Brevet FR2323136A1 — publié le 19770401

La présente invention concerne des dispostifs pour la mesure de la pression et a plus précisément pour objet un capteur de pression de liquide et de gaz, qu'on utilise essentiellement pour mesurer la pression dans les puits de pétrole et de gaz, ainsi que dans les tuyauteries et les réacteurs chimiques. Le capteur proposé peut entre utilisé dans des app:areils de mesure à distance de fond appliqués au cours de ltexploitation des puits profonds de prospection et d'exploitation, lors des travaux d'exploration , de développement et d'exploitation des gisements de gaz, de condensat et de pétrole. Ce capteur peut être également appliqué pour mesurer la pression dans de grosses prises d'eau et conduits industriels. Les appareils utilisés actuellement pour la mesure de la pression d'un liquide ou d'un gaz permettent, dans certains cas, d'effectuer des mesures avec une précision limitée. L'élargissement de la sphère des recherches scientifiques et l'accroissement du volume des mesures dans le domaine de la technique exigent dans toute une série de cas, l'app1iation d'appareils spéciaux de haute précision. La création de tels appareils dans le domaine de la mesure de la pression permettra de faire progresser les recherches, d'améliorer la qualité de la production, de perfectionner les procédés technologiques.Par exemple, des mesures précises de la pression dans les puits de pétrole et de gaz permettent de déterminer avec plus de précision l'épaisseur et le gaze -de la couche productive, de facilitEr le processus d'explortiQu et de réduire les délais de la mise en exploitation des puits. On connaît un dispositif pour la mesure de la pression d'un liquide dt d'un gaz, comportant un élément élastique réalisé sous forme d'un tube en spirale (tube de Broudon) dont une extrémité est fixée au corps d'un capteur tanises que sa deuxième extrémité est reliée à un indicateur. Pendant la mesure de la pression, le liquide où le gaz s' introduit dans le tube en spirale etttêid à le détordre. 'indi- cateur détermine la valeur de la déForGion, qui est proportionnelle à la pression mesurée. Cependant, le capteur en question est encombrant, manque de stabilité dans le temps, ses indications dépendent sensiblement de la température du milieu ambiant, son degré de précision est insuffisant. On connatt également un capteur de pression, comportant un élément élastique réalisé sous forme d'un cylindre creux dont une extrémité est fixée dns le corps du capteur, tandis que sa deuxième extrémité est intrduite dans un système électromagnétique servant à exciter des oscillations. Le milieu dont la pression est à mesurer pénètre dans la cavité de l'élément élastique et fait varier la fréquence d'oscillation de l'élément élastique d'une valeur proportionnelle à la pression à mesurer. Ce capteur transforme la valeur non électrique mesurée en un signal électrique et possède un pouvoir de résolution plus élevé, tout en étant susceptible de transmettre à distance un signas porteur d'information. Mais ledit capteur doit avoir une embase de corps massive en comparaison avec l'élément élastique, il n'est pas économique car il consomme beaucoup d'énergie électrique. Vu la masse totale élevée, la fréquence propre des oscillations de l'élément élastique est assez basse, ce qui conduit à des erreurs de mesure inCdmissibles. On connatt également un capteur de pression d'un liquide et d'un gaz, comportant un corps qui renferme un élément élastique et un élément vibrant sous forme d'une bande dont les extrémité tés sont reliées à l'élément élastique au moyen de deux supports et dans lequel les oscillations sont excitées à l'aide d'un moyen d'excitation d'oscillations placé dans ledit corps. Suivant la variation de la fréquence des oscillations sous l'effet de la pression du liquide ou du gaz agissant sur l'élément élastique, on estime la valeur de ladite pression. Dans le capteur qui vient d'être mentionné, l'élément élastique èst exécuté sous forme d'une membrane qui porte un élément vibrant sous forme d'une bande de section rectangulaire rigidement montée sur deux supports. L'élément vibrant est disposé perpendiculairement à l'axe de la membrane. Le corps du capteur abrite également un moyen d'excitation des oscillations de l'élu ment vibrant. Ce moyen est constitué par deux bobines électromagnétiques et un amplificateur. Le liquide ou le gaz dont la pression est à mesurer est amené dans l'espace sous la membrane, et la membrane fléchit. Dans ce cas, les supports de la membrane s'écartent et la force de tension apparaissant dans la bande fait varier la fréquence de ses oscillations.La valeur de la pression à mesurer est estimée selon la variation de la fréquence des oscillations de l'élément vibrant. Ta gamme de mesure du capteur est fonction de l'épaisseur de la paroi de l'élément élastique, c'est-à-dire de l'épaisseur de la membrane. La déformation complexe de la membrane conduit au cours de l'utilisation du capteur au phénomène de l'hystérésis, ce qui réduit la précision de la mesure. La disposition perpendiculaire de la bande par rapport à l'axe de la membrane oblige d'augmenter la section transversale du capteur et empêche son utilisation pour la mesure de la pre ssion dans les puits de pirole et de gaz. On s'est donc proposé de créer un capteur pour la mesure de la pression d'un liquide et d'un gaz, dans lequel la forme de l'élément élastique et de sa disposition par rapport à l'élément vibrant seraient modifiées de manière à assurer une haute précision et une stabilité élevée des mesures, ainsi qu'une réduction des dimensions transversales au capteur. Ce problème a - trouvé sa solution du fait que dans un capteur pour la mesure de la pression d'un liquide et d'un gaz, comportant un corps où sont logés un élément élastique et un élément vibrant sous forme d'une bande dont les extrémités sont reliées au moyens de deux supports à l'élément élastique et dans lequel des oscillations sont excitées à l'aide d'un moyen d'excitation d'oscillations disposé dans ledit corps, et suivant la variation de la fréquence desquelles sous l'effet de la pression du liquide ou du gaz agissant sur ltélément élastique on estime la valeur de cette pression, selon l'invention l'élément élastique est réalisé sous forme d'un cylindre creux par une extrémité ouverte duquel pénètre le liquide ou le gaz, tandis que l'élément vibrant est disposé sur la surface latérale de l'éément élastique parallèlement à son axe longitudinaloet la fréquence de ces oscillations varie proportionnelgement à la valeur de la pression du liquide ou du gaz à mesurer. Une telle conceptn du capteur proposé pour la mesure de la pression du liquide ou du gaz, surtout la réalisation de l'élément élastique en forme de cylindre et la disposition parallèle de l'élémentvftrant par rapport à l'élément élastique, permet d'élever de 50% la précision en comparaison des capteurs déjà connus et d'assurer la stabilité des mesures de pression, ainsi que d'élargir la gamme des pressions mesurées. Tout ce qui précède permet également d'effectuer, étant donné des faibles dimensions transversales du capteur, les mesures dans des puits de petit diamètre à de grandes profondeurs. D'autres avantages et buts de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, d'un exemple non limitatif de réalisation de ilinvention, illustré par les dessins sur lesquels - La figure I montre un capteur proposé pour la mesure de pression d'un liquide et d'un gaz (coupe longitudinale), selon l'invention - la figure 2 représente le capteur proposé mis en position de travail dans un dispositif d'exploration des puits (coupe longitudinale) - la figureDest un schéma de principe de moyen 21 d'excitation des oscillations de l'élément vibrant du capteur, selon l'invention. le capteur 1 (figure 1) proposé pour la mesure de la pression de liquide et de gaz comporte un corps 2 où est logé un élément élastique 3 sous forme d'un cylindre creux. Par l'extré- mité ouverte 4 de l'élément élastique 3 est amené à l'intérieur de ce dernier le milieu dont la pression est à mesurer, son autre extrémité 5 étant fermée Le corps 2, exécuté démontable, est constitué par une embase 6 et une enveloppe 7 qui se fixe à l'emba- se 6 par l'intermédiaire d'un filetage 8. L'embase 6 du corps 2 porte un raccord 9 avec un filetage 10 permettant de monter la capteur 1 dans un dispositif fl (figure 2) d'exploration des puits. Sur l'enveloppe 7 du corps 2 (figure 1) est montée une prise de courant 1 2 destinée à assurer l'alimentation électrique et à prélever un signal. L'élément élastique 3 se fixe dans le corps 2 du capteur 1 sur l'embase 6 au moyen d'un filetage 13, et son étanchéité est assurée par une garniture 14 qui contacte l'extrémité 4 de l'élément élastique 3. Un élément vibrant 15, sous forme d'une bande, est disposé sur la surfacelatérale parallèlement à l'axe longitudinal~ 16 de l'élément élastique 3. les extrémités 17 et 18 de l'élément vibrant 15 sont reliées à ltélément élastique 3 à l'aide de deux supports 19 et 20 respectivement. Dans la variante décrite de réalisation du capteur, le cylindre 3, les supports 19 et 20 et l'élément vibrant 15 forment un tout unique. Un moyen 21 (figure 3) d'excitation des oscillations de l'élément vibrant 15, dans le cadre de la variante décrite de réalisation du capteur, comporte deux bobines électromagnétiques 22 installées sur un cadre 23 (figure 1) qui est fixé sur le support 20 à l'aide d'une vis 24. L'élément vibrant 15 se trouve dans le champ électromagnétique alternatif créé par les bobines 22 qui sont branchéesssur l'entrée et la sortie d'un amplificateur 25 alimenté par une source de courant continu (non représenté) et dont la sortie est électriquement liée par l'intermédiaire de la prise de courant 1 2 à un enregistreur 26 (figure 3). Dans le cadre de la variante décrite de réalisation, le milieu dont fLÇ n est à mesurer est amené dans la cavité inté- rieure de l'élément élastique 3 du capteur par l'intermédiaire d'une membrane de séparation 27 à travers un canal 28 rempli d'huile. le fonctionnement du capteur proposé pour la mesure de la pression d'un liquide et d'un gaz est décrit ci-après. Lorsque la pression P à mesurer n'est pas appliquée, les auto-oscillations de l'élément vibrant 15 (figure 1), excitées par le moyen 21 (figure 2) d'excitation des oscillations, sont déterminées par les caractéristiques géométriques et physiques de l'élément vibrant 15 et constituent la fréquence initiale de ses oscillations qui apparaissent au moment de l'application de la tension continue à l'amplificateur. Lorsque la pression P est créée dans la cavité de l'élément élastique 3 de capteur 1, ltélé ment élastique 3 se déforme de sorte que la contrainte apparaissant dans l'élément vibrant 15, monté sur les supports 19 et 20 (figure 1) de ltélément élastique 3 parallèlement à son axe longitunal, fait varier la fréquence des Vibrations de l'élément vibrant 15 proportionnellement à la valeur de la pression mesurée du milieu. Un signal fréquentiel arrive du capteur 1 à l'enregis- treur 26 (figure 3) qui n'est autre qu'un fréquencemètre. Pour pouvoir enregistrer le signal fourni par le capteur 1 et le transformer en valeur du paramètre mesuré, signal de fréquence du capteur t est envoyé à une entrée du moyen 21 d'excitation des oscillations, dont une deuxième entrée est attaquée par une fréquence de référence égale à la fréquence initiale du capteur. le signal différentiel du capteur prélevé sur le moyen 21 d'excita tison des oscillations est proportionnel à la valeur de la pression à mesurer et est enregistré par un appareil (non représenté) sur lequel l'affichage se fait en unités du paramètre à mesurer. Le capteur proposé pour la mesure de la pression d'un liquide et d'un gaz possède un haut degré de precision et de stabilité des mesures ainsi qu'un petit diamètre, ce qui permet de l'utiliser pour les mesures dans les puits étroits à de grandes profondeurs. La large gamme de mesures et la forme fréquentielle du signal de sortie permettent d'utiliser le capteur pour le con trône de l'état des conduitesà haute pression. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oauvre dans le cadre de la revendication qui suit. REVEND ICAT ION Capteur de la pression d'un liquide ou d'un gaz, du type comSDr- tant un corps dans lequel sont logés un élément élastique et un élé ment vibrant se présentant sous forme d'une bande dont les extrémités sont reliées à l'élément élastique par l'intermédiaire de deux supports et dans lequel sont excitées des oscillations à l'aide d'un moyen d'excitation d'oscillations, la variation de la fréquence desdites oscillations sous l'effet de la pression du liquide ou du gaz sur l'élément élastique permettant d'estimer la valeur de cette pression, caractérisé en ce que l'élément élastique est réalisé sous forme d'un cylindre par l'extrémité ouverte drquel; ;errive le liquide ou le gaz, et en ce que l'élément vibrant est disposé sur la surface latérale de l'élément élastique parallèlement à son axe longitudinal, la variation de la fréquence des oscillations de l'élément vibrant étant proportionnelle à la valeur de la pression du liquide ou du gaz à mesurer.