Brevet FR2454094A1 — publié le 19801107

La présente invention concerne le contrôle des processus de préparation de boues, de pulpes et de suspensions, et a notamment pour objet un procédé de contrôle du processus de dispersion d'une phase solide dans une phase liquide L'application de lginvention est particulièrement avantageuse dans l'industrie de la production du pétrole et du gaz, lors de la préparation des boues de forage. L'invention peut aussi être appliquée avec succès dans le génie civil et l'industrie chimique, pour la préparation de diverses pulpes et suspensions à dispersion très poussée. La préparation de la boue de forage est l'une des opérations primordiales dans le forage ; le succès de l'enfoncement d'un puits avec des frais minimaux et avec de grandes vitesses d'avancement et tributaire, dans une large mesure, di la qualité de la boue préparée. La qualité d'une boue de forage est déterminée par ses diverses propriétés et caractéristiques, auxquelles se rapportent, en particulier, le degré de dispersion de la phase solide, qui est un indice du processus de dispersion de la phase solide dans la phase liquide. Plus le processus de dispersion est intense, plus les particules se rapprochent en grosseur des particules colloidales et plus la qualité de la boue est élevée. La dispersion de la phase solide dans la phase liquide est obtenue à l'aide de disperseurs de types divers, par exemple à l'aide de broyeurs à billes ou à micro-éléments, d'appareils rotatifs à pulsation et d'autres dispositifs de réduction entraînés par un moteur électrique. Le choix du type de disperseur dépend de l'intensité de l'effet dispersif à obtenir, de la résistance mécanique des particules de la phase solide et de la grosseur que doivent avoir les particules de la phase solide dispersée. A l'heure actuelle, le degré de réduction de la phase solide dans la boue de forage est déterminée par contrôle du changement de la concentration de la phase solide, par exemple à l'aide d'un capteur vibrant. Le capteur vibrant se compose d'un générateur de vibrations sous la forme dgun transducteur électromécanique d'oscillations, et d'un élément sensible sous la forme d'un cadre grillagé dont le plan est orienté perpendiculairement à la direction des vibrations.Le cadre grillagé du capteur vibrant est rigidement lié au générateur de vibrations et plongé dans l'écoulement de boue de forage de façon que son plan soit perpendiculaire à l'écoulementi Si la boue contient des particules de phase solide de plus grandes dimensions que la maille du cadre grillagé, les mailles de ce cadre sont obturées par les particules et la traînée de l'élément sensible augmente fortement0 Plus la concentration des particules de la phase solide dans la boue est grande, plus la tratnée de la grille est élevée et plus l'amplitude des vibrations de l'élément sensible diminue. D'après le changement de l'amplitude des vibrations de ltélément sensible on juge du changement de la concentration particulaire de la phase solide dans la phase liquide.De la sorte, d'après le changement de l'amplitude de l'élément sensible on peut juger du changement de la concentration des particules solides dans la phase liquide. Toutefois, ce procédé connu ne permet pas de régler le processus de dispersion au régime optimal et de l'interrompre dès que la grosseur des particules réduites atteint la valeur prescrite, surtout quand on utilise en tant que phase solide des argiles de compositions minéralogiques différentes, dans lesquelles les résistances mécaniques initiales des particules d'argile solides sont différentes0 Des argiles de types différents ont des collordités différentes, de sorte que les grosseurs prescrites pour les particules réduites ont des valeurs différentes0 De la sorte, quand on utilise le procédé connu, chaque fois que l'argile à disperser est d'un autre type, il faut changer l'élément sensible, en choisissant un cadre grillagé approprié à telle ou telle valeur de la maille, Ceci implique des arrêts périodiques de la dispersion et des changements de réglage de tout le régime de l'appareil disperseur, d'où des dépenses injustifiées de main-d'oeuvres et d'énergie et un abaissement du rendement de l'appareil disperseur0 La réalisation de la dispersion a un régime non optimal aboutit soit à une réduction excessive de la phase solide dans la phase liquide, ce qui occasionne des dépenses d'énergie superflues, soit à une réduction insuffisante d'une partie des particules grosses et de très grande résistance, ce qui entraîne l'instabilité de la boue de forage, et, en conséquence, un abaissement de sa qualité. Un autre procédé connu est le procédé de contrôle du processus de dispersion de la phase solide dans la phase liquide par mesure des paramètres électriques de la boue de forage. Ce procédé consiste essentiellement en ce que, lors du mouvement des particules d'argile en commun avec le liquide et du déplacement de ces particules par rapport au liquide entre des électrodes placées en divers points de l'écoulement,. il apparaît une différence de potentiel0 Ce phénomène, dit électrocinétique, résulte de la présence d'une double couche électrique à l'interface particule solide-liquide, la particule solide et le liquide ayant des charges déterminées. Le changement du potentiel électrocinétique dans un écoulement de boue est dû au changement de la concentration de la phase solide. Plus la concentration des particules dans le liquide est élevée, plus le potentiel électrocinétique est grand, car la différence de potentiel dépend de la valeur de la charge que les particules transmettent aux électrodes de l'appareil de mesure, et la différence de potentiel est d'autant plus élevée que le nombre de ces particules est grand. De la sorte, en mesurant les paramètres électriques de la boue de forage, notamment le potentiel électrocinétique, on détermine le taux de réduction de la phase solide, d'après lequel on juge du processus de dispersion. Le procédé connu permet de réaliser le contre du processus de dispersion de la phase solide d'après la concentration totale et la concentration particulaire de la phase solide dans la phase liquide, mais il ne permet pas de déterminer l'étape finale du processus de dispersion, c'est-à-dire le moment où les particules solides atteignent la valeur prescrite0 I1 peut donc s'ensuivre soit une réduction excessive des particules de la phase solide, ce qui conduit à une coagulation de la boue de forage, c'est-à-dire à la formation de grumeaux et d'agrégats de particules solides, soit une réduction insuffisante des particules, ce qui se traduit par la présence de grosses particules dans la. boue, d'où l'instabilité de la boue de forage et, par conséquent, un abaissement de sa qualité. En outre, le procédé connu requiert l'utilisation d'un système d'électrodes avec un appareillage enregistreur, leur montage, leur réglage et leur entretien, ce qui entrasse des dépenses supplémentaires de main-d'oeuvre et d'énergie. De la sorte, aucun des procédés connus ne permet de réaliser le contre du processus de dispersion de la phase solide avec une précision et une fiabilité suffisantes pour son maintien au régime optimal. On s'est donc proposé de créer un procédé de contre du processus de dispersion d'une phase solide dans une phase liquide, qui permettrait, par mesure continue des paramètres électriques de l'équipement réalisant la dispersion de la phase solide dans la phase liquide, d'assurer le contrôle continu de ce processus0 La solution consiste en ce que, dans le procédé de contrôle du processus de dispersion d'une phase solide dans une phase liquide, réalisé à l'aide d'un disperseur entratné par un moteur électrique,d'après l'invention, au cours de.la dispersion de-la phase salie danslaShaseR e, on mesure le courant absorbé par le moteur électrique entraSnant le disperseur, et, d'après le changement de l'intensité de ce courant absorbé, on juge du changement du degré de dispersion de la phase solide. Un tel procédé permet de contrôler en continu le changement du degré de dispersion de la phase solide dans la phase liquide, c'est-à-dire le changement relatif de la grosseur des particules solides par rapport à leur grosseur initiale au cours de leur réduction, et, d'après ce changement, de juger de l'intensité de l'effet dispersif exercé sur la phase solide. I1 est avantageux de juger de l'augmentation du taux de réduction de la phase solide dans la phase liquide d'après l'accroissement du courant absorbé, et de juger du taux maximal de réduction de la phase solide dans la phase liquide d'après la stabilisation du courant absorbé. Cela permet d'interrompre le processus de dispersion au moment où toutes les particules de la phase solide ont atteint la grosseur prescrite, indépendamment de la variété de la phase solide et de la résistance des particules solides à disperser. L'interruption opportune du processus de dispersion permet de conduire ce processus à un régime optimal, ce qui, tout en améliorant notablement la qualité de la boue, rend possible une réduction des dépenses d'énergie0 Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par la description détaillée d'un exemple de réalisation concret mais non limitatif illustré par le dessin unique annexé qui représente schématiquement le processus de dispersion conforme à l'invention0 Le procédé de contrôle du processus de dispersion d'une phase solide dans une phase liquide, faisant l'objet de l'invention, est réalisé de la façon suivante, La boue préparée au préalable en mélangeant la phase solide avec la phase liquide arrive dans le disperseur 1, par exemple dans un broyeur à micro-éléments, constitué par une chambre 2 dans laquelle est placé un arbre 3 avec des disques 40 La chambre 2 est remplie de corps broyants 5, par exemple de grenaille en fonte ou de microbilles en verre. L'arbre 3 est accouplé à un moteur électrique 6, qui peut être un moteur monophasé ou triphasé, alimenté par un circuit à courant alternatif, ou bien un moteur à courant continu. Le moteur 6 esfiraccordé à une source 7 de courant alternatif, un appareil 8 de contrôle des paramètres électriques, par exemple un ampèremètre, étant inséré dans le circuit électrique. Pour simplifier, on a montré sur la figure, à titre d'exemple de disperseur, un broyeur à micro-éléments Toutefois, on peut utiliser en tant que disperseur tout autre dispositif destiné à réduire une phase solide dans une phase liquide, par exemple un appareil rotatif à pulsations (non représenté sur la figure), constitué par un corps dans lequel sont disposés coaxialement un rotor et un stator cylindriques, ayant des fentures et des saillies, La réduction de la phase solide est assurée par un tel disperseur sous I'effet des phénomères de cavitation engendrées dans l'écoulement pulsatoire du liquide passant à travers les fentures du stator qui sont périodiquement masquées par les saillies, Quand l'arbre 3 portant les disques 4 tourne, le mélange des phases liquides et solide se trouvant dans la chambre 2 est accéléré par l'action des forces centrifuges0 Sous l'action du courant giratoire du liquide et des disques tournants 4, les corps broyants 5 se déplacent les uns par rapport aux autres ; il en résulte des impacts entre eux et leur rotation, Les particules de la phase solide subissent les effets d'impact et de trituration des corps broyants 5 et sont ainsi réduites, c'est-à-dire qu'au cours de la dispersion leur taux de réduction change L'énergie E dépensée dans le disperseur pour la fragmentation et la dispersion de la phase solide peut être déterminée par la formule E = Wot = I.Uot, I étant le courant absorbé par le moteur électrique 6(en A); U la tension (en V); t la durée de la dispersion (en h) La puissance totale absorbée par le disperseur est déterminée par la formule connue W = Wv + Wh + Wd v étant la v + puissance dépensée pour la marche à vide par le moteur électrique 6 (pour chaque moteur donné cette puissance est constante), en kWh ; Wh, la puissance dépensée pour vaincre la résistance hydraulique du mélange eau-argile, en kWh wds la puissance dépensée pour la dispersion (la des truction) de la phase solide dans le liquide,kWh. De la sorte, dans la puissance totale absorbée, pour un disperseur 1 de type donné entrané par un moteur électrique 6 donné, la puissance dépensée pour la marche à vide du moteur 6 et celle dépensée pour vaincre la résistance hydraulique du mélange ne changent pas au cours de la dispersion. Seule la puissance dépensée pour la dispersion de la phase solide varie au fur et à mesure que les particules solides sont réduites : elle augmente au fur et à mesure que la grosseur des particules diminue, car plus les particules sont fines, plus leur surface spécifique est grande et plus les dépenses d'énergie nécessaires à leur réduction sont grandes. Vu que la tension reste constante, le changement de la puissance au cours de la dispersion peut être contrôlé d'après l'intensité du courant, qui est proportionnelle à la puissance0 Au début du processus de dispersion, au fur et à mesure que s'effectue la réduction, le courant I absorbé par le moteur 6 et mesuré par l'ampèremètre 8, croit proportionnellement au taux de réduction de la phase solide, et, au fur et à mesureque les particules solides atteignent leur résistance limite, l'intensité du courant I absorbé par le moteur 6 commence à se stabiliser, puis elle reste constante quand le taux prescrit de réduction des particules de la phase solide est atteint.De la sorte, en mesurant en continu, à l'aide de l'ampèremètre 8, le courant I absorbé par le moteur 6 du disperseur 1 au cours de la dispersion, on peut d'après le changement de l'intensité du courant I mesuré, juger du taux de réduction de la phase solide dans la phase liquide. Quand le contrôle est ainsi exécuté, l'accroissement du courant I absorbé par le moteur 6 témoigne du fait que les particules de la phase solide continuent à être réduites, c'est-à-dire que le taux de réduction augmente. Si, par contre, le courant I absorbé prend une valeur constante à l'ampèremètre 8, c'est-à-dire q'il se stabilise, cela signifie que la résistance des particules solides a atteint la valeur limite, s'opposant à leur réduction plus poussée, c'est-à-dire que le taux de réduction de la phase solide a atteint son maximum. A ce moment, l'intensité du courant absorbé est à son maximum, et elle ne change plus si le processus de dispersion continue. La continuation du processus de dispersion est irrationnelle, car l'énergie serait alors dépensée norias pour continuer la réduction des particules, mais pour disloquer les agrégats de particules qui se reconstituent immédiatement sous l'effet des forces moléculaires d'attraction mutuelle. C'est pourquoi le processus de dispersion doit être interrompu, ou bien il faut remplacer la portion de boue par une nouvelle portion. Le procédé conforme à l'invention permet, sans recours à des appareils supplémentaires de contrôle du changement du taux de réduction de la phase solide dans la phase liquide, de conduire le processus de dispersion à un régime optimal, le rendement du disperseur 1 étant maximal, et ce, sans interrompre le processus de dispersion, ce qui, à son tour, permet - de réduire les dépenses improductives d'énergie d'environ 15 à 20% - de réduire les frais de montage et de réglage du disperseur de 5 à 10% - de simplifier la conception de l'équipement et d'accrottre sa fiabilité - d'accrottre le rendement du disperseur de 10 à 15%; ; - d'abaisser la consommation de phase solide de boue de 15 à 20%, grâce au taux élevé de réduction - d'abaisser les dépenses de temps de 20 à 25%, grâce au maintien du processus au régime optimal0 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés 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 oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle du processus de dispersion d'une phase solide dans une phase liquide, du type danslequel ladite dispersion est effectuée à l'aide d'un disperseur entratné par un moteur électrique, caractérisé en ce que, au cours de la dispersion de la phase solide dans la phase liquide, on mesure le courant absorbé par le moteur électrique entratnant le disperseur, et, d'après le changement de l'intensité dudit courant absorbé on juge du changement du degré des dispersions de la phase solide 2o Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on juge de l'augmentation du taux de réduction de la phase solide dans la phase liquide d'après l'accroissement du courant absorbé, et on juge du taux maximal de réduction de la phase solide dans la phase liquide d'après la stabilisation du courant absorbé,