Brevet FR2495012A1 — publié le 19820604

L'invention concerne un appareil pour mélanger une solution de concentrés, particulièrement d'eau et de polymères liquides pour la récupération as- sistée du pétrole, l'appareil comprenant une chambre de do- sage dans laquelle un courant d'eau et un courant de con- centré se rejoignent et sont mélangés l'un à l'autre. Des polymères liquides, notamment pour la récupé- ration tertiaire du pétrole, comprennent, par exemple, des copolymères d' un acrylamide et d'un acrylate (PAA) qui, sous la forme d'une solution aqueuse à forte concentration, sont émulsifiés dans du pétrole sous la forme de petites par- ticules de gel ayant un diamètre de 1 à 2 e. Selon le fabricant, la proportion des phases individuelles est d'en- viron 25 à 35 % de PAA, 30 à 35 % d'eau, 30 à 50 % de pétrole et une petite quantité d'une matière tensio-active stabili- sant l'émulsion. Dans la récupération assistée du pétrole, le PAA, avec un poids moléculaire de 3 à 10 millions, est ajouté à l'eau d'injection en une concentration comprise norma- lement entre 0,3 et 1 kg par m3 d'eau. Pour cette application, il est essentiel que la solution de polymères résultant du mélange de l'émulsion de PAA avec de l'eau soit totalement exempte de toutes particules non dissoutes ou analogues à un gel, car ces dernières provoqueraient une obturation défini- tive de la surface du puits ou de la formation et empêcheraient ainsi une injection de la solution de polymères sur une période de temps prolongée. En ce qui concerne la préparation de solutions fa- cilement injectables, c'est-à-dire de solutions exemptes de particules de gel provoquant une obturation, l'instant du contact initial de l'émulsion de polymères avec l'eau est par- ticulièrement critique. Si l'émulsion est amenée en contact avec l'eau sans mesures spéciales de précaution, l'émulsion se casse lentement en passant du pétrole extérieur dans l'eau extérieure, et les particules de gel en suspension dans le pétrole adhèrent les unes aux autres et forment de gros agré- gats avec une concentration de Porlymères locale très élevée. Une fois ces agrégats formés, il est impossible de les redissoudre, même par traitement mécanique, par exemple par agitation énergique, pendant plusieurs jours. Une telle solution ne peut donc être injectée. Lors d'opérations sur le terrain, la préparation d'une solution de polymères s'effectue par injection du po- lymère liquide dans un courant d'eau s'écoulant rapidement. Cependant, en pratique, cette opération est accompagnée d'un certain nombre d'inconvénients: 1. La vitesse d'écoulement optimale de l'eau d'injec- tion et l'agencement géométrique optimal de l'emplacement de dosage du polymère ne sont pas connus avec précision. 2. Il est souvent nécessaire, en raison de considéra- tions techniques portant sur les fornations réservoirs,de faire viarier les débits d'injection en cours de projet. Il peut en résulter alors dessolutions de polymères difficiles à injecter. 3. Vers la fin de la phase d'injection de polymères, il est courant de procéder à une diminution par étapes de la concentration de la solution de polymères. L'expérience a.oon- tré quedans ce cas, la solution de polymères devient moins facilement injectable. L'invention a pour objet un appareil qui permet la préparation d'une solution de polymères pouvant, en particu- lier, être toujours facilement injectée, même dans des condi- tions de dosage qui varient. L'objet indiqué ci-dessus est réalisé, conformément à l'invention, par un appareil pour mélanger une solution aqueuse de concentrés, en particulier d'éau et de polymères liquides pour la récupération assistée du pé- trole, comprenant un canal de concentré, un canal d'eau et une chambre de dosage dans laquelle un courant d'eau et un courant de concentré sont amenés en contact et mélangés et dans laquelle également des canaux d'alimentation en con- centré, présentant des embouchures, aboutissent, appareil comprenant donc une chambre de dosage et un canal d'eau de section droite annulaire, formé entre une paroi extérieure de canal réalisée à l'intérieur d'un corps et conique vers l'aval, et un noyau central dans lequel des canaux d'alimen- tation en concentré aboutissent et dont le diamètre est réduit en aval des embouchures des canaux d'alimentation. Le diamètre du noyau du canal à section annulaire dans lequel passe l'eau diminue sensiblement brusquement en aval des embouchures des canaux d'alimentation. On ob- tient de préférence cette brusque réduction en faisant abou- tir le noyau en aval des embouchures des canaux d'alimentation. L'extrémité du noyau présente avantageusement un chanfrein. Tandis qu'une vitessé d'écoulement relativement élevée est obtenue dans la zone des embouchures des canaux d'alimen- tation en raison de la section annulaire, cette vitesse d'écoule- ment diminue notablement en aval de l'extrémité du noyau. Il en résulte la formation de tourbillons très puissants et d'une homogénéisation supplémentaire de la solution de polymères. Conformément à une forme de réalisation de l'inven- tion, le diamètre de la paroi extérieure du canal d'eau dimi- nue de façon continue, depuis sensiblement la zone des embou- chures des canaux d'alimentation jusqu'à une zone située en aval de la réduction du diamètre du noyau. Du fait de la pré- sence de cette conicité dans la direction d'écoulement,le vi- tesse d'écoulement de la solution de polymères homogénéisée augmente de nouveau, de sorte que cette solution peut fina- lement être déchargée par un orifice de sortie de l'appareil vers un mélangeur statique classique. Les canaux d'alimentation en concentré traversent le noyau central qui, conformément à l'invention, peut être réglé dans la direction longitudinale, à l'intérieur du corps. En réglant le noyau dans la direction longitudinale du corps, on fait varier la section annulaire du canal d'eau en raison de la conicité de son diamètre extérieur. Cette possibilité d'une variation continue de la section permet l'utilisation d'un seul et même emplacement de dosage sur une grande plage de débitsd'écoulement de. concentré et d' écoulement d'eau, respectivement. Un canal central est ménagé en amont des canaux d'alimentation et est équipé d'un clapet s'opposant à tout écoulement de retour qui, conformément à une autre forme de réalisation de l'invention, peut se présenter sous la forme d'un clapet à bille rappelé par un ressort. Cet appareil présente l'avantage de soumettre la solution de polymères à des turbulences puissantes immédiate- ment après'que le PAA a été joint à l'eau. De cette manière, chacune des particules de gel du polymère est mouillée séparé- ment par l'eau et se dissout. Ainsi, la formation de gros agrégats, avec une concentration -de polymères élevée, est em- péchée. L'invention sera décrite plus en détail sous sa forme de réalisation représentée sur la figure unique qui est une coupe longitudinale de l'appareil selon l'invention. Un corps tubulaire 1 comporte une bride latérale 3. Cette bride 3 présente un alésage 5 parlequel de l'eau peut circuler dans le sens indiqué par une flèche 7 vers une chambre 9 de dosage ménagée à l'intérieur du corps 1. Un plongeur 13 peut être rétracté à l'intérieur du corps, de l'extrémité in- férieure 11 (comme montré sur la figure). Certaines parties du plongeur 13 présentent un filetage extérieur 15 s'engageant dans un filetage intérieur 17 formé dans un trou 19 traversant axialement le corps, et le plongeur est retenu au moyen de la liaison vissée. En faisant tourner un volant manuel 21 situé à l'extrémité extérieure 23 du plongeur 13, on peut régler ce dernier à l'intérieur du corps 1, dans la direction longitudinale. Une garniture 25 est interposée entre le plongeur 13 et le corps il afin d'assurer l'étanchéité entre eux. Le polymère liquide (PAA) peut être dirigé dans le sens d'une flèche 29 vers la chambre 9 de dosage en passant par un canal central 27 situé à l'intérieur du plongeur 13. L'ex- trémité supérieure 31 du plongeur 13 comporte une tête 33 de dosage dans laquelle une-chambre 35 de distribution est formée. Un ressort 37 de compression, disposé à l'intérieur de la cham- bre de distribution, repousse une bille 39 d'acier vers l'ori- fice 41 de sortie du canal central 27. De cette manière, un clapet de blocage d'écoulement de retour est formé. Lorsque le polymère liquide est comprimé dans le canal 27, la bille 39 est soulevée de l'orifice 41 de sortie de manière que le polymère liquide puisse pénétrer dans la chambre 35 de distribution et puisse être distribué vers des canaux 43 d'alimentation qui aboutissent dans un canal d'eau de section annulaire formé à l'intérieur de la chambre 9 de dosage et qui possèdent des embouchures 47. Le canal d'eau de section annulaire est formé entre la paroi exté- rieure 49 de la chambre 9 de dosage et le plongeur 13 qui, avec sa tête 33 de dosage, se comporte comme un noyau cen- tral. A l'intérieur de la partie de la chambre 9 de dosage comportant - les embouchures 47 des canaux 43 d'alimentation ainsi que plus en aval, le diamètre de la paroi extérieure de cette chambre diminue vers l'aval c'est-à-dire que ladite paroi extérieure 49 est conique vers l'aval. Le bord supé- rieur de la tête 33 de dosage du plongeur 13 aboutit à une certaine distance en aval des embouchures 47 des canaux d'ali- mentation. Ceci signifie que le noyau central du canal d'eau est réduit vers l'aval et se termine même brusquement. Ce- pendant, à cet emplacement, la face extrême 51 de la tête 33 de dosage peut également présenter un chanfrein. De puissantes turbulences sont engendrées en aval de la face extrême 51 de la tête de dosage, turbulences dans lesquelles le polymère liquide, injecté dans l'eau présente dans le canal d'eau 45, est de nouveau soumis à un tourbil- lonnement puissant avec l'eau. En raison du réglage longitu- dinal du plongeur 13 et de la conicité de la surface exté- rieure 49 de la chambre 9 de dosage, la section du canal d'eau annulaire peut être modifiée. Il est ainsi possible de régler à la valeur optimale la vitesse d'écoulement de l'eau et donc la chute de pression. L'appareil peut être utilisé dans tous les cas o des solutions homogènes de concentrés ou des solutions de charges doivent être préparées, et en particulier de façon continue. REVENDICATIONS 1. Appareil pour mélanger une solution aqueuse de concentrés, en particulier d'eau et de po- - lymères liquides pour la récupération assistée du pétrole, comprenant un canal de concentré, un canal d'eau et une chambre de dosage dans laquelle un courant d'eau et un courant de concentré. sont amenés en contact et mélangés et dans laquelle aboutissent des canaux d'alimentation en con- centré présentant des embouchures, caractérisé en ce que le canal d'eau (45) est de section annulaire et est formé entre une paroi extérieure (49) de canal, réalisée à l'in- térieur d'un corps (1) et conique vers l'aval, et un noyau central (13/33) , le canal central (27) de concentré et des canaux (43) d'alimentation en concentré, situés en aval et aboutissant dans le canal (45),s'étendant à travers le noyau central (13/ 33) dont le diamètre est réduit sensiblement brusquement en aval des em- bouchures (41) des canaux d'alimentation, - le noyau (13/33) étant réglable dans la direction longitudinale à l'intérieur du corps (1) et le canal central (27) de concentré. étant équipé d'un clapet de blocage d'écoulement de retour. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet de blocage d'écoulement de retour se présente sous la forme d'un clapet (3741) à bille rappelé par ressort. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le noyau se termine en aval des em- bouchures (47) des canaux d'alimentation. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité (51) du noyau présente un chanfrein. 5. Appareil selon l'une quelconque des-reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que le diamètre de la paroi extérieure (49) du canal (45) d'eau diminue en continu, sensiblement de la zone des embouchures (47) des canaux d'ali- mentation jusqu'à une zone située en aval de la diminution de diamètre du noyau.