Brevet FR2547051A1 — publié le 19841207

"Appareillage de mesure pour l'étude des relations entre la pression et les volumes liquide et/ou gazeux pour un produit à phases liquide et/ou gazeuse L'invention concerne un appareillage de mesure qui permet d'etudier les relations existant entre la pression à laquelle est soumis un produit pouvant comporter une phase liquide et une phase gazeuse et les volumes de la phase gazeuse et de -la phase liquide de ce produit. Cet appareillage s'applique notamment à la mesure des propriétés volumétriques des quantites de gaz dissous dans des hydrocarbures. On sait que l'on utilise couramment pour une telle mesure des cellules formant une chambre dans laquelle on introduit un produit a analyser et dont le volume peut être modifié par le déplacement d'une colonne de mercure. Le brevet français 2.474.196 a apporté une importante amélioration à cette technique en remplaçant la colonne de mercure par un piston solide libre soumis sur sa face opposée à celle au contact du produit à analyser, a un fluide hydraulique de manoeuvre. La présente invention se propose d'améliorer encore cette technique en réduisant l'encombrement et, par suite, le poids de la cellule et en supprimant les volumes morts, ce qui permet notamment d'effectuer une mesure du volume gazeux contenu dans la cellule par évacuation complète du gaz de celle-ci, et de suivre une procédure d'analyse se rapprochant de près du processus d'épuisement du gaz dans un gisement. Un objet de l'invention est ainsi un appareillage de mesure pour l'étude des relations entre la pression et les volumes liquide et/ou gazeux pour un produit à phases liquide etiou gazeuse, comprenant : une cellule d'équilibre a enveloppe formant un cylindre creux devant être disposé avec son axe longitudinal sensiblement vertical et se trouvant fermé par une partie supérieure et une partie inférieure de l'enveloppe un piston libre coulissant le long de ce cylindre , un moyen d'introduction pour un produit à analyser, dispose dans ladite partie supérieure et un moyen d'introduction pour un fluide hydraulique de manoeuvre, disposé dans ladite partie inférieure, dans lequel ledit piston libre est solidaire en déplacement longitudinal d'une tige axiale qui traverse de manière étanche et coulissante ladite partie inférieure et qui est reliée, en dehors de la cellule, à un capteur de déplacement, ledit moyen d'introduction pour un produit à analyser étant placé axialement. Cette bonne répartition des éléments accessoires de la cellule d'équilibre entre la partie supérieure et la partie inférieure de lten- veloppe permet de réduire autant que possible le diamètre de la cellule et, par suite, le poids de celle-ci, condition d'obtention d'une pesée précise du produit contenu dans la cellule. La disposition du moyen d'introduction du produit à analyser dans l'axe de la cellule permet d'utiliser aussi ce moyen pour l'évacuation du gaz et d'obtenir une évacuation complète, notamment en donnant à la paroi interne formée par la partie supérieure de l'enveloppe une forme conique dont la pointe se termine dans ce moyen d'introduction et d'évacuation. Selon .un autre objet de l'invention ladite tige axiale est, en dehors de la cellule, fixée, à son extrémité inférieure, à une traverse munie de portées de guidage qui coulissent le long de colonnes de guidage parallèles à la tige axiale. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description d'un exemple de réalisation qui va être donné, à titre non limitatif, en se référant au dessin joint dans lequel la Fig 1 est une vue en coupe verticale d'une cellule d'équilibre la Fig 2 est une vue en coupe verticale partielle du dispositif de support de la cellule d'équilibre et de montage du capteur de déplacement ; et la Fig 3 est un schéma d'appareillage de mesure incorporant la cellule de la Fig 1 et la dispositif de la Fig 2. Sur la Fig 1, une cellule de mesure I comprend une enveloppe composée d'un corps principal comprenant un cylindre métallique 2 fermé à son extrémité supérieure par une partie supérieure 3 solidaire du cylindre 2 et d'une partie inférieure 4 constituée par une bride tenue contre l'extrémité inférieure du cylindre 2 par des vis 5, un joint torique 6 assurant l'étanchéité de la jonction cylindre 2/ partie inférieure 4. L'enveloppe est elle-même entourée latéralement par des moyens de thermorégulation que l'on n' a pas représentés car ils peuvent être classiques * on a simplement figuré une gaine 7 ìxée-par des vis 8. L'enveloppe 2, 3, 4 forme intérieurement une chambre cylindrique 9 dans laquelle peut se déplacer verticalement un piston libre rigide 10 muni d'un joint d'étanchéité annulaire Il assurant l'étanchéité entre les faces supérieure 12 et inférieure 13 du piston 10 La face inférieure 13 du piston 10 est soumise à l'action d'un fluide hydraulique de manoeuvre qui peut par exemple entre de l'eau et qui entre dans l'espace 14 compris entre la face 13 et la partie inférieure 4 par un conduit latéral 15 relie à une vanne de fermeture 16 visible sur la Fig 3 et apte à recevoir de maniere amovible une conduite d'alimentation en fluide hydraulique. Une entrée de.produit à tester est disposée axialement dans la partie supérieure 3. Cette entrée comprend un canal axial 17 et une vanne 18, disposée dans un logement, pour le raccordemant à l'alimentation et/ ou à l'évacuation de produit à tester. Cette vanne 18, qui pourrait aussi être placée à proximité de la cellule 1) est une vanne de fermeture commandée manuellement ou automatiquement. Elle permet notamment de fermer la cellule d'équilibre 1 apres son remplissage en produit à tester afin de pouvoir débrancher la cellule d'équilibre 1 et procéder à sa pesée, la comparaison entre une pesée avant remplissage et une pesée après remplissage donnant le poids de produit contenu dans la cellule. Dans le piston 10 est vissée une tige axiale 19, par exemple en acier inoxydable, qui s'étend vers le bas et traverse la partie inférieure 4 de l'enveloppe de la cellule à travers un presse-étoupe 20. Cette tige axiale 19 se déplace verticalement en même temps que le piston 10 et elle permet de suivre, de l'extérieur de la cellule 1, les déplacements du piston 10. La face supérieure 12 du piston porte un logement cylindrique 21 dans lequel une palette 22 formée d'un noyau de ferrite entouré d'une gaine d'acier protecteur peut tourner autour de deux tourillons portés l'un par la face 12 et l'autre par une barrette de retenue 23. Un inducteur extérieur, non représenté, permet d'entratner la palette 22 en rotation afin d'agiter le produit contenu dans la chambre 9.Le profil de la barrette 23 peut être choisi pour favoriser le mouvenent d'agitation du produit Le dispositif support de la Fig 2 vient se fixer au-dessous de la partie inférieure 4 de la cellule 1 et s'applique contre cette partie inférieure, grâce à des vis 24 introduites dans des trous filetés 25 de la partie inférieure 4, par une pièce transversale 26 réunissant à leur extrémité supérieure trois colonnes en acier 27, rectifiées. Ces colonnes sont portées à leur extrémité inférieure par un socle 28 qui peut, par exemple, venir s' encastrer dans une table support 29. La tige 19 est vissée à son extrémité inférieure 30 dans un:man- chon 31 retenupar un écrou 32 dans un logement ménagé dans une traverse 33. Cette traverse 33, par exemple en forme d'étoile, est munie de trois portées de guidage constituées ici par des douilles à roulement 34 qui coulissent le long des colonnes 27. On assure ainsi un alignement parfait de la tige axiale 19. En dessous de la traverse 33 on a installé un moyen de liaison entre la traverse 33 et un capteur de déplacement de grande précision, d'un type connu, par exemple le capteur HEIDEPALN référence Métro MT100, dont on a ici simplement figuré l'emplacement en le désignant par la référence 64. Ce moyen de liaison comprend un logement 35 fixé à la traverse 33 et recevant la tête sphérique 36 d'un tronçon de tige 37 vissé sur une pièce mobile 38 du capteur 34, la tête sphérique 36 étant maintenue dans son logement par trois vis de blocage 39. Dans la cellule de la Fig I, on a prévu, en outre, une sonde auxiliaire 40 mobile verticalement, portant à son extrémité inférieure une thermistance de mesure 41 et traversant la partie supérieure 3 de la cellule 1 dans un passage 42 muni d'un joint d'étanchéité 43. Cette sonde peut permettre de déterminer avec grande précision le niveau de l'interface entre deux phases liquide et/ou gazeuse du produit dans la chambre 9. Cette sonde est disposée de maniera décalée latéralement par rapport à l'axe longitudinal de la cellule le long duquel on a installé le canal 17. Cette sonde 40 ne gêne pas l'évacuation complète du gaz contenu dans la chambre 9, du fait que la partie supérieure 3 de la cellule 1 forme une paroi interne conique 44 dont le sommet est placé à l'extrémité inférieure du canal 17.Lorsqu'on ne désire pas utiliser la sonde 40, on place celle-ci en position haute. Dans la partie supérieure 3 de la cellule 1 et dans une position décalée latéralement par rapport à l'axe longitudinal de la cellule le long duquel se trouve la canal 17, on a réalise un canal 45 et installe une vanne 46 pour constituer un moyen de prélevement direct d'échantiUons du produit contenu dans la chambre 9. La Fig 3 montre un schéma d'utilisation de la cellule d'-équili- bre 1. La vanne 16 est reliée à une pompe de pressurisation 47 sur laquelle on a branché en 48 un capteur à membrane 49 permettant de mesurer la pression du fluide hydraulique. Le frottement du piston 10 dans le cylindre 9 étant faible, les forces exercées respectivement sur les faces 12 et 13 du piston 10 sont sensiblement égales et on peut déduire de la pression mesurée sur le fluide hydraulique de manoeuvre la pression régnant dans la chambre 9, en tenant compte de la différence des sections d'application de la pression due à la présence de la tige 19. La vanne 18 est reliée à un gazomètre 50, muni d'un contre-poids 51, par l'intermédiaire d'une vanne de régulation 52, d'un bac 53 de piègeage des corps lourds et d'une batterie de capacités de prise d'échantillons 54, à partir d'une conduite 55. On pourrait aussi utiliser une vanne 52 de fermeture et régulation et supprimer la vanne 18. Lors de l'introduction du produit à analyser dans la chambre 9, la cellule 1 est déconnectée de la conduite 55 et connectée à une conduite d'amenée de produit à analyser* non représentée ici. On peut utiliser l'appareillage décrit de la manière suivante. On introduit du produit pétrolier de gisement à analyser sous haute pression dans la chambre 9, le piston 10 se trouvant finalement dans une position intermédiaire entre ses positions haute et basse extrêmes. On ferme les vannes 16 et 18 et on débranche la cellule 1 telle qu'elle se présente sur la Fig 1 afin de la peser. Comme la cellule 1 pèse moins de 4 kg, on peut utiliser à cet effet une balance de précision telle que la balance METTLER-PK 4800. On a préalablement pesé la cellule 1 après avoir introduit du fluide hydraulique jusqu'au niveau de piston voulu et fait livide dans la chambre 9 et on déduit le poids du produit à tester contenu dans la cellule 1 par différence entre les deux pesées. On branche ensuite la cellule 1 suivant le schéma de la Fig 3 et on déplace le piston 10 vers sa position basse extrême pour détendre partiellement le produit contenu, les vannes 18 et 52 étant fermées. La phase gazeuse obtenue par cette augmentation du volume de la chambre 9 est ensuite extraite à pression constante par ouverture des vannes 18 et 52 et mise en mouvement ascendant du piston. Lorsque tout le gaz est extrait, on referme les vannes 18 et 52 et on peut recommencer un nouveau cycle de détente et d'extraction de gaz, cette fois-ci à pression plus basse. De tels cycles successifs simulent un processus d'épuisement de gaz dans un gisement. Le gazomètre 50 donne à chaque fois le volume de gaz extrait et les échantillons emprisonnés dans les capacités 54 permettent de procéder à diverses analyses. Revendications 1 - Appareillage de mesure pour l'étude des relations entre la pression et les volumes liquide et/ou gazeux pour un produit à phases liquide et/ou gazeuse, comprenant : une cellule d'équilibre (1) à enveloppe (2,3,4) formant un cylindre creux (2) devant être disposé avec son axe longi tudinal sensiblement vertical et se trouvant fermé par une partie supérieure (3) et une partie inférieure (4) de l'enveloppe ; un piston libre (10) coulissant le long de ce cylindre ; un moyen d'introduction (17, 18) pour un produit à analyser, disposé dans ladite partie supérieure (3) et un moyen d'introduction (15, 16) pour un liquide hydraulique de manoeuvre, disposé dans ladite partie inférieure (4), caractérisé en ce que ledit piston libre (10) est solidaire en déplacement longitudinal d'une tige axiale (19) qui traverse de maniera étanche et coulissante (20) ladite partie inférieure (4) et qui est reliée (31,32*35,36,37), en dehors de la--cellule (1), à un capteur de déplacement (34), ledit moyen d'introduction pour un produit à analyser (17,18) autant placé axialement. 2 - Appareillage de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite tige axiale (19) est, an dehors de la cellule (1), fixée à son extrémité inférieure (30) à une traverse (33) munie de portées de guidage (34) qui coulissent le long de colonnes de guidage (27) paralleles à ladite tige (19). 3 - Appareillage de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites colonnes de guidage (27) sont au nombre de trois. 4 - Appareillage de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites colonnes de guidage (27) sont-- portées à leur partie inférieure par un socle support (28) et sont reliées entre elles à leur partie supérieure par une pièce tranversale (26) qui se fixe sur ladite partie inférieure (4) de la cellule (1). 5 - Appareillage de mesure selon la revendication 1, caracterisé en ce que ladite partie supérieure (3) de l'enveloppe comporte, dans une position décalée latéralement par rapport audit moyen d'introduction pour un produit à analyser (17,18), un passage (42) muni d'un joint d'étanchéité (43) pour une sonde (40) de détection d'un niveau d'interface séparant deux phases à l'intérieur dudit cylindre creux (2) de la cellule (1). 6 - Appareillage de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie supérieure (3) de l'enveloppe comporta, dans une position décalée latéralement par rapport audit moyen d'introduction. pour un produit à analyser (17, 18), un moyen (45, 46) de prélèvement direct d'échantillons à l'intérieur dudit cylindre creux (2) de la cellule (1).