FR2722292A1 - Debitmetre polyphasique - Google Patents

Abstract

Dispositif et méthode pour déterminer la proportion des phases d'un fluide polyphasique comportant des moyens d'émission et des moyens de réception de micro-ondes, les moyens étant adaptés à la variation de composition du fluide polyphasique, des moyens de traitement et de commande permettant de déterminer directement à partir de mesures d'amplitude et de déphasage du faisceau ayant traversé le milieu polyphasique, le taux d'occupation de la phase liquide et/ou de la phase gazeuse pour une section donnée de la conduite.Le dispositif comporte un moyen de mesure de vitesse pour obtenir le débit de chacune des phases.

Description

La présente invention concerne une méthode et un dispositif permettant de déterminer la proportion et la nature de milieux contenus dans un même volume, ces milieux possédant au moins une caractéristique intrinsèque dont la valeur permet de les discriminer.

Elle est particulièrement bien adaptée pour obtenir la proportion de chacune des phases constituant un fluide polyphasique, dont la valeur de permittivité dépend de sa nature.

L'objet de la présente invention s'applique avantageusement, mais non exclusivement, à la détermination du taux d'occupation ou proportion des phases constituant un effluent pétrolier, par exemple la phase aqueuse, la phase organique et la phase gazeuse, et à la réalisation d'une cartographie de cet effluent, pour une section donnée d'une conduite dans laquelle il circule.

La connaissance des quantités de chacune des phases d'un effluent pétrolier et, en particulier, la connaissance précise des débits d'eau, d'huile et de gaz mesurés simultanément en sortie de puits de production pétrolière est nécessaire, notamment en gisement pour le contrôle et la sécurité de la production de chaque puits et, en exploitation, pour le suivi de la production et la protection du réseau de collecte amenant les effluents bruts vers un centre de séparation et/ou de traitement.

Un autre exemple d'application est relatif au transport d'effluents pétroliers de type polyphasique sans séparation des phases, utilisant des dispositifs de pompage dont le fonctionnement optimal peut dépendre à tout instant de la composition des effluents, et plus particulièrement de son débit moyen liquide et de son rapport volumétrique gaz/liquide.

Les écoulements de fluide polyphasique ou effluent pétrolier ont des régimes à farcies nombreux, rapidement variables qui nécessitent, des dispositifs et des procédés de mesure rapide adaptés, notamment, à la variation de structure de tels écoulements.

L'invention trouve aussi son application dans tout autre domaine dans lequel il est utile de connaître de façon non destructive, la proportion et la répartition de phases discriminables et non miscibles constituant un milieu polyphasique.

Elle trouve aussi son application lorsque l'on cherche à obtenir la proportion d'une phase présente dans un milieu polyphasique, ce milieu étant constitué de phases de natures différentes discernables les unes des autres par un paramètre.

On connaît déjà des dispositifs qui mettent en oeuvre un champ électrique basse fréquence et qui, par une mesure de capacitance, ou de conductance du milieu polyphasique permettent de réaliser une cartographie de ce milieu. Toutefois, les dispositifs de ce type présente de nombreux inconvénients tels que la conductivité du milieu, les fuites inter-électrodes, la possibilité de formation d'un film en parois, des problèmes de mouillabilité qui peuvent diminuer la fiabilité et la simplicité des mesures dans le cadre d'une application industrielle.

Les dispositifs basés sur l'utilisation de rayons gamma ou de rayons X, offrent des sensibilités inférieures à celles des dispositifs utilisant des ondes électromagnétiques et se révèlent être des méthodes plus lourdes à mettre en oeuvre.

D'autres dispositifs d'imagerie utilisent la Résonance Magnétique
Nucléaire. ns offrent la possibilité d'effectuer des mesures indépendantes de la proportion et du débit de l'eau et de l'huile, par exemple, mais présentent en contrepartie des problèmes d'encombrement, de poids et de temps de réponse qui en font des dispositifs peu compatibles avec les contraintes de l'industrie pétrolière.

La demande FR 89/06.835 du demandeur décrit un dispositif et une méthode utilisant des faisceaux de micro-ondes permettant de déterminer la proportion moyenne de chaque phase (eau, huile ou gaz) contenue dans un effluent polyphasique en écoulement dans une conduite.

A partir de l'enseignement contenu dans les documents US4.812.739 et
US-4.820.970, il est connu de faire varier la fréquence d'un faisceau rniae ondes autour de la fréquence de résonance d'une phase d'un fluide polyphasique et de déterminer la proportion de cette phase par une mesure de l'atténuation de l'onde ayant traversé le fluide, mais non de remonter à la proportion de toutes les phases contenues dans ce fluide.

De plus, ces deux derniers documents ne décrivent pas des dispositifs d'émission et de réception des ondes présentant une parfaite adaptabilité à la variation de composition d'un fluide polyphasique, et en particulier à la variation de la permittivité du fluide au cours du temps.

La présente invention vise à pallier les inconvénients mentionnés cidessus et à améliorer la précision des mesures des dispositifs dans ce domaine.

Elle permet en particulier de déterminer de manière précise la nature et la proportion de chaque phase incluse dans un fluide polyphasique, notamment la proportion des phases contenues dans un effluent de type pétrolier en écoulement par exemple dans une conduite, ced sans danger pour le personnel opérateur.

Elle permet de plus d'effectuer les mesures de manière rapide, en temps quasi-réel, c'est-à-dire que le temps de mesure est faible devant les variations ou les instabilités spatio-temporelle de la structure des fluides polyphasiques.

Dans toute la suite de la description, l'expression "adapter une antenne" signifie que la transmission du champ électromagnétique de l'antenne au milieu polyphasique est maximale.

La présente invention concerne une méthode permettant de déterminer la proportion d'au moins une phase constituant une partie d'un milieu polyphasique comportant au moins une phase liquide et au moins une phase gazeuse, lesdites phases présentant au moins une caractéristique permettant de les discriminer.

La méthode pourra comporter au moins un cycle de mesure défini par les étapes suivantes a) -on irradie le milieu polyphasique avec un champ électromagnétique provenant d'une première source d'émission, ledit champ ayant une valeur de fréquence fe, b) -on mesure la valeur de l'amplitude Aei et le déphasage Phei du champ électromagnétique ayant traversé ledit milieu, en au moins une côte Pi fixée par rapport au milieu polyphasique, et c) -à partir des mesures d'amplitude et de déphasage obtenues à l'étape b), de données préalablement mémorisées dans un moyen de traitement, et de la valeur de fréquence associée, on déduit la proportion de chacune des phases liquides et gaz pour au moins une côte Pi.

On pourra faire varier la valeur de fréquence du champ électromagnétique de fe à une fréquence fe+1, et on réitère les étapes a) à c).

La caractéristique discriminant les différentes phases au micronde pourra être la permittivité.

Le milieu polyphasique étant en écoulement dans une conduite de section donnée, on pourra réaliser le cycle de mesure comportant les étapes a à c et on pourra en déduire la répartition et la proportion de chaque phase pour une section de la conduite définie par la direction du champ électromagnétique et un des côtés de la conduite ayant une direction non parallèle à la direction de propagation du faisceau de micro-ondes.

On pourra déterminer les données préalablement mémorisées de l'étape c), à partir d'un fluide polyphasique dont la nature et la proportion des phases est connue.

On pourra irradier le milieu polyphasique avec un faisceau de micro- ondes de valeur de préférence comprise entre 2 et 8 GHz.

On pourra mesurer la vitesse d'au moins une phase contenue dans le milieu polyphasique et on pourra déterminer le débit de ladite phase.

On pourra mesurer la vitesse par effet Doppler.

L'invention concerne également un dispositif pour déterminer la proportion d'au moins une phase contenue dans un milieu polyphasique, ledit milieu polyphasique étant constitué d'au moins une phase liquide et d'au moins une phase gazeuse, ledit milieu étant en circulation dans une conduite de section connue, comportant en combinaison au moins un moyen d'émission d'un faisceau de micro-ondes, au moins un moyen de réception du faisceau de micro-ondes ayant traversé ledit milieu polyphasique, et un moyen de traitement et de commande permettant de déterminer directement à partir de mesures d'amplitude et de déphasage du faisceau ayant traversé le milieu polyphasique, le taux doccupation de la phase liquide et/ou de la phase gazeuse pour une section donnée de la conduite.

Les moyens d'émission et de réception pourront être des antennes large bande comprenant plusieurs éléments, lesdits éléments étant séparés les uns de autres par un premier matériau et pourront comporter un second matériau (c) situé entre lesdites antennes et une fenêtre transparente aux micro-ondes de la conduite, lesdits premiers et second matériaux ayant des caractéristiques diélectriques permettant d'adapter lesdites antennes à une variation de permittivité relative du milieu polyphasique.

Le premier matériau pourra être une résine époxy et le second matériau une céramique.

Le dispositif pourra comporter un dispositif de mesure de vitesse d'au moins une phase du milieu polyphasique.

L'application de la méthode et du dispositif pourra concerner la détermination de la proportion de chaque phase constituant un effluent pétrolier.

Ainsi, la présente invention offre de nombreux avantages par rapport aux procédés habituellement utilisés dans l'art antérieur. En effet, le rayonnement micro-onde offre une utilisation sans danger pour le personnel et nécessite un personnel moins nombreux pour la conduite du dispositif, comparé aux dispositifs faisant appel à des rayonnements gamma, X ou à des émissions de neutrons. De plus, les composants mis en oeuvre dans le dispositif se révèlent être d'un poids, et d'une taille compatibles avec la mobilité demandée à un tel type de dispositif pour son utilisation dans le domaine pétrolier
L'utilisation de rayonnements micro-ondes de faible longueur d'onde quelques millimètres, par exemple, permet d'obtenir une image précise de la répartition des différentes phases, et d'augmenter la précision des mesures. La définition de la nature et de la quantité des phases est améliorée en effectuant les mesures pour différentes valeurs de fréquences.

De plus, la gamme de fréquences utilisées conduit à un dispositif peu coûteux.

Un autre avantage offert par le dispositif provient de l'utilisation d'antennes adaptées à la variation dans le temps de la structure d'un fluide polyphasique donc à sa composition. Elles sont de plus conçues pour minimiser les pertes apparaissant lorsque le faisceau traverse des parois.

Par ailleurs, l'utilisation d'une détection synchrone augmente la précision des mesures.

Le dispositif est de plus, particulièrement bien adapté pour résister aux agressions provenant du fluide polyphasique avec lequel il se trouve en contact, telles que les agressions chimiques dues à la nature des effluents pétroliers.

La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparal'tront clairement à la lecture de quelques exemples, non limitatifs, illustrés par les figures suivantes parmi lesquelles - les figures 1A et 1B montrent respectivement une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention et son schéma de principe associé, - les figures 2A et 2B montrent un détail d'antennes et leur disposition, - la figure 3 schématise un exemple d'agencement des éléments composant le dispositif de commande et de traitement des signaux selon l'invention, et - les figures 4A, 4B, 4C montrent différentes courbes représentatives de l'atténuation de l'amplitude d'un faisceau de micro-ondes obtenues pour plusieurs valeurs de fréquences et du décalage de phase associée.

Les exemples donnés ci-après permettent, notamment, de déterminer la proportion des phases constituant un effluent pétrolier de type polyphasique, en circulation dans une conduite. Les phases à discriminer et dont on souhaite connaître la proportion sont, par exemple une phase aqueuse telle de l'eau ou de la saumure, une phase organique telle de l'huile et une phase gazeuse dont les valeurs relatives de permittivité appartiennent respectivement aux domaines suivants 6 - 100; 2-3; et environ 1. Le contraste de permittivité est très élevé entre l'eau et l'huile ou le gaz, alors que le contraste de permittivité entre le gaz et l'huile est relativement faible.

La saumure est par exemple de l'eau renfermant une quantité de sel variant entre 0 et 300g/l et, de préférence entre 0 et 100g/l de sel.

L'effluent peut éventuellement comporter une phase solide se présentant, par exemple, sous la forme de particules solides, par exemple du sable ou des hydrates.

Dans l'exemple décrit ci-après, on utilise le fait qu'au cours de sa propagation dans un milieu composé de plusieurs phases, tel qu'un fluide polyphasique, un faisceau d'énergie électromagnétique ou champ électromagnétique, par exemple des micro-ondes, se réfléchit et est diffracté au moins en partie lorsqu'il rencontre une discontinuité, qui peut être un contraste de valeur de permittivité ou de conductivité, résultant de la différence de nature des phases.

A partir de la mesure des valeurs d'amplitude et de déphase du faisceau de micro-ondes diffracté par les discontinuités ou hétérogénéités rencontrées, on forme un tableau de données, on détermine la nature des différentes phases, et, on détermine la proportion de chaque phase contenue dans le fluide polyphasique.

Une mesure de vitesse de chacune des phases, combinée à la détermination du taux d'occupation des phases incluses dans le fluide polyphasique conduit à la valeur du débit volumique de chacune des phases.

Le dispositif représenté sur les figure 1A et 1B comprend une veine de mesure 1 dans laquelle circule le fluide polyphasique, par exemple un effluent pétrolier comportant de l'eau ou de la saumure, de l'huile et du gaz La veine 1 comporte plusieurs éléments reliés les uns aux autres dont un élément de mesure 2 de forme rectangulaire équipés des dispositifs nécessaires pour la mesure décrite ci-après. L'effluent arrive par une conduite 3, passe à travers un premier élément d'adaptation 4 dont la forme est telle qu'elle permet de transformer l'écoulement de la veine de mesure un écoulement dont la géométrie est adaptée à celle de l'élément de mesure 2 et par un élément de tranquilisation 5 qui amortit les turbulences éventuelles générées lors de cette transformation. Le passage entre l'élément de mesure 2 et une conduite d'évacuation 7 de l'effluent s'effectue par passage dans un second élément d'adaptation 6 qui adapte l'écoulement sortant de l'élément de mesure à la géométrie de la conduite d'évacuation 7 de l'effluent. Les différents éléments 2, 3, 4, 5, 6 et 7 sont reliés entre eux, par exemple, par une bride 8, habituellement utilisée dans le domaine pétrolier, ayant pour fonction principale d'assurer l'étanchéité entre les différents éléments.

L'élément de mesure 2 est, par exemple, équipé de capteurs, tels que des capteurs de température Ct et de pression Cp situés, par exemple, à l'entrée de la veine de mesure. Ces capteurs mesurent les conditions thermodynamiques dans lesquelles on acquiert les données pour effectuer, éventuellement, des corrections d'erreurs.

Le dispositif ( fig.lB) comporte une chaîne de mesure Cl ayant pour but de qualifier et de quantifier les différentes phases constituant l'effluent polyphasique, c'est-à-dire de connaître leur nature et leur proportion. Elle comporte, par exemple - un bloc émetteur 9 d'un champ électromagnétique, tel qu'un faisceau de micro-ondes, solidaire de l'élément de mesure 2 comprenant, par exemple, une source de micro-ondes 10 , un dispositif il dont le rôle est de transmettre à tous les points d'une antenne d'émission 12, (Fig.2A et 2B ) composée par exemple par plusieurs éléments 12i, un faisceau équi-amplitude et équi-phase de façon que l'antenne rayonne un champ sensiblement uniforme et homogène, une fenêtre transparente aux micro-ondes 13 située sensiblement dans l'alignement de l'antenne émettrice 12 . Le faisceau de micreondes généré par la source 10 est transmis à l'effluent polyphasique à travers la fenêtre 13 et traverse ensuite le fluide pétrolier dans lequel il est au moins en partie diffracté par les hétérogénéités contenues dans celui-ci. Un bloc de réception 15 positionné après une fenêtre 13' de type identique à la fenêtre 13 reçoit le champ résultant du champ initial ayant traversé l'effluent sans perturbation et de la partie diffractée par les impuretés ou hétérogénéités incluses dans l'effluent . Ce bloc de réception comporte par exemple une antenne de réception 14 comportant par exemple plusieurs éléments d'antennes 14i (Fig. 2) ou multiéléments et d'un dispositif 16 situé en aval de l'antenne 14 ayant notamment pour fonction de délivrer un signal représentatif du champ résultant par chaque élément d'antenne.

Les antennes d'émission 12 et de réception 14 sont, par exemple, reliées respectivement aux dispositifs 11 et 16 par des guides d'ondes cylindriques semi-rigide par exemple fonctionnant dans une gamme de fréquence pouvant aller de 2 à 8 GHz.

Le dispositif 16 est relié à un multiplexeur 17 qui commande des commutateurs inclus dans le dispositif 16 pour scruter les différents éléments d'antennes et à un ensemble de démodulation 18 d'un type connu adapté à délivrer des signaux Basse fréquence à un dispositif de traitement et de commande 21 relié à l'ensemble de démodulation par des liaisons électriques classiques. La fréquence de scrutation des différents éléments d'antennes est donnée, par exemple, par le dispositif 21 et doit être rapide devant la vitesse d'écoulement de l'effluent polyphasique.

Le dispositif de traitement et de commande 21 est relié au module 18 par des moyens appropriés, par exemple une liaison opto-couplée et reçoit les signaux provenant de ce module.

Ce dispositif 21 est, par exemple un micro-contrôleur ayant pour fonction celle de recevoir les données et de les traiter. fl a aussi pour rôle de gérer les séquences de déroulement de la méthode selon l'invention, notamment, en pilotant la plupart des dispositifs et la source d'émission de micro-onde.

De manière avantageuse, le dispositif de démodulation peut comporter un sous ensemble de détection synchrone afin d'améliorer le rapport signal/bruit. Dans ce cas, le multiplexeur peut comporter un générateur interne qui délivre le signal permettant de moduler le signal utile.

On réalise les fenêtres 13 et 13' de préférence dans un matériau présentant un faible coefficient d'atténuation pour les fréquences utilisées et apte à protéger les antennes de tout type d'agressions, notamment les agressions chimiques du fluide pétrolier. La fenêtre transparente 13 peut être réalisée en PVDF qui résiste bien, par exemple au méthane et H2S .

Il est possible de relier le micro-contrôleur 21 aux autres éléments à l'ai de d'un câble souple dont les caractéristiques électriques et physiques sont telles qu'elles permettent de déporter l'ensemble de traitement de signal par rapport à la veine de mesure. De cette manière il est aisé de présenter l'image de la distribution des phases à un utilisateur sur l'écran du rniaocontrôleur.

Un exemple d'agencement des circuits électroniques et informatiques permettant de mettre en oeuvre la méthode selon les figures 1 et 3 consiste, par exemple, pour une antenne émettrice 12 et une antenne réceptrice 14, chaque antenne étant par exemple une antenne multiéléments, respectivement 12i et 14i à effectuer les étapes suivantes - le micro-contrôleur 21 déclenche les opérations en envoyant - un ordre d'émission à la source d'émission 10 de miao-ondes qui génère alors un faisceau de micro-ondes ayant une fréquence Fe aux différents éléments 12i de l'antenne émettrice de manière simultanée, et - immédiatement après, il délivre un signal au multiplexeur 17 à une fréquence choisie, par exemple égale à 200 KHz, pour activer les commutateurs inclus dans le dispositif 16 de manière à scruter les éléments 14i de l'antenne réceptrice, - l'ensemble de démodulation 18, reçoit aussi un signal de référence provenant de la source d'émission.

A partir du signal de référence et des signaux issus des éléments d'antennes, cet ensemble génère deux signaux Basse Fréquence correspondant respectivement à l'amplitude Aei du champ diffracté reçu par un élément d'antenne 14i et à la valeur du déphasage PHei du champ diffracté, ces valeurs étant données pour une valeur de fréquence Fe de la source de miac-ondes.

Chaque élément de l'antenne 14i peut être repéré, par exemple, par rapport à la hauteur de la veine de mesure par une côte Pi, prise par exemple par rapport à la partie inférieure de la veine de mesure, à laquelle on associe un couple de valeurs relatives à l'amplitude Aei et au déphasage PHei du champ diffracté donc à la nature et à la quantité de la phase correspondant à cette côte.

Les deux signaux représentatifs du champ diffracté reçus par un élément d'antenne sont ensuite transmis au micro-contrôleur et mémorisés dans ce dernier, par exemple, sous forme d'une table de données comprenant des couples de valeurs, relatives à l'amplitude Aei et à une fréquence d'émission
Fe.

Afin d'améliorer la précision des mesures, il est possible de mesurer les valeurs d'amplitude et de déphasage pour plusieurs valeurs de fréquence Fe.

Dans ce cas, à la fin d'un cycle de mesures effectuées à une fréquence Fe de la manière décrite précédemment, le micro-contrôleur fixe la valeur de fréquence à une nouvelle valeur Fe+1 et recommence un cycle d'acquisition et de mesure et de mémorisation des nouvelles données A(e+l)i, PH(e+1)i
Les données peuvent se présenter, par exemple, sous la forme de matrices de points numérisés.

A l'aide d'un logiciel approprié qui tient compte, notamment des valeurs de la température et de la pression mesurées par les capteurs Cp et Ct, le micro-contrôleur traite les données et en déduit la proportion de chaque phase présente dans l'effluent, cette proportion pouvant être déterminée pour un endroit ou une zone de la veine. Ce traitement peut s'effectuer de différentes manières dont celles décrites ci-après.

* Le traitement peut comporter une étape au cours de laquelle, à partir des tables de données obtenues précédemment mémorisées et à partir de tables obtenues au cours d'essais préalables, il effectue une comparaison entre les données mesurées et ces tables obtenues préalablement pour en déduire la nature et la quantité d'une phase correspondant à une cote Pi.

* Dans un autre exemple de réalisation il fait, par exemple, appel à une valeur de seuil et à une loi de comportement des variations de l'amplitude et de la phase du signal obtenu en fonction de la fréquence, pour en déduire la nature de chaque phase et leur proportion.

* Il peut mettre aussi en oeuvre une méthode de classification des données par une méthode faisant appel aux réseaux neuronaux.

* une image de la répartition des phases peut être obtenue à partir de matrices de points numérisés et de valeurs de seuils appropriées.

Les données préalablement mémorisées peuvent avoir été obtenues à partir d'un fluide de composition connue et dans des conditions de pression et de température données.

Les figures 2A et 2B montrent des variantes possibles d'antennes utilisées dans le dispositif selon l'invention et leur disposition par rapport à la veine de mesure. La conception de ces antennes ainsi que le choix du matériau dans lequel elles sont réalisées permettent leur fonctionnement dans une large gamme de fréquence de préférence, entre 2 et 8 GHz.

Elles sont, adaptées, pour un effluent pétrolier de valeur de permittivité relative variable, par exemple, entre 1 et 300 et de préférence entre 1 et 100.

Les antennes 12 et 14 schématisées sur les figures 2A et 2B comportent, par exemple, 32 éléments 12i, 14i positionnés les uns à côté des autres et séparés par un matériau r, tel qu'une résine époxy, servant à adapter ces éléments entre eux et à assurer leur tenue pour des valeurs de pression relativement élevées, par exemple supérieures à 100 bars et à des températures pouvant être au moins égales à 100"C. La valeur de permittivité relative de cette résine peut être sensiblement égale à 4 et peut être une résine du commerce de type CW 1991 BO/HY 2954BD commercialisée par CIBA.

La surface rayonnante de l'antenne d'émission 12 est appliquée contre la fenêtre transparente aux micro-ondes et rayonne dans un plan perpendiculaire d'émission un champ micro-onde homogène et sensiblement uniforme sur la majorité de la surface d'émission.

On peut placer entre l'antenne d'émission 12 et la fenêtre 13 un matériau c, tel qu'une céramique, choisie pour optimiser la transmission en énergie et en phase du faisceau de micro-ondes pouvant varier, par exemple, entre 2 et 8 GEIz et assurer ainsi une pénétration maximale de ce dernier dans l'effluent pétrolier
De manière avantageuse, la céramique a une valeur de permittivité relative sensiblement égale à 30, choisie en fonction des valeurs maximum et minimum de la permittivité relative de l'effluent pétrolier.

Dans un autre mode de réalisation, non représenté, les antennes 12 et 14 sont constituées, par exemple, d'une rétine linéaire 1 telle que celle décrite dans le brevet FR-2.635.187 de la société SATIMO. Cette rétine est solidaire d'une antenne plate de type microstrip m dont le matériau est choisi en fonction des critères précédemment énoncés pour les antennes multiéléments.

Les antennes multiéléments schématisés aux figures 2A et 2B offrent une sensibilité supérieure par rapport aux antennes comportant une rétine linéaire précédemment mentionnée. Le pas ou distance entre les éléments 12i et 14i des antennes d'émission et de réception est fixé, par exemple, en fonction de la résolution spatiale recherché pour le dispositif, c'est-à-dire la distance entre les points de mesure du champ diffracté par les hétérogénéités.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'antenne d'émission 12 et l'antenne de réception 14 sont des antennes de type large bande, qui permettent, par exemple de fonctionner dans une gamme de fréquence comprise, par exemple, entre 1 et 40 GHz et de préférence entre 2 et 8 GHz.

Dans un autre mode de réalisation, le dispositif selon l'invention permet de déterminer la vitesse d'écoulement pour chaque phase circulant dans la conduite.

Une chaîne de mesure C2 ( Fig.lB) adaptée pour la mesure de vitesse, peut compléter de façon avantageuse le dispositif de mesure. Elle est, par exemple située en aval de la chaîne de mesure Cl.

Elle comprend, par exemple, un dispositif 23 d'émission d'un rayonnement, d'un dispositif de réception 24 de l'onde après la traversée de l'effluent polyphasique, ce dispositif de réception 24 étant relié à un dispositif de traitement de signal 25 qui est lui-même relié au micro-contrôleur 21. Les éléments sont reliés par des liaisons électriques identiques aux liaisons 22.

Les dispositifs de réception 24 et de traitement des signaux 25 sont par exemple similaires aux dispositifs décrits dans la demande de brevet du demandeur FR-94/08380 qui permet de réaliser un champ de vitesse pour un effluent polyphasique en corrélation dans une conduite, par exemple sur une hauteur de la veine de mesure.

Une autre façon de procéder consiste, à l'aide du dispositif approprié, à effectuer une mesure de vitesse par effet Doppler connue par les spécialistes.

Le dispositif d'émission de l'onde peut comporter une source d'émission d'ondes électromagnétique, telles que des micro-ondes, ou des ondes de pression telles des ondes acoustiques.

Une telle chaîne de mesure permet de déterminer de manière ponctuelle la valeur de la vitesse associée à un point de la conduite. Cette information est ensuite transmise au micro-contrôleur qui l'intègre au niveau du traitement de signal de manière à associer une valeur de vitesse à une phase dont la nature a été caractérisée en suivant, par exemple, les étapes de la méthode décrites en relation aux figures 1 et 3. A partir de la valeur de la vitesse et de la nature de la phase on détermine, à l'aide d'un module logiciel approprié, le débit associé à une phase de l'effluent polyphasique et ceci en plusieurs points de la conduite.

Une mesure de densité associée permet de remonter à la valeur du débit massique de chacune des phases.

Les courbes des figures 4A, 4B et 4C ont été obtenues sur un effluent pétrolier de type dispersé comportant trois phases distinctes, l'eau pure, l'huile, et du gaz à température ambiante.

La courbe 4A montre que la pente de variation de l'atténuation d'amplitude est suffisante pour distinguer la proportion d'huile contenue dans l extérieures et qui rend de plus le dispositif conforme aux normes de sécurité de l'industrie pétrolière.

La veine de mesure 1 est de préférence réalisée dans un matériau inattaquable par l'effluent pétrolier, notamment un matériau non corrodable au H2S. Elle peut comporter un matériau absorbant les hautes fréquences, non représenté sur les figures, situé dans sa partie inférieure et/ou dans sa partie supérieure qui permet de minimiser les rayonnements parasites de bord d'antenne et ainsi d'augmenter la précision des mesures qualité de l'image numérisée de la partie inférieure et de la partie supérieure de la veine, l'image étant obtenue à partir des données du tableau.

On ne sortira pas du cadre de l'invention en remplaçant la source variable en fréquence par une pluralité de sources émettant à des fréquences de micro-ondes déterminées et reliées au micro-contrôleur par un dispositif approprié permettant le passage d'une fréquence à une autre.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1) Méthode permettant de déterminer la proportion d'au moins une phase constituant une partie d'un milieu polyphasique comportant au moins une phase liquide et au moins une phase gazeuse, lesdites phases présentant au moins une caractéristique permettant de les discriminer caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un cycle de mesure défini par les étapes suivantes:

a) -on irradie le milieu polyphasique avec un champ électromagnétique provenant d'une première source d'émission, ledit champ ayant une valeur de fréquence fe, b) -on mesure la valeur de l'amplitude Aei et le déphasage Phei du champ électromagnétique ayant traversé ledit milieu, en au moins une côte Pi fixée par rapport au milieu polyphasique, et c) -à partir des mesures d'amplitude et de déphasage obtenues à l'étape b), de données préalablement mémorisées dans un moyen de traitement, et de la valeur de fréquence associée, on déduit la proportion de chacune des phases liquides et gaz pour au moins une côte Pi.

2) Méthode selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'on fait varier la valeur de fréquence du champ électromagnétique de fe à une fréquence fe+1, et on réitère les étapes a) à c).

3) Méthode selon la revendication 1 caractérisée en ce que la caractéristique discriminant les différentes phases au micro-onde est la permittivité.

4) Méthode selon les revendications 1 caractérisée en ce que le milieu polyphasique étant en écoulement dans une conduite de section donnée, on réalise le cycle de mesure comportant les étapes a à c et on en déduit la répartition et la proportion de chaque phase pour une section de la conduite définie par la direction du champ électromagnétique et un des côtés de la conduite ayant une direction non parallèle à la direction de propagation du faisceau de micro-ondes.

5) Méthode selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'on détermine les données préalablement mémorisées de l'étape c), à partir d'un fluide polyphasique dont la nature et la proportion des phases est connue.

6) Méthode selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'on irradie le milieu polyphasique avec un faisceau de micro-ondes de valeur de préférence comprise entre 2 et 8 GHz.

7) Méthode selon la revendication 4 caractérisée en ce que l'on mesure la vitesse d'au moins une phase contenue dans le milieu polyphasique et on détermine le débit de ladite phase.

8) Méthode selon la revendication 7 caractérisée en ce que l'on mesure la vitesse par effet Doppler.

9) Dispositif pour déterminer la proportion d'au moins une phase contenue dans un milieu polyphasique, ledit milieu polyphasique étant constitué d'au moins une phase liquide et d'au moins une phase gazeuse, ledit milieu étant en circulation dans une conduite de section connue, comportant en combinaison au moins un moyen d'émission d'un faisceau de micro-ondes, au moins un moyen de réception du faisceau de micro-ondes ayant traversé ledit milieu polyphasique, et un moyen de traitement et de commande permettant de déterminer directement à partir de mesures d'amplitude et de déphasage du faisceau ayant traversé le milieu polyphasique, le taux d'occupation de la phase liquide et/ou de la phase gazeuse pour une section donnée de la conduite.

10) Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que les moyens d'émission et de réception sont des antennes large bande comprenant plusieurs éléments, lesdits éléments étant séparés les uns des autres par un premier matériau et en ce qu'il comporte un second matériau (c) situé entre lesdites antennes et une fenêtre transparente aux micro-ondes de la conduite, lesdits premiers et second matériaux ayant des caractéristiques diélectriques permettant d'adapter lesdites antennes à une variation de permittivité relative du milieu polyphasique.

11) Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que ledit premier matériau est une résine époxy et le second matériau une céramique.

12) Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mesure de vitesse d'au moins une phase du milieu polyphasique.

13) Application de la méthode et du dispositif selon l'une des revendications précédentes à la détermination de la proportion de chaque phase constituant un effluent pétrolier.