvelles normes, et ceci avec un minimum d'investissements.
L'art antérieur décrit diverses solutions pour éliminer les gaz acides.
Une solution consiste à injecter individuellement les gaz acides dans un gisement en utilisant des compresseurs centrifuges ou alternatifs.
Une autre manière de procéder consiste à injecter les gaz acides avec un autre fluide, par exemple de l'eau de formation disponible au niveau du gisement. Cette solution présente notamment comme avantage d'éliminer simultanément les gaz acides et l'eau de formation considérés comme deux polluants.
Le procédé de réinjection d'eau de formation et de gaz acides de la société
Pan Canadian Limited, dont les étapes essentielles sont résumées ci-après et décrites à la figure 1, est basé sur ce principe.
Le fluide issu des puits de production, est séparé en une phase huile qui est récupérée, une phase aqueuse et une phase gazeuse circulant respectivement dans des conduits 1 et
2. La phase aqueuse est stockée dans des réservoirs atmosphériques 3, alors que la phase gazeuse comportant les gaz acides est traitée dans une unité 4 aux amines de manière à
obtenir un gaz, sans composants acides, et un gaz à forte teneur en composants acides à
une pression voisine de la pression atmosphérique. La fraction gazeuse riche en gaz acides est envoyée vers un compresseur 5, et l'eau de formation est envoyée vers une pompe monophasique 6. Le gaz et l'eau de formation ayant séparément acquis un niveau de pression donné, sont ensuite mélangés dans un mélangeur 7. Le mélange est réalisé à une pression élevée pour faciliter la dissolution des gaz dans l'eau, la quantité
de gaz acides dissoute augmentant avec le niveau de pression. Ce mélange se présentant sous une forme liquide, est alors réinjecté par exemple dans un réservoir souterrain à l'aide d'une pompe monophasique 8 adaptée à pomper des fluides monophasiques liquides. En amont de la pompe haute pression le gaz doit être non seulement entièrement dissous dans le liquide, mais le NPSHA (Hauteur disponible par rapport à la tension de vapeur du gaz) doit ëtre supérieur au NPSHR (Hauteur requise à l'entrée de la pompe par rapport à la tension de vapeur).
Dans le cas d'applications à pression de réinjection élevée et pour des fluides de production à forte teneur en gaz, le mélange d'eau et de gaz est effectué par étapes successives et séparées de pompage, de compression et de mélange.
Ce procédé nécessite un équipement qui présente l'inconvénient d'être lourd et coûteux, utilisant à la fois des compresseurs et des pompes monophasiques, ainsi que de nombreux échangeurs de chaleur. De plus, la dissolution des gaz acides dans l'eau n'étant pas instantanée, il est nécessaire d'utiliser des mélangeurs statiques ou dynamiques afin d'obtenir une parfaite dissolution du gaz dans le liquide en amont des pompes monophasiques augmentant encore la complexité des matériels, le coût et l'encombrement d'un tel système.
La présente invention propose de remédier aux inconvénients de l'art antérieur, en adoptant une nouvelle approche qui permet notamment de minimiser le nombre d'équipements habituellement utilisés.
Selon l'invention on utilise un dispositif de compression diphasique capable de communiquer de l'énergie à plusieurs fluides, au moins un des fluides étant soluble dans au moins un autre fluide, et aussi de réaliser simultanément le mélange des fluides, de façon à
obtenir en sortie un fluide se présentant sous une forme essentiellement ou complètement liquide.
La présente invention a pour objet un procédé de traitement d'un effluent pétrolier dans lequel on effectue les étapes suivantes:
a) on sépare un effluent pétrolier issu d'un puits pétrolier en une phase huile, une phase aqueuse et une phase gazeuse, 2a b) on traite la phase gazeuse pour produire des gaz acides et un gaz épuré en composés acides ;
caractérisé en ce que:
c) on rassemble la phase aqueuse de l'étape a) et les gaz acides produits à l'étape b) pour obtenir un fluide diphasique ;
d) on comprime le fluide diphasique obtenu à l'étape c) avec un dispositif de compression diphasique comportant au moins un étage de compression diphasique comportant un impuiseur et un redresseur pour dissoudre lesdits gaz acides dans la phase aqueuse et pour communiquer de l'énergie au fluide diphasique et ainsi obtenir un fluide essentiellement liquide.
La présente invention a pour objet un dispositif de compression diphasique permettant de communiquer de l'énergie à plusieurs fluides, tel qu'un fluide essentiellement liquide et une fluide essentiellement gazeux, au moins un des fluides étant miscible dans au moins un autre fluide, et permettant d'effectuer le mélange desdits fluides.
Le dispositif de compression diphasique pour la mise en oruvre du procédé
mentionné ci-dessus comporte au moins un étage de compression diphasique comportant un impulseur et un redresseur, et est caractérisé en ce que le dispositif comporte un deuxième redresseur disposé en amont dudit étage de compression diphasique et muni d'un élément percé de plusieurs canaux pour introduire et diffuser un fluide tel que des gaz acides dans le dispositif de compression diphasique, ledit étage de compression diphasique permettant de réaliser l'étape d) dudit procédé.
obtenir un gaz, sans composants acides, et un gaz à forte teneur en composants acides à
une pression voisine de la pression atmosphérique. La fraction gazeuse riche en gaz acides est envoyée vers un compresseur 5, et l'eau de formation est envoyée vers une pompe monophasique 6. Le gaz et l'eau de formation ayant séparément acquis un niveau de pression donné, sont ensuite mélangés dans un mélangeur 7. Le mélange est réalisé à une pression élevée pour faciliter la dissolution des gaz dans l'eau, la quantité
de gaz acides dissoute augmentant avec le niveau de pression. Ce mélange se présentant sous une forme liquide, est alors réinjecté par exemple dans un réservoir souterrain à l'aide d'une pompe monophasique 8 adaptée à pomper des fluides monophasiques liquides. En amont de la pompe haute pression le gaz doit être non seulement entièrement dissous dans le liquide, mais le NPSHA (Hauteur disponible par rapport à la tension de vapeur du gaz) doit ëtre supérieur au NPSHR (Hauteur requise à l'entrée de la pompe par rapport à la tension de vapeur).
Dans le cas d'applications à pression de réinjection élevée et pour des fluides de production à forte teneur en gaz, le mélange d'eau et de gaz est effectué par étapes successives et séparées de pompage, de compression et de mélange.
Ce procédé nécessite un équipement qui présente l'inconvénient d'être lourd et coûteux, utilisant à la fois des compresseurs et des pompes monophasiques, ainsi que de nombreux échangeurs de chaleur. De plus, la dissolution des gaz acides dans l'eau n'étant pas instantanée, il est nécessaire d'utiliser des mélangeurs statiques ou dynamiques afin d'obtenir une parfaite dissolution du gaz dans le liquide en amont des pompes monophasiques augmentant encore la complexité des matériels, le coût et l'encombrement d'un tel système.
La présente invention propose de remédier aux inconvénients de l'art antérieur, en adoptant une nouvelle approche qui permet notamment de minimiser le nombre d'équipements habituellement utilisés.
Selon l'invention on utilise un dispositif de compression diphasique capable de communiquer de l'énergie à plusieurs fluides, au moins un des fluides étant soluble dans au moins un autre fluide, et aussi de réaliser simultanément le mélange des fluides, de façon à
obtenir en sortie un fluide se présentant sous une forme essentiellement ou complètement liquide.
La présente invention a pour objet un procédé de traitement d'un effluent pétrolier dans lequel on effectue les étapes suivantes:
a) on sépare un effluent pétrolier issu d'un puits pétrolier en une phase huile, une phase aqueuse et une phase gazeuse, 2a b) on traite la phase gazeuse pour produire des gaz acides et un gaz épuré en composés acides ;
caractérisé en ce que:
c) on rassemble la phase aqueuse de l'étape a) et les gaz acides produits à l'étape b) pour obtenir un fluide diphasique ;
d) on comprime le fluide diphasique obtenu à l'étape c) avec un dispositif de compression diphasique comportant au moins un étage de compression diphasique comportant un impuiseur et un redresseur pour dissoudre lesdits gaz acides dans la phase aqueuse et pour communiquer de l'énergie au fluide diphasique et ainsi obtenir un fluide essentiellement liquide.
La présente invention a pour objet un dispositif de compression diphasique permettant de communiquer de l'énergie à plusieurs fluides, tel qu'un fluide essentiellement liquide et une fluide essentiellement gazeux, au moins un des fluides étant miscible dans au moins un autre fluide, et permettant d'effectuer le mélange desdits fluides.
Le dispositif de compression diphasique pour la mise en oruvre du procédé
mentionné ci-dessus comporte au moins un étage de compression diphasique comportant un impulseur et un redresseur, et est caractérisé en ce que le dispositif comporte un deuxième redresseur disposé en amont dudit étage de compression diphasique et muni d'un élément percé de plusieurs canaux pour introduire et diffuser un fluide tel que des gaz acides dans le dispositif de compression diphasique, ledit étage de compression diphasique permettant de réaliser l'étape d) dudit procédé.
3 Il est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément de compression diphasique adapté à réaliser le mélange des fluides essentiellement liquides et essentiellement gazeux et à communiquer à chacun d'eux une valeur d'énergie donnée,.le mélange issu dudit élément de compression diphasique étant sous une forme liquide ou essentiellement liquide et à un niveau de pression donné.
Selon un mode de réalisation le dispositif de compression diphasique peut comporter au moins un étage d'entrée et/ou au moins un étage de sortie, chacun desdits étages comprenant des hydrauliques adaptées au pompage d'un fluide essentiellement liquide.
Le dispositif de compression peut être formé d'au moins deux sections, la première section permettant d'obtenir un mélange Mi ayant un niveau de pression Pi et la seconde section permettant d'obtenir à partir du mélange Mi un mélange Ms ayant un niveau de pression Ps, un conduit d'évacuation du mélange Mi et un conduit d'introduction du fluide Mi dans la seconde section, lesdites deux sections étant séparées par un dispositif d'étanchéité
et les hydrauliques des deux sections étant montées dos à dos de manière à
minimiser les efforts de poussée axiale.
Le dispositif de compression diphasique peut comporter un dispositif disposé
entre deux étages de compression et adapté pour réaliser au moins le mélange du fluide essentiellement liquide et du fluide essentiellement gazeux, par exemple dans le cas où ces deux fluides sont introduits à des étages de rang différents.
Le dispositif de compression peut aussi comprendre une unité de traitement et/ou de mélange des fluides, ladite unité de traitement et/ou de mélange étant reliée au dispositif de compression par des conduits d'arrivée et d'évacuation des fluides, avant traitement et après traitement.
Dans certains cas de réalisation, l'unité de traitement comporte un moyen de réfrigération inséré dans l'unité de traitement.
L'unité de traitement peut comporter un circuit de refroidissement d'au moins urie partie du mélange diphasique prélevé à partir du dispositif de compression diphasique et/ou d'une partie de la phase liquide issue du dispositif de compression diphasique.
Le dispositif de compression comporte par exemple des moyens pour déterminer des paramètres liés au fluide et/ou à son fonctionnement, des moyens de calcul et de traitement de données capables de modifier la vitesse de rotation du dispositif de compression diphasique et/ou d'agir sur l'efficacité du moyen de réfrigération et/ou sur le débit du fluide recyclé au niveau du circuit de refroidissement.
L'invention a aussi pour objet un procédé utilisé pour communiquer de l'énergie à
plusieurs fluides, au moins un des fluides étant miscible dans au moins un autre fluide, et simultanément à réaliser le mélange de fluides, tel qu'un fluide essentiellement gazeux et un fluide essentiellement liquide.
Selon un mode de réalisation le dispositif de compression diphasique peut comporter au moins un étage d'entrée et/ou au moins un étage de sortie, chacun desdits étages comprenant des hydrauliques adaptées au pompage d'un fluide essentiellement liquide.
Le dispositif de compression peut être formé d'au moins deux sections, la première section permettant d'obtenir un mélange Mi ayant un niveau de pression Pi et la seconde section permettant d'obtenir à partir du mélange Mi un mélange Ms ayant un niveau de pression Ps, un conduit d'évacuation du mélange Mi et un conduit d'introduction du fluide Mi dans la seconde section, lesdites deux sections étant séparées par un dispositif d'étanchéité
et les hydrauliques des deux sections étant montées dos à dos de manière à
minimiser les efforts de poussée axiale.
Le dispositif de compression diphasique peut comporter un dispositif disposé
entre deux étages de compression et adapté pour réaliser au moins le mélange du fluide essentiellement liquide et du fluide essentiellement gazeux, par exemple dans le cas où ces deux fluides sont introduits à des étages de rang différents.
Le dispositif de compression peut aussi comprendre une unité de traitement et/ou de mélange des fluides, ladite unité de traitement et/ou de mélange étant reliée au dispositif de compression par des conduits d'arrivée et d'évacuation des fluides, avant traitement et après traitement.
Dans certains cas de réalisation, l'unité de traitement comporte un moyen de réfrigération inséré dans l'unité de traitement.
L'unité de traitement peut comporter un circuit de refroidissement d'au moins urie partie du mélange diphasique prélevé à partir du dispositif de compression diphasique et/ou d'une partie de la phase liquide issue du dispositif de compression diphasique.
Le dispositif de compression comporte par exemple des moyens pour déterminer des paramètres liés au fluide et/ou à son fonctionnement, des moyens de calcul et de traitement de données capables de modifier la vitesse de rotation du dispositif de compression diphasique et/ou d'agir sur l'efficacité du moyen de réfrigération et/ou sur le débit du fluide recyclé au niveau du circuit de refroidissement.
L'invention a aussi pour objet un procédé utilisé pour communiquer de l'énergie à
plusieurs fluides, au moins un des fluides étant miscible dans au moins un autre fluide, et simultanément à réaliser le mélange de fluides, tel qu'un fluide essentiellement gazeux et un fluide essentiellement liquide.
4 Il est caractérisé en ce que l'on envoie le fluide essentiellement gazeux et le fluide essentiellement liquide au moins vers un même dispositif de compression diphasique adapté
à communiquer de l'énergie au moins à chacun des deux fluides et, à réaliser le mélange des deux fluides, pour obtenir en sortie un fluide essentiellement liquide à
une pression donnée.
Selon le procédé on détermine par exemple la différence de pression entre les fluides à mélanger avant leur introduction dans le dispositif de compression diphasique, et = si la valeur de cette différence est inférieure à une valeur fixée, on envoie les deux fluides à un même étage de compression diphasique du dispositif de compression, = si la valeur de cette différence est supérieure à une valeur fixée, on envoie le fluide de plus basse pression à un étage du dispositif de compression de rang i et le fluide de plus haute pression à un étage de rang supérieur i+n, le nombre n étant déterminé
en fonction de la différence de pression, Le procédé peut comporter une étape de prélèvement d'au moins une partie du mélange des fluides après passage dans un nombre d'étages m du dispositif de compression diphasique, une étape de traitement de la partie prélevée et une étape de renvoi après traitement vers un étage du dispositif de compression de rang supérieur au rang de l'étage de prélèvement.
Il est aussi possible de réfrigérer le fluide et/ou un fluide tel qu'une partie du mélange diphasique prélevé ou au moins une partie de la phase liquide extraite du mélange diphasique prélevé ou au moins une partie du liquide issue du dispositif de compression diphasique, le fluide réfrigéré pouvant éventuellement être recyclé.
Il est aussi possible de réguler la vitesse de rotation du dispositif de compression et/ou de contrôler l'efficacité de l'étape de réfrigération et/ou de contrôler le débit de fluide recyclé.
L'invention s'applique particulièrement bien pour le transfert simultané de gaz acides et d'eau de formation vers un réservoir souterrain.
Ainsi la présente invention offre par rapport à l'art antérieur comme avantage de simplifier les dispositifs nécessaires pour réaliser la compression et le mélange de plusieurs fluides, par exemple au moins un fluide essentiellement gazeux et au moins un fluide essentiellement liquide miscibles l'un dans l'autre.
Le procédé selon l'invention peut s'appliquer dans tous les domaines où l'on cherche à
communiquer de l'énergie simultanément à une phase gazeuse et à une phase liquide, la phase gazeuse étant soluble dans la phase liquide, les valeurs de pression des phases pouvant être différentes.
D'autres avantages et caractéristiques de l'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, au transfert de gaz acides et d'eau de formation, vers un réservoir souterrain ou une nappe aquifère, en se référant aux dessins annexés où :
à communiquer de l'énergie au moins à chacun des deux fluides et, à réaliser le mélange des deux fluides, pour obtenir en sortie un fluide essentiellement liquide à
une pression donnée.
Selon le procédé on détermine par exemple la différence de pression entre les fluides à mélanger avant leur introduction dans le dispositif de compression diphasique, et = si la valeur de cette différence est inférieure à une valeur fixée, on envoie les deux fluides à un même étage de compression diphasique du dispositif de compression, = si la valeur de cette différence est supérieure à une valeur fixée, on envoie le fluide de plus basse pression à un étage du dispositif de compression de rang i et le fluide de plus haute pression à un étage de rang supérieur i+n, le nombre n étant déterminé
en fonction de la différence de pression, Le procédé peut comporter une étape de prélèvement d'au moins une partie du mélange des fluides après passage dans un nombre d'étages m du dispositif de compression diphasique, une étape de traitement de la partie prélevée et une étape de renvoi après traitement vers un étage du dispositif de compression de rang supérieur au rang de l'étage de prélèvement.
Il est aussi possible de réfrigérer le fluide et/ou un fluide tel qu'une partie du mélange diphasique prélevé ou au moins une partie de la phase liquide extraite du mélange diphasique prélevé ou au moins une partie du liquide issue du dispositif de compression diphasique, le fluide réfrigéré pouvant éventuellement être recyclé.
Il est aussi possible de réguler la vitesse de rotation du dispositif de compression et/ou de contrôler l'efficacité de l'étape de réfrigération et/ou de contrôler le débit de fluide recyclé.
L'invention s'applique particulièrement bien pour le transfert simultané de gaz acides et d'eau de formation vers un réservoir souterrain.
Ainsi la présente invention offre par rapport à l'art antérieur comme avantage de simplifier les dispositifs nécessaires pour réaliser la compression et le mélange de plusieurs fluides, par exemple au moins un fluide essentiellement gazeux et au moins un fluide essentiellement liquide miscibles l'un dans l'autre.
Le procédé selon l'invention peut s'appliquer dans tous les domaines où l'on cherche à
communiquer de l'énergie simultanément à une phase gazeuse et à une phase liquide, la phase gazeuse étant soluble dans la phase liquide, les valeurs de pression des phases pouvant être différentes.
D'autres avantages et caractéristiques de l'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, au transfert de gaz acides et d'eau de formation, vers un réservoir souterrain ou une nappe aquifère, en se référant aux dessins annexés où :
5 => la figure 1 schématise le procédé de la société Pan Canadian selon l'art antérieur, => la figure 2 montre un dispositif de compression diphasique adapté pour mettre en ceuvre le procédé selon l'invention, la figure 3 schématise un exemple d'agencement d'étages de compression diphasique, les figures 4A et 4B représentent deux variantes de réalisation pour les étages d'entrée et de sortie du dispositif de pompage monophasique et de compression diphasique combinés, => la figure 5 montre une autre variante pour le système de la figure 3, ~ les figures 6, 7 et 8 schématisent une variante du procédé adaptée à des fluides de différentes pressions et leur mode d'introduction dans le dispositif de compression diphasique, ~ la figure 9 schématise une variante de réalisation où il est possible d'effectuer un traitement du mélange des deux fluides au cours de l'opération de compression, => les figures 10A et 10B représentent deux dispositifs de recyclage du liquide au travers de l'unité de réfrigération, la figure 11 représente une généralisation du principe selon l'invention appliqué pour plusieurs fluides liquides et gazeux présentant des valeurs de pression différentes avant l'entrée du dispositif, et la figure 12 représente un schéma possible de régulation du dispositif de compression.
De manière à mieux faire comprendre le dispositif selon l'invention, l'exemple donné
ci-après à titre illustratif et nullement limitatif concerne le transport de gaz acides et d'une eau de formation, les gaz acides étant solubles dans l'eau de formation.
Le mélange et la dissolution des gaz acides dans l'eau de formation repose sur des phénomènes physiques que l'on va rappeler ci-après.
Dans les conditions d'équilibre, la dissolution d'un gaz acide dans de l'eau, par exemple de l'eau de formation, varie avec la pression et la température. Le taux de dissolution exprimé en unités de volume de gaz par unité de volume de liquide dans les conditions normales de pression et de température s'accroît respectivement lorsque la pression augmente et lorsque la température diminue.
La dissolution va s'effectuer progressivement en tenant compte du temps de diffusion entre les phases, et l'approche vers une condition d'équilibre peut, par conséquent, être activée par une augmentation des surfaces de contact entre les gaz acides et l'eau de formation.
De manière à mieux faire comprendre le dispositif selon l'invention, l'exemple donné
ci-après à titre illustratif et nullement limitatif concerne le transport de gaz acides et d'une eau de formation, les gaz acides étant solubles dans l'eau de formation.
Le mélange et la dissolution des gaz acides dans l'eau de formation repose sur des phénomènes physiques que l'on va rappeler ci-après.
Dans les conditions d'équilibre, la dissolution d'un gaz acide dans de l'eau, par exemple de l'eau de formation, varie avec la pression et la température. Le taux de dissolution exprimé en unités de volume de gaz par unité de volume de liquide dans les conditions normales de pression et de température s'accroît respectivement lorsque la pression augmente et lorsque la température diminue.
La dissolution va s'effectuer progressivement en tenant compte du temps de diffusion entre les phases, et l'approche vers une condition d'équilibre peut, par conséquent, être activée par une augmentation des surfaces de contact entre les gaz acides et l'eau de formation.
6 Dans le cas d'une compression diphasique à l'aide d'une pompe de type rotodynamique, l'atteinte des conditions d'équilibre sera facilitée par la formation de bulles ayant de faibles dimensions. Ces bulles se présentent à la jonction entre les parties fixes et les parties tournantes de la pompe, lieu où s'exercent de grandes forces de cisaillement.
Cette approche vers l'équilibre est toutefois ralentie par la coalescence des bulles pouvant apparaître au niveau des impulseurs et/ou des redresseurs du dispositif de compression diphasique. Pour des performances sensiblement égales, (hauteur manométrique et longueur axiale), on aura avantage à augmenter le nombre des cellules de compression (impulseurs et/ou redresseurs) et à diminuer leur longueur axiale, de manière à
accroître le nombre de fois où la taille des bulles peut être réduite.
La figure 2 schématise un exemple de mise en ceuvre du procédé adapté lorsque l'eau de formation et les gaz acides ont un niveau de pression voisin en entrée du dispositif de compression diphasique, la différence entre les niveaux de pression étant suffisamment faible pour permettre leur introduction dans un même étage.
Le dispositif de pompage 10 est relié par le conduit 11 au dispositif 12 qui reçoit les gaz acides issus d'une source référencée 13 par le conduit 14, et par le conduit 16 l'eau de formation stockée dans un réservoir référencé 15.
Les gaz acides peuvent provenir d'une unité de traitement telle que celle décrite dans les brevets du demandeur FR 2.605.241 et FR 2.616.087. En sortie de ces unités de traitement, les gaz acides possèdent une pression pouvant varier entre 0,5 et 1,5 MPa et une température comprise entre -30 C et -10 C. Dans le cas d'unités de traitement aux amines, la valeur de pression est de l'ordre de 0,1 MPa et la température comprise entre 10 et 40 C.
Le dispositif 12 est choisi pour favoriser la dispersion au moins partielle des gaz acides sous la forme de bulles dans le liquide ou au moins partielle du liquide sous la forme de gouttelettes dans le gaz .
Le dispositif de pompage ou de compression diphasique 10 est pourvu d'au moins un conduit d'évacuation 17 du mélange essentiellement liquide. Le niveau de pression de ce mélange en sortie du dispositif de compression est suffisant pour assurer son transfert vers une nappe aquifère ou un réservoir souterrain référencé 18.
La valeur de pression initiale que possèdent les gaz acides et l'eau de formation, peut être mesurée par des capteurs de pression 19a, 19b disposés respectivement en sortie de l'unité de traitement 13 et du réservoir de stockage 15.
Le dispositif de compression diphasique 10 comporte au moins un étage de pompage comprenant un impulseur et un redresseur référencés li et Ri sur les figures suivantes. Les hydrauliques des impuiseurs et des redresseurs présentent des caractéristiques spécifiques, adaptées pour communiquer de l'énergie à un fluide diphasique comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, le rapport des débits volumiques de ces deux phases pouvant varier de 0 à l'infini, tels que des impulseurs
Cette approche vers l'équilibre est toutefois ralentie par la coalescence des bulles pouvant apparaître au niveau des impulseurs et/ou des redresseurs du dispositif de compression diphasique. Pour des performances sensiblement égales, (hauteur manométrique et longueur axiale), on aura avantage à augmenter le nombre des cellules de compression (impulseurs et/ou redresseurs) et à diminuer leur longueur axiale, de manière à
accroître le nombre de fois où la taille des bulles peut être réduite.
La figure 2 schématise un exemple de mise en ceuvre du procédé adapté lorsque l'eau de formation et les gaz acides ont un niveau de pression voisin en entrée du dispositif de compression diphasique, la différence entre les niveaux de pression étant suffisamment faible pour permettre leur introduction dans un même étage.
Le dispositif de pompage 10 est relié par le conduit 11 au dispositif 12 qui reçoit les gaz acides issus d'une source référencée 13 par le conduit 14, et par le conduit 16 l'eau de formation stockée dans un réservoir référencé 15.
Les gaz acides peuvent provenir d'une unité de traitement telle que celle décrite dans les brevets du demandeur FR 2.605.241 et FR 2.616.087. En sortie de ces unités de traitement, les gaz acides possèdent une pression pouvant varier entre 0,5 et 1,5 MPa et une température comprise entre -30 C et -10 C. Dans le cas d'unités de traitement aux amines, la valeur de pression est de l'ordre de 0,1 MPa et la température comprise entre 10 et 40 C.
Le dispositif 12 est choisi pour favoriser la dispersion au moins partielle des gaz acides sous la forme de bulles dans le liquide ou au moins partielle du liquide sous la forme de gouttelettes dans le gaz .
Le dispositif de pompage ou de compression diphasique 10 est pourvu d'au moins un conduit d'évacuation 17 du mélange essentiellement liquide. Le niveau de pression de ce mélange en sortie du dispositif de compression est suffisant pour assurer son transfert vers une nappe aquifère ou un réservoir souterrain référencé 18.
La valeur de pression initiale que possèdent les gaz acides et l'eau de formation, peut être mesurée par des capteurs de pression 19a, 19b disposés respectivement en sortie de l'unité de traitement 13 et du réservoir de stockage 15.
Le dispositif de compression diphasique 10 comporte au moins un étage de pompage comprenant un impulseur et un redresseur référencés li et Ri sur les figures suivantes. Les hydrauliques des impuiseurs et des redresseurs présentent des caractéristiques spécifiques, adaptées pour communiquer de l'énergie à un fluide diphasique comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, le rapport des débits volumiques de ces deux phases pouvant varier de 0 à l'infini, tels que des impulseurs
7 hélico-axiaux. L'agencement et les caractéristiques de ces hydrauliques sont semblables à
celles décrites dans l'un des brevets du demandeur FR 2.333.139, FR 2.471.501 et FR 2.665.224. Un tel dispositif permet aussi de dissoudre et mélanger les gaz acides dans l'eau de formation pour obtenir un mélange essentiellement liquide ou liquide.
Le nombre d'étages de compression utilisé sera fonction du niveau de pression requis en sortie.
De préférence, on concevra le dispositif de compression diphasique en utilisant des impulseurs d'une longueur axiale inférieure à celle des impulseurs habituellement utilisés dans les dispositifs du demandeur prémentionnés ainsi qu'un plus grand nombre d'impulseurs de façon à conserver une même performance globale (même pression de sortie pour une même longueur axiale totale). Comme il a été expliqué ci-dessus, on augmentera ainsi le nombre de fois où les poches de gaz et les macro-bulles qui se sont formées à l'intérieur d'un impulseur peuvent être réduites, à l'interface entre les organes tournants et statiques (impulseur-redresseur et redresseur-impuiseur), sous la forme de micro-bulles, d'un diamètre variant entre le micron et le millimètre.
Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible pour des raisons technologiques de réaliser le dispositif de compression en plusieurs corps de machine de compression ou pompage, chacun de ces corps étant constitué d'une ou de plusieurs sections et chacune des sections comportant un ou plusieurs étages de compression ou de pompage.
Un exemple d'un tel dispositif en plusieurs corps est donné à la figure 11.
La figure 3 schématise un exemple de dispositif de compression 10 qui comprend, dans le cas présent, 4 étages de compression E, à E4 montés en ligne.
Chaque étage Ei du système comporte un impulseur li, suivi d'un redresseur Ri, l'impulseur li étant solidaire de l'arbre de rotation 30, l'indice i désignant le rang de l'étage de compression diphasique, les étages étant disposés dans un carter 31.
Le dispositif de compression diphasique 10 comporte une ouverture 33 communiquant avec le conduit d'introduction des fluides 11 et une pièce d'entrée 34 disposée en amont du premier impulseur Il.
Au niveau de sa sortie le dispositif de compression diphasique peut comporter une pièce adaptatrice, telle qu'une volute 35, permettant de transformer l'énergie cinétique en énergie potentielle pour minimiser les pertes d'énergie en sortie, reliée au conduit d'évacuation 17 du mélange essentiellement liquide.
Les gaz acides et l'eau de formation introduits à une pression P0 et une température TO par l'ouverture 33, puis la pièce d'entrée 34, sont comprimés dans le premier étage (I1, R1). En sortie de cet étage, une partie des gaz acides se retrouve dissoute dans l'eau de formation dans une proportion proche de celle fixée par les conditions d'équilibre de
celles décrites dans l'un des brevets du demandeur FR 2.333.139, FR 2.471.501 et FR 2.665.224. Un tel dispositif permet aussi de dissoudre et mélanger les gaz acides dans l'eau de formation pour obtenir un mélange essentiellement liquide ou liquide.
Le nombre d'étages de compression utilisé sera fonction du niveau de pression requis en sortie.
De préférence, on concevra le dispositif de compression diphasique en utilisant des impulseurs d'une longueur axiale inférieure à celle des impulseurs habituellement utilisés dans les dispositifs du demandeur prémentionnés ainsi qu'un plus grand nombre d'impulseurs de façon à conserver une même performance globale (même pression de sortie pour une même longueur axiale totale). Comme il a été expliqué ci-dessus, on augmentera ainsi le nombre de fois où les poches de gaz et les macro-bulles qui se sont formées à l'intérieur d'un impulseur peuvent être réduites, à l'interface entre les organes tournants et statiques (impulseur-redresseur et redresseur-impuiseur), sous la forme de micro-bulles, d'un diamètre variant entre le micron et le millimètre.
Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible pour des raisons technologiques de réaliser le dispositif de compression en plusieurs corps de machine de compression ou pompage, chacun de ces corps étant constitué d'une ou de plusieurs sections et chacune des sections comportant un ou plusieurs étages de compression ou de pompage.
Un exemple d'un tel dispositif en plusieurs corps est donné à la figure 11.
La figure 3 schématise un exemple de dispositif de compression 10 qui comprend, dans le cas présent, 4 étages de compression E, à E4 montés en ligne.
Chaque étage Ei du système comporte un impulseur li, suivi d'un redresseur Ri, l'impulseur li étant solidaire de l'arbre de rotation 30, l'indice i désignant le rang de l'étage de compression diphasique, les étages étant disposés dans un carter 31.
Le dispositif de compression diphasique 10 comporte une ouverture 33 communiquant avec le conduit d'introduction des fluides 11 et une pièce d'entrée 34 disposée en amont du premier impulseur Il.
Au niveau de sa sortie le dispositif de compression diphasique peut comporter une pièce adaptatrice, telle qu'une volute 35, permettant de transformer l'énergie cinétique en énergie potentielle pour minimiser les pertes d'énergie en sortie, reliée au conduit d'évacuation 17 du mélange essentiellement liquide.
Les gaz acides et l'eau de formation introduits à une pression P0 et une température TO par l'ouverture 33, puis la pièce d'entrée 34, sont comprimés dans le premier étage (I1, R1). En sortie de cet étage, une partie des gaz acides se retrouve dissoute dans l'eau de formation dans une proportion proche de celle fixée par les conditions d'équilibre de
8 dissolution à la sortie de l'étage El, à une pression P1 et une température T1. Le mélange ainsi produit M1 passe dans les étages de compression de rang supérieur afin d'accroître la pression et intensifier le mélange des gaz acides dans l'eau de formation jusqu'à atteindre la dissolution totale des gaz acides. En sortie du dispositif de compression diphasique, le mélange Ms formé par les gaz acides dissous dans l'eau de formation est évacué
par un conduit 17 sous une forme essentiellement liquide ou liquide à une pression Ps et une température Ts.
Avantageusement le ou les derniers étages de pompage du dispositif de compression peuvent comprendre des hydrauliques adaptées à des fluides monophasiques, tels que des impulseurs radiaux bien connus de l'Homme du métier. Des exemples d'adaptations des étages de sortie et d'entrée du dispositif de compression sont représentés à titre illustratif et nullement limitatif sur les figures 4A et 4B.
Les figures 4A et 4B schématisent des variantes du dispositif de compression où les caractéristiques des étages de pompage en entrée et/ou en sortie sont optimisées et choisies selon la nature des fluides.
Dans le cas où les gaz acides présentent une pression nettement supérieure à
l'eau de formation, les gaz acides sont introduits par un conduit 43 à un niveau de pression intermédiaire de compression dans le dispositif de compression diphasique 10, le dispositif 12 n'étant plus utilisé. Il devient alors avantageux d'utiliser, pour les premiers étages de compression 40, des hydrauliques (impuiseurs, référencés 41 et redresseurs 42) adaptées au pompage d'un liquide, par exemple, des roues radiales, comme représenté
schématiquement sur la figure 4A.
Dans le cas où les gaz acides sont entièrement dissous dans l'eau de formation en amont de la sortie du dispositif de compression diphasique 10, il est avantageux d'utiliser pour les derniers étages de compression, des hydrauliques (impuiseurs, référencés 45 et redresseurs) adaptées au pompage d'un liquide, par exemple des roues radiales, comme représenté schématiquement sur la figure 4B.
Dans les deux cas, le diamètre extérieur des impulseurs radiaux, Dr, pourra être supérieur au diamètre extérieur des impulseurs hélico-axiaux, Dm, afin de réduire au minimum le nombre d'étages monophasiques.
L'adaptation mécanique-hydraulique entre un étage de pompage de type polyphasique et un étage de pompage de type monophasique (phase liquide ou gazeuse) sera réalisée comme il est montré par la figure 7 dans le cas d'un impuiseur hélico-axial en aval d'un impuiseur radial.
La figure 5 schématise une variante du dispositif de compression diphasique composé de deux sections 50, 51 où les étages de compression sont montés dos à dos ,
par un conduit 17 sous une forme essentiellement liquide ou liquide à une pression Ps et une température Ts.
Avantageusement le ou les derniers étages de pompage du dispositif de compression peuvent comprendre des hydrauliques adaptées à des fluides monophasiques, tels que des impulseurs radiaux bien connus de l'Homme du métier. Des exemples d'adaptations des étages de sortie et d'entrée du dispositif de compression sont représentés à titre illustratif et nullement limitatif sur les figures 4A et 4B.
Les figures 4A et 4B schématisent des variantes du dispositif de compression où les caractéristiques des étages de pompage en entrée et/ou en sortie sont optimisées et choisies selon la nature des fluides.
Dans le cas où les gaz acides présentent une pression nettement supérieure à
l'eau de formation, les gaz acides sont introduits par un conduit 43 à un niveau de pression intermédiaire de compression dans le dispositif de compression diphasique 10, le dispositif 12 n'étant plus utilisé. Il devient alors avantageux d'utiliser, pour les premiers étages de compression 40, des hydrauliques (impuiseurs, référencés 41 et redresseurs 42) adaptées au pompage d'un liquide, par exemple, des roues radiales, comme représenté
schématiquement sur la figure 4A.
Dans le cas où les gaz acides sont entièrement dissous dans l'eau de formation en amont de la sortie du dispositif de compression diphasique 10, il est avantageux d'utiliser pour les derniers étages de compression, des hydrauliques (impuiseurs, référencés 45 et redresseurs) adaptées au pompage d'un liquide, par exemple des roues radiales, comme représenté schématiquement sur la figure 4B.
Dans les deux cas, le diamètre extérieur des impulseurs radiaux, Dr, pourra être supérieur au diamètre extérieur des impulseurs hélico-axiaux, Dm, afin de réduire au minimum le nombre d'étages monophasiques.
L'adaptation mécanique-hydraulique entre un étage de pompage de type polyphasique et un étage de pompage de type monophasique (phase liquide ou gazeuse) sera réalisée comme il est montré par la figure 7 dans le cas d'un impuiseur hélico-axial en aval d'un impuiseur radial.
La figure 5 schématise une variante du dispositif de compression diphasique composé de deux sections 50, 51 où les étages de compression sont montés dos à dos ,
9 les deux sections étant séparées par un dispositif d'étanchéité 52, par exemple, une étanchéité à labyrinthes. Le mélange circule dans la section 30 dans un sens opposé à celui de la section 31.
Selon cette variante de réalisation, la section 50 comporte plusieurs étages de compression Ei (Ii, Ri) suivis d'une volute 54. Le mélange composé des gaz acides et de l'eau de formation est envoyé dans la première section 50 où il acquiert un niveau de pression intermédiaire Pi et où la dissolution au moins partielle des gaz acides est réalisée.
Le mélange partiel Mi est évacué par un conduit 55 situé en aval d'une volute 54.
Ce mélange Mi issu de la première section 50 est ensuite envoyé vers la seconde section 51 du dispositif de compression dans lequel il est introduit par un conduit 56. Le mélange comprimé au travers des étages de compression de la deuxième section 51 est évacué par une volute 57 puis un conduit 58 correspondant à la sortie haute pression du dispositif de compression. En passant dans la deuxième section du dispositif de compression, la pression du mélange Mi s'élève jusqu'à un niveau Ps suffisant pour réaliser la dissolution quasiment totale des gaz acides dans l'eau de formation jusqu'à
obtenir une forme essentiellement liquide Mj.
Un tel agencement présente notamment comme avantage de minimiser les efforts de poussée axiale s'exerçant sur l'arbre, dans le cas d'applications à haute pression.
Lorsque les gaz acides et l'eau de formation possèdent en entrée du dispositif de compression diphasique des niveaux de pression assez éloignés, il est préférable de les introduire à des étages séparés du dispositif de compression, de façon à
éviter des pertes en énergie. Les figures 6, 7 et 8 représentent différents exemples de réalisation.
La figure 6 représente un agencement adapté au cas où l'eau de formation est à
un niveau de pression Pe, inférieur au niveau de pression Pg des gaz acides.
L'eau de formation est introduite par une entrée basse pression 60 dans le premier étage de pompage alors que les gaz acides sont envoyés par un conduit 62 relié à une entrée 61 correspondant à un étage de compression situé en aval de l'étage d'entrée. Les gaz sont introduits de préférence au niveau du redresseur Ri de l'étage de pompage de rang i en sortie duquel l'eau de formation possède un niveau de pression Pe' voisin du niveau de pression d'entrée des gaz acides Pg:
La figure 7 détaille un exemple de dispositif 70 d'introduction des gaz acides disposé
en aval de l'entrée 61 ayant à la fois pour fonctions de faciliter le mélange du gaz et du liquide et de canaliser le mélange en direction de l'entrée d'un impulseur adapté à la compression du mélange diphasique.
Le dispositif 70 est disposé entre l'impulseur Ii de l'étage de pompage de rang i constitué par exemple d'une roue radiale et l'étage de compression diphasique E2 constitué
d'une roue hélico-axiale.
Le dispositif 70, semblable à un étage statorique séparant deux roues radiales et connu de l'Homme du métier, comprend essentiellement un diffuseur 71 pour la transformation de l'énergie cinétique en énergie potentielle et un canal de retour 72.
II comporte aussi une partie 73 comprenant un passage 74 communiquant avec le 5 conduit d'introduction 62 des gaz acides et plusieurs canaux 75, de très faible diamètre, percés dans la pièce 73. Ces canaux débouchent dans le canal de retour 72 et peuvent être disposés régulièrement dans le plan radial.
Dans le cas d'un corps à joint horizontal, la pièce 73 est supportée directement par le carter 31.
Selon cette variante de réalisation, la section 50 comporte plusieurs étages de compression Ei (Ii, Ri) suivis d'une volute 54. Le mélange composé des gaz acides et de l'eau de formation est envoyé dans la première section 50 où il acquiert un niveau de pression intermédiaire Pi et où la dissolution au moins partielle des gaz acides est réalisée.
Le mélange partiel Mi est évacué par un conduit 55 situé en aval d'une volute 54.
Ce mélange Mi issu de la première section 50 est ensuite envoyé vers la seconde section 51 du dispositif de compression dans lequel il est introduit par un conduit 56. Le mélange comprimé au travers des étages de compression de la deuxième section 51 est évacué par une volute 57 puis un conduit 58 correspondant à la sortie haute pression du dispositif de compression. En passant dans la deuxième section du dispositif de compression, la pression du mélange Mi s'élève jusqu'à un niveau Ps suffisant pour réaliser la dissolution quasiment totale des gaz acides dans l'eau de formation jusqu'à
obtenir une forme essentiellement liquide Mj.
Un tel agencement présente notamment comme avantage de minimiser les efforts de poussée axiale s'exerçant sur l'arbre, dans le cas d'applications à haute pression.
Lorsque les gaz acides et l'eau de formation possèdent en entrée du dispositif de compression diphasique des niveaux de pression assez éloignés, il est préférable de les introduire à des étages séparés du dispositif de compression, de façon à
éviter des pertes en énergie. Les figures 6, 7 et 8 représentent différents exemples de réalisation.
La figure 6 représente un agencement adapté au cas où l'eau de formation est à
un niveau de pression Pe, inférieur au niveau de pression Pg des gaz acides.
L'eau de formation est introduite par une entrée basse pression 60 dans le premier étage de pompage alors que les gaz acides sont envoyés par un conduit 62 relié à une entrée 61 correspondant à un étage de compression situé en aval de l'étage d'entrée. Les gaz sont introduits de préférence au niveau du redresseur Ri de l'étage de pompage de rang i en sortie duquel l'eau de formation possède un niveau de pression Pe' voisin du niveau de pression d'entrée des gaz acides Pg:
La figure 7 détaille un exemple de dispositif 70 d'introduction des gaz acides disposé
en aval de l'entrée 61 ayant à la fois pour fonctions de faciliter le mélange du gaz et du liquide et de canaliser le mélange en direction de l'entrée d'un impulseur adapté à la compression du mélange diphasique.
Le dispositif 70 est disposé entre l'impulseur Ii de l'étage de pompage de rang i constitué par exemple d'une roue radiale et l'étage de compression diphasique E2 constitué
d'une roue hélico-axiale.
Le dispositif 70, semblable à un étage statorique séparant deux roues radiales et connu de l'Homme du métier, comprend essentiellement un diffuseur 71 pour la transformation de l'énergie cinétique en énergie potentielle et un canal de retour 72.
II comporte aussi une partie 73 comprenant un passage 74 communiquant avec le 5 conduit d'introduction 62 des gaz acides et plusieurs canaux 75, de très faible diamètre, percés dans la pièce 73. Ces canaux débouchent dans le canal de retour 72 et peuvent être disposés régulièrement dans le plan radial.
Dans le cas d'un corps à joint horizontal, la pièce 73 est supportée directement par le carter 31.
10 Dans le cas d'un corps à joint vertical, la pièce 31 ainsi que toutes les pièces internes du dispositif 70 constituent une cartouche montée à l'intérieur d'un carter cylindrique, non représenté sur la figure. Un tel mode de construction est connu de l'Homme du métier.
Les gaz acides sont introduits dans le dispositif de compression diphasique successivement au niveau du conduit extérieur 62, dans le conduit intérieur 74 et finalement dans le canal de retour 72 au travers des canaux 75.
Le dispositif permet un mélange intime du gaz et du liquide, l'efficacité
augmentant avec le nombre des canaux.
Dans certains cas d'application il peut être avantageux d'introduire un fluide (gaz ou liquide) au niveau d'un étage quelconque de compression diphasique.
La figure 8 montre en détail un exemple d'agencement du carter 31 du dispositif de compression 10 communiquant avec un conduit d'introduction auxiliaire 80 d'un fluide monophasique.
Une ouverture 81 est pratiquée par exemple au niveau du redresseur Rj de l'étage de rang j du dispositif de compression. En aval de l'ouverture 81, un dispositif 82 percé de canaux 83 de très faible diamètre permet d'introduire le fluide monophasique et de le diffuser dans le mélange diphasique issu de l'impulseur lj. Le nouveau mélange formé du mélange diphasique et du fluide extérieur monophasique issu du redresseur Rj est dirigé vers l'impulseur Ij+1 de l'étage de compression de rang (J+1). Les diamètres des impulseurs de rangs Ij et Ij+1 sont adaptés au changement de débit volumique dû à
l'introduction du fluide supplémentaire au travers du conduit 80.
Il est aussi possible d'utiliser cet agencement pour introduire des additifs utilisés dans le domaine pétrolier tels que des additifs anticorrosion, anti-hydrates ou des tensioactifs.
Au cours de la compression diphasique, il peut s'avérer avantageux de réaliser un traitement du mélange gaz acides-eau de formation pour activer la dissolution.
Les gaz acides sont introduits dans le dispositif de compression diphasique successivement au niveau du conduit extérieur 62, dans le conduit intérieur 74 et finalement dans le canal de retour 72 au travers des canaux 75.
Le dispositif permet un mélange intime du gaz et du liquide, l'efficacité
augmentant avec le nombre des canaux.
Dans certains cas d'application il peut être avantageux d'introduire un fluide (gaz ou liquide) au niveau d'un étage quelconque de compression diphasique.
La figure 8 montre en détail un exemple d'agencement du carter 31 du dispositif de compression 10 communiquant avec un conduit d'introduction auxiliaire 80 d'un fluide monophasique.
Une ouverture 81 est pratiquée par exemple au niveau du redresseur Rj de l'étage de rang j du dispositif de compression. En aval de l'ouverture 81, un dispositif 82 percé de canaux 83 de très faible diamètre permet d'introduire le fluide monophasique et de le diffuser dans le mélange diphasique issu de l'impulseur lj. Le nouveau mélange formé du mélange diphasique et du fluide extérieur monophasique issu du redresseur Rj est dirigé vers l'impulseur Ij+1 de l'étage de compression de rang (J+1). Les diamètres des impulseurs de rangs Ij et Ij+1 sont adaptés au changement de débit volumique dû à
l'introduction du fluide supplémentaire au travers du conduit 80.
Il est aussi possible d'utiliser cet agencement pour introduire des additifs utilisés dans le domaine pétrolier tels que des additifs anticorrosion, anti-hydrates ou des tensioactifs.
Au cours de la compression diphasique, il peut s'avérer avantageux de réaliser un traitement du mélange gaz acides-eau de formation pour activer la dissolution.
11 Le traitement consistera par exemple à stabiliser la dissolution ou encore à
refroidir le mélange gaz acide-eau dont la température s'est élevée au cours de la compression du fait même de la compression du mélange, mais également du caractère exothermique de la réaction de dissolution. D'autres traitements et leurs dispositifs associés peuvent être imaginés sans sortir du cadre de l'invention.
La figure 9 schématise un exemple de réalisation où le dispositif de compression 10 de la figure 5 est associé à une unité de traitement 90 disposée en série .
Le mélange Mi issu de la sortie moyenne pression 55 est envoyé par un conduit vers l'unité de traitement 90. En aval de l'unité de traitement 90, le mélange Mi est ensuite envoyé par un conduit 92 vers l'entrée moyenne pression 56 de la deuxième partie du dispositif de compression.
Par le simple fait de l'écoulement du mélange diphasique et du temps de résidence dans les conduits 55, 91, 92 et 56 ainsi que dans l'unité de traitement, il est possible de s'approcher des conditions de dissolution définies en condition d'équilibre.
En conséquence, les diamètres et longueurs des tuyauteries situées de part et d'autre de l'unité de traitement 90 pourront être calculés de façon à ajuster ce temps de résidence.
Les temps de résidence à observer seront éventuellement définis à partir d'essais préliminaires réalisés dans des conditions de fonctionnement réel. Il sera ainsi possible de prédire les écarts de dissolution entre les conditions transitoires et à
l'équilibre, ces écarts pouvant être exprimés en durée temporelle ou en débit de gaz.
L'unité de traitement pourra comprendre un système de réfrigération. La réfrigération du mélange présentera de nombreux avantages:
= elle augmentera la capacité du liquide à dissoudre le gaz dans les conditions d'équilibre, = elle permettra de s'approcher des conditions d'équilibre, compte tenu du temps de résidence dans le système de réfrigération, = elle permettra une augmentation de la densité du mélange, paramètre favorable à la compression d'un mélange diphasique, = elle permettra une réduction du rapport des débits volumiques de gaz et de liquide, paramètre également favorable à la compression d'un mélange diphasique.
L'unité de traitement/refroidissement pourra être conçue de façon à refroidir le mélange diphasique et/ou une partie de la phase liquide prélevée à partir de ce mélange ou encore le liquide issu du dispositif de compression diphasique ou une partie de ce liquide.
Les figures 10A et 10B schématisent deux exemples de réalisation du dispositif de traitement comportant des moyens de prélèvement et de recyclage du liquide.
Sur la figure 10A, l'unité de traitement 90 comporte un mélangeur de type statique ou dynamique 93 disposé sur le conduit 91, une vanne de réglage des pertes de charge 94, un moyen 95 d'extraction d'au moins une partie de la phase liquide contenue dans le mélange
refroidir le mélange gaz acide-eau dont la température s'est élevée au cours de la compression du fait même de la compression du mélange, mais également du caractère exothermique de la réaction de dissolution. D'autres traitements et leurs dispositifs associés peuvent être imaginés sans sortir du cadre de l'invention.
La figure 9 schématise un exemple de réalisation où le dispositif de compression 10 de la figure 5 est associé à une unité de traitement 90 disposée en série .
Le mélange Mi issu de la sortie moyenne pression 55 est envoyé par un conduit vers l'unité de traitement 90. En aval de l'unité de traitement 90, le mélange Mi est ensuite envoyé par un conduit 92 vers l'entrée moyenne pression 56 de la deuxième partie du dispositif de compression.
Par le simple fait de l'écoulement du mélange diphasique et du temps de résidence dans les conduits 55, 91, 92 et 56 ainsi que dans l'unité de traitement, il est possible de s'approcher des conditions de dissolution définies en condition d'équilibre.
En conséquence, les diamètres et longueurs des tuyauteries situées de part et d'autre de l'unité de traitement 90 pourront être calculés de façon à ajuster ce temps de résidence.
Les temps de résidence à observer seront éventuellement définis à partir d'essais préliminaires réalisés dans des conditions de fonctionnement réel. Il sera ainsi possible de prédire les écarts de dissolution entre les conditions transitoires et à
l'équilibre, ces écarts pouvant être exprimés en durée temporelle ou en débit de gaz.
L'unité de traitement pourra comprendre un système de réfrigération. La réfrigération du mélange présentera de nombreux avantages:
= elle augmentera la capacité du liquide à dissoudre le gaz dans les conditions d'équilibre, = elle permettra de s'approcher des conditions d'équilibre, compte tenu du temps de résidence dans le système de réfrigération, = elle permettra une augmentation de la densité du mélange, paramètre favorable à la compression d'un mélange diphasique, = elle permettra une réduction du rapport des débits volumiques de gaz et de liquide, paramètre également favorable à la compression d'un mélange diphasique.
L'unité de traitement/refroidissement pourra être conçue de façon à refroidir le mélange diphasique et/ou une partie de la phase liquide prélevée à partir de ce mélange ou encore le liquide issu du dispositif de compression diphasique ou une partie de ce liquide.
Les figures 10A et 10B schématisent deux exemples de réalisation du dispositif de traitement comportant des moyens de prélèvement et de recyclage du liquide.
Sur la figure 10A, l'unité de traitement 90 comporte un mélangeur de type statique ou dynamique 93 disposé sur le conduit 91, une vanne de réglage des pertes de charge 94, un moyen 95 d'extraction d'au moins une partie de la phase liquide contenue dans le mélange
12 diphasique circulant dans le conduit 91, un conduit 96 et une pompe 97 permettant d'envoyer la fraction liquide extraite à refroidir, vers un dispositif de refroidissement tel qu'un échangeur 98 en sortie duquel la fraction liquide refroidie est recyclée par un conduit 99 au mélangeur statique 93 pour être mélangé avec le fluide circulant dans le conduit 91.
Lorsque le fluide se présente sous la forme d'un écoulement stratifié dans le conduit 91, les moyens d'extraction 95 sont choisis pour réaliser le prélèvement d'au moins une partie de la phase liquide en un point bas de la conduite.
Pour des fluides en écoulement annulaire les moyens d'extraction 95 permettront d'extraire une fraction de la phase liquide à la périphérie de la conduite 91.
La pompe 97 peut être une pompe monophasique de faible hauteur manométrique.
La figure 10B schématise une autre variante de réalisation où le prélèvement de la phase liquide à refroidir est réalisé à haute pression sur le fluide liquide issu du dispositif de compression.
L'unité de traitement comporte le mélangeur statique ou dynamique 93 disposé
sur le conduit 91, des moyens d'extraction 100 d'une fraction de liquide issu du dispositif de compression et qui sont reliés à l'échangeur de chaleur 98 par un conduit 101, une vanne 102 permettant le réglage du débit de liquide refroidi dans l'échangeur de chaleur 98, le liquide refroidi étant envoyé par un conduit 103 vers le mélangeur statique 93.
La partie de la phase liquide non prélevée et correspondant sensiblement au débit du liquide circulant dans le conduit 11 est évacuée par un conduit 104.
La recirculation du liquide refroidi vers le conduit 91 est permise en fonctionnement normal sans l'aide d'une pompe supplémentaire du fait de la différence de pression positive entre le conduit 58 et le conduit 55.
De tels agencements (figures 10A et 10B) permettront notamment :
= une plus grande efficacité et une réduction en volume de l'échangeur opérant à une pression élevée ou moyennement élevée, = un accroissement du débit de liquide dans la zone de recyclage favorable à
la dissolution du gaz dans le liquide.
L'unité de traitement 90 pourra être équipée d'autres conduits 91 b permettant l'ajout d'un fluide au mélange Mi, par exemple des additifs cités précédemment.
La figure 11 schématise un exemple de généralisation de l'utilisation d'un dispositif de compression diphasique comportant deux corps de machine CM, et CM2, formant le dispositif de compression diphasique et qui sont reliés entre eux par un conduit 123, adapté
par exemple lorsque l'on est en présence de plusieurs sources de fluides à des niveaux de pression différents.
Sur cet exemple le deuxième corps CM2 est associé à un dispositif de traitement 116 selon un agencement similaire à celui de la figure 9.
Lorsque le fluide se présente sous la forme d'un écoulement stratifié dans le conduit 91, les moyens d'extraction 95 sont choisis pour réaliser le prélèvement d'au moins une partie de la phase liquide en un point bas de la conduite.
Pour des fluides en écoulement annulaire les moyens d'extraction 95 permettront d'extraire une fraction de la phase liquide à la périphérie de la conduite 91.
La pompe 97 peut être une pompe monophasique de faible hauteur manométrique.
La figure 10B schématise une autre variante de réalisation où le prélèvement de la phase liquide à refroidir est réalisé à haute pression sur le fluide liquide issu du dispositif de compression.
L'unité de traitement comporte le mélangeur statique ou dynamique 93 disposé
sur le conduit 91, des moyens d'extraction 100 d'une fraction de liquide issu du dispositif de compression et qui sont reliés à l'échangeur de chaleur 98 par un conduit 101, une vanne 102 permettant le réglage du débit de liquide refroidi dans l'échangeur de chaleur 98, le liquide refroidi étant envoyé par un conduit 103 vers le mélangeur statique 93.
La partie de la phase liquide non prélevée et correspondant sensiblement au débit du liquide circulant dans le conduit 11 est évacuée par un conduit 104.
La recirculation du liquide refroidi vers le conduit 91 est permise en fonctionnement normal sans l'aide d'une pompe supplémentaire du fait de la différence de pression positive entre le conduit 58 et le conduit 55.
De tels agencements (figures 10A et 10B) permettront notamment :
= une plus grande efficacité et une réduction en volume de l'échangeur opérant à une pression élevée ou moyennement élevée, = un accroissement du débit de liquide dans la zone de recyclage favorable à
la dissolution du gaz dans le liquide.
L'unité de traitement 90 pourra être équipée d'autres conduits 91 b permettant l'ajout d'un fluide au mélange Mi, par exemple des additifs cités précédemment.
La figure 11 schématise un exemple de généralisation de l'utilisation d'un dispositif de compression diphasique comportant deux corps de machine CM, et CM2, formant le dispositif de compression diphasique et qui sont reliés entre eux par un conduit 123, adapté
par exemple lorsque l'on est en présence de plusieurs sources de fluides à des niveaux de pression différents.
Sur cet exemple le deuxième corps CM2 est associé à un dispositif de traitement 116 selon un agencement similaire à celui de la figure 9.
13 En sortie du corps CM, le fluide se présente par exemple sous une forme polyphasique.
Sur la figure 11, le dispositif de compression est alimenté par trois sources de gaz acides référencées respectivement 110, 111 et 112 à des pressions PG3, PG2 et PG, , des températures TG3, TG2 et TG, et avec par exemple PG,< PG2<PG3.
Les gaz acides G, (112) et G2 (111) sont introduits dans le premier corps CM, par des conduits 113, 114 correspondants à des étages de compression du corps différents, dont les rangs sont déterminés selon les valeurs des pressions PG, et PG2.
Les gaz acides G3 (110) sont envoyés par un conduit 115 vers le dispositif de traitement 116.
Deux sources de liquide L,et L2 à des pressions respectivement PL, et PL2 et des températures TL, et TL2 sont également représentées sur cette figure.
Le liquide L,, (117), est envoyé par un conduit 120 dans le premier corps de CM,. En faisant comme hypothèse que PL,<PG, le conduit 120 est relié directement au premier étage du corps CM, alors que les gaz acides G, et G2 sont envoyés à des étages de pompage de rang supérieur selon un schéma voisin de celui de la figure 6.
Le liquide contenu dans la source L2 (118), est envoyé directement dans le second corps CM2 par un conduit 121, par exemple au niveau de son étage d'entrée.
En suivant la distribution des fluides donnée ci-dessus, le mélange des fluides et leur gain en pression s'effectuent par exemple de la manière suivante:
Le niveau de pression PL, du liquide L, augmente jusqu'à atteindre un niveau de pression sensiblement identique à celle du gaz G,, PG,. A l'intérieur de la première partie du corps CM,, les gaz acides G, sont dissous dans le liquide L, au moins partiellement, le mélange M obtenu étant à un niveau de pression P. Les gaz acides G2 ayant une pression PG2 sont introduits dans l'étage en sortie duquel le mélange M possède un niveau de pression sensiblement identique. Ces trois fluides se mélangent en passant à
travers les différents étages de compression du corps CM,, le mélange polyphasique M' résultant étant évacué par un conduit 122 à un niveau de pression F.
Le mélange M' issu du corps CM, est introduit avec le liquide L2 ayant une pression PL2, par un conduit 123 dans le deuxième corps CM2.
En sortie de la première partie du second corps, on envoie le mélange Mi qui se trouve à un niveau de pression intermédiaire Pi par un conduit 124 vers le dispositif de traitement 116 dans lequel il est mélangé au moins en partie avec le gaz G3.
Le mélange M'i issu du dispositif de traitement est ensuite envoyé par un conduit 125 dans la deuxième partie du corps CM2 , passe à travers les différents étages de compression. En sortie du corps CM2 on évacue un fluide Ms essentiellement liquide à un niveau de pression Ps par la sortie 126 par exemple dans une nappe aquifère.
Sur la figure 11, le dispositif de compression est alimenté par trois sources de gaz acides référencées respectivement 110, 111 et 112 à des pressions PG3, PG2 et PG, , des températures TG3, TG2 et TG, et avec par exemple PG,< PG2<PG3.
Les gaz acides G, (112) et G2 (111) sont introduits dans le premier corps CM, par des conduits 113, 114 correspondants à des étages de compression du corps différents, dont les rangs sont déterminés selon les valeurs des pressions PG, et PG2.
Les gaz acides G3 (110) sont envoyés par un conduit 115 vers le dispositif de traitement 116.
Deux sources de liquide L,et L2 à des pressions respectivement PL, et PL2 et des températures TL, et TL2 sont également représentées sur cette figure.
Le liquide L,, (117), est envoyé par un conduit 120 dans le premier corps de CM,. En faisant comme hypothèse que PL,<PG, le conduit 120 est relié directement au premier étage du corps CM, alors que les gaz acides G, et G2 sont envoyés à des étages de pompage de rang supérieur selon un schéma voisin de celui de la figure 6.
Le liquide contenu dans la source L2 (118), est envoyé directement dans le second corps CM2 par un conduit 121, par exemple au niveau de son étage d'entrée.
En suivant la distribution des fluides donnée ci-dessus, le mélange des fluides et leur gain en pression s'effectuent par exemple de la manière suivante:
Le niveau de pression PL, du liquide L, augmente jusqu'à atteindre un niveau de pression sensiblement identique à celle du gaz G,, PG,. A l'intérieur de la première partie du corps CM,, les gaz acides G, sont dissous dans le liquide L, au moins partiellement, le mélange M obtenu étant à un niveau de pression P. Les gaz acides G2 ayant une pression PG2 sont introduits dans l'étage en sortie duquel le mélange M possède un niveau de pression sensiblement identique. Ces trois fluides se mélangent en passant à
travers les différents étages de compression du corps CM,, le mélange polyphasique M' résultant étant évacué par un conduit 122 à un niveau de pression F.
Le mélange M' issu du corps CM, est introduit avec le liquide L2 ayant une pression PL2, par un conduit 123 dans le deuxième corps CM2.
En sortie de la première partie du second corps, on envoie le mélange Mi qui se trouve à un niveau de pression intermédiaire Pi par un conduit 124 vers le dispositif de traitement 116 dans lequel il est mélangé au moins en partie avec le gaz G3.
Le mélange M'i issu du dispositif de traitement est ensuite envoyé par un conduit 125 dans la deuxième partie du corps CM2 , passe à travers les différents étages de compression. En sortie du corps CM2 on évacue un fluide Ms essentiellement liquide à un niveau de pression Ps par la sortie 126 par exemple dans une nappe aquifère.
14 Selon une autre manière d'opérer, il sera possible de rattraper des écarts sur les paramètres de fonctionnement du dispositif de compression diphasique à partir de différentes mesures sur le dispositif de compression diphasique.
Sur la figure 12, on a schématisé dans un diagramme hauteur manométrique (en ordonnée) - volume de sortie (en abscisse) - paramétré en vitesse (N), les performances hydrauliques du dispositif de compression diphasique. Sur ce diagramme ont été
représentés un point de fonctionnement souhaité C, ainsi que deux points, A et B, représentant deux cas de dysfonctionnement.
En équipant le dispositif de compression diphasique d'un système de mesures appropriées tels que des capteurs de pression, de température, de débit, de densité (ou taux de vide), et un dispositif de contrôle et de calcul tel qu'un micro-contrôleur relié à tous ces éléments, il est possible :
= de mesurer différents paramètres :
* les valeurs de débit de la phase gazeuse et de la phase liquide avant leur entrée dans le dispositif de compression diphasique Qg et 01, pour chacun de mesurer les valeurs de la température et de pression associées Tg et TI, Pg et PI, * en sortie du dispositif de compression des valeurs liées au liquide telles que sa pression Pm, sa température Tm, son débit Qm et sa densité pm, = de mémoriser les paramètres caractéristiques des fluides gazeux et liquides en entrée du dispositif de compression par exemple la densité pour le fluide liquide, pi, et la masse molaire Mg et le facteur isentropique yg pour le fluide gazeux, = à partir de ces différentes mesures, des données précédemment mentionnées et d'un traitement des données approprié, de déterminer le point de fonctionnement du dispositif de compression et la courbe de vitesse correspondante, et = en comparaison avec une valeur déterminée de vérifier que ce point de fonctionnement appartient à un domaine permis de fonctionnement ou un domaine optimal de fonctionnement.
Dans le cas où le point de fonctionnement se trouve en dehors du domaine de fonctionnement souhaité, il >sera possible d'agir sur la vitesse de rotation si le dispositif possède un entraînement à vitesse variable, et éventuellement sur l'efficacité
du système de réfrigération ou encore sur le débit de liquide recyclé selon la conception du système de compression.
Par exemple, si le point A traduit une dissolution trop rapide avec un débit en aval trop faible et une pression en aval trop importante, pour remédier à ce problème il sera possible d'agir en réduisant la vitesse de rotation du dispositif de compression diphasique pour amener le point de fonctionnement A vers le point de fonctionnement souhaité C.
Le point de fonctionnement B schématise le cas inverse.
Le dispositif de compression sera de préférence équipé d'un entraînement à
vitesse variable. La régulation en vitesse pourra s'effectuer automatiquement ou manuellement.
Exemple comparatif Le dispositif de compression et de mélange diphasique présente en comparaison d'un système de compression morwphasique et de mélange de nombreux avantages dont une forte réduction du nombre des équipements, se traduisant par :
10 = une plus grande sécurité en présence de gaz nocifs tels l'hydrogène sulfuré H2S, = une réduction des coûts dans un environnement corrosif et / ou soumis à une forte pression.
La réduction du nombre des équipements dépend fortement des cas d'applications, principalement, le GLR et la pression à l'entrée du dispositif de compression.
La pression
Sur la figure 12, on a schématisé dans un diagramme hauteur manométrique (en ordonnée) - volume de sortie (en abscisse) - paramétré en vitesse (N), les performances hydrauliques du dispositif de compression diphasique. Sur ce diagramme ont été
représentés un point de fonctionnement souhaité C, ainsi que deux points, A et B, représentant deux cas de dysfonctionnement.
En équipant le dispositif de compression diphasique d'un système de mesures appropriées tels que des capteurs de pression, de température, de débit, de densité (ou taux de vide), et un dispositif de contrôle et de calcul tel qu'un micro-contrôleur relié à tous ces éléments, il est possible :
= de mesurer différents paramètres :
* les valeurs de débit de la phase gazeuse et de la phase liquide avant leur entrée dans le dispositif de compression diphasique Qg et 01, pour chacun de mesurer les valeurs de la température et de pression associées Tg et TI, Pg et PI, * en sortie du dispositif de compression des valeurs liées au liquide telles que sa pression Pm, sa température Tm, son débit Qm et sa densité pm, = de mémoriser les paramètres caractéristiques des fluides gazeux et liquides en entrée du dispositif de compression par exemple la densité pour le fluide liquide, pi, et la masse molaire Mg et le facteur isentropique yg pour le fluide gazeux, = à partir de ces différentes mesures, des données précédemment mentionnées et d'un traitement des données approprié, de déterminer le point de fonctionnement du dispositif de compression et la courbe de vitesse correspondante, et = en comparaison avec une valeur déterminée de vérifier que ce point de fonctionnement appartient à un domaine permis de fonctionnement ou un domaine optimal de fonctionnement.
Dans le cas où le point de fonctionnement se trouve en dehors du domaine de fonctionnement souhaité, il >sera possible d'agir sur la vitesse de rotation si le dispositif possède un entraînement à vitesse variable, et éventuellement sur l'efficacité
du système de réfrigération ou encore sur le débit de liquide recyclé selon la conception du système de compression.
Par exemple, si le point A traduit une dissolution trop rapide avec un débit en aval trop faible et une pression en aval trop importante, pour remédier à ce problème il sera possible d'agir en réduisant la vitesse de rotation du dispositif de compression diphasique pour amener le point de fonctionnement A vers le point de fonctionnement souhaité C.
Le point de fonctionnement B schématise le cas inverse.
Le dispositif de compression sera de préférence équipé d'un entraînement à
vitesse variable. La régulation en vitesse pourra s'effectuer automatiquement ou manuellement.
Exemple comparatif Le dispositif de compression et de mélange diphasique présente en comparaison d'un système de compression morwphasique et de mélange de nombreux avantages dont une forte réduction du nombre des équipements, se traduisant par :
10 = une plus grande sécurité en présence de gaz nocifs tels l'hydrogène sulfuré H2S, = une réduction des coûts dans un environnement corrosif et / ou soumis à une forte pression.
La réduction du nombre des équipements dépend fortement des cas d'applications, principalement, le GLR et la pression à l'entrée du dispositif de compression.
La pression
15 d'entrée est approximativement égale à la pression en aval de l'unité de déacidification.
Une étude comparative entre des systèmes de compression diphasique et monophasique (compresseur et pompe) a été réalisée sur les bases suivantes :
= une pompe diphasique comportant 13 étages de compression. La pression de refoulement est déterminée par le dispositif de compression diphasique. Les mêmes conditions de pression sont utilisées pour les deux types de compression, = deux valeurs de hauteur manométrique monophasique de 150 m et 300 m par étage de compression diphasique. La hauteur manométrique de compression diphasique est obtenue par le produit de la hauteur monophasique et de l'efficacité
diphasique, cette dernière étant une fonction du GLR et du rapport des densités des phases, = un débit liquide de 200 m3/Heure et un débit de gaz qui varie entre des valeurs correspondant à un GLR de 1 et un GLR de 15, = une pression de 1 MPa abs en sortie d'un procédé de traitement par solvant physique et de 0,1 MPa abs en sortie d'un procédé de traitement par solvant chimique.
Le tableau ci-dessous représente dans les conditions de l'étude, le nombre de sections de compression et par conséquent le nombre d'unités de refroidissement (également le nombre de ballons en amont des sections de compression) requis par une compression monophasique lorsqu'une unité de refroidissement au maximum est requise par la compression diphasique.
Une étude comparative entre des systèmes de compression diphasique et monophasique (compresseur et pompe) a été réalisée sur les bases suivantes :
= une pompe diphasique comportant 13 étages de compression. La pression de refoulement est déterminée par le dispositif de compression diphasique. Les mêmes conditions de pression sont utilisées pour les deux types de compression, = deux valeurs de hauteur manométrique monophasique de 150 m et 300 m par étage de compression diphasique. La hauteur manométrique de compression diphasique est obtenue par le produit de la hauteur monophasique et de l'efficacité
diphasique, cette dernière étant une fonction du GLR et du rapport des densités des phases, = un débit liquide de 200 m3/Heure et un débit de gaz qui varie entre des valeurs correspondant à un GLR de 1 et un GLR de 15, = une pression de 1 MPa abs en sortie d'un procédé de traitement par solvant physique et de 0,1 MPa abs en sortie d'un procédé de traitement par solvant chimique.
Le tableau ci-dessous représente dans les conditions de l'étude, le nombre de sections de compression et par conséquent le nombre d'unités de refroidissement (également le nombre de ballons en amont des sections de compression) requis par une compression monophasique lorsqu'une unité de refroidissement au maximum est requise par la compression diphasique.
16 GLR du fluide à l'entrée du dispositif de compression diphasique : 1 4 9 : 15 CASI
Traitement par solvant physique 2 2 1 1 Hauteur manométrique par impulseur diphasique: 150 m ...............................................................................
...............................................................................
..............
CAS I I .................
Traitement par solvant physique 3 3 2 2 Hauteur manométrique par impulseur diphasique: 300 m ............................................................CAS
III............................................--.
Traitement par solvant chimique 5 5 5 4 Hauteur manométrique par impulseur diphasique: 150 m
Traitement par solvant physique 2 2 1 1 Hauteur manométrique par impulseur diphasique: 150 m ...............................................................................
...............................................................................
..............
CAS I I .................
Traitement par solvant physique 3 3 2 2 Hauteur manométrique par impulseur diphasique: 300 m ............................................................CAS
III............................................--.
Traitement par solvant chimique 5 5 5 4 Hauteur manométrique par impulseur diphasique: 150 m
Claims (9)
1 Procédé de traitement d'un effluent pétrolier issu d'un puits pétrolier dans lequel on effectue les étapes suivantes:
a) on sépare l'effluent pétrolier en une phase huile, une phase aqueuse et une phase gazeuse;
b) on traite la phase gazeuse pour produire des gaz acides et un gaz épuré en composés acides;
caractérisé en ce que:
c) on rassemble la phase aqueuse de l'étape a) et les gaz acides produits à l'étape b) pour obtenir un fluide diphasique;
d) on comprime le fluide diphasique obtenu à l'étape c) avec un dispositif de compression diphasique comportant au moins un étage de compression diphasique comportant un impulseur et un redresseur pour dissoudre lesdits gaz acides dans ladite phase aqueuse et pour communiquer de l'énergie au fluide diphasique et ainsi obtenir un fluide essentiellement liquide.
a) on sépare l'effluent pétrolier en une phase huile, une phase aqueuse et une phase gazeuse;
b) on traite la phase gazeuse pour produire des gaz acides et un gaz épuré en composés acides;
caractérisé en ce que:
c) on rassemble la phase aqueuse de l'étape a) et les gaz acides produits à l'étape b) pour obtenir un fluide diphasique;
d) on comprime le fluide diphasique obtenu à l'étape c) avec un dispositif de compression diphasique comportant au moins un étage de compression diphasique comportant un impulseur et un redresseur pour dissoudre lesdits gaz acides dans ladite phase aqueuse et pour communiquer de l'énergie au fluide diphasique et ainsi obtenir un fluide essentiellement liquide.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on effectue l'étape suivante:
e) on introduit le fluide essentiellement liquide obtenu à l'étape d) dans un réservoir souterrain.
e) on introduit le fluide essentiellement liquide obtenu à l'étape d) dans un réservoir souterrain.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'à l'étape d), on effectue les étapes suivantes:
f) on prélève du fluide diphasique du dispositif de compression diphasique;
g) on refroidit une partie du fluide diphasique prélevé;
h) on introduit ladite partie du fluide diphasique refroidi dans le dispositif de compression diphasique.
f) on prélève du fluide diphasique du dispositif de compression diphasique;
g) on refroidit une partie du fluide diphasique prélevé;
h) on introduit ladite partie du fluide diphasique refroidi dans le dispositif de compression diphasique.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de compression a une vitesse de rotation régulée.
5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'étape g) de réfrigération a une efficacité contrôlée.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé
en ce que la partie du fluide réfrigéré à l'étape g) a un débit contrôlé.
en ce que la partie du fluide réfrigéré à l'étape g) a un débit contrôlé.
7. Dispositif de compression diphasique pour la mise en ~uvre du procédé
selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant au moins un étage de compression diphasique comportant un impulseur et un redresseur, caractérisé en ce que le dispositif comporte un deuxième redresseur disposé en amont dudit étage de compression diphasique et muni d,un élément percé de plusieurs canaux pour introduire et diffuser un fluide tel que des gaz acides dans le dispositif de compression diphasique, ledit étage de compression diphasique permettant de réaliser l'étape d) dudit procédé.
selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant au moins un étage de compression diphasique comportant un impulseur et un redresseur, caractérisé en ce que le dispositif comporte un deuxième redresseur disposé en amont dudit étage de compression diphasique et muni d,un élément percé de plusieurs canaux pour introduire et diffuser un fluide tel que des gaz acides dans le dispositif de compression diphasique, ledit étage de compression diphasique permettant de réaliser l'étape d) dudit procédé.
8. Dispositif de compression diphasique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de compression diphasique comporte un étage de pompage disposé en amont dudit deuxième redresseur, ledit étage de pompage permettant de pomper ladite phase aqueuse de l'étape a) du procédé défini dans la revendication 1 et ledit élément permettant d'introduire lesdits gaz acides produits à l'étape b) du procédé défini dans la revendication 1 dans le dispositif de compression diphasique.
9. Dispositif de compression diphasique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de compression diphasique comporte un deuxième étage de compression diphasique disposé en amont du deuxième redresseur, ledit deuxième étage de compression diphasique permettant de réaliser l'étape d) du procédé défini dans la revendication 1, ledit élément permettant d'introduire un fluide liquide ou gazeux dans le dispositif de compression diphasique.
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