Brevet FR2402464A1 — publié le 19790406

La présente invention concerne le domaine des appareils de traitement d'émulsions qui sont utilisés sur des champs de pétrole. Plus spécialement, l'invention se rapporte au domaine des appar#eils électriques de traitement d'émulsions qui séparent les globules d'eau de l'huile ou pétrole d'une émulsion eau-dans-huile, en appliquant un potentiel alternatif ou un potentiel continu pulsé entre des électrodes isolées et les surfaces métalliques de l'appareil de traitement afin de combiner de petites gouttelettes pour en former de grandes qui se séparent de l'huile. On sait, depuis longtemps, que les émulsions utilisées sur un champ de pétrole peuvent être cassées ou séparées en utilisant des champs électrostatiques appliqués à l'émulsion pendant qu'elle passe entre deux électrodes. Le champ électriqu#e a pour effet de charger les gouttelettes et de faire en sorte qu'elles soient attirées vers l'une ou l'autre des électrodes. En se rapprochant de l'électrode, les gouttelettes entrent en collision et se combinent avec d'autres pour former de plus grandes gouttelettes ou gouttes qui, à cause de leur grosseur, tombent alors dans le champ de gravité de la terre pour se rassembler au fon#d du réservoir. Le courant alternatif s'est avéré intéressant pour la séparation et l'élimination de grandes gouttes d'eau d'une émulsion eau-dans-huile. Toutefois, en ce qui concerne les petites gouttelettes, il est préférable d'appliquer un courant continu. Cependant, en appliquant un courant continu, il arrive parfois qu'il se forme une colonne ou file continue de gouttelettes qui relie# les deux électrodes et par conséquent établissent une liaison de faible résistance. Ceci peut être la cause- d'un endommagement ou d'un brûlage des électrodes et éventuellement d'une explosion du réservoir de l'appareil de traitement. Par conséquent, si l'on utilise un courant continu, il doit être interrompu d'une façon ou d'une autre, par exemple par commutation électrique ou par séparation mécanique des électrodes ou d'une autre manière. la présente invention a principalement pour objet un appareil électrique de traitement d'émulsion provenant d'un champ de pétrole, qui comporte -plusieurs plateaux de traitement, un courant alternatif étant appliqué aux électrodes d'un ou plusieurs des plateaux dans lesquels l'émulsion passe en premier lieu, et un courant continu pulsé est appliqué aux électrodes de deux plateaux supplémentaires ou davantage, par lesquels l'huile partiellement traitée provenant des premiers plateaux passe successivement. L'invention a encore pour objet d'utiliser au moins deux plateaux auxquels sont appliqués séparément des courants continus provenant de redresseurs à une alternance qui redressent les demi-périodes alternées d'un courant alternatif. En utilisant des paires de plateaux, un plateau tran-sporte un courant redressé à partir d'une extrémité du secondaire d'un transformateur et un autre plateau transporte le courant redressé provenant de l'extrémité opposée du secondairedu transformateur, la prise intermédiaire du secondaire étant mise à la masse sur l'appareil. Selon ses caractéristiques essentielles, 1 'in- vention se propose d'utiliser un appareil plus ou moins classique de traitement d'émulsions, à plusieurs plateaux, sur un champ de pétrole, le nombre des plateaux étant d'au moins trois. Les électrodes isolées d'un premier plateau ou d'une première série de plateaux sont alimentées en courant alternatif, comme on le sait en pratique. Les plateaux d'un second groupe par lesquels l'huile traitée passe suc#cessivement sont disposés en une paire au moins, et chacundesplateaux de la paire est relié aux extrémités opposées du secondaire d'un transformateur à courant alternatif par des redresseurs dont la prise centrale est mise à la masse, de façon que le redressement d'une alternance de la tension du secondaire soit appliqué séparément aux deux plateaux de la paire, de façon que l'un d'eux soit sous tension pendant que l'autre ne l'est pas et inversement. De cette manière, le secondaire du transformateur est entièrement chargé du fait que, lors de chaque inversion du potentiel le transformateur transporte un courant sensiblement égal à celui qu'il transporte#ors de la demi-période précédente ; et par conséquent il est chargé uniformément. De plus, le courant électrique continu appliqué à chacun des plateaux d'une paire est un courant continu pulsé, le potentiel étant un courant redressé à une alternance avec des impulsions unidirectionnelles séparées par des demi-périodes de potentiel nul, les demi-périodes étant déphasées de 1800 sur chacun des plateaux. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels : la figure 1 est une vue avec arrachement partiel d'une forme de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une coupe verticale suivant la ligne 2-2 de la figure 1 la figure 3 représente l'un des plateaux montrant le passage successif de l'huile en circulation et les positions des électrodes isolées ; la figure 4 représente un détail de la figure.), montrant l'isolation électrique ; les figures 5-et 6 représentent schématiquement les connexions électriques des plateaux et les formes d'ondes résultantes de tension et de courant ; et la figure 7 représente une variante du circuit de la figure 5. En examinant maintenant les dessins, la figure 1 est tracée d'après la figure 1 du brevet des Etats-Unis d'Amérique ND 3 898 152 et représente un appareil de traitement désigné, d'une façon générale, par le numéro de référence 10, dont une partie est en arrachement pour montrer la construction de l'intérieur de l'appareil. Etant donné que le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 898 152 précité est donné titre de référence dans le présent mémoire, il est possible de se référer à ce brevet pour une description détaillée de tout l'intérieur de l'appareil 10 et pour une explication de son fonctionnement. L'appareil de traitement 10 comporte un récipient ou réservoir externe 12, généralement de forme cylindrique circulaire, avec un axe horizontal, bien qu'il ne soit pas limité à cette forme, cette dimension et cette orientation. A l'intérieur de l'appareil de traitement se trouve une série 29 de plateaux 14, 16, 18 et 20 qui sont supportés en position horizontale les uns au-dessus des autres par des supports verticaux 22 fixés à la surface interne de la paroi externe 12 du réci pient. L'émulsion provenant du champ de pétrole, qui doit être cassée ou séparée, est introduite par un raccord 62 qui est horizontal et passe à travers la paroi 12 de l'appa reil de traitement 1.0. Après- une certaine circulation et une certaine séparation mécaniques internes, l'huile passe par plusieurs conduits 21 dans le sens de la flèche 23, de haut en bas jusqu'au plateau inférieur 20 de la série 29. Ces plateaux sont de construction assez compliquée et une description détaillée ainsi que le procédé de mise en oeuvre sont donnés dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 898 152 précité. Ces plateaux ont pour but de constituer un long trajet sinueux d'écoulement de l'émulsion eau-danshuile qui peut être soumise à un champ électrostatique, soit aternatif, soit continu, pendant qu'elle le parcourt. La figure 3 représente une vue par-dessous du pla- teau le plus# bas 20 et montre les extrémités des conduits 21 qui traversent la surface 82 du plateau. L'huile circule dans le sens des flèches 90 et sort des conduits 21 pour passer dans un canal longitudinal délimité par la paroi externe 85 et un barrage 84C, l'huile circulant dans le sens d'une flèche 92 autour de l'extrémité du barrage 84C, comme indiqud par une flèche 93, puis le long du canal délimité par des barrages 84C et 84B autour de l'extrémité du barrage 84B, comme l'indique la flèche 94, dans le canal délimité par les barrages 848 et 84A, dans le sens de la flèche 95 dans le canal formé entre le barrage 84A et la paroi 80 du plateau 20. A t extrémité du dernier canal, se trouve un conduit vertical 27 dans lequell'huile passe et, comme on le voit sur la figure 2, l'huile monte dans le plateau suivant sous-jacent, à savoir le plateau 18, et ainsi de suite, comme on le verra plus bas. Bien qu'on ait représenté quatre canaux en série avec une électrode coaxiale dans -chacun d'eux, il est bien entendu qu'il peut être prévu un nombre de segments de canaux plus grands et plus petits dans chaque plateau et que le nombre de quatre n'est donné qu'à titre illustratif. il est pr#évu un groupe d'électrodes 86A, 868, 86C et 86D qui sont disposées symétriquement dans les quatre canaux qui constituent le trajet entier d'écoulem#ent de l'huile des conduits d'entrée 21 aux conduits de sortie 27. Ces électrodes peuvent être des barres en fer ou en d'autres métaux. Elles sont supportées dans les parois extrêmes 81, R3 du plateau, par des manchons isolants 88, comme on le verra plus en détail en examinant la figure 4. Chacune des quatre électrodes d'un plateau est reliée respectivem-ent par un conducteur électrique isolé 40A, 40B, 40C et 40D à une jonction électrique 72 et de là par un conducteur électrique isolé, comme celui représenté sur la fi-- gure 1 et désigné par le numéro de référence 38. Ce conducteur traverse un manchon isolan-t 36monté dans la paroi de l'appareil de traitement pour constituer un conducteur 34 relié à une source de coulant 30 qui est montée sur et à proximité de l'appareil de traitement. La seconde borne électrique de la source de courant 30 est reliée par un conducteur 32 et une connexion 33 à la paroi de l'appareil de traitement proprement dit, ce qui constitue une mise à la masse ; et par l'intermédiaire de la structure de support 22, cette mise à la masse est tranmise à chacun des quatre plateaux. Lorsqu'un courant alternatif est appliqué entre la masse, c'est-à-dire le métal du plateau proprement dit et les électrodes longitudinales isolées 86, il est évident qu'il s'établit un champ électrostatique entre les électrodes 86 et les parois du canal, comprenant la plaque supérieure 82 , qui constitue une paroi du canal. La figure 3 représente une vue par dessous du plateau et, à l'exception de la région dans laquelle l'huile circule dans le plateau et sort de ce dernier, les autres parties des canaux sont ouvertes sur la partie inférieure. Ceci est satisfaisant, du fait que l'huile circule dans le canal en flottant sur l'eau et il existe une interface entre l'huile et l'eau, comme indiqué en pointillé en 87 sur la figure 4. Comme le savent les #spécialistes, un potentiel électrique appliqué à l'électrode, par exemple celle désignée par 86D dans le canal délimité par les parois 85, 84C et 82, établit un champ électrique qui provoque le déplacement des gouttelettes d'eau chargées de l'émulsion en direction des surfaces métalliques et leur combinaison avec d'autres gouttelettes pour former de grandes gouttes,# ainsi que leur rassem blement au fond du récipient de l'appareil de traitement. Sur la figure 1, le pointillé 28 tracé près de la partie supérieure du récipient indique l'interface de travail entre lthuile et l'eau, le récipient étant plein d'eau au-dessous du pointillé et plein d'huile et de gaz au-dessus de ce-dernier. Egalement, dans les plateaux représentés sur la figue 4,'le pointillé 87 indique l'interface entre l'huile et liteau du liquide circulant dans les canaux. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 898 152 précité, il est indiqué un groupe de quatre pla- teaux horizontaux disposés à distance les uns au-dessus des autres, toutes les électrodes de tous les plateaux étant reliées ensemble élec#triquement et alimentées en courant alternatif, de façon qu'ils établissent un champ alternatif dans chacun des quatre canaux de chacun des quatre plateaux. La différence de l'installation représentée sur les figures 1 et 2 réside dans le fait qu'un ou plusieurs des plateaux, notamment ceux dans lesquels l'huile non traitée coule tout d'abord et qui sont supposés contenir des gouttes d'eau assez grandes, sont alimentés en courant alternatif. Probablement, au fur et à mesure que l'huile circule dans les divers canaux, les plus grandes gouttes d'eau se séparent et se rassemblent et les plus petites gouttelettes qui sont moins affectées par le courant alternatif restent dans l'huile. Les troisième et quatrième plateaux son-t reliés séparément à- des sources différentes de courant continu, de sorte que l'huile est traitée successivement par des courants continus pulsés-pour assurer une meilleure séparation des petites gouttelettes e#t, par conséquent, obtenir une élimination plus complate de l'eau. Etant donné que le liquide contenu dans le récipient au-dessous du niveau 28 est de l'eau, qui est généralement salée et par conséquent très conductrice, toutes les connexions électriques établies à l'intérieur du récipient avec les électrodes doivent être isolées. Un mode d'isolement est représenté sur la figure 4 qui est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3. La figure 4 représente les parois 81 et 83 du plateau 20 et la plaque extérieure 82 qui constitue le sommet du plateau. Les électrodes sont des barres désignées par 86 qui sont sup portées par des manchons isolants 88, 88' qui peuvent être en matière vitreuse ou plastique. Lesbarres sont filetées aux extrémités et sont assujetties au plateau par des écrous 104, 110 et 114. Lorsque la barre est simplement supportée, par exemple à l'extrémité gauche du manchon 88 de la paroi 81, il est prévu un revêtement flexible isolant en matière plastique ou en caoutchouc 106,- afin d'isoler l'extrémité 104 des électrodes de l'eau ambiante. A l'autre extrémité de l'électrode où le conducteur est introduit, le fil conducteur 116 est entouré d'une gaine isolante 118 et est fixé par une patte 112 à l'électrode 86 et est maintenu par l'écrou 114.Un manchon isolant en matière plastique ou caoutchouc flexible 120 est ensuite placé sur le manchon isolant 88' et la gaine isolante 118 pour que le conducteur 116 soit entièrement isolé. En examinant maintenant la figure 5, on a représenté schématiquement les quatre plateaux 14, 16, 18 et 20 et deux transformateurs électriques 130 et 132 comportant des enroulements primaires 130A et 132A dont chacun est connecté à la source de courant 134 par des commutateurs appropriés (non représentés) comme on le sait en pratique. Le transformateur 130 ne comporte qu'un seul enroulement secondaire 1308 dont une borne est reliée par un conducteur 32 au métal du récipient et aux supports 22. L'autre borne du secondaire 1308 est reliée par des conducteurs 34 et 38 aux bornes 39 et 40 des plateaux 18 et 20 respectivement. Le second transformateur 132 comporte un enroulement secondaire 1328. La prise intermédiaire du secondaire est connectée par un conducteur 44 à la masse de la même façon que le conducteur 32. Les deux extrémités du secondaire 132B sont connectées respectivement par des redresseurs 136 et 138. Une sortie par l'intermédiaire du redresseur 136 passe par des conducteurs 46 et 50 à une borne 52 du plateau 14. La sortie de l'autre redresseur 138 passe par des conducteurs 54 et 58 à la borne 60 du plateau 16. L'huile est introduite par les conduits 21 dans le plateau 20, sort de celui-ci par une colonne ~montante 27 pour passer dans le plateau 18, traverse celui-ci et en sort par une colonne montante 26, entre dans le plateau 16 et passe par une colonne montante 25 dans le plateau 14 pour #sortir de ce dernier par une colonne montante 24 et passer à l'intérieur du récipient. L'huile traitée monte à travers l'interface 28 pour atteindre 11 huile située au-dessus de cette dernière et sort par le raccord de sortie 64 traversant la #paroi extrême du récipient. L'huile circule tout d'abord dans les deux plsteaux 20 et 18 dont les électrodes sont alimentées en courant alternatif puis dans les plateaux 16 et 14-dont chacun est alimenté en courant continu pulsé. Ainsi, les traitements successifs assurent une séparation maximale de l'eau. On va examiner maintenant la figure 6 qui représente quatre courbes A, B, C, D correspondant au potentiel électrique alimentant les électrodes des quatre plateaux et présentant ces quatre formes d'ondes. Les formes d'ondes C et D sont identiques et correspondent à des courants alternatifs sinusoïdaux à deux alternances. Les formes d'ondes B et A sont des courants redressés à une seule alternance, les demi-ondes étant sinusoïdales ; les demi-ondes de la courbe A sont dépha sées de 1800 par rapport à celles de -la courbe Bt Il en résul te une charge maximale et équilibrée du transformateur 132. La figure 2 représente une coupe verticale des dispositions des quatre plateaux 14, 16, 18 et 20 et des colon ~nes montantes correspondantes 24, 25, 26 et 27 ainsi que des conduits d'entrée 21. La figure 2 représente -également les connexions électriques 38 des électrodes des deux plateaux inférieurs 20 et 18, ainsi que celles désignées par 50 du plateau supérieur 14 et 58 du plateau intermédiaire 16. Bien qu'on ait représenté quatre plateaux, leur nombre peut être différent, si ce n'est qu'#il est souhaitable qu'il y ait autant de plateaux-reliés au conducteur 50 qu'au conducteur -58 de façon à équilibrer la charge imposée# au transformateur 132. Il est possible de monter en parallèle autant de plateaux qu'on le désire avec un courant alternatif normal appliqué au conducteur 38.Chacun des trois conducteurs 50, 38 et 58 passe par un manchon isolant fixé dans la paroi 12 du récipient pour être relié aux deux sources de courant représentées sur la figure 1 et schématiquement sur la figure 5. #La figure 5 représente deux transformateurs de puis sance séparés 130, 132. Il est bien entendu qu'il est possible d'avoir recours à un seul transformateur comportant un enroulement primaire et deux enroulements secondaires séparés ou bien, comme on le voit sur la figure 7, il est possible de n'utiliser qu'un seul transformateur avec un primaire et un secondaire, la prise intermédiaire du secondaire étant mise à la masse sur le récipient proprement dit. La figure 7 représente un seul transformateur de puissance 160 qui comporte un primaire 162 relié à la source de courant 134. Il n'est prévu qu'un seul secondaire 164 dont la prise intermédiaire est connectée par un transducteur 32 à la paroi 12 du récipient en 33. Deux conducteurs 34 et 34' de courant alternatif sont connectés aux extrémités externes du secondaire 164. Maintenant, au lieu qutun seul conducteur 34 soit relié aux deux plateaux 18 et 20, un plateau est alimenté en courant par le conducteur 34 et l'autre par le conducteur 34', en assurant à nouveau une charge équilibrée du transformateur par les deux plateaux infériewrs. Les bornes de l'enroulement secondaire 164 sont connectées aux redresseurs 136 et 138 comme on le voit sur la figure 5 et par des conducteurs 46 et 54, comme on le voit également sur la figure 5. Il est évident que les connexions électriques représentées sur la figure 7 sont équivalentes à celles de la figure 5 avec un appareillage treks simplifié. L'invention concerne donc un système commandé électriquement qui permet d'utiliser un seul appareil pour combiner des traitements électriques, émulsion eau-dans-huile en circulation étant traitée par un courant alternatif dans un ou plusieurs plateaux afin d'éliminer de grandes gouttes, tandis que, dans les plateaux suivants, l'émulsion est traitée par un courant continu pulsé afin d'éliminer les petites gouttelettes. Le courant continu pulsé peut être fourni par. des redresseurs à une alternance, les plateaux successifs recevant des impulsions de courant d'une alternance qui sont décalées de 1800. Il va de soi que l'appareil décrit peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil électrique de traitement d'une émulsion sur un champ de pétrole, comportant plusieurs plateaux dans lesquels l'émulsion passe successivement, appareil caractérisé en ce qu'il comporte (a) au moins un premier plateau dans lequel est montée au moins une électrode isolée, et un dispositif destiné à appliquer un courant alternatif entre ladite électrode et les parois du premier plateau ; (b) au moins une paire supplémentaire de plateaux, chaque paire comprenant des deuxième et troisième plateaux dans chacun desquels est montée au moins une électrode isolée, et un dispositif pour appliquer un potentiel unidirectionnel pulsé redressé à une seule alternance entre lesdites électrodes des deuxième et troisième plateaux et les parois de chaque. plateau respectif, les demipériodes du second plateau étant déphasées de 1800 par rapport à celles du troisième plateau 2. Appareil de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif destiné à faire circuler l'émulsion à traiter dans le premier plateau puis dans les deuxième et- troisièm & plateaux. 3. Appareil de traitement selon la revendication 1J caractérisé en ce que le premier plateau est constitué par plusieurs premiers plateaux dont chacun comporte au moins une électrode isolée, et un dispositif est destiné à appliquer le courant alternatif entre chacun de ces premiers plateaux. 4. Appareil de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif destiné à appliquer le potentiel unidirectionnel pulsé redressé à une alternance aux électrodes des deuxième et troisième plateaux comprend un transformateur présentant des enroulements primaire et secondaire, une première borne de l'enroulement secondaire reliée par un premier redresseur à l'électrode du deuxième plateau, une seconde borne de l'enroulement secondaire reliée par un second redresseur à l'électrode isolée du troisième plateau et une prise intermédiaire de l'enroulement secondaire reliée aux deuxième et troisième plateaux de l'appareil de traitement. S. Appareil de traitement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le courant alternatif provient d'un enroulement différent du transformateur par rapport à celui qui distribue le potentiel -unidirectionnel pulsé. 6. Appareil de traitement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le courant alternatif provint du même enroulement du transformateur que celui qui distribue le potentiel unidirectionnel pulsé et en ce qu'il comporte deux premiers plateaux et un dispositif destiné à relier au moins une électrode de chacun des premiers plateaux respectivement à la première borne et à la seconde borne de l'enroulement. 7. Appareil de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des plateaux comporte plusieurs canaux étroits qui sont parcourus successivement par l'émulsion.