EP3801917A1 - Separateur rotodynamique pour fluide multiphasique sans moyeu central - Google Patents

Separateur rotodynamique pour fluide multiphasique sans moyeu central

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Publication number
EP3801917A1
EP3801917A1 EP19721653.4A EP19721653A EP3801917A1 EP 3801917 A1 EP3801917 A1 EP 3801917A1 EP 19721653 A EP19721653 A EP 19721653A EP 3801917 A1 EP3801917 A1 EP 3801917A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
separator
cylinder
rotodynamic
phase
vanes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19721653.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Philippe Pagnier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of EP3801917A1 publication Critical patent/EP3801917A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/04—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with inserted separating walls
    • B04B1/06—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with inserted separating walls of cylindrical shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/04—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with inserted separating walls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/08—Centrifuges for separating predominantly gaseous mixtures

Definitions

  • the present invention relates to the field of multiphase separators, allowing the separation of two phases, for example a liquid phase and a gaseous phase, of a multiphase fluid entering the separator.
  • separators are especially used in petroleum applications for the recovery of hydrocarbons, and more generally in any type of application requiring the separation of two liquid / liquid phases of different densities or liquid / gas such as, for example, water treatment applications. gas.
  • the separators can be used, either in so-called “bottom-well” configurations, or in so-called “underwater” configurations, or on platforms.
  • bottom-well When used at the bottom of wells, their outside diameter is constrained by the environment of the well bottom, in particular by its diameter.
  • the separators are generally disposed on the seabed, and are connected to conduits for the delivery of fluid from the well to the surface.
  • the rotary gas separators 10 also called RGS for "Rotating Gas Separator" comprise, in a pipe 8, two series of fins or blading 3 and 4 integral with a shaft rotation 2, the rotation shaft 2 rotating about the axis xx, the axis xx corresponding to the axis of the pipe 8.
  • the first series is composed of a helix 3 to put the multiphasic fluid in motion and rotate it to initiate a separation.
  • the second series consists of purely radial pallets 4 which centrifuge the liquid at the pipe 8, which is fixed.
  • the multiphasic fluid arrives through the inlet 1 in the separator 10 and is conveyed via the pipe 8.
  • the first phase, liquid exits through the outlet 5 on the peripheral part and the second gas phase, emerges through the part 6 close to the rotation shaft 2.
  • this system can induce a lower fluid pressure at the output than at the input (induced by the losses of charges).
  • the present invention proposes to remedy these disadvantages. It relates to a rotodynamic separator for separating at least two phases, for example a liquid phase and a gaseous phase, from a multiphase fluid.
  • This separator comprises at least one cylinder freely rotatable about the axis of the cylinder, corresponding to the axis of the separator, an axial inlet of a multiphasic fluid, an outlet of at least a first phase and an outlet of at least least a second phase.
  • the output of the second phase is axial and the output of the first phase is arranged around the output of the second phase.
  • the separator comprises at least one blade, disposed along the axis of the cylinder, in the direction of flow of the multiphase fluid.
  • This or these blades are integral with the cylinder, so as to be rotated integrally.
  • the inner diameter of the blades progressively decreases, in the fluid flow direction, so as to orient the second phase contained in the multiphasic fluid towards the central axial outlet.
  • the inner diameter of the blades remains greater than the diameter of the output of the second phase so as not to hinder the output and / or induce disturbances to this flow.
  • the invention relates to a rotodynamic separator for separating at least two phases from a multiphasic fluid, said rotodynamic separator comprising at least one free cylinder rotating about the axis of said cylinder, a substantially axial inlet of said multiphase fluid, an output of at least a first phase and an output of at least a second phase, said output of said at least second phase being substantially axial and at the center of said output of said at least first phase, said rotodynamic separator comprising at least one vane, each said vanes being disposed along said axis of said cylinder, in the direction of circulation of said multiphase fluid, each of said vanes being integral with said cylinder, each of said vanes being directed towards the axis of said cylinder.
  • each of said vanes gradually decreases, in the portion of said separator located upstream of said outlet of said at least second phase, in the direction of circulation of said multiphasic fluid, while remaining greater than the internal diameter of said outlet. of said at least second phase.
  • each of said blades is inclined relative to the radial direction, the inner radial end of each of said blades being downstream, in the direction of flow of said multiphase fluid, of the outer radial end of said blade.
  • each of said vanes has an aerodynamic profile.
  • said separator comprises a plurality of vanes, and for which said vanes are evenly distributed over the section of said cylinder.
  • the first phase is a liquid phase and for which the second phase is a gaseous phase.
  • the tangents of each of said blades at their junctions with said cylinder are inclined relative to the radial direction of said cylinder, preferably said tangents of each of said blades start from the junction of said blade and said cylinder to said axis of said cylinder and downstream in the direction of flow of said multiphase fluid.
  • a central hub is disposed on the downstream part of the rotodynamic separator, in the direction of circulation of said multiphasic fluid, said central hub being fixed integrally to said cylinder by at least a second part of said vanes, said output of said at least second phase being disposed in said central hub, said second portion of said vanes extending from the outside diameter of said central hub to the inside diameter of said cylinder.
  • At least one blade is positioned inside the central hub, in said output of said at least second phase.
  • the rotodynamic separator comprises an electric or hydraulic machine, said electric or hydraulic machine driving a rotation shaft, said rotation shaft driving said central hub in rotation.
  • the separator comprises an electric machine, the rotor of said electric machine being disposed on the outer periphery of said cylinder of said rotodynamic separator, for driving said cylinder.
  • the invention also relates to the use of the rotodynamic separator according to one of the preceding characteristics for separating a multiphasic fluid in a downhole application, in an underwater application or in an onshore application for the recovery of hydrocarbons or reinjection of gas into the well.
  • Figure 1 illustrates a separator according to the state of the prior art.
  • FIG. 2 illustrates an embodiment of a rotodynamic separator according to the invention.
  • FIG. 3a illustrates a second embodiment of a rotodynamic separator according to the invention.
  • FIG. 3b illustrates a third embodiment of a rotodynamic separator.
  • Figure 4 illustrates a longitudinal sectional view of the blades of an embodiment according to the invention.
  • FIG. 5 illustrates a perspective view of another embodiment of the blades, according to the invention.
  • Figure 6 illustrates the profile of helical vanes.
  • the invention relates to a rotodynamic separator for separating at least two phases, for example a liquid phase and a gas phase of a multiphasic fluid or two liquid phases of different densities.
  • a “separator” is a means for dissociating phases of a multiphase fluid.
  • This rotodynamic separator hereinafter referred to as a “separator” comprises at least one free cylinder rotating about the axis of the cylinder, which corresponds to the axis of the separator, a substantially axial inlet of the multiphase fluid, an outlet of at least a first phase and an output of at least a second phase.
  • rotodynamic separator refers to a separator for which the separation is made from a rotational movement, giving rise to different centrifugal effects in the phases.
  • the output of the second phase is substantially axial and at the center of the output of the first phase.
  • the separator also comprises at least one blade, disposed along the axis of the cylinder, in the direction of flow of the multiphase fluid. These blades are integral with the cylinder and directed towards the axis of the cylinder, starting from their junction with the cylinder.
  • the inner diameter of each of the blades can gradually decrease, in the fluid flow direction while remaining greater than the internal diameter of the output of the second phase, so that this second phase can be routed to the output without disturbance.
  • the separator may be free of central hub, the blades being secured to the cylinder disposed on the outer diameter of the blades. The cylinder thus surrounds the blades. This embodiment, without central hub is particularly interesting since the absence of central hub makes it possible not to restrict the fluid passage space on the one hand and not to increase the pressure drops on the other hand.
  • the blades are also used to exert a centrifugal effect on the first phase (for example liquid), of greater density than the density of the second phase (for example gaseous). Therefore, the first phase is directed outwards, that is to say towards the cylinder wall, by the centrifugation induced by the blades.
  • first phase for example liquid
  • second phase for example gaseous
  • the multiphase fluid arriving at the entrance passes through the blades.
  • the second phase is progressively routed towards the center (that is to say towards the axis of the cylinder), while the first phase is oriented centrifugally outwards.
  • the second phase exits through an axial outlet located in the center of the separator.
  • the output of the first phase is around the exit of the second phase. It can be axial or radial. For downhole applications in particular where congestion is constrained, an axial output of the first phase is advantageous.
  • the internal diameter of each of the blades may gradually decrease on the upstream portion of the separator, more particularly on the portion of the separator located upstream of the output of the second phase.
  • the internal diameter of the vanes remains greater than the exit diameter of the second phase, so as not to disturb the flow in this zone.
  • the inside diameter of the blading can remain constant.
  • the blades being integral with the cylinder, itself free in rotation, the separator does not need a central axis to drive the rotating blades.
  • the section of fluid passage in the cylinder is increased, which increases the maximum flow through the separator and reduce friction losses.
  • the cylinder, the blades and the output of the second phase are coaxial.
  • the first phase is a liquid phase and the second phase is a gaseous phase.
  • this does not limit the invention to a separator of this type.
  • the invention could also be used to separate two different density liquids. Indeed, one of the principles of operation is a centrifugal effect associated with a pressure gradient generated radially between the part comprising the blades and the part not comprising blades. It is therefore based on a difference in density between different phases contained in a fluid.
  • the separator according to the invention could therefore be used to separate two phases of different densities of a multiphase fluid.
  • the first phase may be a liquid phase and the second phase may be a gaseous phase.
  • the separator is particularly well suited for separating a liquid and a gas.
  • the blades may be inclined relative to the radial direction.
  • the inner radial end of each blade can be downstream, in the direction of flow of the multiphase fluid, the outer radial end of the same vane.
  • the vanes are advantageously arched to convey the gas to the center under the effect of the radial pressure gradient and centrifuge the liquid to the outer diameter.
  • the blades may have an aerodynamic profile.
  • an axial pressure difference can be induced in the system allowing, in addition to the separation of the liquid and gas phases, to increase the outlet pressure of the separator with respect to the inlet pressure.
  • the vanes may be evenly distributed over the section of the cylinder.
  • the spacing between the vanes on an orthoradial section may be regular. For example, one can have two blading at 180 ° four bladed 90 ° or six bladed 60 °. As a result, the operation of the system is improved by a good balancing of the wheel.
  • the tangents of each of the blades at their junctions with the cylinder may be inclined relative to the radial direction of the cylinder.
  • the tangents of each of the blades start from their junctions with the cylinder towards the axis of the cylinder and downstream, in the direction of flow of the multiphase fluid.
  • the blades are inclined since their junction with the cylinder. This induces a camber of the blades as soon as they join the cylinder.
  • This camber allows a better routing of the gas towards the center of the cylinder and an increase of the effect of overpressure and thus a better separation.
  • the thickness of the vanes is decreasing from the junction of the vanes with the housing, inwards.
  • a central hub can be used on the downstream portion of the separator in the flow direction of the multiphase fluid.
  • the central hub may be fixed integrally to the cylinder by at least a portion of the blades. This portion of the blades, in direct rigid connection with the hub, is located in the downstream portion of the blades, the output of the gas phase being disposed in the central hub.
  • the hub can be used to transmit rotation to the cylinder through the vanes. According to this configuration, this portion of the blades extends from the outer diameter of the central hub to the inner diameter of the cylinder.
  • the central hub is hollow and can then serve as a wall for separating the liquid outlet and the gas outlet, the gas outlet being located inside the central hub, on a section which may for example be circular , or ring.
  • the liquid outlet is disposed between the central hub and the cylinder. It may be annular or be constituted for example by the channels formed by the second part of the vanes, preferably uniformly distributed between the central hub or the cylinder.
  • the central section for the central outlet of the gas can be provided with another series of blades, independent of the blades fixed on the cylinder.
  • This second series of blades serves in particular to increase the pressure of the gas.
  • the rotodynamic separator may comprise an electric or hydraulic machine, a rotation shaft, itself driving the central hub in rotation.
  • the rotation shaft is coaxial with the hub, itself coaxial with the cylinder, and is disposed inside the hub.
  • the rotation shaft and the hub can be integral.
  • the rotodynamic separator may comprise an electric machine whose rotor is disposed on the outer periphery of the cylinder of the rotodynamic separator, to drive the cylinder.
  • This configuration is particularly advantageous. Indeed, the separator no longer needs a rotation shaft to transmit the rotation to the cylinder.
  • the gas outlet, integrated in the central hub is not blocked by the presence of the rotation shaft.
  • the passage section of the gas outlet is thus increased, to increase the flow of fluid in the separator and can be provided with a second series of blades, allowing compression of the gas.
  • the absence of a rotation shaft in the hub avoids disturbances of the gas flow, which improves the performance of system phase separations.
  • the invention also relates to the use of the rotodynamic separator according to one of the preceding characteristics (or one of the combinations of the preceding features) for separating a multiphasic fluid in a downhole application, in an underwater application or in a an onshore application for the recovery of hydrocarbons or reinjection of gas into the well.
  • a separator according to one of the preceding features can integrate more easily in a constrained environment such as a well bottom for example.
  • these characteristics allow the separation of petroleum fluid, this fluid may in particular contain liquid or gaseous hydrocarbons, water, as well as other gases such as CO 2 or H 2 S.
  • a separator according to the invention makes it possible to reduce its overall length with respect to a type device RGS, as illustrated for example in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a diagrammatic and nonlimiting illustration of an embodiment of a separator 20 according to the invention.
  • This separator 20 comprises a cylinder 12, and vanes 15.
  • Each vane 15 is integrally fixed to the cylinder 12, the cylinder 12 thus surrounding the vanes 15.
  • This attachment may for example be obtained by welding the vanes 15 on the cylinder 12, by mass machining or by additive manufacturing.
  • a radial end of the blades 15 is located at their junction with the cylinder 12.
  • the second radial end is located inside the cylinder 12.
  • vanes 15 are inclined towards the rear, in the direction of circulation of the fluid.
  • the inner radial end of the blades 15 is located downstream of their outer radial end (also corresponding to the junction with the cylinder 12), in the longitudinal direction of the axis xx and the direction of the fluid flow.
  • the blades 15 have, at least on a first portion 17, an inner radial end progressively leading the gas (represented by the small circles visible in FIG. 2) from the inlet 1 to the gas outlet 6.
  • the vanes 15 may consist of a helical part whose outer diameter corresponds to that of the cylinder 12 and whose inner portion was cut by a cone from upstream to downstream, in the fluid flow direction.
  • the inside diameter of the vanes 15 on at least the first portion 17 of the vanes remains always greater than the inside diameter of the gas outlet 6, corresponding for example the inner diameter of the central hub 22.
  • the gas is directed correctly to the gas outlet 6 and the vanes do not disturb the flow of gas on the section of the gas outlet 6.
  • the vanes 15 have a substantially helical shape around the axis xx of the cylinder 12.
  • the helix is formed around the axis xx as in FIG. 6.
  • the angle T corresponds to the position angle of the blade at its junction with the cylinder, in a section orthogonal to the axis xx.
  • the variation of this angle corresponds to the angle G, in this way the rotational movement of the fluid is accentuated, which makes it possible to increase the centrifugal effect. allowing the separation of the liquid and the gas (or more generally, phases of different densities).
  • a perspective view of these blades is shown in Figure 5.
  • the vanes 15 may be evenly spaced.
  • the liquid contained in the multiphase fluid at the inlet 1, for its part, is directed towards the liquid outlet 5 by a centrifugal effect induced by the vanes 15 which rotate in rotation about the axis xx of the cylinder 12.
  • a rotation shaft 2 At the rear of the vanes 15, and set back from the first part where they are located, is a rotation shaft 2.
  • This rotation shaft 2 allows the transmission of a torque and a rotational movement from a machine, for example, electric or hydraulic (not visible in Figure 2).
  • the rotation shaft 2 drives a central hub 22 in rotation. This drive can be achieved by a rigid connection between the rotation shaft 2 and the central hub 22 but also by any means known to those skilled in the art.
  • the central hub 22 is fixed integrally to the cylinder 12 by a second portion 18 of the vanes. This portion of the blades is located downstream of the first part described above. Unlike the first part, on this second part, the blades extend from the inside diameter of the cylinder to the outer diameter of the hub.
  • This second part 18 of the blades serves to transmit rotation and torque to the cylinder 12. It also serves to ensure good coaxiality between the cylinder 12 and the central hub 22 for proper operation of the system.
  • the cylinder 12, the central hub 22 and the rotation shaft 2 are coaxial.
  • the central hub 22 and the rotation shaft 2 do not advance axially in the area where the first portion of the blades is located, the first part being constituted by the zone of the blades where the internal diameter of the blades progressively decreases.
  • the central hub 22 and the rotation shaft 2 remain behind this first portion of the blades.
  • no hub or central shaft closes the central passage of the fluid.
  • the central hub 22 and the rotation shaft 2 do not reduce the passage section of the multiphasic fluid to the right of the first portion of the blades, and do not disturb the flow in this area. This improves the efficiency of the phase separation device.
  • the rotation shaft 2 is located inside the hub 22, the rotation shaft 2 and the hub 22 being coaxial.
  • the gas outlet 6 is located in a space between the central hub 22, which is hollow, and the rotation shaft 2.
  • the outlet 6 is located in the annular space defined between the inner diameter of the central hub 22 and the outer diameter of the rotating shaft 2.
  • the gas passage section is maximum.
  • the section of the liquid outlet 5 is also preferably annular, located between the inner diameter of the cylinder 12 and the outer diameter of the central hub 22. Thus, the liquid outlet passage section 5 is maximum.
  • the extension of the curve induced by the inner radial ends of the various vanes 15 is oriented substantially by the outer diameter of the outlet 6 of the gases.
  • these inner radial ends form a channel driving the gas to the outlet 6 of gas.
  • the outside diameter of the gas outlet 6 is in the extension of the curve generated by the inner radial ends of the vanes 15.
  • FIG. 3a illustrates, in a schematic and nonlimiting manner, a second embodiment of a separator 30 according to the invention.
  • the gas bubbles present in the multiphase fluid are illustrated by circles.
  • the elements identical to those of Figure 2 are not described.
  • this embodiment does not have a rotation shaft 2.
  • the passage section of the gas outlet 6 can be cylindrical and defined by the internal diameter of the central hub 22. This mode of realization makes it possible to increase the gas flow rate at the outlet of the separator and to eliminate the disturbances of the output gas which could be induced by the presence of the rotation shaft 2.
  • This embodiment is particularly advantageous for increasing the flow of gas at the outlet of the separator and the efficiency of the system.
  • FIG. 3b illustrates, schematically and without limitation, a third embodiment of a separator 30 according to the invention.
  • the gas bubbles present in the multiphase fluid are illustrated by circles.
  • the elements identical to those of Figure 2 or Figure 3 are not described.
  • a second series of blades 28, distinct from the vanes 15, is placed in the central hub 22.
  • This second series of blades 28 is inclined: the inner radial end of the second series of blades 28 is located downstream, in the fluid flow direction, the outer radial end of the second vane series 28. The inclination of these blades allows compression of the fluid.
  • the inner diameter of the second set of vanes 28 may be non-zero.
  • the thickness of this second series of blades 28 decreases as a function of the diameter. Thus, the thickness is greatest at the junction of the second set of vanes 28 with the central hub 22 and is minimal at the inside diameter. In this way, the mechanical strength of this blading is ensured.
  • Figure 4 illustrates, schematically and not limited to, blade configurations.
  • the vanes 15a, 15b are aerodynamically profiled in order to orient the liquid towards the outside and the gas towards the axis xx of the cylinder 12 to separate these phases.
  • the radial direction is represented by the axis rr.
  • vanes 15a and 15b are inclined from their outer radial end, corresponding to their junction A with the cylinder 12. By the inclination, the inner radial end B of the vanes is located at the rear of the end outer radial axis A, in the axial direction and in the direction of the fluid flow F.
  • This inclination of the blade 15a can induce an angle ⁇ between the blade 15a and the radial axis rr substantially constant on the blade 15a.
  • the inclination of the blade 15a / 15b may be progressive or arranged in several zones discontinuously, for example, via a first angle b, between the blade 15b and the radial axis rr, then a second angle c between the blade 15b and the radial axis rr, as visible on the second blade 15b, in the direction of the flow F (also called the flow direction of the fluid) of FIG. 4.
  • the blade 15b is composed of two zones, a first zone of constant slope b, then a second zone of constant slope c.
  • Blading 15b could also be composed of several zones of constant slope or of a single zone whose slope varies gradually. In this case, the derivative of the slope is a continuous curve, without discontinuity. The absence of discontinuity makes it possible to avoid flow disturbances, which would then be synonymous with loss of efficiency of the device.
  • Blades 15a and 15b have a slope a, b from their junction A
  • the slope a, b in a plane defined by the radial axis and the longitudinal axis xx, at the tangent to the vane 15a, 15b, that is to say at the junction A of the vane 15a, 15b with the cylinder 12 is non-zero, the slope a, b being defined as the angle between the radial axis and the direction blading 15a, 15b.
  • the tangents of the vanes 15a, 15b, at their junctions A with the cylinder 12 have a non-zero angle with the radial axis of the blade, preferably this angle is between 5 and 85 ° and preferably between 20 and 60 ° allowing better phase separation performance.
  • the different vanes 15 of a separator may have slopes a, b, c which are identical or different.

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)
  • Lubrication Details And Ventilation Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Separating Particles In Gases By Inertia (AREA)

Abstract

L'invention concerne un séparateur rotodynamique (30) pour séparer un liquide et un gaz d'un fluide multiphasique, notamment pour une utilisation dans le domaine pétrolier. Ce séparateur comporte un cylindre (12) libre en rotation autour de l'axe (xx), une entrée sensiblement axiale (1) du fluide multiphasique, une sortie (5) de liquide et une sortie (6) de gaz. Au moins un aubage (15) disposé le long de l'axe (xx), dans le sens de circulation (F) dudit fluide multiphasique est mis en place et est solidaire du cylindre (12). Les aubages (15) sont dirigées vers l'axe (xx) du cylindre (12). De plus, le diamètre intérieur des aubages (15) diminue progressivement, dans la partie du séparateur située en amont de la sortie de la deuxième phase, dans le sens de circulation du fluide multiphasique, tout en restant supérieur au diamètre interne de la sortie (6) de gaz.

Description

SEPARATEUR ROTODYNAMIQUE POUR FLUIDE MULTIPHASIQUE SANS MOYEU CENTRAL
La présente invention concerne le domaine des séparateurs polyphasiques, permettant la séparation de deux phases, par exemple une phase liquide et une phase gazeuse, d’un fluide multiphasique entrant dans le séparateur.
Ces séparateurs sont notamment utilisés dans des applications pétrolières pour la récupération d’hydrocarbures, et plus généralement dans tout type d'application nécessitant la séparation de deux phases liquide / liquide de masses volumiques différentes ou liquide / gaz comme par exemple les applications de traitement de gaz. Lorsque l’application pétrolière est en pleine mer (« offshore »), les séparateurs peuvent être utilisés, soit dans des configurations dites « fond de puits », soit dans des configurations dites « sous- marines », soit sur plateformes. Lorsqu’ils sont utilisés en fond de puits, leur diamètre extérieur est contraint par l’environnement du fond de puits, en particulier par son diamètre. Pour les configurations sous-marines, les séparateurs sont généralement disposés sur le lit marin, et sont connectés à des conduites permettant l’acheminement du fluide depuis le puits vers la surface.
Les séparateurs peuvent aussi être utilisés sur terre.
Comme illustré par exemple sur la figure 1 , les séparateurs de gaz rotatifs 10, aussi appelés RGS pour « Rotating Gas Separator », comportent, dans une conduite 8, deux séries d'ailettes ou d'aubages 3 et 4 solidaires d'un arbre de rotation 2, l’arbre de rotation 2 tournant autour de l’axe xx, l’axe xx correspondant à l’axe de la conduite 8. La première série est composée d'une hélice 3 pour mettre le fluide multiphasique en mouvement et lui donner une rotation afin d'initier une séparation. La seconde série est composée de palettes purement radiales 4 qui viennent centrifuger le liquide au niveau de la conduite 8, qui est fixe. Le fluide multiphasique arrive par l’entrée 1 dans le séparateur 10 et est acheminé par la conduite 8. La première phase, liquide, ressort par la sortie 5 sur la partie périphérique et la deuxième phase, gazeuse, ressort par la partie 6 proche de l’arbre de rotation 2.
Ces systèmes ont l’inconvénient de nécessiter un arbre central de rotation 2, limitant ainsi la section de passage. Cela est particulièrement contraignant pour des applications de séparateurs en fond de puits, le diamètre extérieur du séparateur étant contraint par le fond de puits. Cette réduction de section de passage pour le fluide induite par la présence de l’arbre central, entraîne une limitation des débits de passage dans le séparateur et une augmentation des pertes de charge. De plus, la succession de la série composée d’une hélice et de la série composée de palettes purement radiales, engendre une longueur importante à l’équipement.
Par ailleurs, ce système peut induire une pression des fluides plus faible en sortie qu’en entrée (induite par les pertes de charges).
La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients. Elle concerne un séparateur rotodynamique pour séparer au moins deux phases, par exemple une phase liquide et une phase gazeuse, d’un fluide multiphasique. Ce séparateur comporte au moins un cylindre libre en rotation autour de l’axe du cylindre, correspondant à l’axe du séparateur, une entrée axiale d’un fluide multiphasique, une sortie d’au moins une première phase et une sortie d’au moins une deuxième phase. La sortie de la deuxième phase est axiale et la sortie de la première phase est disposée autour de la sortie de la deuxième phase. Le séparateur comporte au moins un aubage, disposé le long de l’axe du cylindre, dans le sens de circulation du fluide multiphasique. Ce ou ces aubages sont solidaires du cylindre, de manière à pouvoir être entraînées en rotation solidairement. Le diamètre intérieur des aubages diminue progressivement, dans le sens de circulation du fluide, de manière à orienter la deuxième phase contenue dans le fluide multiphasique vers la sortie axiale centrale. Le diamètre intérieur des aubages reste supérieur au diamètre de la sortie de la deuxième phase pour ne pas entraver la sortie et/ou induire de perturbations à cet écoulement.
Le dispositif selon l’invention
L’invention concerne un séparateur rotodynamique pour séparer au moins deux phases d’un fluide multiphasique, ledit séparateur rotodynamique comportant au moins un cylindre libre en rotation autour de l’axe dudit cylindre, une entrée sensiblement axiale dudit fluide multiphasique, une sortie d’au moins une première phase et une sortie d’au moins une deuxième phase, ladite sortie de ladite au moins deuxième phase étant sensiblement axiale et au centre de ladite sortie de ladite au moins première phase, ledit séparateur rotodynamique comportant au moins un aubage, chacun desdits aubages étant disposé le long dudit axe dudit cylindre, dans le sens de circulation dudit fluide multiphasique, chacun desdits aubages étant solidaire dudit cylindre, chacun desdits aubages étant dirigé vers l’axe dudit cylindre. En outre, le diamètre intérieur de chacun desdits aubages diminue progressivement, dans la partie dudit séparateur située en amont de ladite sortie de ladite au moins deuxième phase, dans le sens de circulation dudit fluide multiphasique, tout en restant supérieur au diamètre interne de ladite sortie de ladite au moins deuxième phase. Avantageusement, chacun desdits aubages est incliné par rapport à la direction radiale, l’extrémité radiale intérieure de chacun desdits aubages se trouvant en aval, dans le sens de circulation dudit fluide multiphasique, de l’extrémité radiale extérieure de ce même dit aubage.
De préférence, chacun desdits aubages a un profil aérodynamique.
Selon un mode de réalisation du séparateur selon l’invention, ledit séparateur comporte une pluralité d’aubages, et pour lequel lesdits aubages sont répartis régulièrement sur la section dudit cylindre.
De manière avantageuse, la première phase est une phase liquide et pour lequel la deuxième phase est une phase gazeuse.
Selon une variante du séparateur selon l’invention, les tangentes de chacun desdits aubages au niveau de leurs jonctions avec ledit cylindre sont inclinées par rapport à la direction radiale dudit cylindre, de préférence, lesdites tangentes de chacun desdits aubages partent de la jonction dudit aubage et dudit cylindre vers ledit axe dudit cylindre et vers l’aval, dans le sens de circulation dudit fluide multiphasique.
Selon un autre mode de réalisation du séparateur selon l’invention, un moyeu central est disposé sur la partie avale du séparateur rotodynamique, dans le sens de circulation dudit fluide multiphasique, ledit moyeu central étant fixé solidairement audit cylindre par au moins une deuxième partie desdits aubages, ladite sortie de ladite au moins deuxième phase étant disposée dans ledit moyeu central, ladite deuxième partie desdits aubages s’étendant du diamètre extérieur dudit moyeu central jusqu’au diamètre intérieur dudit cylindre.
Avantageusement, au moins un aubage est positionné à l’intérieur du moyeu central, dans ladite sortie de ladite au moins deuxième phase.
Selon un mode de réalisation du séparateur selon l’invention, le séparateur rotodynamique comporte une machine électrique ou hydraulique, ladite machine électrique ou hydraulique entraînant un arbre de rotation, ledit arbre de rotation entraînant ledit moyeu central en rotation.
De manière préférée, le séparateur comporte une machine électrique, le rotor de ladite machine électrique étant disposé sur le pourtour extérieur dudit cylindre dudit séparateur rotodynamique, pour entraîner ledit cylindre.
L’invention concerne également l’utilisation du séparateur rotodynamique selon l’une des caractéristiques précédentes pour séparer un fluide multiphasique dans une application en fond de puits, dans une application sous-marine ou dans une application à terre pour la récupération d’hydrocarbures ou la réinjection de gaz dans le puits. Présentation succincte des figures
D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
La figure 1 illustre un séparateur selon l’état de l’art antérieur.
La figure 2 illustre un mode de réalisation d’un séparateur rotodynamique selon l’invention.
La figure 3a illustre un deuxième mode de réalisation d’un séparateur rotodynamique selon l’invention.
La figure 3b illustre un troisième mode de réalisation d'un séparateur rotodynamique.
La figure 4 illustre une vue en coupe longitudinale des aubages d’un mode de réalisation, selon l’invention.
La figure 5 illustre une vue en perspective d’un autre mode de réalisation des aubages, selon l’invention.
La figure 6 illustre le profil des aubages en hélice.
Description détaillée de l'invention
L’invention concerne un séparateur rotodynamique pour séparer au moins deux phases, par exemple une phase liquide et une phase gazeuse d’un fluide multiphasique ou deux phases liquides de masses volumiques différentes. On appelle « séparateur » un moyen pour dissocier des phases d’un fluide multiphasique. Ce séparateur rotodynamique, appelé par la suite « séparateur » comporte au moins un cylindre libre en rotation autour de l’axe du cylindre, qui correspond à l’axe du séparateur, une entrée sensiblement axiale du fluide multiphasique, une sortie d’au moins une première phase et une sortie d’au moins une deuxième phase. On appelle « séparateur rotodynamique » un séparateur pour lequel la séparation est réalisée à partir d’un mouvement de rotation, engendrant des effets centrifuges différents dans les phases. La sortie de la deuxième phase est sensiblement axiale et au centre de la sortie de la première phase.
Le séparateur comporte également au moins un aubage, disposé le long de l’axe du cylindre, dans le sens de circulation du fluide multiphasique. Ces aubages sont solidaires du cylindre et dirigés vers l’axe du cylindre, en partant de leur jonction avec le cylindre. De plus, le diamètre intérieur de chacun des aubages peut diminuer progressivement, dans le sens de circulation du fluide tout en restant supérieur au diamètre interne de la sortie de la deuxième phase, de manière à ce que cette deuxième phase puisse être acheminée vers la sortie sans perturbation. Par ailleurs, le séparateur peut être exempt de moyeu central, les aubages étant solidaire du cylindre disposé sur le diamètre extérieur des aubages. Le cylindre entoure ainsi les aubages. Ce mode de réalisation, sans moyeu central est particulièrement intéressant puisque l’absence de moyeu central permet de ne pas restreindre l’espace de passage au fluide d’une part et de ne pas augmenter les pertes de charges d’autre part.
Les aubages servent également à exercer un effet centrifuge sur la première phase (par exemple liquide), de densité plus grande que la densité de la deuxième phase (par exemple gazeuse). De ce fait, la première phase est dirigée vers l’extérieur, c’est-à-dire vers la paroi du cylindre, par la centrifugation induite par les aubages.
Grâce à un séparateur de ce type, le fluide multiphasique arrivant en entrée, traverse les aubages. Le cas échéant, par la diminution progressive du diamètre intérieur d’au moins une première partie de ces aubages, la deuxième phase est progressivement acheminée vers le centre (c’est-à-dire vers l’axe du cylindre), alors que la première phase est orientée de manière centrifuge vers l’extérieur. Ainsi, la deuxième phase ressort par une sortie axiale située au centre du séparateur. La sortie de la première phase se trouve autour de la sortie de la deuxième phase. Elle peut être axiale ou radiale. Pour les applications en fond de puits notamment où l’encombrement est contraint, une sortie axiale de la première phase est avantageuse.
Le diamètre interne de chacun des aubages peut diminuer progressivement sur la partie amont du séparateur, plus particulièrement sur la partie du séparateur située en amont de la sortie de la deuxième phase.
Le diamètre interne des aubages reste toutefois supérieur au diamètre de sortie de la deuxième phase, de manière à ne pas perturber l’écoulement dans cette zone.
Dans la partie du séparateur située au niveau de la sortie de la deuxième phase, le diamètre intérieur de l’aubage peut rester constant.
Les aubages étant solidaires du cylindre, lui-même libre en rotation, le séparateur n’a pas besoin d’un axe central pour entraîner les aubages en rotation. La section de passage de fluide dans le cylindre est donc augmentée, ce qui permet d’accroitre le débit maximal passant dans le séparateur et de réduire les pertes par frottement.
Selon l’invention, le cylindre, les aubages et la sortie de la deuxième phase sont coaxiaux.
De manière à faciliter la description, nous considérerons pour la suite que la première phase est une phase liquide et que la deuxième phase est une phase gazeuse. Cependant, cela ne limite nullement l’invention à un séparateur de ce type. L’invention pourrait être utilisée également pour séparer deux liquides de masse volumique distinctes. En effet, l'un des principes de fonctionnement est un effet centrifuge associé à un gradient de pression généré radialement entre la partie comprenant les aubages et la partie ne comprenant pas d’aubages. Il est donc basé sur une différence de densité entre des phases différentes contenues dans un fluide. Le séparateur selon l’invention pourrait donc être utilisé pour séparer deux phases de densités différentes d’un fluide multiphasique.
Préférentiellement, la première phase peut être une phase liquide et la deuxième phase peut être une phase gazeuse. Le séparateur est particulièrement bien adapté à séparer un liquide et un gaz.
Avantageusement, les aubages peuvent être inclinés par rapport à la direction radiale. L’extrémité radiale intérieure de chacun des aubages peut se trouver en aval, dans le sens de circulation du fluide multiphasique, de l’extrémité radiale extérieure de cette même aubage. De cette manière, les aubages sont cambrés de manière avantageuse pour acheminer le gaz vers le centre sous l'effet du gradient de pression radial et centrifuger le liquide vers le diamètre extérieur.
De préférence, les aubages peuvent avoir un profil aérodynamique. De cette manière, une différence de pression axiale peut être induite dans le système permettant, en complément de la séparation des phases liquide et gazeuse, d’augmenter la pression en sortie du séparateur par rapport à la pression d’entrée.
Préférentiellement, dans le cas où le séparateur comporte une pluralité d’aubages, les aubages peuvent être répartis régulièrement sur la section du cylindre. L’espacement entre les aubages sur une section orthoradiale, c’est-à-dire une section orthogonale à l’axe de rotation du cylindre, peut être régulier. Par exemple, on peut disposer deux aubages à 180° quatre aubages à 90° ou bien six aubages à 60 °. De ce fait, le fonctionnement du système est amélioré par un bon équilibrage de la roue.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les tangentes de chacun des aubages au niveau de leurs jonctions avec le cylindre peuvent être inclinés par rapport à la direction radiale du cylindre. De préférence, les tangentes de chacun des aubages partent de leurs jonctions avec le cylindre vers l’axe du cylindre et vers l’aval, dans le sens de circulation du fluide multiphasique. Ainsi, les aubages sont inclinés depuis leur jonction avec le cylindre. Cela induit une cambrure des aubages dès leur jonction avec le cylindre. Cette cambrure permet un meilleur acheminement du gaz vers le centre du cylindre et une augmentation de l’effet de surpression et donc une meilleure séparation. De préférence, l’épaisseur des aubages est décroissante depuis la jonction des aubages avec le carter, vers l’intérieur. Ainsi, la tenue mécanique, notamment au niveau de la liaison aubage/carter est assurée.
Selon une variante de l’invention, un moyeu central peut être utilisé sur la partie avale du séparateur dans le sens de circulation du fluide multiphasique. Le moyeu central peut être fixé solidairement au cylindre par au moins une partie des aubages. Cette partie des aubages, en liaison rigide directe avec le moyeu, est situé dans la partie avale des aubages, la sortie de la phase gazeuse étant disposée dans le moyeu central. De cette manière, le moyeu peut servir à transmettre la rotation au cylindre, par l’intermédiaire des aubages. Selon cette configuration, cette partie des aubages s’étend du diamètre extérieur du moyeu central jusqu’au diamètre intérieur du cylindre.
De préférence, le moyeu central est creux et peut alors servir de paroi pour séparer la sortie de liquide et la sortie de gaz, la sortie de gaz étant située à l’intérieur du moyeu central, sur une section qui peut par exemple être soit circulaire, soit annulaire. La sortie de liquide est disposée entre le moyeu central et le cylindre. Elle peut être annulaire ou bien être constituée par exemple par les canaux formés par la deuxième partie des aubages, de préférence régulièrement répartis, entre le moyeu central ou le cylindre.
Selon une autre variante de l’invention, la section centrale pour la sortie centrale du gaz, peut être pourvue d'une autre série d'aubages, indépendante des aubages fixés sur le cylindre. Cette deuxième série d’aubages sert notamment à augmenter la pression du gaz.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le séparateur rotodynamique peut comporter une machine électrique ou hydraulique, un arbre de rotation, lui-même entraînant le moyeu central en rotation. Ainsi, la mise en rotation du cylindre et des aubages est induite par la machine électrique ou hydraulique par le biais de l’arbre de rotation et du cylindre. L’arbre de rotation est coaxial du moyeu, lui-même coaxial du cylindre, et est disposé à l’intérieur du moyeu. De plus, l’arbre de rotation et le moyeu peuvent être solidaires. Dans cette variante de l’invention, l’arbre de rotation, tout comme le moyeu s’avancent au niveau des aubages, uniquement sur la deuxième partie des aubages. Ils ne s’avancent pas au niveau de la première partie des aubages mais restent en retrait de cette zone, de manière à ne pas limiter la section de passage du fluide dans cette première partie des aubages, ni perturber l’écoulement de fluide dans cette même zone.
Alternativement, le séparateur rotodynamique peut comporter une machine électrique dont le rotor est disposé sur le pourtour extérieur du cylindre du séparateur rotodynamique, pour entraîner le cylindre. Cette configuration est particulièrement avantageuse. En effet, le séparateur n’a plus besoin d’un arbre de rotation pour transmettre la rotation au cylindre. Ainsi, la sortie de gaz, intégrée dans le moyeu central, n’est pas obturée par la présence de l’arbre de rotation. La section de passage de la sortie de gaz est donc augmentée, permettant d’accroître le débit de fluide dans le séparateur et peut être pourvue d'une deuxième série d'aubages, permettant la compression du gaz. De plus, l’absence d’arbre de rotation dans le moyeu, permet d’éviter des perturbations de l’écoulement gazeux, ce qui permet d’améliorer les performances de séparations des phases du système.
L’invention concerne également l’utilisation du séparateur rotodynamique selon l’une des caractéristiques précédentes (ou l’une des combinaisons des caractéristiques précédentes) pour séparer un fluide multiphasique dans une application en fond de puits, dans une application sous-marine ou dans une application à terre pour la récupération d’hydrocarbures ou la réinjection de gaz dans le puits. En effet, un séparateur selon l’une des caractéristiques précédentes, peut s’intégrer plus facilement dans un environnement contraint tel qu’un fond de puits par exemple. De plus, ces caractéristiques permettent la séparation de fluide pétrolier, ce fluide pouvant notamment contenir des hydrocarbures liquides ou gazeux, de l’eau, ainsi que d’autres gaz comme du C02 ou de l’H2S.
Par ailleurs, un séparateur selon l’invention permet de réduire sa longueur globale par rapport à un dispositif type RGS, tel qu’illustré par exemple sur la figure 1 .
La figure 2 illustre, de manière schématique et non limitative, un mode de réalisation d’un séparateur 20 selon l’invention. Sur cette figure, les bulles de gaz présentes dans le fluide multiphasique sont illustrées par des cercles. Ce séparateur 20 comporte un cylindre 12, et des aubages 15. Chaque aubage 15 est fixé solidairement au cylindre 12, le cylindre 12 entourant ainsi les aubages 15. Cette fixation peut par exemple, être obtenue par soudage des aubages 15 sur le cylindre 12, par usinage dans la masse ou bien encore par fabrication additive.
Une extrémité radiale des aubages 15 est située à leur jonction avec le cylindre 12. La deuxième extrémité radiale est située à l’intérieur du cylindre 12. De ce fait, les aubages 15 sont dirigés, depuis de cylindre 12 vers le centre du cylindre 12.
De plus, les aubages 15 sont inclinés vers l’arrière, dans le sens de circulation du fluide. L’extrémité radiale intérieure des aubages 15 est située en aval de leur extrémité radiale extérieure (correspondant aussi à la jonction avec le cylindre 12), selon la direction longitudinale de l’axe xx et le sens du flux de circulation du fluide.
Par ailleurs, les aubages 15, ont, au moins sur une première partie 17, une extrémité radiale intérieure conduisant progressivement le gaz (matérialisé par les petits cercles visibles sur la figure 2) de l’entrée 1 vers la sortie de gaz 6. Par exemple, les aubages 15 peuvent être constitués d’une pièce en hélice dont le diamètre extérieur correspond à celui du cylindre 12 et dont la partie intérieure aurait été découpée par un cône allant de l’amont vers l’aval, dans le sens de circulation du fluide.
Le diamètre intérieur des aubages 15 sur au moins la première partie 17 des aubages, c’est à-dire la partie des aubages située en amont du moyeu central 22, reste toujours supérieur au diamètre intérieur de la sortie de gaz 6, correspondant par exemple au diamètre interne du moyeu central 22. Ainsi, le gaz est dirigé correctement vers la sortie de gaz 6 et les aubages ne perturbent pas l’écoulement de gaz sur la section de la sortie de gaz 6.
De plus, les aubages 15 ont une forme sensiblement hélicoïdale autour de l’axe xx du cylindre 12. L’hélice est formée autour de l’axe xx comme sur la figure 6. Sur cette figure, l’angle T correspond à la position angulaire de l’aubage au niveau de sa jonction avec le cylindre, dans une section orthogonale à l’axe xx. Pour deux positions longitudinales différentes de l’aubage suivant l’axe xx, la variation de cette angle correspond à l’angle G, De cette manière, le mouvement de rotation du fluide est accentué, ce qui permet d’augmenter l’effet centrifuge permettant la séparation du liquide et du gaz (ou plus généralement, des phases de densités différentes). Une vue en perspective de ces aubages est représentée en Figure 5.
Les aubages 15 peuvent être espacés régulièrement.
Le liquide contenu dans le fluide multiphasique à l’entrée 1 , est quant à lui, dirigé vers la sortie 5 de liquide par un effet centrifuge induit par les aubages 15 qui sont en rotation en rotation autour de l’axe xx du cylindre 12.
A l’arrière des aubages 15, et en retrait de la première partie où ils sont situés, se trouve un arbre de rotation 2. Cet arbre de rotation 2 permet la transmission d’un couple et d’un mouvement de rotation issu d’une machine, par exemple, électrique ou hydraulique (non visible sur la figure 2). L’arbre de rotation 2 entraîne un moyeu central 22 en rotation. Cet entraînement peut être réalisé par une liaison rigide entre l’arbre de rotation 2 et le moyeu central 22 mais aussi par tout moyen connu de l’homme du métier. Le moyeu central 22 est fixé solidairement au cylindre 12 par une deuxième partie 18 des aubages. Cette partie des aubages est situé en aval de la première partie décrite précédemment. Contrairement à la première partie, sur cette deuxième partie, les aubages s’étendent du diamètre intérieur du cylindre jusqu’au diamètre extérieur du moyeu. Cette deuxième partie 18 des aubages a pour fonction de transmettre la rotation et le couple au cylindre 12. Elle sert aussi à assurer une bonne coaxialité entre le cylindre 12 et le moyeu central 22 pour un bon fonctionnement du système. Ainsi, le cylindre 12, le moyeu central 22 et l’arbre de rotation 2 sont coaxiaux. Le moyeu central 22 et l’arbre de rotation 2 ne s’avancent pas axialement dans la zone où est située la première partie des aubages, la première partie étant constituée par la zone des aubages où le diamètre interne des aubages diminue progressivement. Au contraire, le moyeu central 22 et l’arbre de rotation 2 restent en retrait de cette première partie des aubages. De ce fait, dans la première partie du séparateur, aucun moyeu ou arbre central ne vient obturer le passage central du fluide. Ainsi, le moyeu central 22 et l’arbre de rotation 2 ne réduisent pas la section de passage du fluide multiphasique au droit de la première partie des aubages, et ne perturbent pas l’écoulement dans cette zone. Cela permet d’améliorer l’efficacité du dispositif de séparation des phases.
L’arbre de rotation 2 est situé à l’intérieur du moyeu 22, l’arbre de rotation 2 et le moyeu 22 étant coaxiaux. La sortie des gaz 6 est située dans un espace entre le moyeu central 22, qui est creux, et l’arbre de rotation 2. De préférence, la sortie 6 est située dans l’espace annulaire définie entre le diamètre intérieur du moyeu central 22 et le diamètre extérieur de l’arbre de rotation 2. Ainsi, la section de passage du gaz est maximale.
La section de la sortie de liquide 5 est également de préférence annulaire, située entre le diamètre intérieur du cylindre 12 et le diamètre extérieur du moyeu central 22. Ainsi, la section de passage de sortie de liquide 5 est maximale.
De préférence, le prolongement de la courbe induite par les extrémités radiales intérieures des différents aubages 15 s’oriente sensiblement par le diamètre extérieur de la sortie 6 des gaz. En quelque sorte, ces extrémités radiales intérieures forment un canal entraînant le gaz vers la sortie 6 de gaz. Ainsi, le diamètre extérieur de la sortie 6 de gaz est dans le prolongement de la courbe engendrée par les extrémités radiales intérieures des aubages 15.
La figure 3a illustre, de manière schématique et non limitative, un deuxième mode de réalisation d’un séparateur 30 selon l’invention. Sur cette figure, les bulles de gaz présentes dans le fluide multiphasique sont illustrées par des cercles. Sur cette figure, les éléments identiques à ceux de la figure 2 ne sont pas décrits.
Contrairement à la figure 2, ce mode de réalisation ne dispose pas d’un arbre de rotation 2. Ainsi, la section de passage de la sortie de gaz 6 peut être cylindrique et définie par le diamètre interne du moyeu central 22. Ce mode de réalisation permet d’augmenter le débit de gaz en sortie de séparateur et d’éliminer les perturbations du gaz en sortie qui pourraient être induites par la présence de l’arbre de rotation 2.
Aucun arbre de rotation 2 n’étant utilisé, la rotation du cylindre 12 est directement entraînée par une machine électrique 21 dont le rotor est solidaire du cylindre 12. Le stator de la machine électrique est situé sur le pourtour extérieur du cylindre 12. Cette machine électrique peut notamment être une machine à aimants permanents.
Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour augmenter le débit de gaz en sortie du séparateur et l’efficacité du système.
La figure 3b illustre, de manière schématique et non limitative, un troisième mode de réalisation d’un séparateur 30 selon l’invention. Sur cette figure, les bulles de gaz présentes dans le fluide multiphasique sont illustrées par des cercles. Sur cette figure, les éléments identiques à ceux de la figure 2 ou de la figure 3 ne sont pas décrits.
Sur cette figure, une deuxième série d’aubage 28, distincte des aubages 15, est mise en place dans le moyeu central 22. Cette deuxième série d’aubages 28 est inclinée : l’extrémité radiale intérieure de la deuxième série d’aubage 28 est située en aval, dans le sens de circulation du fluide, de l’extrémité radiale extérieure de la deuxième série d’aubage 28. L’inclinaison de ces aubages permet la compression du fluide. Le diamètre intérieur de la deuxième série d’aubages 28 peut être non nul. Par ailleurs, l’épaisseur de cette deuxième série d’aubages 28 diminue en fonction du diamètre. Ainsi, l’épaisseur est maximale au niveau de la jonction de la deuxième série d’aubages 28 avec le moyeu central 22 et elle est minimale au niveau du diamètre intérieur. De cette manière, la résistance mécanique de cet aubage est assurée.
La figure 4 illustre, de manière schématique et non limitative, des configurations d’aubages.
Les aubages 15a, 15b sont profilées aérodynamiquement afin d’orienter le liquide vers l’extérieur et le gaz vers l’axe xx du cylindre 12 pour séparer ces phases. La direction radiale est représentée par l’axe rr.
De plus, les aubages 15a et 15b sont inclinées depuis leur extrémité radiale extérieure, correspondant à leur jonction A avec le cylindre 12. De par l’inclinaison, l’extrémité radiale intérieure B des aubages est située à l’arrière de l’extrémité radiale extérieure A, dans la direction axiale et dans le sens du flux F de circulation de fluide.
Cette inclinaison de l’aubage 15a peut induire un angle a, entre l’aubage 15a et l’axe radial rr, sensiblement constant sur l’aubage 15a.
Alternativement, l’inclinaison de l’aubage 15a/15b peut être progressive ou disposée de plusieurs zones de manière discontinue, par exemple, via un premier angle b, entre l’aubage 15b et l’axe radial rr, puis un deuxième angle c, entre l’aubage 15b et l’axe radial rr, comme visible sur le deuxième aubage 15b, dans le sens du flux F (également appelée sens de circulation du fluide) de la figure 4. Ainsi, l’aubage 15b est composé de deux zones, une première zone de pente constante b, puis une deuxième zone de pente constante c. L’aubage 15b pourrait aussi être composé de plusieurs zones de pente constante ou bien d’une seule zone dont la pente varie progressivement. Dans ce cas, la dérivée de la pente est une courbe continue, sans discontinuité. L’absence de discontinuité permet d’éviter les perturbations d’écoulement, qui serait alors synonyme de pertes de rendement du dispositif.
Les aubages 15a et 15b disposent d’une pente a, b dès leur jonction A
(correspondant aussi à leur extrémité radiale extérieure) avec le cylindre 12. En d’autres termes, la pente a, b, dans un plan défini par l’axe radial et l’axe longitudinal xx, au niveau de la tangente à l’aubage 15a, 15b, c’est-à-dire à la jonction A de l’aubage 15a, 15b avec le cylindre 12 est non nul, la pente a, b étant définie comme l’angle entre l’axe radial et la direction de l’aubage 15a, 15b. Les tangentes des aubages 15a, 15b, au niveau de leurs jonctions A avec le cylindre 12 présente un angle non nul avec l’axe radial de l’aubage, de préférence, cet angle est situé entre 5 et 85° et de manière préférée entre 20 et 60° permettant ainsi de meilleures performances de séparation des phases.
Les différents aubages 15 d’un séparateur peuvent avoir des pentes a, b, c identiques ou différentes.

Claims

Revendications
1 ) Séparateur rotodynamique (20,30) pour séparer au moins deux phases d’un fluide multiphasique, ledit séparateur rotodynamique comportant au moins un cylindre (12) libre en rotation autour de l’axe (xx) dudit cylindre (12), une entrée sensiblement axiale (1 ) dudit fluide multiphasique, une sortie (5) d’au moins une première phase et une sortie (6) d’au moins une deuxième phase, ladite sortie (6) de ladite au moins deuxième phase étant sensiblement axiale et au centre de ladite sortie (5) de ladite au moins première phase, ledit séparateur rotodynamique (20, 30) comportant au moins un aubage (15), chacun desdits aubages (15) étant disposé le long dudit axe (xx) dudit cylindre (12), dans le sens de circulation (F) dudit fluide multiphasique, chacun desdits aubages étant solidaire dudit cylindre (12), chacun desdits aubages étant dirigé vers l’axe (xx) dudit cylindre (12), caractérisé en ce que le diamètre intérieur de chacun desdits aubages (15) diminue progressivement, dans la partie dudit séparateur (20, 30) située en amont de ladite sortie (6) de ladite au moins deuxième phase, dans le sens de circulation (F) dudit fluide multiphasique, tout en restant supérieur au diamètre interne de ladite sortie (6) de ladite au moins deuxième phase.
2) Séparateur rotodynamique (20, 30) selon la revendication 1 pour lequel chacun desdits aubages (15, 15a, 15b) est incliné par rapport à la direction radiale, l’extrémité radiale intérieure (B) de chacun desdits aubages (15a, 15b, 15) se trouvant en aval, dans le sens de circulation (F) dudit fluide multiphasique, de l’extrémité radiale extérieure (A) de ce même dit aubage (15a, 15b, 15).
3) Séparateur rotodynamique (20, 30) selon l’une des revendications 1 ou 2, pour lequel chacun desdits aubages (15a, 15b, 15) a un profil aérodynamique.
4) Séparateur rotodynamique (20, 30) selon l’une des revendications précédentes, pour lequel ledit séparateur comporte une pluralité d’aubages, et pour lequel lesdits aubages (15a, 15b, 15) sont répartis régulièrement sur la section dudit cylindre (12).
5) Séparateur rotodynamique (20, 30) selon l’une des revendications précédentes, pour lequel la première phase est une phase liquide et pour lequel la deuxième phase est une phase gazeuse.
6) Séparateur rotodynamique (20, 30) selon l’une des revendications précédentes pour lequel les tangentes de chacun desdits aubages (15a, 15b, 15) au niveau de leurs jonctions (A) avec ledit cylindre (12) sont inclinées par rapport à la direction radiale dudit cylindre (12), de préférence, lesdites tangentes de chacun desdits aubages (15a, 15b, 15) partent de la jonction (A) dudit aubage (15a, 15b, 15) et dudit cylindre (12) vers ledit axe (xx) dudit cylindre (12) et vers l’aval, dans le sens de circulation (F) dudit fluide multiphasique. 7) Séparateur rotodynamique (20, 30) selon l’une des revendications précédentes, pour lequel un moyeu central (22) est disposé sur la partie avale du séparateur rotodynamique (20,30), dans le sens de circulation (F) dudit fluide multiphasique, ledit moyeu central (22) étant fixé solidairement audit cylindre (12) par au moins une deuxième partie desdits aubages, ladite sortie (6) de ladite au moins deuxième phase étant disposée dans ledit moyeu central (22), ladite deuxième partie desdits aubages s’étendant du diamètre extérieur dudit moyeu central (22) jusqu’au diamètre intérieur dudit cylindre (12).
8) Séparateur rotodynamique (20, 30) selon la revendication 7, pour laquelle au moins un aubage (28) est positionné à l’intérieur du moyeu central, dans ladite sortie (6) de ladite au moins deuxième phase.
9) Séparateur rotodynamique (20, 30) selon les revendications 7 ou 8, comportant une machine électrique ou hydraulique, ladite machine électrique ou hydraulique entraînant un arbre de rotation (2), ledit arbre de rotation (2) entraînant ledit moyeu central (22) en rotation.
10) Séparateur rotodynamique (20, 30) selon l’une des revendications 1 à 8, comportant une machine électrique (21 ), le rotor de ladite machine électrique (21 ) étant disposé sur le pourtour extérieur dudit cylindre (12) dudit séparateur rotodynamique (20,30), pour entraîner ledit cylindre (12).
1 1 ) Utilisation du séparateur rotodynamique (20, 30) selon l’une des revendications précédentes pour séparer un fluide multiphasique dans une application en fond de puits, dans une application sous-marine ou dans une application à terre pour la récupération d’hydrocarbures ou la réinjection de gaz dans le puits.
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US2795635A (en) * 1953-08-28 1957-06-11 Phillips Petroleum Co Centrifuge
FR1282172A (fr) * 1960-12-09 1962-01-19 Rateau Soc Perfectionnement aux séparateurs centrifuges
NO157967C (no) * 1986-01-15 1991-05-08 Jacob Kalleberg Separator for skilling av to sammenblandede vaesker med ulike egenvekter.
US7569094B2 (en) * 2006-07-06 2009-08-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method and apparatus for separating particles
WO2013164002A2 (fr) * 2012-05-03 2013-11-07 Eigamil Mohamed Ahmed Traitement de fluides par passage au travers d'un ou plusieurs circuits hélicoïdaux et exposition à un champ électrique ou magnétique

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