LU82828A1 - Appareil et procede pour melanger une matiere fluide et une matiere d'apport - Google Patents
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Description
D. 51.3o2
-8i8-£8 GRAND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG
Brevet N° ................................................
du ......B.....no^-o-hr-o 1 Qftr> $0¾¾ Monsieur le Ministre de l’Économie et des Classes Moyennes
Titre délivré......................................... Service de la Propriété Intellectuelle
LUXEMBOURG
Demande de Brevet d’invention
Demante d ' addition aubrevetluxembcurgeodA.^ 1979 I. Requête ....Ia..s.o.c±ëfc.é.....&ifce.;.....GEQSQU.RCJB.....XNC.*..#......27.Q.O......South...P.ost.....Q.ak.....RQad.,......— (1) ......Suit©.....2.QQ.Q.,......cLHQ!IST.QN.,......T.exa.s......7.7..Q.5.6..,.....E.ta.tSrHnls.....d.,.Âmérique.,_____________ ' ....xepr.ês.ent.é.e....p.ar...Hous.i©ur..i3ÎJi©.gue.S-...!â©..Jiuy.s.©r.i......a.gJL.ss.aiLt„„.©u--------------------- (2) .....qualité.....da...iaandatair.e________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ dépose(nt) ce huit. octQhrfi....l9.o.Q.....quatre-vingt_________________________________________________ (3) à.........15.......... .... heures, au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, à Luxembourg : , I. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d’invention concernant : * ......"Apparail...e.t .pr.ocâdé....poxir....mâlanger....une....iaati.èr.e.....fluide.....e.t---------------- (4) ..........une..raafciàre....diappor.t"·--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2. la délégation de pouvoir, datée de ...HQ.U.S.T.QN,......T.e*as..... le ......1.5„....aQÎlt.....l9..8.Q__ 3. la description en langue..........française..........................de l’invention en deux exemplaires; 4............3..................planches de dessin, en deux exemplaires; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, le......8......o.ct.obr.e....,19..8.Q.........................................................................................................................................................................................................
déclare(nt) en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeur(s) est (sont) : .....Roger.....WilsonDAY,.....123.1.8.....Gobblestone,......AJäOUSTQN.,.....Texas...7.7.0.24.,,, (5) .....E.tats-Unis.....d,,.Âmérique....................................................................................................................................................................................
revendiquent) pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demande(s) de (6)...............................brevet......................................déposée(s)M (7) ..aux...J.fcata-Uni.S.....d!Mér.ique______________ le......2o......j.uin.....l9.8.o...........(No.*.....161....3.9..6.)............................................................................................................................................. (8) au nom de .. .......l.'..invenfceur.................................................................................................................................................................................... (9) élit(élisent) pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg_________________________ .....35,.....bld,......Royal____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(10) sollicite(nt) la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les ^ annexes susmentionnées, — avec ajournement de cette délivrance à..... .......U_____________________ .............mois. (11)
Le ............u........A......A Λ II. Procès-verbal de Dépôt
La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, Service de la Propriété Intellectuelle à Luxembourg, en date du : _8 octobre 198o
Pr. le Ministre à........1.5............ heures l’Économie et des^hsses Moyennes, D. 51.3o2
REVENDICATION DE LA PRIORITE
" de la demande de brevet //«ή/ / JÉrf/ Aux ETATS-UNIS D'AMERIQUE SU 20 JUIN 1980
Demande d'addition au brevet luxembourgeois No. 8o.753 du 2 janvier 1979 Mémoire Descriptif déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D’INVENTION
au
Luxembourg au nom de : GEOSOURCE INC., pour : "Appareil et procédé pour mélanger une matière fluide et une matière d'apport".
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L
L'invention concerne un appareil et un procédé pour mélanger un liquide ou une boue de forage avec des matières solides ou liquides. L'invention concerne plus particulièrement un mélangeur centrifuge à plusieurs étages 5 tournant à vitesse élevée pour produire un mélange homogène des matières fluides et d'apport.
L'invention peut s'appliquer en particulier au mélange d'une boue de forage et d'une matière d'apport ou matière ajoutée pour produire une suspension de boue de 10 forage.
Lors des opérations de forage pour la recherche , d'hydrocarbures, il est nécessaire de régler la charge hydrostatique de la boue de forage se trouvant au fond du sondage. La boue de forage est utilisée pour empêcher les 15 hydrocarbures sous pression géostatique de remonter à la surface. Au fond du sondage, les hydrocarbures sous pression géostatique sont entourés de gaz naturels qui sont également sous pression. Cette pression peut être définie comme étant une pression de formation. La charge hydrostatique de la boue 20 de forage doit être supérieure à cette pression de formation pour empêcher la boue d'être refoulée du sondage.
Un second problème rencontré lors des opérations de forage pour la recherche d'hydrocarbures est l'évacuation des débris de coupe du trépan vers la surface du sondage, ces 25 débris étant constitués de roches détachées et d'autres corps coupés dans le fond du sondage par le trépan. Une suspension de boue est également injectée dans le sondage pour faire flotter ou remonter ces débris de coupe du fond du sondage.
Pour chacune des utilisations précitées d'une 30 suspension de boue lors des opérations de forage à la recherche d'hydrocarbures, la densité de la boue et sa viscosité sont très importantes. Par exemple, la pression de formation des hydrocarbures rencontrés au fond du sondage est d'autant plus grande que ce sondage est profond et, par 35 conséquent, la boue doit avoir une plus grande densité pour maintenir la charge hydrostatique convenable au fond du sondage. Lorsque cette charge hydrostatique est supérieure à la pression de formation, elle s'oppose à l'éruption des gaz ' 2 v naturels et d'autres hydrocarbures hors du sondage, comme indiqué précédemment.
En outre, les opérations de forage pour la recherche d'hydrocarbures exigent l'utilisation d'une boue 5 ayant une viscosité telle que, lorsqu’elle est injectée dans un sondage, elle permette aux débris de coupe d'être entraînés vers la surface. Ce type de boue visgueuse est obtenue par un mélange d’argile ou de bentonite et d’eau. Pour obtenir une densité convenable de boue permettant de 10 maintenir la charge hydrostatique au fond du sondage, on concentre davantage un mélange de suspension de boue avec des 4 matières à haute densité, par exemple du sulfate de baryum, c'est-à-dire de la barytine.
Il existe plusieurs procédés et appareils 15 décrits dans l'art antérieur et permettant de régler la densité et la viscosité de la suspension de boue utilisée au cours d'opérations de forage pétrolier. Cependant, aucun de ces appareils ne donne totalement satisfaction, en particulier en ce qui concerne le mélange d'une matière fluide ou 20 pouvant s'écouler et d'une matière d'apport ou matière ajoutée, qui est solide.
Il est décrit dans l'art antérieur un appareil de mélange qui comprend une chambre annulaire de mélange présentant deux orifices d'entrée et à laquelle un canal axial est 25 relié. En faisant arriver tangentiellement un fluide dans un orifice d'entrée de la chambre annulaire, on obtient une grande vitesse de rotation à l'intérieur de la chambre et, par conséquent, la formation d'un tourbillon ou d'une colonne d'air dans le canal axial. Un second fluide est ajouté en 30 pénétrant axialement dans la chambre de mélange par le second orifice d'entrée, et ce second fluide est mélangé au premier fluide sous l'effet des forces engendrées par la rotation du premier fluide dans la chambre. Lorsque le mélange avance dans le canal axial de la chambre de mélange, il continue de 35 tourner dans le même sens que le fluide contenu dans la chambre annulaire. Cependant, lorsque le fluide est chassé du conduit axial de la chambre de mélange pour pénétrer dans une seconde chambre, le tourbillon est détruit avant que le 3 fluide ne s’écoule par un orifice de décharge. Il en résulte un accroissement de la turbulence réalisant le mélange des fluides et le début d'une rotation en sens opposé à celui de la rotation des fluides dans la chambre de mélange. Un tel 5 appareil est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2 957 495. Cet appareil ne permet pas l'injection de matières solides dans la chambre annulaire de mélange. De plus, étant donné qu'il est utilisé principalement pour mélanger un fluide ou un gaz par injection de ce fluide ou de 10 ce gaz dans un fluide, tout essai de mélange d'un solide dans un fluide entraîne un engorgement du conduit axial de la chambre annulaire et rend l'appareil inopérant. En outre, les * matières à haute densité telles que la barytine, qui ne sont pas fluides, rendent inopérants les appareils tels que celui 15 décrit dans le brevet N° 2 957 495 précité, car une matière non fluide ne peut s'écouler dans le coude du conduit d'entrée comme décrit dans le brevet précité.
L'invention concerne donc un appareil destiné à mélanger une matière fluide et une matière d'apport, et 20 comprenant un corps annulaire comportant une chambre intérieure destinée au mélange des matières, un orifice d'entrée qui est relié tangentiellement à la chambre intérieure de mélange afin d'introduire tangentiellement une matière fluide dans cette chambre intérieure pour provoquer 25 un mouvement centrifuge et engendrer ainsi un tourbillon formé par cette matière fluide, un élément qui est associé fonctionnellement au corps annulaire afin d'assurer l'alimentation en matière d'apport par introduction de cette dernière dans la matière fluide contenue dans la chambre' 30 intérieure, un dispositif destiné à mélanger cette matière fluide et cette matière d'apport et comprenant une cloison annulaire intérieure disposée dans le corps intérieur afin de le diviser en la chambre intérieure et une chambre extérieure de mélange, et au moins une cloison extérieure annulaire 35 disposée dans la chambre extérieure de mélange afin de la diviser en deux chambres de mélange extérieures, espacées radialement, les deux cloisons étant disposées de manière que la matière à mélanger se déverse au-dessus d'une première cloison, et passe au-dessous de l'autre cloison.
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Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, l'appareil de mélange comporte plusieurs cloisons extérieures annulaires qui sont espacées radiale-ment de manière à délimiter à l'intérieur du corps plusieurs 5 chambres de mélange espacées radialement, les cloisons étant disposées de manière que la matière en cours de mélange passe alternativement au-dessus et au-dessous des cloisons successives tout en continuant de tourner dans le même sens dans les chambres annulaires de mélange.
10 Dans une forme de réalisation de l'invention, l'entrée peut être reliée tangentiellement à la partie supérieure de la chambre intérieure de mélange et les cloisons peuvent être placées dans le corps annulaire afin que les matières se mélangeant s'écoulent au-dessous de la cloison 15 intérieure et se dirigent vers la cloison extérieure qui suit afin de passer au-dessus d'elle, et ainsi de suite. Le corps peut présenter avantageusement un canal de décharge qui est tangentiel au corps annulaire et qui est placé à une certaine distance au-dessous du canal d'entrée.
20 L'invention concerne également un procédé pour mélanger une matière fluide et une matière d'apport afin de produire un mélange, ce procédé consistant à introduire une matière fluide tangentiellement dans une chambre intérieure de mélange située dans un corps annulaire comportant 25 plusieurs cloisons annulaires espacées radialement et divisant ce corps en une chambre intérieure et en plusieurs chambres de mélange extérieures, orientées radialement vers l'extérieur, la matière fluide étant introduite dans la chambre intérieure afin de suivre un mouvement centrifuge et 30 de former un tourbillon, le procédé consistant également à introduire une matière d'apport dans la chambre intérieure afin que le mouvement centrifuge de la matière fluide entraîne cette matière d'apport radialement vers l'extérieur, dans ladite matière fluide, à associer la 35 matière fluide et la matière d'apport pour qu'elles forment un mélange en faisant passer les matières se mélangeant alternativement au-dessus et au-dessous des cloisons successives pendant que la matière en cours de mélange continue de 5 tourner dans le même sens dans chaque chambre de mélange, et à décharger le mélange du corps.
Bien que l'invention puisse s'appliquer au mélange de divers types de matières, y compris plusieurs 5 matières fluides ou pouvant s'écouler, elle convient en particulier au mélange d'une matière d'apport solide ou en particules et d'une matière fluide.
Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, cette dernière peut être utilisée pour le 10 mélange d'une suspension de boue ou d'un liquide et d'une matière d'apport solide ou d'une matière fluide pour une , utilisation dans des opérations de forage pétrolier. Ainsi, en introduisant tangentiellement une suspension de boue ou un liquide dans le corps annulaire, i.1 est possible de faire 15 tourner la suspension à une grande vitesse pour former un tourbillon ou une colonne d'air. Des matières liquides ou solides sont mélangées à la suspension de boue par introduction axiale des solides, par exemple de la barytine, dans le tourbillon de la chambre de mélange, les forces 20 centrifuges du liquide tournant dans la chambre tirant alors les solides à travers les liquides jusqu'à la paroi intérieure de la chambre. Un mélange supplémentaire des solides résulte d'une action importante de cisaillement se produisant dans le liquide qui est entraîné à force suivant 25 des trajectoires concentriques et en contact les uns avec les autres, à l'intérieur de la chambre annulaire. Cependant, le passage des matières à mélanger, alternativement au-dessus et au-dessous des cloisons successives, . assure un mélange complet de ces matières. Par conséquent, lorsque le mélange 30 de solides et de liquide formant une suspension déborde au- * dessus de la première cloison de la chambre pour pénétrer dans la première chambre extérieure de mélange, les matières solides sont de nouveau forcées à travers le liquide, contre la surface intérieure de la seconde cloison. Le mélange passe 35 ensuite au-dessous de la deuxième cloison, la vitesse de rotation entraînant ce mélange vers le haut afin qu'il puisse déborder une seconde fois au-dessus d'une troisième cloison, par exemple. Le maintien de l'énergie cinétique par la 6 < rotation continue et de même sens du mélange permet l'écoulement d'un mélange homogène, à une hauteur supérieure à celle du canal d'entrée si cela est souhaité.
L'invention sera décrite plus en détail en regard 5 des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une élévation, avec coupe partielle, d'un appareil de mélange comportant une seule cloison et ne pouvant donc atteindre le degré de mélange obtenu avec 10 l'appareil selon l'invention ; - la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1 ; - la figure 3 est une coupe axiale de l'appareil de mélange centrifuge à plusieurs étages selon l'invention, 15 cet appareil comportant plusieurs chambres de mélange ; - la figure 4 est une coupe axiale d'une variante de l'appareil de mélange centrifuge à plusieurs étages selon l'invention, dans laquelle le canal d'entrée est relié en un point proche du sommet de corps annulaire ; et 20 - la figure 5 est une coupe axiale d'un mélangeur centrifuge de boue selon l'invention, comportant un dispositif d'alimentation axiale en matière fluide.
Les figures 1 et 2 représentent un appareil 10 de mélange de boue qui, bien que ne permettant pas d'atteindre 25 le degré de mélange souhaité comme c'est le cas avec l'appareil selon l'invention, illustre commodément le principe de base utilisé.
L'appareil 10 de mélange de boue comprend un corps annulaire 12 qui est divisé en une chambre intérieure 30 14 et une chambre extérieure 16 de mélange. Les chambres 14 et 16 de mélange sont séparées par une paroi intérieure 18 et elles sont donc disposées cencentriquement l'une à l'autre.
ün canal ou conduit 20 d'entrée est relié tangen-tiellement à la chambre 14 de mélange du corps annulaire 12 35 afin d'amener un liquide ou une suspension de boue à l'appareil 10, à une vitesse de rotation élevée. Le conduit 20 d'entrée peut se présenter sous la forme d'un tube de métal ou de matière plastique, par exemple.
7 ün orifice 22 de sortie est relié tangentielle-ment à la chambre 16 de mélange du corps annulaire 12 afin de permettre l'écoulement du mélange de matières solides formant une suspension de boue. L'orifice 22 de décharge peut être 5 placé à une certaine hauteur X par rapport à l'orifice 20 d'entrée.
Bien que la description suivante s'applique à la formation d'un mélange d'un solide et d'un liquide, il est évident que deux matières fluides peuvent être mélangées à 10 l'aide d'un élément, tel qu'un tuyau, permettant d'introduire axialement le liquide dans la chambre intérieure 14.
, Pour faciliter la dispersion des matières solides dans le liquide ou dans la suspension, et plus particulièrement dans la chambre 14 de mélange afin de mélanger 15 ces matières solides avec la suspension de boue arrivant par le canal 20 d'entrée, un entonnoir ou une trémie 24 à solides est utilisé. L'entonnoir 24 est relié à la chambre 14 de mélange et il est maintenu axialement par rapport à cette dernière à l'aide d'une bride 26 qui coopère avec un manchon 20 28 aboutissant dans la chambre 14 de mélange. Pour isoler hermétiquement la chambre de mélange du milieu extérieur lors de la mise en marche, une vanne 30 est montée entre l'entonnoir 24 et la chambre 14 de mélange. Cette vanne 30 peut être une vanne du type à fermeture commandée, par 25 exemple une vanne-papillon ou une vanne coulissante. L'ouverture et la fermeture de la vanne 30 peuvent être commandées au moyen d'un levier ou d'une poignée 32 qui coopère fonctionnellement avec la vanne 30.
En raison de la nature abrasive de la suspension 30 de boue et des matières solides à haute densité devant être introduites pour former un mélange homogène à l'intérieur du corps annulaire 12, un garnissage 34 recouvre les parois intérieures de la chambre intérieure 14 et de la chambre extérieure 16. Le garnissage 34 peut être un revêtement 35 rigide, par exemple en céramique ou en carbure de silicium, ou bien il peut être constitué d'un revêtement souple, par exemple en caoutchouc ou en polyuréthanne.
8
Le corps annulaire 12 ainsi que l'entonnoir 24 qui lui est relié sont montés sur un traîneau 36. En outre, pour permettre le stockage des matières solides avant leur canalisation vers l'intérieur de la chambre annulaire 12 pour 5 le mélange avec la suspension, un tablier 38 est relié à l'entonnoir 24 et est supporté par le traîneau 36. Le terme "tablier" désigne communément, dans le domaine du mélange des boues, un élément plan pouvant supporter des matières sèches en vrac. De telles matières peuvent être stockées dans des 10 sacs de 50 kg, par exemple.
Lorsqu'il fonctionne, l'appareil 10 de mélange centrifuge de boue reçoit une suspension de boue ou un liquide d'une buse 40 d'élévation de pression qui est reliée au conduit 20 d'arrivée, ce dernier introduisant tangentiel-15 lement le liquide ou la suspension dans le corps annulaire 12 afin de leur donner une grande vitesse de rotation. Au début du fonctionnement de l'appareil 10 de mélange de boue, la vanne 30 est placée au moyen de la poignée 32 en position de fermeture afin d'empêcher le mélange de boue d'être refoulé 20 dans l'entonnoir 24. En raison de la grande vitesse de rotation du mélange de boue, il se forme un tourbillon 42 dans la chambre 14 de mélange. Ce tourbillon ou cette colonne d'air 42 se maintient pendant toute la durée de l'opération de mélange afin d'empêcher les matières mélangées d'être 25 refoulées dans l'entonnoir 24, et afin également d'engendrer une dépression permettant une dispersion axiale convenable des matières solides provenant de l'entonnoir ou de la trémie 24. La dimension du tourbillon 42 est importante car elle doit être supérieure au diamètre du manchon 28 pour que ce 30 tourbillon 42 assume sa fonction qui consiste à empêcher l'expulsion de la suspension. L'entretien et le dimensionnement du tourbillon 42 sont obtenus par l'application à la suspension d'une pression prédéterminée engendrant une vitesse de rotation suffisamment élevée pour provoquer la 35 formation d'un tourbillon ou d'une colonne d'air 42 de dimension suffisante. Le calcul permettant de déterminer la pression régnant dans le conduit 20 d'arrivée pour l'obtention d'un tourbillon convenable à l'intérieur de la 9 chambre annulaire 14 doit tenir compte de la dimension de cette chambre 14, ainsi que de la dimension du manchon 28, car tout refoulement à partir de la chambre 14 de mélange se transmet nécessairement au manchon 28. Par conséquent, si on 5 utilise un corps annulaire relativement petit, le tourbillon engendré par la vitesse de rotation de la suspension est sensiblement plus petit, ce qui nécessite une diminution correspondante de tout manchon utilisé pour disperser axiale-ment les solides dans la chambre de mélange.
10 Après que le tourbillon 42 s'est formé, la poignée 32 de commande est manoeuvrée de manière à ouvrir la vanne 30 pour permettre la dispersion des matières solides 44 vers l'intérieur de la chambre 14 de mélange. Les matières solides peuvent avoir une densité élevée, comme c'est le cas 15 du sulfate de baryum, par exemple, ou bien elles peuvent avoir une faible densité, comme c'est le cas de la bentonite, d'un gel, de coques de noix, de plumes ou d'autres déchets de circulation. Il est préférable d'utiliser des matières solides de faible densité pour donner à la boue une viscosité 20 lui permettant de faire flotter ou d'entraîner vers le haut du sondage les débris de coupe résultant de l'opération de forage, alors que les matières à haute densité sont utilisées pour compenser les pressions de formation régnant au fond du forage.
25 Une fois que les matières solides 44 sont rassem blées dans le fond de la chambre annulaire 14 de mélange, la force centrifuge engendrée par la grande vitesse de rotation tire ces matières solides 44 à travers la suspension afin qu'elles finissent par tourner à l'intérieur de la chambre 3Ö 14, à proximité immédiate de la paroi intérieure 18. En utilisant une pression d'entrée de 140 kPa, il est possible d'obtenir une force centrifuge pouvant atteindre 500 g, par exemple. En outre, une action importante de cisaillement est produite par l'entraînement forcé du liquide suivant des 35 trajectoires circulaires concentriques et en contact les unes avec les autres. Cette force de cisaillement augmente le mélange des matières solides au fur et à mesure qu’elles se dispersent en tournant à l'intérieur de’la chambre annulaire 10 14. Du fait de la vitesse de rotation importante, le mélange de solides et de suspension de boue s'élève le long de la surface de la paroi intérieure 18, à l'intérieur de la chambre annulaire 14 et finit par déborder par-dessus la 5 paroi 18 afin de pénétrer dans la chambre extérieure 16. Pendant le débordement, le mélange s'inverse. Etant donné que le mélange de suspension de boue et de solides continue de tourner dans le même sens qu'à l'intérieur de la chambre annulaire 14 lorsqu'il pénètre dans la chambre annulaire 16 10 de mélange, les memes forces assurant le mélange sont présentes. Ainsi, les matières solides 44 sont entraînées à force radialement vers l'extérieur, contre la paroi extérieure de la chambre 16, et elles sont mélangées sous l'effet de la force centrifuge ainsi que sous l'action de 15 cisaillement résultant des veines liquides concentriques à l'intérieur de la chambre 16. De plus, la turbulence du mélange au moment du débordement favorise encore la fonction de mélange et permet d'obtenir un mélange plus homogène de la suspension de boue et des matières solides 44.
20 Comme montré sur la figure 2, qui est une coupe partielle de l'appareil 10 de mélange de boue, le mélange de la suspension de boue tourne dans le meme sens 50, à la fois dans la chambre intérieure 14 et dans la chambre extérieure 16. En utilisant dans la chambre extérieure 16 le même sens 25 de rotation que celui dans lequel tourne la suspension de boue dans la chambre intérieure 14, on permet au mélange de conserver son énergie cinétique et, par conséquent, d'être déchargé sous la forme d'un mélange homogène constitué de matières solides et d'une suspension de boue, par un orifice 30 tangentiel de décharge relié à la chambre extérieure 16 et disposé à une certaine hauteur au-dessus du conduit 20 d'arrivée.
Les matières solides 44 sont attirées vers l'intérieur de la chambre 14 de mélange par dépression engendrée 35 par la vitesse de rotation de la suspension de boue et par la force de la pesanteur. Cette dépression permet de faire circuler les matières solides à des débits volumétriques 3 élevés, par exemple le sulfate de baryum à 212,5 dm /min et les boues à des débits s'élevant à 2850 1/min, par exemple.
11
La figure 3 représente une forme préférée de réalisation de l'invention, et plus particulièrement un appareil 52 de mélange de boue à plusieurs étages permettant d'obtenir le degré de mélange visé par l'invention.
5 L'appareil 52 à plusieurs étages comporte plusieurs chambres extérieures 54 de mélange qui s'étendent radialement vers l'extérieur les unes par rapport aux autres. Le corps annulaire 56 est divisé par des cloisons 58 et 60 qui délimitent les chambres de mélange 54a à 54e.
10 L'appareil 52 de mélange de boue comporte donc une zone centrale ou un coeur, correspondant globalement à l'appareil 10 de mélange de boue montré sur les figures 1 et 2. Par conséquent, les divers éléments de l'appareil 10 tels que, par exemple, la vanne 30, la trémie ou l'entonnoir 24 à 15 matières solides, le tablier 38 et la buse 40 d'élévation de pression, sont utilisés dans l'appareil 52 de mélange.
Les cloisons 58 sont disposées à l'intérieur du corps annulaire 56 de manière que les matières solides s'écoulant axialement des orifices 64 et la matière liquide 20 s'écoulant du conduit 62 d'entrée puissent déborder au-dessus de ces cloisons. Les cloisons 60 sont disposées dans le corps annulaire 56 afin de permettre au mélange de solides et de liquide de s'écouler au-dessous de ces cloisons pour pénétrer dans les chambres 54b et 54d qui suivent immédiatement.
25 En cours de fonctionnement, un liquide ou une suspension est introduit tangentiellement par les orifices 62 dans la chambre intérieure 53 de mélange, afin d'être mélangé à des solides arrivant par l'orifice 64. La vitesse de rotation du liquide provoque une action de mélange dans la 30 chambre intérieure 53 et a également pour effet d'élever le mélange de solides et de liquide le long de la surface intérieure de la cloison intérieure 58. Le mélange déborde ensuite par-dessus cette cloison pour pénétrer dans la chambre 54a située immédiatement à l'extérieur. Il passe 35 ensuite au-dessous de la première cloison extérieure 60 pour pénétrer dans la chambre extérieure 54b de mélange. Le mélange passe ensuite alternativement au-dessus et au-dessous des cloisons extérieures 58 et 60 jusqu'à ce qu'il 12 atteigne la chambre extérieure 54e. Après le passage du mélange par-dessus la dernière cloison 58, la vitesse de rotation fait sortir le liquide par l'orifice 66 de sortie. Le mouvement de montée du mélange de solides et de liquide 5 ainsi que le débordement par-dessus les cloisons 58, et la rotation continue du mélange sous la cloison 60, puis de nouveau son passage au-dessus de la cloison 58 qui suit immédiatement, permettent à l'appareil 52 d'atteindre le degré de mélange visé par cette forme de réalisation de l'invention. 10 L'inversion des mouvements du mélange lorsqu'il se déplace radialement au-delà de chaque cloison provoque un , déplacement radial des matières solides d'apport à travers la • matière fluide sous l'effet de la force centrifuge régnant dans chacune des chambres successives de mélange, ce qui 15 permet d'atteindre le degré de mélange demandé et de produire un mélange suffisamment homogène.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention.
20 Par exemple, comme montré sur la figure 4, le conduit 62 d'entrée peut être placé à proximité du haut du corps annulaire 56 afin d'introduire tangentiellement les matières dans la chambre 53. Les cloisons 58 et 60 de cette forme de réalisation sont inversées, c'est-à-dire que le 25 mélange de matières passe d'abord au-dessous d'une cloison 60, puis se déplace radialement vers l'extérieur pour passer au-dessus d'une cloison 58. L'orifice de décharge ou le conduit 66 de sortie peut être placé parallèlement au conduit 62 d'entrée, mais à une certaine distance au-dessous de ce 30 dernier.
L'appareil de mélange montré sur les figures 3 et 4 conviendra particulièrement au mélange de matières solides d'apport telles que du sulfate de baryum, ou de matières à faible densité telles que de la bentonite et autres, à une 35 suspension de boue dans laquelle ces matières sont introduites. L'appareil peut donc traiter efficacement des matières d'apport ayant des poids spécifiques compris entre 0,013 et 0,08 g/cm^.
13
En outre, le mélangeur centrifuge de boue selon l'invention peut être utilisé pour le mélange de deux matières fluides. La figure 5 montre le mélangeur 52 de boue muni d'un conduit disposé axialement par rapport à la chambre 5 intérieure 53 et assurant l'alimentation en une matière fluide 72.
Claims (12)
1. Appareil (52) destiné à mélanger une matière fluide et une matière d'apport, l'appareil comprenant un corps annulaire (56) gui comporte une chambre intérieure (53) 5 destinée au mélange de matières, une entrée (62) reliée tangentiellement à la chambre intérieure (53) pour y introduire tangentiellement une matière fluide afin de provoquer un mouvement centrifuge et de former ainsi un tourbillon dans cette matière fluide, un élément (64) associé 10 fonctionnellement au corps annulaire (56) pour introduire une matière d'apport dans la matière fluide contenue dans la chambre intérieure (53), et un dispositif destiné à mélanger cette matière fluide et cette matière d'apport, l'appareil étant caractérisé en ce que le dispositif destiné à mélanger 15 la matière fluide et la matière d'apport comprend une cloison annulaire intérieure (58, 60) disposée à l'intérieur du corps annulaire (56) afin de diviser ce dernier en la chambre intérieure (53) et une chambre extérieure (54) de mélange, et au moins une cloison annulaire extérieure (60, 58) disposée 20 dans la chambre extérieure (54) de mélange afin de diviser cette dernière en deux chambres extérieures (54a, 54b) de mélange, espacées radialement l'une de l'autre, les deux cloisons (58, 60) étant disposées de manière que la matière à mélanger déborde au-dessus de la première cloison (58) et 25 passe au-dessous de l'autre cloison (60).
2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (64) destiné à introduire la matière d'apport est associé au corps (56) pour introduire la matière d'apport axialement dans la chambre intérieure (53).
3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte une sortie tangentielle (66) qui part tangentiellement du corps (56) afin de décharger un mélange tangentiellement de la chambre extérieure (54e) de mélange.
4. Appareil selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs cloisons extérieures annulaires (58, 60) qui sont espacées radialement afin de délimiter plusieurs chambres (54a à 54e) 15 « de mélange, espacées radialement à l'intérieur du corps, les cloisons (58, 60) étant disposées de manière que la matière à mélanger passe alternativement au-dessus et au-dessous des cloisons successives (58, 60) tout en continuant de tourner 5 dans le même sens dans les chambres annulaires (54a à 54e) de mélange.
5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il convient au mélange d'un matière fluide, se présentant sous la forme d'une 10 suspension de boue, et d'une matière solide d'apport pour produire une suspension de boue de forage pouvant être utilisée pour des opérations de forage pétrolier.
6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il convient au mélange d'une matière 15 solide d'apport, se présentant sous la forme de sulfate de baryum, et de la matière fluide.
7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des garnissages (34) associés aux parois (58, 60), à l'intérieur 20 du corps (56), et exposés à l'abrasion, afin de protéger les parois contre cette abrasion.
8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne (30) de commande associée à l'élément (64) pour introduire la 25 matière d'apport, dans le corps (56), afin de commander la dispersion de la matière solide dans le corps (56).
9. Procédé pour mélanger une matière fluide et une matière d'apport afin de produire un mélange, ce procédé consistant à introduire une matière fluide tangentiellement 3-0 dans une chambre intérieure (53) de mélange d'un corps annulaire (56) afin d'engendrer un mouvement centrifuge dans la matière fluide et de former un tourbillon dans cette matière, à introduire une matière d'apport dans la chambre intérieure (53) de manière que le mouvement centrifuge de la 35 matière fluide transporte la matière d'apport radialement vers l'extérieur, à travers la matière fluide, le procédé étant caractérisé en ce que le corps annulaire (56) comporte plusieurs cloisons annulaires (58, 60), espacées radialement f « 16 et divisant le corps annulaire (56) en la chambre intérieure (53) et en plusieurs chambres extérieures (54) de mélange, disposées radialement vers l'extérieur, et en ce que la matière fluide et la matière d'apport sont associées en un 5 mélange obtenu par le fait que la matière à mélanger passe alternativement au-dessus et au-dessous des cloisons successives (58, 60) pendant qu'elle tourne en continu dans le même sens dans chaque chambre de mélange (54) , le procédé consistant également à décharger le mélange du corps (56).
10. Procédé selon la revendication 9, caracté risé en ce que la matière d'apport est introduite axialement dans la chambre intérieure (53) et en ce que la matière à t . mélanger est entraînée de manière à s'élever dans la chambre intérieure (53) pour déborder au-dessus de la cloison (58) 15 délimitant la chambre intérieure.
11. Procédé selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la matière fluide est une suspension de boue et que la matière d'apport est une matière solide, de manière à produire un mélange d'une suspension de 20 boue de forage pouvant être utilisé pour des opérations de forage pétrolier.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la matière solide est choisie dans le groupe comprenant le sulfate de baryum, la bentonite et les matières 25 de déchet.
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