FR2580078A1

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Publication number: FR2580078A1
Application number: FR8505308A
Authority: FR
Original assignee: Geoservices SA
Current assignee: Geoservices SA
Priority date: 1985-04-05
Filing date: 1985-04-05
Publication date: 1986-10-10
Also published as: CA1266386A; IT8619911A0; GB2173305B; GB2173305A; US4798805A; IT8619911A1; GB8607281D0; FR2580078B1; IT1188636B

Abstract

L'INVENTION EST RELATIVE A UN PROCEDE ET A UN APPAREIL DE PYROLYSE ET D'ANALYSE D'ECHANTILLONS ROCHEUX. SELON L'INVENTION, DANS L'APPAREIL SERVANT A LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE, LE DISPOSITIF 2 DE CHARGEMENT ET DE MISE EN PLACE DU CONTENEUR PORTE-ECHANTILLON DANS LE DISPOSITIF DE CHAUFFE 30, 33 EST CONSTITUE PAR UN SUPPORT 17, 19 BASCULANT ET COULISSANT QUI EST ACTIONNE PAR UN VERIN HORIZONTAL ET COMPORTE UN VERIN VERTICAL 20, 21 QUI AMENE UN RETREINT 28 DE LA PAROI DU CONTENEUR EN CONTACT ETROIT AVEC UNE PARTIE 29 DE MEME PROFIL QUE COMPORTE LA GAINE 33 DU DISPOSITIF DE CHAUFFE 3, 30, EN MEME TEMPS QUE L'EXTREMITE 28 DU CONTENEUR EST INSEREE ETROITEMENT ET DE FACON ETANCHE DANS LE CIRCUIT 10 DU GAZ VECTEUR. L'APPAREIL EST UTILISABLE POUR LA PYROLYSE ET L'ANALYSE DE PARTICULES ROCHEUSES CONTENUES DANS LA BOUE DE FORAGE D'UN GISEMENT PETROLIER.

Description

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La présente invention est relative à un procédé et à un appareil pour effectuer la pyrolyse d'échantillons contenant de la matière organique et pour déceler et analyser les vapeurs produites

par la pyrolyse.

L'invention concerne également un nouveau conteneur pour un échantillon à pyrolyser et à analyser, chaque échantillon dans

son conteneur pouvant être automatiquement chargé, pyrolysé et ana-

lysé en l'absence de toute matière organique étrangère susceptible

de perturber les résultats d'analyse.

On connaît déjà des procédés de pyrolyse et d'analyse d'échantillons contenant des matières organiques, en particulier d'échantillons rocheux contenus dans des boues de forage provenant de gisements pétrolifères, ces procédés consistant à faire passer, sur l'échantillon reposant sur une coupelle, une nacelle ou un têt

placé dans un four électrique de pyrolyse, un gaz vecteur entrai-

nant à un poste d'analyse les vapeurs de matières organiques ainsi

libérées à différents niveaux de température.

Dans les appareils connus servant à mettre en oeuvre un tel procédé, on utilise en général comme gaz vecteur de l'hélium ou de l'azote, dont une partie seulement traverse l'échantillon, le reste s'écoulant entre la paroi du four et la nacelle, coupelle ou

têt contenant l'échantillon, ce qui occasionne une dépense impor-

tante inutile.

Les différentes parties du four en contact avec le gaz vecteur sont métalliques, tout comme la nacelle, coupelle ou têt

porte-échantillon, de même que les conduits d'amenée et d'évacua-

tion du gaz vecteur, ce qui fait que le contact de ces éléments

avec les gaz à haute température est susceptible de dégager des va-

peurs carbonées "parasites" ne provenant pas de l'échantillon à analyser et risquant d'être faussement prises en compte lors de l'analyse.

De plus, lors de la mise en place, dans le four de pyro-

lyse, de la coupelle, nacelle ou têt porte-échantillon, de grandes précautions sont à prendre; il faut notamment manipuler avec des

pincettes ou brucelles le porte-échantillon, car tout contact in-

tempestif éventuel des doigts de l'opérateur avec la nacelle, cou-

pelle ou têt porte-échantillon provoque l'apport d'une quantité pa-

rasite de matière organique risquant de fausser grandement la me-

sure effectuée par le dispositif de détection et d'analyse.

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Par ailleurs, ddns ces dispositifs connus, le volume de la chambre de cnauffe, relativement important en soi, occasionne une dépense d'énergie très importante, le chauffage de la coupelle, nacelle ou têt porteéchantillon ayant lieu par rayonnement de la paroi interne du four, ce qui ne facilite d'ailleurs pas, ainsi que

cela est au contraire désirable, une mesure précise de la tempéra-

ture de pyrolyse de l'échantillon, une différence importante de température existant en pratique entre ce dernier et la paroi du four.

La présente invention pallie les inconvénients des dispo-

sitifs connus et elle a pour objet un procédé et un appareil de py-

rolyse et d'analyse perfectionnés permettant une analyse rapide, précise et sûre d'échantillons contenant de la matière organique, de l'ordre de 100 mg, par exemple des déblais rocheux remontés par la boue de forage et recueillis, par exemple, dans un appareil de

sédimentation prévu à cet effet.

L'invention parvient au résultat recherché, à savoir une

analyse précise sur le plan qualitatif et quantitatif des échantil-

lons, par le fait que le procédé mis en oeuvre consiste à faire passer le gaz vecteur, utilisé entre autres pour l'entrainement des

produits de la pyrolyse à la station d'analyse, à travers un conte-

neur de capacité réduite qui renferme l'échantillon à analyser et forme une enceinte qui est directement chauffée par conduction dans un dispositif de chauffe qui l'enveloppe étroitement et dont la

température est exactement contrôlée et réglée.

Selon une autre caractéristique du procédé conforme à

l'invention, le gaz vecteur est constitué par de l'hydrogène direc-

tement produit in situ par un dispositif d'électrolyse que comporte l'appareil. En ce qui concerne l'appareil conforme à l'invention et servant notamment à la mise en oeuvre du procédé ci-dessus défini,

il est essentiellement constitué par un carter renfermant, en de-

hors des dispositifs usuels de-commande, de contrôle et d'affichage

des différents paramètres de température et de pression, un dispo-

sitif de production d'hydrogène moléculaire, un dispositif de char-

gement servant à la manoeuvre et à la mise en place d'un conteneur

renfermant un échantillon à analyser, un dispositif de chauffe ser-

vant à la pyrolyse des débris rocheux renfermés dans le conteneur, un dispositif de refroidissement du dispositif de chauffe et du conteneur, un dispositif tubulaire relié à la sortie du conteneur et recevant les produits gazeux de la pyrolyse, à savoir le gaz vecteur et les vapeurs d'hydrocarbures libérées par l'échantillon pyrolysé, et conduisant lesdites vapeurs, avec ou sans adjonction d'un gaz vecteur auxiliaire, à un poste d'analyse à ionisation de

flamme qui fournit les valeurs mesurées à un dispositif enregis-

treur de type connu constitué par une bande mobile sur laquelle des

traceurs marquent les pics des effluents libérés aux diverses tem-

pératures, l'ensemble de l'appareil étant piloté par un programme

informatique commandant également le fonctionnement des divers or-

ganes mécaniques, pneumatiques et électriques de coordination.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispo-

sitif de chargement et de mise en place du conteneur dans le dispo-

sitif de chauffe est constitué par un support basculant et coulis-

sant actionné par un vérin horizontal et par un vérin vertical, le premier vérin faisant entrer à l'intérieur du carter de l'appareil

le support préalablement garni par l'opérateur d'un conteneur ren-

fermant l'échantillon à analyser et le second vérin amenant la pa-

roi du conteneur en contact étroit avec le dispositif de chauffe, en même temps que l'insérant étroitement et de façon étanche dans

le circuit du gaz vecteur.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le conte-

neur a la forme d'une cartouche insérable dans le circuit du gaz vecteur et connectable à un ajutage conique relié par une tubulure

à la station de production d'hydrogène, ledit ajutage venant étroi-

tement s'insérer dans un collet conique en forme de tuyère prévu à

la partie inférieure de la cartouche porte-échantillon.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la car-

touche porte-échantillon présente à sa partie supérieure, avant son embout d'insertion dans le canal d'évacuation des produits de la

pyrolyse, un rétreint conique qui vient s'insérer, lorsque la car-

touche est mise en place pour la pyrolyse de l'échantillon, dans la

gaine, conformée de façon correspondante, du dispositif de chauffe.

Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, l'ajutage conique supportant la cartouche porte-échantillon est réalisé en une matière céramique, tout comme la chemise interne du canal faisant suite au dispositif de chauffe et délivrant le ou les gaz vecteurs, ainsi que les produits hydrocarbonés libérés, à la

flamme du brûleur du dispositif analyseur à ionisation.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

ressortiront de la description qui va suivre, en regard des dessins

annexés qui représentent, schématiquement et simplement à titre d'exemple, un mode de réalisation d'un appareil de pyrolyse et d'analyse utilisant une cartouche spéciale pour la mise en oeuvre

du procédé conforme à l'invention.

Sur ces dessins:

La Fig. 1 est une vue schématique éclatée, en perspec-

tive, de l'appareil conforme à l'invention, montrant le dispositif de manoeuvre et de mise en place de-la cartouche porte-échantillon

et de la station de production d'hydrogène par électrolyse.

La Fig. 2 est une vue schématique simplifiée, en coupe verticale axiale, des éléments essentiels de l'appareil, à savoir

du dispositif de chargement de la cartouche contenant l'échantil-

lon, du dispositif de chauffe et du dispositif de refroidissement de cette dernière, ainsi que du conduit délivrant les éléments à

analyser à la flamme régnant dans l'enceinte d'ionisation, le dis-

positif de chargement étant représenté, à gauche de l'axe médian, dans la position basse (niveau A) qui précède soit la montée de la tige du vérin vertical pour la mise en place de la cartouche dans le dispositif de chauffe, soit la poussée yers l'extérieur de la tige du vérin horizontal faisant basculer le support de cartouche à l'extérieur du carter, le niveau B indiquant la position haute pour

laquelle le conteneur est inséré dans le dispositif de chauffe.

La Fig. 3 est une vue schématique à plus grande échelle, à

de la figure 2, montrant le dispositif de chargement de la car-

touche porte-échantillon, la position de mise en place de la car-

touche étant représentée en trait discontinu et la position de chargement de cette dernière étant illustrée en trait plein, la

jupe, commune au dispositif de chauffe et et au dispositif de re-

froidissement de la cartouche, ayant ici à titre de variante une

forme légèrement différente de celle visible à la figure 2.

La Fig. 4 est une vue en coupe axiale, à plus grande

échelle; d'une cartouche porte-échantillon garnie.

La Fig. 5 est une vue en coupe verticale axiale, à plus grande échelle, d'une partie du dispositif analyseur de l'appareil,

notamment des systèmes d'allumage et de contrôle de la flamme.

Les Figs. 6 et 7 sont des vues illustrant respectivement

les températures relevées lors de la pyrolyse et les pics corres-

pondant aux maxima des substances décelées aux températures corres-

pondantes. Comme on peut le voir schématiquement à la Fig. 1, l'ap-

pareil conforme à l'invention comporte un carter de forme parallé-

lépipédique désigné dans son ensemble par 1 et dans lequel sont lo-

gés tous les éléments ou sous-ensembles fonctionnels nécessaires au fonctionnement automatique de l'appareil, à savoir notamment la

station de chargement 2 de la cartouche porte-échantillon, le dis-

positif de chauffe 3 de ladite cartouche, la station 4 de produc-

tion d'hydrogène et le dispositif enregistreur dont la feuille est

désignée par 5.

L'alimentation en air du carter 1 se fait par l'arrière selon la flèche F1, la flèche F2 symbolisant quant à elle l'arrivée

d'énergie électrique provenant du secteur ou d'un groupe électro-

gène, par exemple.

En ce qui concerne le dispositif 2 de chargement de la

cartouche porte-échantillon, il sera décrit plus en détail en re-

gard des figures 2 et 3, ainsi que le dispositif de chauffe désigné

dans son ensemble par 3 et constitué par des résistances électri-

ques visibles seulement sur la figure 2 et alimentées par des con-

ducteurs 6 et 7 (Fig. 1), un conducteur de terre 8 étant d'ailleurs

prévu de façon connue à titre de sécurité.

La figure 2 représente l'ensemble du dispositif 2 de chargement de la cartouche 9 porte-échantillon, du dispositif de chauffe 3 et du dispositif de refroidissement de ladite cartouche porte-échantillon, ainsi que du canal 10 d'évacuation des produits

de pyrolyse et du dispositif d'analyse.

Le canal 10 conduit les produits de la pyrolyse à un dis-

positif analyseur à ionisation de flamme désigné dans son ensemble par 11 et comportant une enceinte 12 chauffable par une résistance 13 et contenant un brûleur 14 dont la flamme 15 lèche la base d'une cheminée 16 formant l'électrode collectrice du dispositif analyseur

à ionisation 11, dont l'électrode émettrice est formée par un che-

misage ou revêtement métallique, non spécialement référencé, du bec

14 du brûleur réalisé quant à lui en céramique.

Le dispositif 2 de chargement de la cartouche 9, qui est représenté aux figures 2 et 3, présente, pour l'injection du gaz vecteur canr la cdrtoucre j, un ajutage 17 qui comporte un canal axial b1 L'ajuta e 17 est avantageusement réalisé en céramique et il est supporté par une ermbase 19 portée par la tige 20 d'un vérin vertical 21, dont le corps peut basculer (Fig. 3) autour de l'axe X sous l'action de la tige 22 d'un vérin horizontal 23 articulé en 24

à une patte de support 25 prévue dans le carter 1 de l'appareil.

L'embase 19 de support de l'ajutage 17 est guidée par un bras 26. La tige 20 du vérin 21, supportant l'embase 19, ne peut se déplacer que lorsque la tige 22 du vérin 23 est rétractée et que le vérin 21, supportant l'embase 19 précitée, qui avait préalablement basculé à l'extérieur du carter i, pour la mise en place d'une cartouche porte-échantillon sur l'ajutage 17, est revenu se placer verticalement contre une butée 27 définissant sa position verticale correcte autorisant le déplacement de la tige 20 portant l'embase

19 du support 17 de la cartouche 9 porte-échantillon.

Lorsque la cartouche 9 est en position verticale abaissée (partie gauche de la figure 2), il est possible d'actionner la tige

du vérin 21 pour que le rétreint tronconique 28, précédant l'em-

bout 28' de la cartouche 9, vienne se placer contre la partie coni-

que 29, profilée de façon correspondante, du dispositif de chauffe 3 porté à la température requise par des résistances électriques 30 entourées d'une enceinte annulaire 31 jouant alternativement le rôle de four et de chambre de refroidissement. Cette enceinte 31 est équipée, à sa partie inférieure, d'un embout 32 d'admission d'air et elle est pourvue, au voisinage du bord inférieur de la ga ne chauffante 33, contrôlée par une sonde thermométrique placée

par exemple en 34, d'un orifice inférieur 35 débouchant à l'inté-

rieur d'une jupe 36 destinée à jouer le rôle d'écran thermique,

aussi bien lors du chauffage de la cartouche 9 que lors de son re-

froidissement ultérieur.

La chambre annulaire 31 de chauffage et de refroidisse-

ment est surmontée axialement d'un tube 10 servant à l'évacuation des produits de pyrolyse sortant de l'embout 28' de la cartouche 9

porte-échantillon, ledit tube 10 amenant le gaz vecteur et les pro-

duits de pyrolyse au bec 14 diffusant la flamme 15 dans l'enceinte 12 d'ionisation, à la partie supérieure de laquelle est prévue la cheminée 16 servant d'électrode collectrice, l'électrode émettrice associée étant constituée par le revêtement métallique du bec 14 qui, en ce qui le concerne, est de préférence réalisé en céramique,

de même que la chemise 37 habillant la paroi interne du tube 10.

Le gaz vecteur, notamment l'hydrogène fourni par la sta-

tion 4 (Fig. 1), n'est donc à aucun moment en contact avec une par-

tie métallique qui pourrait provoquer des erreurs d'analyse.

L'air de refroidissement du dispositif de chauffe 3, s'échappant à la partie inférieure de l'enceinte 31 par l'orifice , pénètre dans la jupe 36, ogivale ou cylindrique, prolongeant à sa partie inférieure ladite enceinte 31 servant au refroidissement, et étant alors canalisé annulairement autour de la périphérie de l'ajutage 17 et du corps de la cartouche 9, il en assure aussi le refroidissement, bien entendu quand la résistance 30 du dispositif

de chauffe a elle-même été préalablement refroidie.

A la partie supérieure de la figure 2, plus spécialement relative au dispositif analyseur à ionisation de flamme, il est

prévu, autour de l'enceinte 12, une résistance électrique 13 ser-

vant à réchauffer les vapeurs de pyrolyse.

Dans le canal d'évacuation des produits de pyrolyse, à

savoir dans le tube axial 10 équipé de la chemise céramique 37, dé-

bouche une canalisation 38 d'amenée d'un gaz vecteur auxiliaire.

L'air comburant pour la flamme 15 du brûleur pénètre dans l'en-

ceinte 12 par une canalisation 38'.

Comme on peut le voir à la Fig. 4, la cartouche porte-

échantillon, désignée dans son ensemble par la référence 9, pré-

sente à sa partie inférieure un collet conique 39 en forme de tuyère servant à son emboîtement étanche sur l'embout de. support 17

du dispositif de chargement 2 (cf. Fig. 3) et à sa partie supé-

rieure un rétreint conique 28 venant s'insérer étroitement dans la

portée conique correspondante 29 de la partie 33, portée à la tem-

pérature désirée par la résistance 30, de la gaine de chauffe

(Fig. 2).

Selon une autre caractéristique de l'invention ressortant

de la figure 4, le rétreint conique 28, ménagé entre l'embout supé-

rieur 28' destiné à s'engager dans le canal d'évacuation 10 des produits de la pyrolyse, d'une part, et le corps 40, sensiblement cylindrique, de la cartouche 9 contenant l'échantillon 41, sert au logement et au maintien d'un tampon filtrant 42 en laine céramique placé sur les fragments rocheux, un autre tampon filtrant inférieur 43, situé à la partie inférieure du corps 40 de la cartouche 9, au-dessus de l'évasement ou collet inférieur 39 d'emboîtement de celle-ci sur l'embout 17 d'adduction du gaz vecteur, retenant les

particules 41 de l'échantillon rocheux à l'intérieur de ladite car-

touche lorsque cette dernière est manipulée par l'opérateur pour sa

mise en place ou son enlèvement du dispositif de chargement.

L'appareil conforme à l'invention, utilisable pour la mise en oeuvre aisée et économique du procédé défini au début, a pour objet de placer les fragments rocheux à analyser, contenus

dans la cartouche 9 porte-échantillon, dans des conditions thermi-

ques telles que leur température varie linéairement, sensiblement

de la température ambiante jusqu'à une température de 600 C envi-

ron, dans le temps le plus court possible et avec une dépense-

d'énergie aussi faible que possible, de façon que se développent économiquement les phénomènes suivants: A. De 100 à 300 C, tous les hydrocarbures contenus dans

l'échantillon (gaz et huile) sont vaporisés et extraits des parti-

cules rocheuses et entraînés par le gaz vecteur; B. De 400 à 600 C, et à condition que le gaz vecteur soit dépourvu d'oxygène, une fraction de la matière organique contenue

dans l'échantillon rocheux et appelée "kérogène" se trouve trans-

formée par pyrolyse en hydrocarbures qui sont vaporisés et entraî-

nés par le gaz vecteur; C. De 500 à 600 C, si l'on remplace le gaz vecteur par de

l'oxygène pur, la matière organique résiduelle de la roche, non en-

core pyrolysée, est oxydée et transformée essentiellement en gaz

carbonique et en vapeur d'eau, susceptibles d'être également quali-

tativement et quantitativement estimés par un dispositif prévu à

cet effet.

Par conséquent, la station de détection et d'analyse à

ionisation de flamme placée en aval de la cartouche porte-échantil-

lon insérée dans le circuit du gaz vecteur sera capable de mesurer

l'une après l'autre les quantités de carbone organique qui corres-

pondent: 1 ) Aux hydrocarbures naturels présent dans l'échantillon rocheux analysé (produit I);

2 ) Aux hydrocarbures produits par la pyrolyse du "kéro-

gène" (produit II); ) Au reste de matière organique non pyrolysable de la roche (produit III)

On a illustré aux figures 6 et 7 la programmation de l-

température et l'automatisation du procédé appliqué à l'analyse

d'un échantillon rocheux.

Comme on l'a indiqué, l'appareil conforme à l'invention, et notamment ses différents organes, sont commandés par des moyens connus, non spécialement décrits ni représentés, entrant en action

par déroulement d'un programme contrôlé par voie informatique.

A la figure 6, on peut voir le diagramme de fonctionne-

ment de l'appareil, les températures de l'échantillon analysé étant portées en ordonnées et les périodes de chauffage, de maintien de

la température et de refroidissement étant portées en abscisses.

La figure 7 des dessins annexés illustre la mesure et l'enregistrement, par des procédés et moyens connus, des aires

sous-tendues notamment par les pics S1 et S2 qui correspondent res-

pectivement aux quantités d'hydrocarbures naturels contenues dans

l'échantillon (produit I, stade B - C à la figure 6) et aux quanti-

tés des hydrocarbures formés par pyrolyse du "kérogène" (produit II, stade C - D à la figure 6), la température maximale Tm (Fig. 6), existant au maximum du pic S1 (Fig. 7), étant enregistrée de façon connue par l'enregistreur sur la bande de papier avec la

courbe afférente.

Le fonctionnement d'ensemble des différents dispositifs que comporte l'appareil conforme à l'invention est sensiblement le suivant: Dans la position de "veille" ou d'arrêt de l'appareil, le

vérin 21 du dispositif 2 de chargement de la cartouche 9 porte-

échantillon est situé verticalement à l'intérieur du carter 1, en

étant appliqué contre la butée réglable 27 et sa tige 20 étant ré-

tractée.

Au début du cycle de fonctionnement que l'opérateur dé-

clenche en appuyant sur un contacteur approprié non représenté que

comporte l'appareil, le vérin horizontal 23, alimenté en air com-

primé depuis une électro-vanne par un ajutage 45 (à gauche sur la figure 3) repousse vers la droite la tige 22 qui, articulée en 46 à une bride 47 que comporte le corps du vérin 21, fait basculer ce dernier autour de l'axe u'articulation X porté par une potence 48 du châssis de l'appareil, pour l'amener à l'extérieur du carter 1 (cf. Fig. 1), dans la position qui est illustrée en ligne de tirets à la figure 3, dans laquelle l'opérateur peut placer sur l'ajutage

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17 sup:rtt rar l'embas_ 1ô une cartoucne 9 à analyser, ou bien en-

lever une cartouche venant de subir la pyrolyse.

Lorsqu'une nouvelle cartouche a été placée par l'opéra-

teur sur le support 17, un ajutage 49 reçoit maintenant du fluide D e pression et rétracte la tige 22 du vérin horizontal 23 à double effet, ce qui fait que le vérin vertical 21 reprend sa position de

départ contre la butée 27.

La tige 20 du vérin vertical 21, guidée par le doigt 26

(Fig. 3), sort alors et soulève verticalement la cartouche 9 jus-

qu'à ce que cette dernière vienne buter, par son collet conique su-

périeur 28 (cf. Fig.4) dans le logement profilé de façon correspon-

dante qui est prévu dans la gaine de chauffage 33, préalablement

portée, depuis le début du processus de fonctionnement de l'appa-

reil, par la résistance 30, à une température permettant un échauf-

fement rapide par conduction de la cartouche 9, ladite température

étant surveillée par une sonde thermométrique placée en 34 et com-

mandant le passage ou l'arrêt du courant électrique chauffant la résistance 30 entourant la gaîne centrale 33 elle-même située à

l'intérieur de l'enceinte annulaire 31 servant ensuite au refroi-

dissement de la ga ne 33 et de la cartouche 9 sur son support 17.

La conduction de la chaleur de la gaine de chauffe 33,

réalisée par exemple en acier inoxydable, à la cartouche 9 porte-

échantillon, dont la paroi est en cuivre, est alors maximale et

l'on peut dire que la température des fragments rocheux est sensi-

blement égale à celle de la gaine de chauffe 33, contrôlée en per-

manence par la sonde thermométrique située en 34.

Le gaz vecteur, injecté dans le canal 18, sort par l'aju-

tage de support 17 de la cartouche 9 et, passant par l'ouverture d'entrée de celle-ci, entraîne avec lui les vapeurs qui se dégagent dans la cartouche (produit I, hydrocarbures naturels contenus dans l'échantillon rocheux, pic S1 à la Fig. 7), par la canalisation 10 revêtue intérieurement du chemisage céramique 37 et à travers le bec 14 du brûleur à flamme à ionisation, dans la chambre 12 et de là, par la cheminée 16, au dispositif de détection et d'analyse fournissant ses données à l'enregistreur les transcrivant sur la

bande de papier 5 sortant du carter de l'appareil.

* L'air comburant nécessaire à l'entretien de la flamme est

amené par un conduit 38' visible à la figure 2.

Le chauffage se poursuivant, les fractions organiques 11i 2530078 contenues dans l'échantillon (kérogène, produit II, pic S2 à la

Fig. 7) sont également transformées en hydrocarbures à une tempéra-

ture maximale Tm de l'ordre de 440 à 450 C que note également le dispositif d'enregistrement couplé au dispositif de détection et d'analyse. Le programme, qu'illustrent schématiquement les figures 6 et 7 se déroule donc de la façon suivante: A. La cartouche 9 étant mise en place et la tige 20 du

vérin vertical 21, rentré dans le carter 1, étant elle-même en po-

sition rétractée, il se produit le démarrage du chauffage linéaire

de la résistance chauffante 30 du dispositif de chauffe de la car-

touche (stade A - B).

B. Lorsque la température de 300 C, décelée par la sonde placée en 34, est atteinte, le chauffage est arrêté pendant un temps déterminé correspondant au palier B - C (Fig. 6) Au bout de ce temps, le vérin 20 soulève la capsule 9, placée sur le support 17, pour la mettre en contact étroit avec la gaine 33 du corps de chauffe. L'électro-vanne d'arrivée d'hydrogène dans le canal 18 est alors ouverte, apres quoi le filament 50 de la

bougie d'allumage 51 (Fig. 5) est alimenté en courant par les con-

ducteurs 52 et 53 jusqu'à ce que, la flamme 15 étant allumée, la

fibre optique 54 signale sa présence à une photo-diode non repré-

sentée couplée a un contacteur coupant l'arrivée de courant au fi-

lament de chauffage de la bougie d'allumage (Fig. 5)o C. Le chauffage en programmation linéaire reprend alors (palier C - D, figure 6), jusqu'à la température de 600 C décelée par la thermo-sonde 34, qui coupe alors le chauffage et provoque l'envoi d'air de refroidissement, par le canal 32, dans l'enceinte annulaire 31 de refroidissement du dispositif de chauffe (30, 33)

3u de la cartouche.

Lorsque le refroidissement est tel que la sonde placée en 34 indique une valeur de 50 C, l'air de refroidissement est coupé, de même que le débit d'hydrogène, ce qui fait que la flamme

s'éteint, tandis que la tige 20 du vérin 21 redescend avec le sup-

port 17, 19 de la cartouche 9, après quoi cette dernière sort du carter 1 (Fig. 1) par basculement (Fig. 3) du corps du vérin 21 sous l'action de la tige de poussée 22 du vérin horizontal 23, dont l'ajutage 45 est à nouveau alimenté en air comprimé. L'opérateur peut alors enlever la cartouche et éventuellement recommencer un cycle d'analyse avec un autre échantillon rocheux contenu dans une

autre cartouche.

Si on le désire, une vanne d'inversion non représentée, spécialement prévue et couplée au dispositif de commande et de pro-

grammation de l'appareil, permet, à la place d'hydrogène, d'injecter dans le canal 18 de l'oxygène pur qui transforme alors en C02 le carbone organique des fractions-non préalablement

pyrolysées de l'échantillon.

Dans ce cas, l'ensemble de l'appareil d'ionisation de flamme, amovible en soi, peut être remplacé par un appareil

détecteur et doseur de C02 coiffant le tube 10 de l'appareil.

Il va de soi que l'invention n'a été décrite et représen-

tée qu'à titre purement explicatif, nullement limitatif, et que diverses modifications de détail pourraient être apportées à la forme de réalisation indiquée, sans qu'on sorte pour autant du

domaine de l'invention.

C'est ainsi, notamment, que le conteneur du produit rocheux à analyser, en l'occurrence la cartouche porte-échantillon insérable dans le circuit du gaz vecteur, pourrait avoir une autre forme que celle représentée, par exemple un profil lui permettant d'être étroitement enserrée par deux mors chauffants de forme correspondante, remplaçables après pyrolyse par des mors de

refroidissement également éclipsables.

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Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour la pyrolyse et l'analyse d'échantillons rocheux, par exemple de déblais remontés par la boue de forage d'un gisement pétrolifère, caractérisé par le fait qu'il consiste à

faire passer le gaz vecteur, utilisé entre autres pour l'entraîne-

ment des produits de la pyrolyse à la station d'analyse, à travers

un conteneur de capacité réduite qui renferme l'échantillon à ana-

lyser et forme une enceinte qui est directement chauffée par con-

duction dans un dispositif de chauffe qui l'enveloppe étroitement

et dont la température est exactement contrô6lée et réglée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le

fait que le gaz vecteur est constitué par de l'hydrogène directe-

ment produit in situ par un dispositif d'électrolyse que comporte l'appareil.

3. Procédé selon les revendications 1 et 2,

caractérisé par le fait qu'un gaz vecteur auxiliaire peut être in-

jecté dans le trajet conduisant de l'injection du premier gaz vec-

teur à l'appareil d'analyse des produits gazeux provenant du con-

teneur renfermant l'échantillon à analyser.

4. Procédé selon l'une des revendications i à 3,

caractérisé par le fait que l'on réchauffe avant analyse les pro-

duits volatils libérés lors de la pyrolyse de l'échantillon.

5. Appareil pour effectuer la pyrolyse d'échantillons ro-

cheux contenant de la matière organique et pour déceler et analyser

les vapeurs produites par la pyrolyse, notamment de particules ro-

cheuses remontées par la boue de forage d'un puits d'exploitation pétrolière, 3U caractérisé par le fait qu'il est essentiellement constitué par un

carter (1) comportant, en dehors des dispositifs usuels de com-

mande, de contrôle et d'affichage des différents paramètres de tem-

pérature et de pression, un dispositif (4) de production d'hydro-

gène moléculaire, un dispositif (2) de chargement servant à la ma-

noeuvre et à la mise en place d'un conteneur (9) renfermant un échantillon à analyser, un dispositif de chauffe (3,30,33) servant à la pyrolyse des débris rocheux (41) renfermés dans le conteneur (9), un dispositif (31, 32, 36) de refroidissement du dispositif de chauffe (3, 30, 33) et du conteneur (9), un dispositif tubulaire

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(1, re'ée à la sortie du conteneur (9) et recevant les produits

gazeux de la pyrolyse, à savoir le gaz vecteur et les vapeurs d'hy-

drocarDures libérées par l'échantillon pyrolysé et conduisant les-

dites vapeurs, avec ou sans adjonction d'un gaz vecteur auxiliaire, à un poste d'analyse (11) à ionisation de flamme qui fournit les

valeurs mesurées à un dispositif enregistreur de type connu compor-

tant une bande d'enregistrement (5) mobile, sur laquelle des tra-

çeurs marquent les pics (S1, S2) des effluents libérés aux diverses

températures, l'ensemble de l'appareil étant piloté par un pro-

gramme informatique commandant également le fonctionnement de di-

vers organes mécaniques, pneumatiques, électriques de coordination.

6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le dispositif (2) de chargement et de mise en place du conteneur (9) dans le dispositif de chauffe (3)

est constitué par un support (17, 19) basculant et coulissant ac-

tionné par un vérin horizontal (22, 23) et par un vérin vertical (20, 21), le premier vérin faisant entrer à l'intérieur du carter

(1) de l'appareil le support (17) préalablement garni par l'opéra-

teur d'un conteneur (9) renfermant l'échantillon (41) à analyser et

le second vérin (20, 21) amenant la paroi du conteneur (9) en con-

tact étroit avec la ga ne (33) du dispositif de chauffe (3, 30), en même temps que l'insérant étroitement et de façon étanche dans le

circuit du gaz vecteur.

7. Appareil selon les revendications 5 et 6,

caractérisé par le fait que le conteneur (9) a la forme d'une car-

touche insérable dans le circuit du gaz vecteur et connectable à un ajutage conique (17) relié par une tubulure (18) à la station (4) de production d'hydrogène, ledit ajutage (17) venant étroitement s'insérer dans un collet conique (39) en forme de tuyère prévu à la

partie inférieure de la cartouche (9) porte-échantillon.

8. Appareil selon l'une des revendications 5 à 7,

caractérisé par le fait que la cartouche (9) porte-échantillon pré-

sente à sa partie supérieure, avant son embout (28') d'insertion

dans le canal (10) d'évacuation des produits de la pyrolyse, un ré-

treint conique (28) qui vient s'insérer, lorsque la cartouche (9) est mise en place pour la pyrolyse de l'échantillon, dans la gaîne

(33), conformée de façon correspondante, du dispositif de chauffe.

9. Appareil selon l'une des revendications 5 à 8,

caractérisé par le fait que l'ajutage conique (17) supportant la

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cartouche (9) porte-échantillon est réalisé en une matière céra-

mique, tout comme la chemise interne (37) du canal (10) faisant suite au dispositif de chauffe et délivrant le ou les gaz vecteurs, ainsi que les produits hydrocarbonés libérés, à la flamme (15) du brûleur (14) du dispositif analyseur à ionisation.

10. Appareil selon l'une des revendications 5 à 9,

caractérisé par le fait que la flamme (15) brûlant dans la chambre (12) d'ionisation est allumée par une résistance (50) prévue dans

ladite chambre et maintenue au rouge tant qu'un dispositif de con-

trôle à fibres optiques (54), couplé à une cellule photo-électri-

que, n'a pas provoqué l'actionnement d'un interrupteur coupant l'arrivée de courant à la dite résistance (50) ou lorsqu'elle s'est

accidentellement éteinte par manque d'air comburant normalement dé-

livré dans la chambre (12) précitée par une canalisation (38').

11. Appareil selon l'une des revendications 5 à 10,

caractérisé par le fait que des détecteurs de température, couplés

à des dispositifs de régulation, contrôlent d'une part la tempéra-

ture de la cartouche (9) porte-échantillon et, d'autre part,la tem-

pérature de la chambre d'ionisation (12).

12. Conteneur pour la pyrolyse de petits échantillons, no-

tamment de fragments rocheux renfermés dans la boue de forage d'un puits d'exploitation pétrolière et utilisable dans l'appareil selon

l'une des revendications 5 à 11,

caractérisé par le fait qu'il est constitué par une enceinte d'une

capacité juste suffisante pour l'échantillon rocheux et par des mo-

yens de retenue dudit échantillon à l'intérieur de ladite enceinte

qui, en ce qui la concerne, comporte par ailleurs un orifice d'en-

trée couplable à une alimentation (18) de gaz vecteur et un orifice de sortie connectable à une canalisation (10) aboutissant au poste d'analyse (11), l'enveloppe dudit conteneur (9) étant conformée de manière à pouvoir être chauffée par conduction directe dans une

gaîne de chauffage de forme correspondante.

13. Conteneur selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les moyens pour retenir l'échantillon rocheux (41) dans le conteneur (9) sont constitués par des tampons filtrants (42, 43) en laine céramique obturant respectivement l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie du gaz vecteur traversant

le conteneur (9) lors de la pyrolyse.

14. Conteneur selon l'une des revendications 12 à 13,

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caractérisé par le fait qu'il est réalisé sous la forme d'une car-

touche (9) présentant à sa partie inférieure un évasement ou collet (39) conique en forme de tuyère servant à son emboîtement étanche

(Fig. 3),sur l'embout de support (17) du dispositif (2) de charge-

ment et, à sa partie supérieure, un rétreint (28) conique venant (Fig. 2) s'insérer étroitement dans la portée conique (29) de la

partie (33) qui est portée à la température désirée par la résis-

tance (30), de la ga ne de chauffe (Fig. 2).

15. Conteneur selon la revendication 14, caractérisé par le fait le rétreint conique (28), ménagé entre l'embout supérieur (28') destiné à s'engager dans le canal (10, 37) d'évacuation des produits de la pyrolyse, d'une part, et le corps (40), sensiblement cylindrique, de la cartouche (9) contenant l'échantillon (41), sert au logement et au maintien d'un tampon filtrant (42) en laine céramique placé sur les fragments rocheux,

un autre tampon filtrant inférieur (43), situé à la partie infé-

rieure du corps (40) de la cartouche (9), au-dessus de l'évasement ou collet inférieur (39) d'emboîtement de celle-ci sur l'embout (17) d'adduction du gaz vecteur, retenant les particules (41) de l'échantillon rocheux à l'intérieur de ladite cartouche lorsque cette dernière est manipulée par l'opérateur pour sa mise en place

ou son enlèvement du dispositif de chargement.