EP0549439A1

EP0549439A1 - Procédé et dispositif permettant d'optimiser le transfert par pompage d'effluents polyphasiques

Info

Publication number: EP0549439A1
Application number: EP92403475A
Authority: EP
Inventors: Emile Levallois
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1993-06-30
Anticipated expiration: 2012-12-18
Also published as: NO178906C; NO178906B; NO925006L; BR9205160A; FR2685738B1; NO925006D0; EP0549439B1; US5393202A; DK0549439T3; CA2086298A1; FR2685738A1; CA2086298C; MX9207521A

Abstract

On optimise le transfert par pompage d'effluents constitués d'au moins une phase gazeuse et d'au moins une phase liquide dans une conduite de transfert reliant une source d'effluents en interposant sur la conduite entre la source et le lieu de destination une pompe polyphasique, et on régule la vitesse de rotation de la pompe de façon à adapter le débit de celle-ci à au moins un des paramètres suivants : la variation de débit du puits, la variation du rapport volumétrique GLR ou les variations de perte de charges surgissant dans la conduite lors du transfert. On contrôle les valeurs des paramètres et on ramène, si nécessaire, ces valeurs à des valeurs compatibles avec le fonctionnement de la pompe. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne une méthode et un dispositif pour optimiser le transfert par pompage d'effluents constitués d'au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, dans une conduite de transfert entre une source d'effluents et un lieu de destination en adaptant le débit de la pompe utilisée aux conditions fluctuantes en amont et en aval de celle-ci.
Ces fluides ou effluents peuvent provenir de sources diverses en particulier de puits forés tels les puits pétroliers. La pompe a pour fonction essentielle d'appliquer aux fluides ou effluents admis à son entrée avec une certaine pression d'admission ou pression d'aspiration, une compression ou augmentation de pression suffisante pour compenser les pertes de charge qu'ils peuvent subir en aval durant leur transfert.
Dans le présent texte, les termes d'amont et d'aval se rapportent à la pompe en considérant le sens d'écoulement des effluents, et le terme débit désigne généralement le débit volumétrique.
La méthode selon l'invention, plus particulièrement, a pour objet d'optimiser le transfert d'effluents dans une conduite de transfert au moyen d'une pompe polyphasique capable de pomper aussi bien les phases liquides que les phases gazeuses en adaptant son débit aux conditions fluctuantes en amont, telles que la variation du débit de la source d'effluents et la variation de la valeur du rapport volumétrique de la phase gazeuse à la phase liquide, dénommé ci-après en abrégé GLR (Gaz Liquid Ratio) qui est représentatif de la variation de la composition du fluide au cours de son transfert, et en aval telles que les pertes de charge apparaissant dans la conduite.
La méthode peut être appliquée au transport d'un fluide polyphasique d'un puits jusqu'à un lieu de destination tel qu'un terminal de traitement ou une plateforme de traitement sous-marine ou terrestre.
Le transport d'un fluide polyphasique est dépendant de différents paramètres tels que la variation du débit de la source d'effluents, ou/et la variation de débit de la pompe polyphasique liée aux pertes de charge en aval de la pompe et à la variation du rapport volumétrique à l'aspiration de la pompe et à la pression d'aspiration (ci-après désignés respectivement par GLRa et Pa). On désignera par la suite les fluctuations de ces paramètres par fluctuations d'amont et d'aval.
Avec une pompe polyphasique, il faut donc tenir compte des fluctuations des paramètres précédemment cités qui peuvent avoir une influence sur son débit, sachant que l'on recherche à pomper à chaque instant la quantité d'effluents qui sort du puits.
Les dispositifs et méthodes actuellement employés pour transporter par canalisation des fluides de type polyphasique combinent, en général, une pompe adaptée à refouler un fluide polyphasique constitué d'au moins une phase liquide et une phase gazeuse dont le rapport volumétrique varie dans des limites relativement étroites. On est donc obligé d'utiliser en combinaison un dispositif qui permet d'homogénéiser le fluide et d'obtenir ainsi un fluide dont le rapport volumétrique à l'aspiration GLRa a une valeur compatible avec les caractéristiques de celle-ci, ce qui nécessite des équipements encombrants et des investissements coûteux.
Par le brevet français FR-2.642.539, on connaît un dispositif comportant un ballon tampon qui permet de réguler et d'amortir les fluctuations de composition d'un écoulement polyphasique, et donc d'élargir dans certaines limites les variations tolérables du rapport volumétrique des effluents pompés. Ce dispositif ou ballon tampon remplit bien sa fonction dans la plupart des cas. Il arrive, cependant, qu'il devienne inopérant parfois pour amortir les poches de gaz et les bouchons d'huile qui se succèdent de façon imprévisible.
De plus, les dispositifs de pompage connus de l'art antérieur ne sont pas conçus pour prendre en compte les fluctuations de débit des puits ainsi que les pertes de charges subies durant les transferts. Aussi, le débit du puits est étroitement dépendant du débit des pompes employées. Les capacités de production des puits peuvent s'en trouver sensiblement réduites.
La demande de brevet français 91/16.230 décrit une méthode et un dispositif qui permettent d'obtenir en sortie de la pompe un débit qui varie comme le débit du puits dans une plage de variations importante, en régulant la vitesse de rotation. La détermination de la vitesse de rotation se fait à l'aide de paramètres fluctuant en amont et en aval. Ces paramètres peuvent cependant être incompatibles avec le domaine de fonctionnement de la pompe; l'acheminement des effluents jusqu'au terminal exige parfois une pression de sortie de pompe qu'il est impossible d'atteindre si on la fait tourner seulement à la vitesse que l'on peut calculer d'après la valeur effective du GLR.
Le domaine de fonctionnement de la pompe est défini par le domaine des variations des paramètres pour lequel la pompe a un fonctionnement correct.
La méthode et le dispositif selon l'invention permettent d'obtenir en sortie de la pompe un débit qui suit la variation du débit du puits en contrôlant les valeurs des paramètres pour qu'ils correspondent au domaine de fonctionnement de la pompe, de façon que la vitesse de rotation déterminée à partir de ces paramètres soit compatible avec les caractéristiques de la pompe et les conditions nécessaires au transfert.
La méthode selon l'invention permet d'optimiser le transfert d'effluents constitués d'au moins une phase liquide et d'une phase gazeuse dans une conduite de transfert reliant une source d'effluents dont le débit massique ou volumique présente des variations à un lieu de destination, en tenant compte des variations du rapport volumétrique du gaz au liquide (GLRa) à l'entrée de la pompe, ainsi que des pertes de charge aval lors du transfert du fluide et donc de remédier aux inconvénients des dispositifs et méthode connus quelles que soient les fluctuations en amont et en aval.
La méthode est caractérisée en ce que l'on interpose sur la conduite entre la source d'effluents et le lieu de destination, une pompe polyphasique, et en ce que l'on régule la vitesse de rotation de la pompe polyphasique de façon à adapter son débit à au moins une desdites variations.
Selon une des caractéristiques de l'invention, la pompe appliquant aux effluents une compression (ΔP), on détermine par exemple la vitesse de rotation (N) de la pompe en combinant quatre grandeurs ou paramètres qui sont la pression d'admission (Pa) à l'entrée de la pompe polyphasique, le rapport volumétrique à l'aspiration de la pompe (GLRa), la compression (ΔP) appliquée par la pompe et le débit total (Qt) des effluents produits par la source.
La pompe ayant un fonctionnement correct pour un domaine de variations des paramètres donné, on affecte tout paramètre dont la valeur est en dehors dudit domaine d'une valeur limite permettant de déterminer une vitesse de fonctionnement compatible avec la plage de variation possible de la vitesse de ladite pompe.
Le rapport volumétrique à l'aspiration de la pompe (GLRa) peut être ramené, si nécessaire, à une valeur appartenant au domaine de variation des paramètres pour lequel la pompe a un fonctionnement correct par ajout d'une certaine quantité de liquide. La quantité de liquide à ajouter aux effluents est déterminée en fonction de la valeur maximale du rapport volumétrique gaz-liquide de l'effluent qui peut être traité par la pompe.
On peut, par exemple, obtenir la valeur de la vitesse de rotation, en faisant une interpolation à partir de familles regroupant des valeurs particulières de ces quatre paramètres pour lesquelles la vitesse de rotation (N) appropriée pour la pompe est connue.
La méthode comporte, par exemple, l'utilisation d'un réservoir ou ballon traversé par un tube percé d'une pluralité d'orifices interposé entre la source d'effluents et la pompe polyphasique et qui permet de déterminer ledit rapport (GLRa) à partir de la hauteur h de la portion du tube percé baignant dans le gaz et en tenant compte de la distribution des orifices le long de ce tube.
La méthode selon l'invention peut comporter encore la détermination de la compression ΔP en ajoutant les variations successives de la pression de refoulement à une valeur déterminée précédemment.
Dans le cas de l'utilisation d'un dispositif à réservoir et tube perforé mentionnés précédemment, on peut déterminer la valeur du débit du puits par un processus itératif en ajoutant à une valeur précédemment déterminée une variation du débit de la source des effluents.
Cette méthode peut être notamment appliquée au transfert d'un fluide polyphasique entre une source d'effluents, telle qu'un puits, et un lieu de réception, tel qu'une plate-forme de traitement.
Par cette régulation de la vitesse de la pompe, tenant compte des fluctuations d'amont et d'aval telles qu'elles sont définies, on arrive par la méthode selon l'invention à supprimer dans une large mesure tout ce qui peut freiner le libre transfert des effluents jusqu'au lieu de destination.
L'invention concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison des moyens de détermination du rapport volumétrique GLRa, des moyens de mesure permettant de déterminer la pression d'admission Pa, des moyens de mesure de la pression de refoulement Pref, et un ensemble de traitement programmé permettant de mémoriser ces valeurs et des valeurs des paramètres déterminés au départ (rapport GLR, volume Vo, etc) et de calculer la nouvelle valeur de la vitesse de rotation de la pompe de façon à adapter le débit de la pompe aux variations d'au moins un des trois paramètres suivants : le débit des effluents, la valeur dudit (GLRa), ou les pertes de charge en aval de la pompe.
Les moyens de détermination dudit rapport volumétrique (GLRa) peuvent être, par exemple, un réservoir équipé d'un tube percé d'une pluralité d'orifices intercalé entre la source des effluents et la pompe.
Le dispositif peut aussi comporter des moyens de mesure de la température T du réservoir.
L'ensemble de traitement programmé peut mémoriser un ensemble des valeurs limites. Les valeurs limites définissent le domaine pour lequel la pompe a un fonctionnement correct.
Le dispositif peut comporter par exemple, au moins une canalisation auxiliaire d'injection d'une phase liquide ainsi que des moyens auxiliaires nécessaires au contrôle de la quantité de liquide ajoutée.
Le dispositif peut être positionné sur une structure disposée entre une tête de puits et une plate-forme de traitement, la structure pouvant être flottante, ou immergée.
D'autres caractéristiques et avantages de la méthode selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après des modes de réalisation décrits à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés où :

la figure 1 montre de façon schématique un mode de réalisation du dispositif selon l'invention,
la figure 2 représente un autre mode de réalisation dans lequel les moyens de détermination du rapport volumétrique GLRa comportent un récipient tel qu'un ballon régulateur équipé d'un tube percé d'une pluralité d'orifices,
la figure 3 représente le dispositif de la figure 2 associé à des moyens de recyclage du liquide,
la figure 4 montre une courbe qui traduit la relation existant entre la valeur du débit de la pompe et la valeur de la pression à l'aspiration, et
la figure 5 montre un réseau de courbes tracées à pression d'aspiration et GLRa constants, reliant la valeur de la compression communiquée par une pompe au débit des effluents qui la traversent pour une vitesse de rotation donnée.

La méthode selon l'invention est mise en oeuvre, par exemple, par un premier mode de réalisation décrit sur la figure 1.
La méthode selon l'invention permet d'optimiser le transfert d'effluents comportant au moins une phase liquide et au moins une phase gazeuse issus d'une source telle qu'une tête de puits S, par exemple, jusqu'à une installation réceptrice I. Les effluents sont acheminés de la source S par une canalisation 1, jusqu'à l'entrée d'aspiration d'une pompe polyphasique 2. Sur cette canalisation, près de l'entrée de la pompe 2, est interposé un dispositif 3 adapté à déterminer la valeur du rapport volumétrique à l'admission GLRa qui est susceptible de varier.
Deux capteurs de pression 4, 5 sont respectivement disposés à la sortie et à l'entrée de la pompe 2 pour mesurer la pression de sortie ou de refoulement Pref et la pression d'admission ou d'aspiration Pa. Les effluents issus de la pompe 2 sont acheminés par une canalisation CT jusqu'à l'installation I qui est, par exemple, une plate-forme à terre ou en mer, éventuellement immergée, et pourvue des équipements habituels de traitement des effluents polyphasiques.
La régulation du fonctionnement de la pompe 2 est conduite au moyen d'un calculateur C à partir des données reçues du dispositif 3 et des capteurs 4, 5. Ce calculateur est, par exemple, un micro-ordinateur équipé d'une carte d'acquisition d'un type connu et programmé pour conduire les étapes de la méthode qui vont être définies dans la suite de la description.
L'objectif recherché étant d'obtenir une valeur de débit de la pompe qui suit les fluctuations ou variations en amont ou aval de la pompe, on a découvert que l'on pouvait atteindre ceci en faisant varier la vitesse de la pompe en fonction du résultat de la combinaison d'un certain nombre de paramètres connus, et en procédant à des cycles successifs comportant les étapes suivantes :

Etape 1 :

On détermine d'abord la valeur du rapport GLRa à l'aide d'un dispositif de mesure 3 du rapport volumétrique d'un type connu placé au voisinage de l'admission de la pompe tel celui décrit dans le brevet FR-2.647.549. On peut aussi utiliser à cet usage le dispositif décrit à la figure 2 suivant des modalités particulières qui seront définies plus loin.

Etape 2 :

On détermine ensuite la valeur de la compression ΔP communiquée par la pompe au fluide polyphasique en mesurant à l'aide du capteur de pression 4 la valeur de la pression de refoulement P'ref de la pompe et la valeur de la pression à l'aspiration ou pression d'admission Pa à l'aide du capteur 5 placé sur la conduite 1 à l'entrée de la pompe, puis en effectuant la différence entre les deux valeurs.
On peut aussi procéder par itérations en ajoutant à la valeur de la compression précédemment déterminée ΔP_p, les variations successives de la pression de refoulement (P'ref - Pref) obtenue par comparaison des mesures successives de capteur de pression 4 en sortie de la pompe 2 : ${ΔP = ΔP}_{p} + (P'ref - Pref)$
On pourrait aussi procéder en tenant compte de la valeur de compression initialement considérée (ΔPI).

Etape 3 :

On détermine la valeur du débit total Qt des effluents issus de la source S par un processus itératif en ajoutant à une valeur précédemment déterminée Q, une variation du débit total Qp obtenue en appliquant la loi de Mariotte à la variation de volume du gaz et de pression dans un espace considéré compris entre la source d'effluents S et la pompe 2, dans notre cas, la conduite 1.
Pour celà, on doit connaître les paramètres caractéristiques initiaux mesurés ou connus, tels que la valeur du rapport volumétrique GLR du puits mesurée au début de son exploitation, et la valeur du volume Vo occupé par le gaz dans l'espace considéré.
La loi de Mariotte exprime le fait que, dans le volume Vo considéré, en l'occurrence la conduite 1, l'augmentation de débit pendant le temps dt multipliée par la pression P régnant dans l'espace Vo est égale au volume Vo multiplié par l'augmentation de pression dP pendant le temps dt. La pression est prise comme étant égale à la valeur de la pression à l'aspiration, de la même façon l'augmentation de pression concerne l'augmentation de pression que l'on a à l'entrée de la pompe.
Ainsi, lorsque le débit du puits varie, et que le débit de la pompe n'est pas adapté à cette variation, il en résulte une augmentation de pression dans la conduite. La variation de débit des effluents dans la conduite 1 est égale à la différence des variations de débit total du puits Qp et de débit total Qa de la pompe.
La variation Qp de débit total du puits provient de la variation de débit gazeux et de la variation de débit liquide de la source d'effluents. Les termes respectifs desdites variations des débits gazeux ou liquide sont obtenus, comme il est bien connu des spécialistes, en multipliant la variation de débit total Qp respectivement par les facteurs $GLR/(1+GLR) et 1/(1+GLR)$
.
La variation de débit total de la pompe Qa peut être obtenue à partir de la courbe représentée sur la figure 4.
La courbe décrite sur cette figure a été obtenue au cours d'essais préalablement effectués, en utilisant une pompe de type polyphasique telle que celle décrite dans la demande de brevet FR-90/09.607 précitée.
On a tracé la valeur du débit total Qa de la pompe en fonction de la pression d'aspiration ou d'admission et en fonction du GLRa pour une vitesse de rotation et une valeur de surpression ΔP donnés.
La courbe a été déterminée par des modèles du deuxième degré avec une interpolation linéaire entre deux courbes d'un même sous-réseau, par exemple ΔP constant et GLRa variable.
Pour une pompe polyphasique d'un autre type, on dresserait de même au préalable des réseaux de courbes analogues.
Le terme dont il faut tenir compte est la variation de débit gazeux de la pompe que l'on obtient à partir de la variation du débit total (Qa2 - Qa1) multiplié par le facteur représentatif de la quantité gazeuse, c'est-à-dire, GLRa/(1+GLRa).
En appliquant la loi de Mariotte à la variation de volume gazeux dans la conduite 1, on en déduit la variation Qp du débit total du puits en fonction de la pression d'aspiration Pa mesurée à l'aide du capteur de pression 5, de la variation de la pression d'admission Pa pendant un temps Δt, du volume Vo occupé par le gaz dans la conduite V1, et de la variation du débit gazeux pendant le temps dt.
La valeur du débit total Qt des effluents produits par le puits est alors égal à $Qt = Q + Qp$
avec Q qui est égal à la valeur précédemment trouvée du débit des effluents produits par le puits.
A l'aide des trois valeurs GLRa, Qt et ΔP et de la mesure de la pression d'admission Pa, on déduit grâce à un calculateur programmé C, la nouvelle valeur de la vitesse de rotation que doit avoir la pompe de façon à adapter le débit de la pompe polyphasique à au moins une desdites variations.
On utilise à cet effet, un programme qui met en oeuvre une méthode quadratique permettant de calculer la vitesse de la pompe à partir de la combinaison des quatre paramètres.
On réalise le programme de la façon suivante:

On effectue une série de mesures en faisant fonctionner une pompe polyphasique telle que celle décrite dans la demande de brevet française FR-90/09.607 par exemple.
A partir de ces mesures, on construit des réseaux de courbes caractéristiques des hydrauliques de pompes qui permettent de déterminer des familles de valeurs discrètes reliant les cinq paramètres Pa, ΔP, GLRa, Qt et N, la valeur de la vitesse de rotation de la pompe. Ces valeurs sont regroupées dans un tableau.
A partir de ces valeurs discrètes, on construit un programme d'interpolation mettant en jeu une méthode quadratique qui permet de calculer à partir de ces familles de valeurs connues des quatre paramètres, la valeur du cinquième paramètre, en l'occurrence la vitesse de rotation de la pompe.

La méthode précédemment décrite est particulièrement bien adaptée lorsque les valeurs des paramètres, à partir desquels on détermine la vitesse de la pompe, varient à l'intérieur d'un domaine pour lequel la pompe a un fonctionnement correct.
Le programme offre aussi la possibilité d'effectuer un contrôle des valeurs mesurées pour les quatre paramètres et d'affecter, si nécessaire, aux valeurs situées en dehors du domaine une valeur limite permettant de déterminer une vitesse de fonctionnement de la pompe compatible avec les données techniques de la pompe.
Le domaine pour lequel la pompe a un fonctionnement correct ( ou domaine de fonctionnement) est défini par l'ensemble des valeurs que peuvent prendre en même temps les paramètres GLRa, Qt, ..P, Pa et N .
Ces valeurs ont été déterminées préalablement au cours d'essais pour lesquels on a relevé, par exemple, les valeurs GLRa, Qt, Pa et N pour lesquels la pompe communique aux effluents suffisamment de pression pour assurer leur transfert sur une certaine distance.
Le contrôle et la correction des valeurs des paramètres lorsqu'ils se trouvent en dehors des limites du domaine se fait, par exemple, de la manière suivante :

on compare l'ensemble des quatre paramètres mesurés aux valeurs définissant le domaine de fonctionnement de la pompe. On affecte à chaque paramètre situé en dehors du domaine de fonctionnement la valeur limite la plus proche située dans le domaine de fonctionnement.
on recommence le contrôle de l'ensemble des nouvelles valeurs obtenues jusqu'à ce que l'ensemble des valeurs des quatre paramètres correspondent à un ensemble compris dans le domaine de fonctionnement de la pompe.

A partir des valeurs des paramètres contrôlées de la manière précédente, on détermine le cinquième paramètre, en l'occurrence la vitesse de rotation, à l'aide du programme d'interpolation précédemment défini.
Le micro-ordinateur C délivre un signal qui agit sur la vitesse de rotation du moteur d'entraînement de la pompe de façon à la corriger si nécessaire. Le moteur est par exemple un moteur électrique d'un type connu dont la vitesse dépend de la fréquence du signal électrique qui lui est appliqué. Dans ce cas, le calculateur C est adapté à modifier la fréquence du signal de commande du moteur en fonction de la correction de la vitesse à apporter.
Le fluide est alors transféré de la pompe 2 à une installation I de traitement des effluents par l'intermédiaire du tronçon de canalisation CT. L'installation I peut être une plate-forme de traitement située à terre ou en mer sur l'eau ou immergée (positionnée entre deux eaux ou sur le fond marin) équipée des dispositifs habituels de traitement de fluides polyphasiques.
Des simulations ont été effectuées pour un effluent polyphasique pétrolier. Ils montrent que la précision de la régulation est meilleure que 1%.
L'ensemble de traitement permet ainsi de déterminer, en particulier, la quantité de liquide que l'on doit ajouter à l'effluent de façon à ramener la valeur du GLRa à un valeur faisant partie du domaine de fonctionnement.
On calcule la quantité de liquide à ajouter de la façon suivante : connaissant la valeur du GLRa mesurée et la valeur du GLR limite la plus proche appartenant au domaine de fonctionnement précédemment défini, on en déduit le débit du liquide que l'on doit avoir pour ramener la valeur du GLRa à une valeur pouvant être traitée par la pompe. Le micro-ordinateur délivre un signal qui agit sur une vanne de façon à permettre le passage d'une quantité de liquide ramenant la valeur du GLRa mesurée à une valeur de GLR compatible avec le fonctionnement de la pompe.
Suivant un mode préféré de réalisation selon la figure 2, déjà décrit dans le brevet FR-2,642,539 précité, le dispositif 3 comporte un ballon-tampon, ou réservoir ou récipient 6 recevant les effluents issus de la source S. Les effluents aspirés par la pompe 2 sont prélevés dans le réservoir 6 au moyen d'un tube de prélèvement TP traversant celui-ci et pourvu d'orifices O répartis sur au moins une partie de sa longueur. Un capteur de pression 8 mesure la pression régnant dans le réservoir 6 et un capteur de température 7 permet de connaître à tout instant la valeur de la température T régnant dans le réservoir 6. Toutes les données sont transmises à la carte d'acquisition du calculateur C.

Etape 1 :

On détermine la valeur du rapport volumétrique GLRa à l'aide de paramètres fixés tels que la hauteur totale du tube H, les valeurs des masses spécifiques du liquide et du gaz, la valeur du coefficient de perçage du tube Co, la fonction caractéristique du perçage du tube équipant le ballon régulateur f(h,H) et de la mesure de la hauteur h de la portion du tube percé TP baignant dans le gaz, de la mesure de la température T et de la pression Pbt régnant dans le ballon régulateur et de la pression à l'aspiration Pa à l'entrée de la pompe. Il convient également de tenir compte des phénomènes physiques qui se produisent entre la sortie du ballon et l'aspiration de la pompe notamment des pertes de charge et des détentes adiabatiques éventuelles du gaz. Une autre façon de procéder consiste à mesurer le niveau du liquide présent dans le ballon.

Etape 2 :

Pour obtenir la valeur de la compression ΔP correspondante aux pertes de charge aval, on soustrait les valeurs respectives de la pression de refoulement P'ref et de la pression d'aspiration Pa mesurées respectivement par les capteurs 4, 5.
On peut aussi procéder par des étapes successives d'incrémentation en tenant compte de la présence du ballon régulateur 6 et en mesurant la pression Pbt régnant dans le ballon régulateur au moyen du capteur de pression 8. On doit, de plus, connaître la valeur de la pression nominale que l'on se fixe Pbtc.
Dans le cas où l'on tient compte de la valeur de compression initialement déterminée ΔPI et connaissant Pref, Pbtc, Po et en tenant compte des mesures de Pa, Pbt, et P'ref, on déduit la nouvelle valeur de ΔP qui tient compte des variations de pertes de charge aval de la pompe. ${ΔP = ΔP}_{I} + (P'ref - Pref) + (Pbt - Pa) - (Pbtc - Po)$

on a tracé une courbe similaire à la courbe décrite sur la figure 4. La différence entre les deux courbes provient du facteur correctif dû à la détente adiabatique.

Etape 3 :

On détermine la valeur du débit total Qt des effluents issus de la source comme dans l'étape 3 définie en se référant à la figure 1, mais en tenant compte de la présence du ballon tampon 6. On introduit un coefficient correcteur lié à la détente adiabatique qui existe entre le ballon tampon 6 et l'entrée de la pompe. Ce coefficient s'applique uniquement aux termes représentatifs de la variation de volume gazeux dans la conduite et il est égal à (Pa/Pbt)^1/γ où Pbt est la pression régnant dans le ballon régulateur mesurée à l'aide du capteur 8 et γ un coefficient égal à C-c (où C et c sont respectivement les valeurs des chaleurs spécifiques respectivement à pression et volume constant).
On obtient comme il a été décrit précédemment en se référant à la figure 1, la nouvelle valeur de la vitesse de rotation que doit avoir la pompe de façon à adapter le débit de la pompe polyphasique à au moins une des variations.
La figure 3 montre un autre mode de réalisation dans lequel l'effluent pompé peut être traité dans un séparateur 9 recyclant une certaine quantité de liquide dans le ballon 6 par l'intermédiaire d'une ligne de recyclage 10. La ligne de recyclage 10 est équipée d'une vanne 11 télécommandée et asservie assurant le passage du liquide à ajouter, et de moyens de mesure de débit 12 qui permettent de contrôler la quantité de liquide que l'on ajoute de façon à ramener la valeur du rapport GLRa à une valeur pouvant être traitée par la pompe.
La mise en oeuvre de la méthode comporte les étapes 1 et 2 décrites en rapport à la figure 2. L'étape 3 précédente est modifiée par le fait que lors du contrôle des valeurs des paramètres, on ramène la valeur du rapport volumétrique GLRa à la valeur la plus proche pouvant être traitée par la pompe en ajoutant une certaine quantité de liquide au fluide. La quantité de liquide à ajouter ayant été déterminée de la façon précédemment décrite, le micro-ordinateur C envoie un signal permettant l'ouverture progressive de la vanne jusqu'à ce que le débit de liquide à ajouter ait atteint une valeur telle que la valeur mesurée du rapport volumétrique GLRa soit égale à la valeur permettant à la pompe de traiter les effluents. Le contrôle de la valeur du GLRa peut se faire de deux façons.On peut mesurer, par exemple, la valeur du débit de liquide passant dans la conduite de recyclage. Lorsque la valeur est atteinte on maintient alors la vanne dans sa position. On peut encore doser la quantité de liquide à ajouter en contrôlant la valeur du rapport volumétrique GLRa.
La figure 5 montre un réseau de courbes F(V1)... F(V6) obtenues au cours d'essais réalisés avec une pompe polyphasique. Le réseau de courbes a été tracé pour des valeurs de pression à l'aspiration Pa et de rapport volumétrique GLRa constants et montre les variations en fonction du débit total de la pompe et en fonction de la valeur de la compression ΔP, pour plusieurs vitesses déterminées V1, V2 ... V6.
Ces courbes permettent, par exemple, de déterminer les valeurs discrètes regroupées dans le tableau servant de base à la détermination du programme d'interpolation qui permet, à partir de quatre paramètres de calculer le cinquième.
A partir de plusieurs réseaux de courbes obtenus pour des valeurs de pression à l'aspiration Pa et des valeurs de GLRa différentes, on en déduit les valeurs discrètes regroupées dans le tableau et on établit à partir de ces valeurs, la relation liant les cinq paramètres.
On pourrait, tout aussi bien, partir des spécifications techniques données par le constructeur de pompes et bâtir un tableau de valeurs discrètes regroupant les cinq paramètres : Pa, GLRa, ΔP, Qt et la vitesse de rotation N.
Bien entendu, diverses modifications et/ou adjonctions peuvent être apportées par l'homme de métier au procédé et au dispositif dont la description vient d'être donnée à titre illustratif et nullement limitatif, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

1. - Méthode pour optimiser le transfert par pompage d'effluents constitués d'au moins une phase gazeuse et d'au moins une phase liquide dans une conduite de transfert reliant une source d'effluents dont le débit présente des variations, à un lieu de destination, pour des variations du rapport volumétrique de la phase gazeuse à la phase liquide, ainsi que des variations de pertes de charge lors du transfert du fluide, caractérisée en ce que l'on interpose sur ladite conduite, entre la source d'effluents et le lieu de destination, une pompe de type polyphasique et en ce que l'on régule la vitesse de rotation de façon à adapter le débit de ladite pompe polyphasique à au moins une desdites variations.

2. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe appliquant aux effluents une compression (ΔP), l'on détermine la vitesse de rotation de la pompe par une combinaison de valeurs de quatre paramètres qui sont la pression d'admission (Pa) à l'entrée de la pompe polyphasique, le rapport volumétrique à l'entrée d'aspiration de la pompe (GLRa), la compression (ΔP) appliquée par la pompe et le débit total (Qt) des effluents produits par ladite source.

3. - Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que, la pompe ayant un fonctionnement correct pour un domaine de variations des paramètres, on affecte tout paramètre dont la valeur est en dehors dudit domaine d'une valeur limite permettant de déterminer une vitesse de fonctionnement compatible avec la plage de variation possible de la vitesse de ladite pompe.

4. - Méthode selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que l'on obtient la valeur de la vitesse de rotation par interpolation de familles regroupant des valeurs particulières desdits quatre paramètres pour lesquelles la vitesse de rotation (N) convenant par ladite pompe est connue.

5. - Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que le rapport volumétrique à l'aspiration de la pompe (GLRa) est ramené, si nécessaire, à une valeur appartenant à un domaine de variation des paramètres pour lequel la pompe a un fonctionnement correct par ajout d'une certaine quantité de liquide, la quantité de liquide à ajouter aux effluents étant déterminée en fonction de la valeur maximale du rapport volumétrique gaz-liquide des effluents qui peut être traité par la pompe.

6. - Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'on détermine ledit rapport (GLRa) en interposant entre la source d'effluents et la pompe polyphasique, un réservoir traversé par un tube percé d'une pluralité d'orifices, en mesurant la hauteur du tube percé baignant dans le gaz et en tenant compte de la distribution des orifices le long de ce tube.

7. - Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'on détermine la compression (ΔP) par un processus itératif en ajoutant à une valeur précédemment déterminée les variations successives de la pression de refoulement.

8. - Méthode selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'on détermine la valeur du débit des effluents par un processus itératif.

9. - Méthode selon l'une des revendications précédentes, appliquée au transfert d'un fluide polyphasique entre une source d'effluents, telle qu'un puits, et un lieu de réception du fluide polyphasique.

10. - Dispositif pour la mise en oeuvre de la méthode selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison des moyens (3) de détermination dudit rapport volumétrique (GLRa), des moyens de mesure (5) de la pression d'admission (Pa), des moyens de mesure (4) de la pression de refoulement (Pref), et un ensemble de traitement programmé (C) permettant de mémoriser ces valeurs et des valeurs des paramètres déterminés au départ (rapport GLR, volume Vo ...) et un ensemble de traitement programmé (C) permettant de calculer la nouvelle valeur de la vitesse de rotation (N) de la pompe de façon à adapter le débit de la pompe aux variations d'au moins un des trois paramètres suivants : le débit des effluents, la valeur du rapport volumétrique (GLRa), ou les pertes de charge en aval de la pompe.

11. - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de détermination dudit rapport volumétrique (GLRa) sont constitués par un réservoir équipé d'un tube perforé, et des moyens de mesure de la température régnant dans ledit réservoir.

12. - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'ensemble de traitement programmé (C) comporte des moyens de mémorisation de l'ensemble desdites valeurs limites.

13. - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une canalisation auxiliaire (10) d'injection d'une phase liquide ainsi que des moyens auxiliaires (11, 12) nécessaires au contrôle de la quantité de liquide ajoutée.

14. - Dispositif selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que le dispositif est positionné sur une structure disposée entre une tête de puits et un lieu de réception, ladite structure pouvant être flottante, ou immergée.