Brevet FR2459973A1 — publié le 19810116

i La présente invention concerne un dispositif pour détecter des particules entraînées dans un courant de fluide. Il est souvent désirable de détecter les particules contenues dans un fluide qui s'écoule dans un conduit, en particulier lorsqu'on contrôle l'é- coulement de fluides provenant de puits, tels que de l'eau et/ou du pétrole et/ou du gaz produits par des couches ou formations terrestres perméables dans les- quelles s'enfoncent des puits ou trous de sonde qui s'étendent à partir de la surface du sol jusqu'à ces couches. Les fluides qui s'écoulent dans les puits à nnrtir des couches ou formations terrestres sont transportés dans les puits jusqu'à la surface. Ces fluides entralnent fréquemment des particules soli- des, telles que des grains de sable, qui sont ar- rachées des formations par le fluide en écoulement. Ces particules endommagent l'équipement de produc- tion, par exemple, par une action d'érosion, ou elles se déposent dans certaines parties de l'équipement ce qui a pour effet qu'il est nécessaire de nettoyer fréquemment l'équipement. Pour éviter cet inconvé- nient, le courant de fluide doit être contrôlé pour vermettre à l'opérateur de prendre les mesures né- cessaires lorsqu'il s'avère que des quantités inac- ceptables de grains de sable sont présents dans le courant de fluide. Pour contrôler le courant de fluide en- trainant des particules on a déjà utilisé des systè- mes qui comportent une tige métallique qui est expo- sée au courant de fluide. Les particules, en frap- pant la tige, engendrent une énergie acoustique, éner- gie qui est détectée par des moyens transducteurs acoe- tinues (tels qu'un élément piézo-électriques) coopé- rant avec la tige. Les moyens transducteurs engen- drent des signaux électriques qui sont représen- tatifs de l'énergie acoustique engendrée par les par- ticules qui ont heurté la tige. En calibrant ou en étalonnant le système on peut obtenir des données de référence qui sont représentatives de la quantité et/ou de la masse totale des particules qui sont pré- sentes dans le courant. On a trouvé que, bien que les résultats des mesures qui neuvent être obtenues Dar les dispositifs ci-dessus décrits soient fiables dans le cas d'un courant à une seule phase, des problèmes se posent lorsqu'on utilise ces dispositifs dans des courants à plusieurs phases, tels qu'un courant à deux phases, en particulier lorsaue les deux phases sont respec- tivement un gaz et un liquide. La présente invention a pour but de ré- soudre ces problèmes et d'améliorer les dispositifs connus de telle sorte que des résultats de mesure fiables puissent être obtenus lorsque ces disposi- tifs sont utilisés pour contrôler des courants de fluide à plusieurs phases (par exemple, à deux pha- ses) dans lesquels des particules sont entrainées. Le dispositif selon l'invention comporte au moins deux corps métalliques, chacun coopérant avec des movens transducteurs acoustiques conçus pour dé- tecter l'énergie acoustique dans le corps coopérant et pour engendrer des signaux électriques représentatifs de cette énergie, l'un des corps ayant au moins une partie de sa surface métallique recouverte d'une cou- che de matière d'amortissement acoustique, et des moyens pour soustraire l'un des signaux électriques de l'autre signal et pour afficher et/ou enregistrer le signal résultant. La surface de la couche de matière d'amor- tissement acoustique et sa position sur l'un des corps sont choisies de telle sorte que la couche recouvre au moins la partie de la surface du corps que les particules frappent lorsque le corps est monté dans un conduit dans lequel s'écoule un courant de fluide entralnant des particules. Toute matière appropriée pour amortir les ondes acoustiques peut être utilisée à cette fin. Le chlorure de polyvinyle s'est avéré être une ma- tière d'un emploi avantageux. La matière peut se présenter sous la forme d'un ruban adhésif qui est en- roulé en au moins une unique couche autour du corps. On décrira ci-après plus en détail le dispositif selon l'invention à l'aide d'un exemple et en se référant au dessin annexé dans lequel: la figure unique représente une vue sché- matique, en coupe transversale, d'un conduit dans le- quel des corps métalliques constitués par des-tiges pleines ont été montés. Les tiges 1 et 2 sont fabriquées en acier inoxydable et sont nositionnées dans un plan qui est perpendiculaire à l'axe central d'un conduit cylindrique 3. Les tiges 1 et 2 sont constituées par des barres pleines de section transversale circulaire et la surface extérieure de la tige 1 est nue tandis que la surface extérieure de la tige 2 est revêtue dIne couche 4 de matière d'amortissement acoustique formée par plusieurs enroulements d'un ruban adhésif en chlo- rure de polyvinyle ayant une épaisseur d'environ 1 mm. Le diamètre extérieur de la matière d'amortissement acoustique 4 sur la tige 2 peut être compris entre 6 et 16 mm et il est approximativementi élau diamètre extérieur de la tige 1. Les tiges 1 et 2 sont paral- lèles entre elles et la largeur du passage par le- quel le fluide reut s'écouler entre la tige 1 et la matière d'amortissement acoustique 4 peut avoir une grandeur du même ordre-que celle du diamètre de la tige 1 (par exemple, la largeur peut être de 5 mm pour un diamètre de 8 mm) ou même plus petite. Les deux tiges sont portées par un bottier qui comporte un organe inférieur 5A et un organe supérieur 5B munis de moyens appropriés 6 pour les assembler l'un à l'autre et de moyens 7 pour assurer le montage du bottier 5 sur le conduit 3. Pour empêcher qu'un couplage acoustique se produise entre les tiges 1 et 2 par l'intermédiaire de la matière du conduit 3 ainsi que pour empêcher l'énergie acoustique engendrée dans la matière du conduit d'être détectée par les tiges 1 et 2, cha- cune des tiges est portée est scellée dans le bot- tier 5 par l'intermédiaire de bagues 8 et 9 fabri- quées en une matière élastique, telle que du caoutchouc. Chaque tige est fixée au bottier 5 au moyen d'un épau- lement annulaire 10 faisant-partie de la tige et d'un écrou 11 coopérant avec un filetage 12 formé sur la tige. Des éléments piézo-électriques 13 et 14 sont collés respectivement sur le sommet de la tige 1 et sur le sommet de la tige 2 et des câbles élec- triques 15 et 16 à deux fils raccordent électriquement les faces de l'élément piézo-électrique 13 et de l'é- lément piézo-électrique 14 à un processeur de signaux électroniques 17 dans lequel le signal provenant de l'élément piézo-électrique 14, qui coopère avec la tige 2, est soustrait du signal provenant de l'élé- ment piézo-électrique 13 qui coopère avec la tige 1. Les câbles 15 et 16 traversent tous deux un canon de traversée 18 monté dans une ouverture formée dans la paroi de la partie supérieure 5B du carter 5. Le si- gnal résultant de l'opération de soustraction est transmis par un câble électrique 19 à un dispositif d'affichage 20 dans lequel le signal résultant peut être également enregistré. En dehors du bruit de fond à faible énergie, le liquide qui s'écoule dans le conduit 3 n'engendre de signaux dans aucun des transducteurs 13 et 14 montés respectivement sur la tige 1 et sur la tige 2. Lorsqu'on ajoute un gaz au courant de li- quide, le courant de fluide à deux phases résultant engendre un signal dans le transducteur 13 qui coopère avec la tige 1 et ce signal interagirait, par consé- quent, avec les signaux engendrés dans ce transduc- teur par les chocs des particules de sable si de telles particules devaient être détectées dans un cou- rant de fluide à deux phases au moyen d'une unique tige du type de la tige 1. Cependant, étant donné que les signaux engendrés dans les deux transducteurs 13 et 14 s'avèrent être égaux dans la mesure o ils résultent de la présence de bulles de gaz dans le cou- rant de fluide, mais différents dans la mesure o ils résultent de la présence de particules de sable, le signal final que l'on obtient en soustrayant l'un des signaux de l'autre dans le processeur 17 ne contient aucune information relative à la présence de bulles de gaz dans le courant de fluide mais n'est représenta- tif que de la présence de particules de sable dans ledit courant. On comprendra que l'on peut utiliser d'au- tres matières d'amortissement acoustique que celles décrite en se référant à la figure 1. De telles ma- tières ont une nature élastique, telle que celle que présentent diverses matières thermoplastiques, divers élastomères et diverses matières résineuses. On peut faire le meilleur choix pour une situation particu- lière en comparant les signaux qui sont engendrés par les transducteurs 13 et 14 lorsqu'on recouvre la tige 2 de divers types de matières de diverses épaisseurs (par exemple, dans une gamme d'épais- seurs allant de 0,5 à 5 mm) et en soumettant les ti- ges à un courant de fluide à deux phases qui ne con- tient pas de particules. Les matières d'amortissement acoustique meuvent être appliquées sous diverses formes autres que celle d'une longueur de ruban adhésif enroulée en au moins une couche autour de la tige 2. Si désiré, on peut recouvrir la tige 2 d'une matière d'amortisse- ment acoustique constituée par un tube qui est assem- blé à la tige par collage ou par retrait de la matière mais d'autres formes de construction peuvent être éga- lement utilisées à cette fin. Les tiges 1 et 2 peuvent être en contact de sunport avec le bottier 5 d'une manière autre que celle représentée sur le dessin. Si désiré, on peut monter un corps de forme cylindrique en ma- tière souple ou élastique dans l'espace annulaire com- pris entre le bottier 5 et chacune des tiges. Les tiges 1 et 2 sont disposées symétrique- ment par rapport à un plan de symétrie du conduit dans lequel elles sont montées, étant donné que les quantités de grains de sable et de bulles de gaz qui viennent en contact avec les tiges doivent être ap- proximativement les mêmes pour chacune des tiges. Cependant, les tiges ne sont pas nécessairement rec- tilignes et on meut utiliser également des tiges courbes. On choisit la meilleure position des tiges dans le conduit de telle sorte que les tiges soient placées symétriquement par rapport à la répartition des particules sur la surface de la section trans- versale du courant de fluide. Les tiges 1 et 2 du mode de réalisation reDrésenté sur le dessin sont disposées dans un plan vertical d'un conduit s'étendant horizontalement. Cependant, l'invention n'est pas limitée à cette disposition. Dans une situation extrême, les tiges reuvent être disposées dans un plan horizontal d'un tel conduit d'une manière telle que leur extrémité soit disDosée face au courant de fluide. Les formes de la tige 1 non munie d'une couche insonore et de la tige 2 revêtue d'une couche insonore 4 sont égales entre elles dans leurs par- ties qui sont en contact avec le courant de fluide. Ainsi, lorsque l'étaisseur de la couche 4 s'accrott, les dimensions de la section transversale de la tige 2 diminuent. Cerendant, la tige 2 doit être suffi- samment rigide pour empêcher qu'elle soit l'objet de mouvements de flexion lorsqu'elle est soumise au courant de fluide, mouvements qui pourraient engen- drer des ondes acoustiques dans la tige. L'application de l'invention n'est pas li- mitée à l'emploi de tiges avant une section trans- versale circulaire. D'autres formes de section trans- versales peuvent être également utilisées avec d'aussi bons résultats. Si désiré, les tiges 1 et 2 peuvent être creuses et formées par des tubes métalliques ayant une épaisseur de paroi suffisante pour empêcher le fléchissement des tubes sous l'action du fluide qui s'écoule dans le conduit. L'extrémité inférieure de chacune des tiges peut être obturée de façon que l'intérieur des tiges creuses soit séparé de l'intériaur du conduit. L'intérieur des tiges peut être rempli d'un liquide et chacun des transducteurs peut être librement susDendu dans l'intérieur rempli de li- quide de la tige correspondante au lieu d'être monté sur son extrémité supérieure. On comprendra que de bons résultats peu- vent également être obtenus en utilisant une tige 2 dont seulement la partie orientée face au courant de fluide est recouverte d'une matière d'amortissement acoustique. Ce n'est que si le courant de fluide pro- duit des remous ou tourbillons sous l'action des- quels les particules pourraient frapper les parties non recouvertes de la tige (telles que les parties situées en aval Dar rapport au sens du courant de fluide ou l'extrémité inférieure de la tige) que des mesures doivent être prises pour recouvrir également ces par- ties d'une matière d'amortissement acoustique. Les signaux engendrés par les transduc- teurs acoustiques peuvent être amplifiés, filtrés et/ou soumis à d'autres traitements qui sont couramment utilisés dans les techniques de transmission et d'en- registrement des signaux. On comprendra que le dis- positif doit être étalonné de façon que les signaux obtenus après amplification des signaux électriques engendrés par les deux cristaux piézo-électriques - aient la même puissance lorsque les corps qui portent les cristaux sont soumis à un courant de fluide à deux phases qui ne contient pas de particules. Les transducteurs acoustiques peuvent coopé- rer avec les corps métalliques de toute manière désires On préfère utiliser des éléments piézo-électriques bien oue l'on puisse également utiliser d'autres mo- yens. Les éléments peuvent être serrés sur les corps Dar des ressorts ou par des vis. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour détecter des particules entraînées dans un courant de fluide caractérisé en ce qu'il comporte: au moins deux corps métalliques (1, 2), chacun coopérant avec des moyens transducteurs acous- tiques (13, 14) conçus pour détecter l'énergie acoustique dans le corps coopérant et pour engendrer des signaux électriques représentatifs de cette énergie, l'un des corps ayant au moins une partie de sa sur- face métallique recouverte d'une couche de matière d'amortissement acoustique, et des moyens (17, 20) pour soustraire l'un des signaux électriques de l'au- tre signal et pour afficher ou enregistrer le signal résultant. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les corps sont constitués par des tiges métalliques (1, 2) qui sont portées par un bottier (5) avec interposition d'une matière (8, 9) possédant des propriétés élastiques, l'une des extré- mités de chacune des tiges faisant au moins en partie saillie hors du bottier, le bottier étant conçu pour être monté dans la paroi d'un conduit (3). 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tiges métalliques (1, 2) sont des tiges pleines. 4 - Dispositif selon l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que la couche (4) de matière insonore est en chlorure de polyvinyle. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (3) ayant un plan de symétrie vertical, les tiges mé- talliques (1, 2) étant portées par la paroi du conduit d'une manière telle qu'au moins une partie de chaque tige s'étend dans l'intérieur du conduit, les parties s'étendant dans l'intérieur du conduit étant disposées dans un plan approximativement perpendiculaire au plan de symétrie et étant disposées symétriquement par rap- port à ce dernier plan. 6 - Dispositif selon l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que le diamètre exté- rieur de la couche (4) de matière d'amortissement acousticue portée par l'un des corps (2) est appro- ximativement égal au diamètre extérieur de l'autre corps (1).