FR2772915A1 - Methode et dispositif de debitmetrie polyphasique - Google Patents
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Abstract
Méthode de débitmétrie polyphasique où :* on détermine deux valeurs de pression P1 et P2 pour deux endroits différents A et B, et la valeur de la pression interne Po du dispositif,* on détermine la valeur du rapport volumétrique GLR de la phase gazeuse et de la phase liquide du milieu polyphasique, et les pressions différentielles Po-P1 et P2 -Po,* à partir des valeurs déterminées précédemment, de la connaissance des masses spécifiques de la phase gazeuse et de la phase liquide et/ ou de la valeur moyenne de la masse volumique du milieu polyphasique à l'intérieur d'un tube crépiné, d'une relation reliant au moins les paramètres suivants : GLR, (P1, P2 , Po), (rhog, rhol ou T 370>m), on détermine la valeur de débit total Qt du milieu polyphasique en écoulement et/ ou le débit de chacune des phases.
Description
La présente invention concerne une méthode et un dispositif pour
déterminer la valeur du débit d'une ou de plusieurs phases contenues dans un effluent polyphasique,
l'eftluent comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide.
L'invention s'applique pour déterminer le débit massique des phases d'un effluent
pétrolier comportant une phase gazeuse, une phase liquide (organique et aqueuse).
L'efftluent peut comporter éventuellement des particules solides telles que du sable, des
hydrates ou des paraffines.
L'invention s'applique notamment pour la production assistée d'un effluent pétrolier I( par injection de gaz dans la colonne (gas-hift) ou par injection de vapeur d'eau dans le gisement. La connaissance du débit massique des phases produites sur chaque puits à
chaque instant permet le réglage optimum des quantités des fluides injectés.
Différentes méthodes et dispositifs de débitmétrie sont connus de l'art antérieur.
Le brevet EP O 674 249 décrit une méthode et un dispositif permettant de mélanger une phase gazeuse et une phase liquide, et de déterminer la valeur du débit total des deux phases mélangées à l'intérieur d'un venturi. La méthode nécessite de procéder à une étape d'homogénéisation des deux phases avant de mesurer la valeur de pression à l'entrée et à la sortie du venturi, et à une étape de mesure de densité réalisée
par gammamétrie, imposant la présence d'une source radio-active.
Il est connu d'utiliser des ondes telles que des micro-ondes, ou des ultrasons pour déterminer le débit de la phase gazeuse et de la phase liquide constituant un effluent polyphasique. Les brevets US 4.812.739, US 4.820.970 et FR2.722.292 décrivent des méthodes, o l'on détermine ou l'on mesure d'une part la quantité de chacune de ces phases et d'autre part une valeur de vitesse moyenne ou la valeur de la vitesse pour chaque phase, pour en déduire respectivement le débit total moyen ou le débit de chaque phase. De tels disposititfs présentent toutefois l'inconvénient d'être coûteux et parfois
difficiles à installer.
L'objet de la présente invention concerne un dispositif ou débitmètre et une
méthode qui permettent de palier les inconvénients de l'art antérieur.
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La présente invention concerne une méthode pour déterminer la valeur du débit d'au moins une phase constituant une partie d'un milieu polyphasique en écoulement, ledit milieu polyphasique comportant au moins une phase liquide et au moins une phase gazeuse. Elle se caractérise en ce qu'elle comporte au moins les étapes suivantes a) on introduit le milieu polyphasique à l'intérieur d'une enceinte comportant au moins un conduit d'introduction, des moyens de prélèvement comprenant des orifices de prélèvement et au moins un conduit d'évacuation, b) on détermine au moins deux valeurs de pression Pl et P, en deux endroits différents A et B au moins de l'enceinte et/ou des moyens de prélèvement, et la valeur de la pression interne Po, c) on déternimine la valeur du rapport volumétrique GLR de la phase gazeuse et de la phase liquide du milieu polyphasique, et les pressions différentielles Po-Pl et Pz-Po, d) à partir des valeurs déterminées aux étapes b) et c), de la connaissance des masses spécifiques de la phase gazeuse et de la phase liquide et/ou de la valeur moyenne de la masse volumique du milieu polyphasique à l'intérieur du tube crépiné, d'une relation reliant au moins les paramètres suivants GLR. (Pl, P:. Po). (pg, pl ou pin), on détermine la valeur de débit total Qt du milieu polyphasique en écoulement et/ou le débit
de chacune des phases.
Selon l'invention, on peut déterminer la valeur du débit de la phase gazeuse et/ou de la phase liquide en faisant intervenir des relations entre les débits des phases et les différences de pression mesurées et notamment les relations suivantes q=SC12(P1- P0) qEPo, P2- P - gPo) q, = SIC,Q gP o o Sg et SI correspondent à la somme des aires des orifices situés respectivement dans la phase gazeuse et dans la phase liquide, z2 étant la distance entre l'interface liquide-gaz et un point,
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p,,g et p,, les masses volumiques pour le gaz et le liquide à la pression Po et pour une température T,
Cg et Ci les valeurs des coefficients de passage des orifices du tube cripiné.
On peut déterminer la valeur de GLR en effectuant une mesure du niveau de l'interface entre la phase gazeuse et les phases liquides dans l'enceinte, en tenant compte de la hauteur totale H du tube crépiné et des caractéristiques des moyens de prélèvement tels que la valeur du coefficient de perçage Co du tube, la fonction caractéristique du
perçage du tube crépiné équipant l'enceinte f(H.h).
On peut établir la relation entre les différents paramètres de l'étape d) en calibrant
Io le dispositif en faisant varier les valeurs de GLR, des pressions différentielles Po-Pl et P.-
Po et de la pression Po, des masses volumiques, pg, pl.
On peut déterminer la température et/ou la pression régnant au sein de l'enceinte et
on peut corriger les valeurs des masses spécifiques et/ou la valeur du GLR.
On peut déterminer la valeur de la masse volumique moyenne pm en mesurant la différence de pression en deux points éloignés d'une distance h sur le tube crépiné, on peut mesurer la différence de pression dans un organe déprimogène disposé entre la
sortie du tube crépiné et le conduit d'évacuation du milieu polyphasique.
L'invention concerne également un dispositif pour déterminer au moins la valeur du débit total d'un milieu polyphasique en écoulement, le milieu polyphasique comprenant au moins une phase liquide et au moins une phase gazeuse, le dispositif comportant une enceinte pourvue d'au moins un conduit d'introduction, d'au moins un conduit d'évacuation, et de moyens de prélèvement comprenant des orifices de prélèvement lde la phase liquide et de la phase gazeuse. Le dispositif se caractérise en ce qu'il comporte au moins trois moyens de mesure de la pression, l'un étant destiné à mesurer la pression interne de l'enceinte et les deux autres la pression régnant en deux endroits de l'enceinte et/ou des moyens de prélèvement, les endroits étant séparés par une distance d, des moyens permettant de déterminer la valeur du rapport volumétrique GLR de la phase gazeuse et de la phase liquide du milieu polyphasique en écoulerment, un ensemble de traitement permettant de mémoriser ces valeurs mesurées ou déterminées et des valeurs ) de paramètres déterminés initialement telles que les valeurs des masses volumiques de chaque phase ou la valeur moyenne de la masse volumique du milieu polyphasique, d'une relation reliant au moins les paramètres suivants: GLR, (Pl, P,, Po), (pg, pl ou pm), l'ensemble de traitement étant capable de déterminer au moins la valeur du débit total Qt
du milieu polyphasique.
Le dispositif peut comporter au moins un organe déprimnogène disposé entre la sortie des moyens de prélèvement et le conduit d'évacuation, les moyens de mesure de
pression étant disposés au niveau de l'organe déprimogène.
Le dispositif peut comporter des moyens permettant de déterminer la valeur
moyenne spécifique pin du milieu polyphasique au niveau des moyens de prélèvement.
Le dispositif peut comporter des moyens de mélange de la phase liquide et de la phase gazeuse disposés entre la sortie des moyens de prélèvement et l'entrée de l'organe déprimogène. Le dispositif peut comporter des moyens de filtration des particules solides contenues dans le milieu polyphasique en écoulement, les moyens étant disposés autour du tube crépiné et l'enceinte peut présenter en au moins une de ses extrémités une forme adaptée pour recevoir des particules solides et des moyens permettant d'évacuer les
particules solides.
L'enceinte est par exemple formée d'un tube ayant un diamètre intérieur Oint, le tube crépiné ayant un diamètre externe ext, le rapport Oint/Oext des diamètres varie de
1.5 à 5.
L'enceinte est par exemple formée d'un tube de diamètre intérieur Oint, le tube
crépiné ayant un diamètre externe Oext, et les tubes ne sont pas coaxiaux.
La présente invention s'applique avantageusement pour déterminer le débit total Qt d'un effluent pétrolier comportant au moins une phase liquide et au moins une phase
gazeuse, et éventuellement des particules solides.
Par rapport aux dispositifs de l'art antérieur, le débitrnètre selon l'invention présente notamment les avantages suivants * une simplicité dans sa conception et son fonctionnement, donc un coût réduit en s'affranchissant notamment des dispositifs de mesure densitométriques utilisant une 3o source radio-active, * une grande fiabilité,
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* une installation aisée dans des endroits qui peuvent être difficiles d'accès, * la possibilité d'associer la mesure de débitrnétrie à des fonctions de régulation dans le cadre d'une production pétrolière tels que la régulation de débit ou le dessablage, * la possibilité d'estimer les conditions de production de chaque puits en temps réel, et de les corriger éventuellement et automatiquement en agissant sur des organes de
régulation (vannes, débit de lift, débit de vapeur, etc..).
D'autres caractéristiques et avantages de la méthode selon l'invention seront mieux
compris et apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un exemple non limitatif
de réalisation en se référant aux dessins suivants: * la figure I schématise une variante de réalisation d'un débitmètre selon l'invention, * la figure 2 représente une variante de réalisation du dispositif de la figure I intégrant un dispositif déprimogène complémentaire. et * la figure 3 schématise une variante comprenant un moyen d'évacuation de particules
solides éventuellement présentes dans le fluide.
La méthode selon l'invention est mise en oeuvre par uin premier mode de
réalisation donné à titre non limitatif et décrit à la figure 1.
L'objectif recherché est d'obtenir la valeur de débit total et/ou la valeur de débit de chaque phase d'un milieu polyphasique en écoulement comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, et/ou la valeur du débit de chacune des phases. Le milieu polyphasique peut être un effluent pétrolier comportant une phase gazeuse et une phase liquide constituée généralement d'une phase aqueuse et d'une phase organique, et
éventuellement de particules solides (sable, cristaux d'hydrates et/ou de paraffines).
Le dispositif ou débitmètre comporte une enceinte I pourvue d'un conduit d'introduction 2 de l'effluent polyphasique, d'un conduit d'évacuation 3. et de moyens de
prélèvement tel qu'un tube de prélèvement 4 comportant des orifices de prélèvement 5.
l'ensemble tube et orifices étant désigné par l'expression tube crépiné. Les caractéristiques géométriques des orifices et leur distribution le long du tube de 3) prélèvement peuvent être fixées selon une méthode décrite dans le brevet FR-2.685.737
dont l'enseignement technique est incorporé par référence.
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Au moins deux capteurs de pression 6, 7 disposés à des niveaux dilfférents A et B de l'enceinte et/ou du tube de prélèvement, par exemple en bas et en haut lorsque le tube est disposé de façon sensiblement vertical, mesurent les valeurs de pression respectivement en sortie du tube crépiné au niveau du conduit d'évacuation 3 et à l'extrémité opposée de la sortie du tube crépiné. Un troisième capteur de pression 8 relié à la paroi de l'enceinte permet de mesurer la pression interne P( de l'enceinte. Un exemple de disposition des capteurs de pression
par rapport au tube crépiné est donné ci-après à la figure 2.
Des moyens permettant de déterminer la valeur du rapport volumétrique de la phase gazeuse et de la phase liquide (en abrégé GLR) à l'intérieur de l'enceinte, par exemple un détecteur de niveau 9 de l'interface phase gazeuse-phase liquide, équipent le débitmètre. Un capteur de température 10 mesure la température réelle à l'intérieur de
l'enceinte 1.
Les différents capteurs de pression et de température, les moyens de détermination du GLR peuvent être reliés à des moyens de calcul et de traitement 1 1 de données, par exemple un micro-contrôleur. Ce microcontrôleur est capable de mémoriser des données propres au fluide polyphasique par exemple les valeurs des masses volumiques de chacune des phases pg, pl ou encore la valeur moyenne du mélange pm, des valeurs de référence qui vont servir au traitement des données, une ou plusieurs relations H reliant les différents paramètres mesurés et les données. Le micro-contrôleur est aussi programmé pour déduire la valeur du débit total Qt de l'effluent et/ou la valeur du débit
de chacune des phases Qg, Ql.
La distribution des orifices peut aussi être choisie pour obtenir un mélange des
phases de l'effluent à l'intérieur du tube crépiné.
Description de la méthode permettant d'obtenir la valeur du GLR et du débit total
Qt à partir des mesures de Po, P1, P2 a) les masses volumiques moyennes des phases liquides et gazeuses p,,,, et p. f sont préalablement déterminées par une mesure sur un échantillon de fluide diphasique dans des conditions de température et pression connues T, et P1 Si ces masses volumiques peuvent évoluer sur le long terme, en raison par exemple de l'augmentation de la proportion d'eau dans la phase liquide par dles venues d'eau croissantes ou plus généralement de variations dans la composition des effluents, les masses volumiques sont périodiquement contrôlées pour ajuster les valeurs considérées dans le cycle de calcul décrit ci-dessous. La périodicité des mesures dles masses volumtiques peut aller de quelques dizaines d'heures à plusieurs semaines en fonction de
la rapidité des variations et de la précision souhaitée.
b) on mesure la pression P0 à l'intérieur de l'enceinte, et éventuellement la température T0 si celle-ci varie sensiblement en fonction du temps au cours des mesures du débit effectuées au moyen de la présente invention. Ces mesures permettent d'ajuster les masses volumiques mesurées dans les conditions réelles de température et de pression
existant dans l'enceinte pour obtenir les masses volumiques p0, et po,.
En supposant que le gaz est parfait, on obtient pour la masse volumrique du gaz
P0 Tr.
Po, = Pg,-f --. On peut utiliser une loi (équation d'état) plus précise que la loi refO des gaz parfaits pour améliorer la précision de la méthode. On peut aussi tenir compte du dégazage de la phase liquide, éventuellement de la condensation, qui fait varier le
volume gazeux avec la chute de pression.
La masse volumique du liquide peutit également être ajustée pour tenir compte de sa dilatation thermique et du dégazage par des formules bien connues, l'effet de la
2() compressibilité pour de faibles variations de pression étant en général négligeable.
c) on mesure la pression à l'intérieur du tube crépiné aux moins en deux points P, en un point A situé de préférence en partie haute du tube et P2 en un point B situé de préférence en partie basse du tube, ces points étant choisi de façon à ce que l'interface entre la phase gazeuse et la ou les phases liquides reste comprise entre A et B. d) en utilisant des formules bien connues des hydrauliciens, on détermine les débits gazeux q, et liquides q. dans les orifices du tube crépiné à partir des différences P - P et P2 - P. des masses volumiques p01 et P0,, et des caractéristiques géométriques et hydrauliques des orifices du tube crépiné aire S et coefficients de perçage C, qui dépendent de la géométrie de l'orifice et du nombre de Reynolds:
P2( - Po) -
q. = SC, 9gP o 2 étant la distance entre l'interface (liquide-gaz) et le point B et S. S. les sommes des aires des orifices situés respectivement dans la partie gazeuse et liquide. Ces aires,
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et par suite les débits, dépendent du niveau de l'interface dans l'enceinte S. = fj(h.
H). S, = f:(h, H).
e) les masses volumiques p," et p,, et les débits gazeux. éventuellement les débits liquides, à différents niveaux du tube crépiné sont corrigés pour tenir compte de la chute de pression Pl - P0 en haut du tube et P2 P0 en bas par la méthode exposée ci-
dessus au b).
f) à partir des débits q, et q, on calcule la pression différentielle hydrostatique et les pertes de charge entre les points A et B. Au point A on a p, = Po et et q2, q,,.e P T0 q = P0 et a point B P p,, o etq2 =qp En négligeant la masse volumique du gaz, la masse volumique moyenne du mélange q/ diphasique au point B vaut P2 = pI.q et la différence de pression ql + q2, hydrostatique vaut A aph, t=- g ' La perte de charge est fonction du carré
2 q, + q2.
du débit total calculé Qt = q2 + q, et du GLR estimé par le rapport obtenus au qt moyen de formules ou d'abaques bien connus des spécialistes. On peut donc calculer la différence de pression P2 - P,, par l'expression: (P2 P, à>kt. Ph", - APp1r.: = 2g -2 - K (q, + q2,) --2 q, + q2, q:., o K dépend des caractéristiques de l'écoulement et du rapport Cette pression el
différentielle calculée dépend de la position supposée de l'interface.
On compare alors cette valeur calculée à la différence des pressions mesurées P2 - P. Cette comparaison permet de modifier en plus ou en moins la position supposée de l'interface et, par une approche itérative, de déterminer la position supposée de l'interface qui permet d'ajuster au mieux les pressions mesurées aux pressions calculées. Lorsque la méthode a convergé et permis d'obtenir un niveau et des débits gazeux clq, et liquides q, on déternile alors le débit total Qt = q, + qc et le GLR par q0.
le rapport-
q, Le calcul des débits peut être rendu plus précis de plusieurs façons. On peut en premier lieu tenir compte de la masse volumique de la phase gazeuse, on utilise
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P,P + p2 2 au lieu de 2 = p et on tient compte de t72.....=Pt+ P2,, a i u d 2,m O q1 +C2 q(+ q2 Éi + qÉ2, cette nouvelle densité dans toutes les relations qui en dérivent. En second lieu, on peut discrétiser le tube crépiné en plusieurs tronçons et écrire les relations pressions-débit sur chaque tronçon ecl cumulant les débits partiels en progressant du point A vers le point B. La pression interne dans le tube peut être estimée de proche en proche à partir de la pression mesurée P, au point A par une relation semblable à celle qui est indiquée plus haut. Dans ce calcul on peut généralement négliger les pertes de charge dans les parties
du tube uniquement remplies de gaz.
Les relations entre les pressions mesurées P, P, et P2, les masses volumiques q, et q,, et le débit total ou GLR peuvent être de type analytique, mémorisées dans Lun micro-calculateur, avec un ensemble de traitement programmé. Elle peut aussi se présenter sous la forme d'un ensemble de données obtenues par des essais ou par l'étalonnage d'un dispositif et traduites sous forme d'abaques ou d'une base de données
mémorisées dans le micro-calculateur.
Les calculs itératifs destinés à déterminer le niveau de l'interface peuvent être supprimés si ce niveau est directement déterminé par une mesure. Le GLR peut être obtenu à partir de la lecture du niveau par la relation SciP, -Po
S. C P Z.
GLR= - aveCI
2 (0)
Sg - =f(h, H) et Si Des mesures de la température et de la pression régnant dans l'enceinte peuvent
être prises en compte pour corriger la valeur de GLR.
Les mesures de la température régnant à l'intérieur de l'enceinte et des valeurs de pression aux points A et B ou la valeur de pression interne Po peuvent aussi être utilisées pour corriger les valeurs des masses spécifiques, par exemple en utilisant la loi des gaz parfaits ou une loi plus élaborée choisie en fonction de la précision souhaitée par
l' opérateur.
La mesure de Po sera par exemple réalisée au niveau du conduit d'introduction de
l'effluent.
I() 2772915
La figure 2 décrit un autre mode de réalisation ou l'on utilise uin organe déprimogène pour mesurer la différence de pression AP=P -P, par exemple un venturi
disposé directement à la sortie référencée 2 1 du tube crépiné 4.
L'organe déprimogène peut aussi être un orifice calibré, une tuyère ou tout autre
moyen adapté à mesurer une perte de charge.
Le venturi repose par exemple sur un support 22 avec encoche d'indexation en azimut. Il comporte des évidements calibrés permettant l'introduction du tube cr-épiné 4, du conduit d'évacuation 3 et éventuellement des tubes de prise de pression 23, 24, les
évidements n'étant pas représentés pour des raisons de clarté de figure.
Les tubes de prise de pression 23, 24 passent au travers d'ouvertures 25, 26 de
l'enceinte 1, qui sont équipées de moyens adaptés pour assurer l'étanchéité de l'ensemble.
Dans certains cas d'applications, par exemple celui décrit à la figure 3, le tube crépiné peut aussi comprendre une poche de sédimentation de fines particules de sable
1 5 faisant amortisseur et anti-abrasion du fond.
L'écoulement de l'effluent à l'intérieur du venturi pouvant être considéré comme un écoulement dispersé homogène compte tenu du mélange dans le tube perforé, la relation liant la différence de pression à la vitesse de l'effluent est de la forme AP = K pm V2 (3)
K2 une constante qui dépend de la géométrie du venturi.
A partir de la mesure du AP, entre l'entrée et la sortie du venturi, de la valeur de la masse volumique moyenne pm de l'écoulement et en appliquant la relation (3), on détermine la valeur de la vitesse de l'écoulement V de l'effluent et donc la valeur de son
débit total Qt, par rapport à la section du venturi prise par exemple à la sortie.
Selon un autre mode de mise en oeuvre la valeur de la masse volumique moyenne pm est mesurée à l'aide du tube crépiné disposé avant le venturi, ce qui permet
notamment d'augmenter la précision des mesures.
On mesure par exemple la valeur de pression en un premier point A situé à la partie supérieure du tube crépiné et en un second point C correspondant au niveau de la
jonction du tube crépiné et du venturi, les deux points A et C étant distants de d.
th 1 2772915 La valeur de AP mesurée sera reliée à une valeur moyenne de la masse volumique
pm en suivant la méthode comprenant les étapes a) à f) décrites précédemment.
A partir de la valeur "mesurée" de pm, de la mesure de la différence de pression AP=AP: dans le venturi, et en appliquant la relation (3), on déduit la valeur de la vitesse V au niveau du venturi et la valeur du débit total de l'effluent Qt. Les valeurs de pression et de température peuvent être prises en compte pour
colTrriger la valeur du GLR, comme il a été mentionné précédemment.
Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible de positionner entre la sortie 21 du tube crépiné et l'entrée du venturi 20, un dispositif ayant pour fonction d'optimiser le ir mélange de la phase gazeuse et de la phase liquide amorcé à l'intérieur du tube crépiné avant leur passage dans le venturi 20 ayant pour fonction de mesurer la différence de pression. Le dispositif peut être un venturi. I1l peut être disposé à l'intérieur ou à
l'extérieur de l'enceinte.
Lorsque l'effluent pétrolier est chargé en particules solides (sable, précipités divers, hydrates ou paraffines) il peut s'avérer avantageux d'éliminer ces particules avant de le
transférer dans une conduite de transport.
Ces particules peuvent en effet former des dépôts gênant l'écoulement de l'effluent,
ou encore détériorer les parois internes de la conduite de transport.
La figure 3 décrit une variante du dispositif de la figure 2 équipé de moyens suLpplémentawres permettant de réaliser la séparation et la filtration des particules, avant le
passage de l'écoulement dans le tube crépiné.
Le conduit d'introduction 2 de l'effluent polyphasique peut être prolongé par une entrée tangentielle 30 de façon à créer un effet centrifuge. L'effet centrifuge conduit à
éloigner les particules solides du tube crépiné 4.
Le tube crépiné est entouré par un filtre 31, à titre d'exemple un filtre de type Johnson 100 microns, pour des particules solides ayant une taille moyenne voisine de 200 microns. Ces filtres sont utilisés classiquement dans l'industrie pétrolière. Un fil métallique inoxydable de section trapézoïdale est enroulé à pas constant laissant iun espace libre entre les spires de la dimension requise. On minimrise ainsi le passage de
1 2 2772915
particules fines à l'intérieur du tube crépiné qui pourraient notamment obstruer les
orifices de prélèvement.
L'enceinte 1 peut présenter au niveau de sa partie inférieure une géométrie adaptée pour recevoir les particules solides et faciliter leur vidange, par exemple une tforme conique représentée sur la figure par un cône à sable référencé 32 ayant uLin angle au sommet oc. La valeur de l'angle oX peut être choisie en fonction de l'angle de frottement interne des particules ou du sable pour le glissement à la paroi 33 interne de l'enceinte
sans adhérence.
Le conduit d'évacuation 3 est de préférence disposé au-dessus de la partie en
fori-me de cône pour empêcher le passage des particules solides.
Une rampe de fluidisation 34 par injection d'eau avec jets tangentiels pourvue d'orifices 35 répartis sur une majorité de sa longueur est disposée parallèlement par exemple à la paroi conique. L'eau est introduite par un conduit 36 équipé par exemple
d'une vanne 37 de régulation du débit injecté.
> L'enceinte est pourvue d'un orifice d'évacuation 38 des particules solides situés par exemple au sommet de la partie en forme de cône. L'orifice est relié par l'intermédiaire d'une vanne à sable 39 par exemple à un réservoir externe 40 de sable qui permet de vidanger l'enceinte selon des séquences pilotées par exemple lorsque le niveau de sable dans l'enceinte atteint une valeur donnée. Pour contrôler ces séquences de
vidange l'enceinte comporte un moyen de détection 41 de niveau qui est relié au micro-
controleur. Un contrôle similaire peut éventuellement être réalisé dans le réservoir
supplémentaire 40.
Des moyens externes à l'enceinte tels que des vibreurs 41 permettent de faciliter l'écoulement des particules dans le réservoir supplémentaire et éventuellement de les
décoller des parois si le besoin s'en fait sentir.
Le réservoir externe 40 est amovible et sert une fois rempli à évacuer les dépôts
solides vers une unité de traitement de dépollution.
Dans les différents modes de réalisation décrits ci-dessus, l'enceinte I n'a pas besoin de constituer une capacité tampon amortissant les variations de GLR de l'effluent
13 2772915
contrairement à l'application mentionnée dans le brevet FR-2.685.737. Le volume intérieur peut étre réduit et l'enceinte peut être constitué d'un tube dispose de manière concentrique au tube crépiné. Le diamètre intérieur (int du tube I est supérieur au diamètre extérieur du tube crépiné. le rapport entre (Dext/ (int étant choisi pour assurer une separation suffisante des phases liquides et gazeuses, tout en réduisant la quantité
d'etffiluent tampon. A cet effet, le rapport OPext/ Dint est choisi de préférence entre 1,5 et
5,0() et de
préférence entre 2,0 et 4,0.
L'ensemble formé de l'enceinte 1 et du tube crépiné 4 peut être disposé selon un axe sensiblement vertical comme il a été décrit aux figures précédentes, ou encore sans sortir du cadre de l'invention, selon un axe incliné par rapport à une verticale pour faciliter la séparation des phases gazeLuse et liquide. L'inclinaison peut être de 45 environ. Les axes du tube crépiné et du tube formant l'enceinte pourront ne pas être coaxiaux. La distribution des orifices de prélèvement s'effectue par exemple selon le mode
décrit dans l'un des brevets du demandeur US-5.421.357 ou US-5.494.067.
L'invention peut être utilisée pour estimer des conditions de production des puits
pétroliers et pour l'optimisation de la gestion des réservoirs.
Le dispositif selon l'invention peut être intégré sur un bloc de vannes situé en tête de puits habituellement désigné sous le nom d'arbre de Noël dans l'industrie pétrolière,
par exemple dans des applications sous-marines.
14 2772915
Claims (10)
1 - Méthode pour déterminer la valeur du débit d'au moins une phase constituant une partie d'un milieu polyphasique en écoulement, ledit milieu polyphasique comportant au moins une phase liquide et au moins une phase gazeuse, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins les étapes suivantes a) on introduit le milieu polyphasique à l'intérieur d'une enceinte (1) comportant au moins un conduit d'introduction (2), des moyens de prélèvement (4) comprenant des orifices de prélèvement (5) et au moins un conduit d'évacuation (3), b) on détermine au moins deux valeurs de pression Pl et P. en deux endroits différents A et B au moins de ladite enceinte et/ou des moyens de prélèvement, et la valeur de la pression interne Po, c) on détermine la valeur du rapport volumétrique GLR de la phase gazeuse et de la phase liquide dudit milieu polyphasique, et les pressions différentielles Po-Pl et P2-Po, d) à partir des valeurs déterminées aux étapes b) et c), de la connaissance des masses spécifiques de la phase gazeuse et de la phase liquide et/ou de la valeur moyenne de la masse volurnique du milieu polyphasique à l'intérieur du tube crépiné, d'une relation reliant au moins les paramètres suivants GLR, (Pl, P2, Po), (pg, pl ou pm), on détermine la valeur de débit total Qt du milieu polyphasique en écoulement et/ou le débit
de chacune des phases.
2 - Méthode selon la revendication I caractérisée en ce que l'on détermine la valeur du débit de la phase gazeuse et/ou de la phase liquide en faisant intervenir des relations entre les débits des phases et les différences de pression mesurées et notamment les relations suivantes
2( P, - P)
gPo, - P0 - gpol 2 q, = SIC, gp01 o S, et SI correspondent à la somme des aires des orifices situés respectivement dans la phase gazeuse et dans la phase liquide, z2 étant la distance entre l'interface liquide- gaz et un point, pog et po, les masses volumiques pour le gaz et le liquide à la pression Po et pour
une température To.
Cg, et Cl les valeurs des coefficients de passage des orifices du tube crépiné.
3 - Méthode selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'on
détermine la valeur de GLR en effectuant une mesure du niveau de l'interface entre la phase gazeuse et les phases liquides dans l'enceinte, en tenant compte de la hauteur totale H du tube crépiné et des caractéristiques des moyens de prélèvement tels que la valeur du coefficient de perçage Co du tube, la fonction caractéristique du perçage du tube
crépiné équipant l'enceinte f(H,h).
4 - Méthode selon l'une des revendications I à 3, caractérisée en ce que l'on établit
la relation entre les différents paramètres de l'étape d) en calibrant le dispositif en faisant varier les valeurs de GLR, des pressions différentielles Po-Pl et P2-Po et de la pression
Po. des masses volumiques, pg, pl.
- Méthode selon l'une des revendications I à 4, caractérisée en ce que l'on
déternmine la température et/ou la pression régnant au sein de ladite enceinte et on corrige
les valeurs des masses spécifiques et/ou la valeur du GLR.
6 - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on détermine la valeur de la masse volumique moyenne pm en mesurant la différence de pression en deux points éloignés d'une distance h sur le tube crépiné, on mesure la différence de pression dans un organe déprimogène disposé entre la sortie du tube crépiné et le conduit
d'évacuation du milieu polyphasique.
16 2772915
7 - Dispositif pour déterminer au moins la valeur du débit total d'un milieu polyphasique en écoulement. ledit milieu polyphasique comprenant au moins une phase liquide et au moins une phase gazeuse, le dispositif comportant une enceinte ( 1) pourvue d'alu moins un conduit d'introduction (2), d'au moins un conduit d'évacuation (3), et de moyens de prélèvement comprenant des orifices de prélèvement de la phase liquide et de la phase gazeuse caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois movens de mesure de la pression, l'un étant destiné à mesurer la pression interne de l'enceinte et les deux autres la pression régnant en dcieux endroits de ladite enceinte et/ou des moyens de prélèvement, les endroits étant séparés par une distance d, des moyens permettant de déterminer la valeur du rapport volumétrique GLR de la phase gazeuse et de la phase liquide dudit milieu polyphasique en écoulement, un ensemble de traitement permettant de mémoriser ces valeurs mesurées ou déterminées et des valeurs de paramètres déterminés initialement telles que les valeurs des masses volumiques de chaque phase ou la valeur moyenne de la mnasse volumique du milieu polyphasique, d'une relation reliant au moins les paramètres suivants: GLR. (PI, P2. Po), (pg, pl ou pm), ledit ensemble de traitement étant capable
de déterminer au moins la valeur du débit total Qt dudit milieu polyphasique.
8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un organe déprimogène disposé entre la sortie des moyens de prélèvement et le conduit 2<) d'évacuation, lesdits moyens de mesure de pression étant disposés au niveau de l'organe déprimogène. 9 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant de déterminer la valeur moyenne spécifique pm du milieu polyphasique au
niveau des moyens de prélèvement.
- Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il
comporte des moyens de mélange de la phase liquide et de la phase gazeuse disposes
entre la sortie des moyens de prélèvement et l'entrée dudit organe déprimogène.
1 7 2772915
Il - Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il
comporte des moyens de filtration des particules solides contenues dans ledit milieu polyphasique en écoulement, lesdits moyens étant disposés autour dudit tube crépiné (4) et en ce que l'enceinte présente en au moins une de ses extrémités une forme adaptée pour recevoir des particules solides et des moyens permettant d'évacuer lesdites
particules solides.
12 - Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que ladite enceinte est formée d'un tube ayant un diamètre intérieur Oint, ledit tube crépiné ayant un diamètre
externe 0ext, le rapport Oint/oext des diamètres varient de 1.5 à 5.
13 - Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que ladite enceinte est formée d'un tube de diamètre intérieur Oint, le tube crépiné ayant un diamètre externe
Oext, et en ce que lesdits tubes ne sont pas coaxiaux.
14 - Application du dispositif selon l'une des revendications 7 à 13 et de la
méthode selon l'une des revendications 1 à 6 pour déterminer le débit total Qt d'un
effluent pétrolier comportant au moins une phase liquide et au moins une phase gazeuse,
et éventuellement des particules solides.
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Effective date: 20120831 |