Brevet FR2559907A1 — publié le 19850823

Viscosimètre de section rectangulaire. L'invention concerne le domaine des viscosimètres à mesure en continu. Dans les appareils considérés, on mesure la perte de charge le long d'une portion du tube où circule le fluide dont on veut mesurer les caractéristiques, cette perte de charge étant fonction du débit. En régime laminaire, le débit est en relation du taux de cisaillement et on peut donc relier la mesure de perte de charge au taux de cisaillement. Cette mesure permet donc de tracer le rhéogramme du fluide, c'est-à-dire l'évolution de la tension de cisaillement en fonction de la vitesse de cisaillement. La précision de telles déterminations rhéologiques est bien entendu fonction de la précision à la fois de la mesure du débit et de la mesure de perte de charge. On connaît actuelement des appareils de mesure de perte de charge tels que représentes sur la Figure i annexée. La perte de charge est mesurée entre deux capteurs de pression (I et 2) reliés par deux tubes de transfert (3 et 4) de pression à un appareil de mesure de pression différentielle (5). Le liquide manométrique contenu dans les tubes (3) et (4) est de i'eau ou bien le fluide circulant dans le conduit (6). Le tube cylindrique droit correspond à une géométrie bien connue et modélisée sur le plan théorique. Cette solution, si elle est satisfaisante sur le plan de la mesure, présente de gros inconvénients de mise en oeuvre nécessité de purger l'installation pour éliminer les bulles d'air, puis de la remplir d'un liquide manométrique . diffusion du produit dans les tubes de liaison impossibilité de nettoyer correctement l'installation sans démontage. Un tel système présente en outre l'inconvénient d'un temps de réponse élevé, notamment lorsque la pression différentielle est faible (ctest-à-dire pour les faibles tensions de cisaillement). De plus, pour de petits diamètres du conduit (6), les capteurs de pression perturbent de manière importante l'écoulement du fluide dans ledit conduit, ce qui fausse la mesure (I1 n'est généralement pas possible d'augmenter le diamètre du conduit (6), car l'on quitte alors le régime laminaire). On connait egalement un appareil tel que représenté sur la Figure 2 annexée où l'appareil (5) de mesure de pression différentielle est monté directement entre les branches d'un conduit en U (6). Un tel système, outre qu'il ne supprime pas totalement les inconvénients de l'appareillage de la Figure 1, introduit des perturbations notables dans l'écoulement en raison du "U" lui-même et des variations brutales de section d'écoulement au niveau des raccords (7) et (8). Ces perturbations sont particulièrement sensibles pour les fluides de faible viscosité. L'invention concerne un nouvel appareil de mesure de viscosité en continu, particulierement bien adapté à la mesure de viscosité "en ligne" des boues de forage lors du forage d'un puits, notamment pétrolier. Dans ce domaine technique, la mesure des viscosités se fait "hors-ligne" ("off-line"), par une technique qui consiste à mesurer au viscosimètre FANN (viscosimètre bien connu à cylindres coaxiaux) la viscosité de prélèvements effectués à certains intervalles de temps dans le conduit de boues de forage. Ce système, bien que commode sur le chantier, ne permet d'atteindre que des valeurs ponctuelles, ce qui affecte le rendement du forage. L'invention a pour but de présenter un appareil aussi commode sur le chantier que les appareils connus, et qui permette néanmoins d'optimiser le rendement du forage. En fait, les mesures de viscosité constituent un paramètre essentiel de forage qui ne peut se satisfaire de mesures ponctuelles. Appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un conduit de section rectangulaire, sur une des faces duquel sont positionnés deux capteurs de pression. Selon une variante préférée, les deux capteurs de pression sont du type à membrane affleurante. Le meilleur mode de réalisation de l'invention est constitué par deux capteurs à membrane affleurante de grande surface. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en se ré- férant au dessin annexé sur lequel - les figures 1 et 2, auxquelles il a été fait référence ci-dessus, décrivent des appareils de l'art antérieur - la figure 3 décrit dans son principe le mode préféré de réalisation selon l'invention - la figure 4 annexée décrit une réalisation pratique avantageuse de l'appareil de la fig. 3, avec raccordements évolutifs permettant de ne pas perturber l'écoulement et de réduire le "parcours d'entrée". Selon l'invention, on insère sur le trajet du fluide dans le conduit 6, avec de préférence un double raccordement approprié (15), un élément (14) de section rectangulaire à l'intérieur duquel le fluide pourra circuler librement. Sur l'une des faces (9) de l'élément (14), qui sera désignée ici par face "inférieure" en référence à la Figure 3, on dispose deux capteurs de pression (10) et (11). Ces capteurs sont du type relatif. Ils mesurent directement la différence de pression par rapport a la pression atmosphérique. La perte de charge est obtenue par la différence entre les réponses des capteurs. Bien entendu, les deux capteurs pourraient être disposés soit sur la face "supérieure", soit meme sur l'une des faces "latérales" de l'élément (14). Les dimensions D (diamètre du conduit où circule le fluide), E (largeur de l'élément (14)) et e (hauteur de l'élément (14)) sont choisies de telle manière que l'écoulement dans l'élément (14) soit laminaire (de type HAGEN-POISEUILLE). On choisira également les dimensions (a), (b) et (c) pour que l'écoulement au niveau des deux capteurs ne soit pas perturbe par les effets de "bord" ou de "coin"provoqués par la géométrie de l'les ment (14). On peut utiliser comme-capteurs (10) et (11) des capteurs classiques bien connus de l'homme du métier. L'une des caractéristiques, et ie grand intérêt de 1'invention est de permettre l'emploi de capteurs de grande surface, de haute sensibilité. De manière tout à fait préféree, on choisira des capteurs à membrane affleurante présentant l'avantage de ne pratiquement pas perturber l'écoulement du fluide dans l'élément (14). L'un des avantages de l'invention réside dans la possibilité de réduire fortement, lorsque l'on utilise des capteurs à grande membrane (donc tres sensibles), a distance nécessaire entre ces 2 capteurs. Cette réduction de longueur de l'appareil est un facteur important sur le chantier. L'appareil selon l'invention peut egalement etre lavé facilement, ce qui le rend apte à mesurer la viscosité d'un fluide chargé. L'exemple suivant illustre l'invention sans toutefois en limiter la portée. Exemple Dimensions E = 80 mm e = 5 mm Rapport E/e = 16 b lia a = c = 0,5 m Capteurs utilisés : HAENNI EDR 212/411/415/A65 Appareil selon la figure 4 annexée. On a testé ce circuit expérimental sur trois types de produits . alginate de soude à des concentrations variant de 0,3 à 0,5 % . Rhodopol à des concentrations variant de 0,4 à 0,6 % . Rhodopol à une concentration de 0,4 % chargé avec de la baryte pour obtenir des densites variant de 1,1 à 1,4. L'ensemble des résultats obtenus a été comparé avec ceux obtenus à partir de deux viscosimètres de laboratoire. Une excellente ccrLelation entre les trois types de mesures effectuées sur toute la plage de vitesse de cisaillement considérée apparalt immediatement. L'appareil selon l'invention est particulièrement adapte à la mesure de viscosité de boues de forage, de fluides d'activation, de laitiers de cimentation. Cet appareil peut eventuelle.ent être utilisé pour caractériser complètement le comportement rhéologique d'un produit, à condition de l'intégrer dans un système complexe. L'ensemble constitue alors un rhéomètre automatique, capable de déterminer les courbes découle- ment des produits et de calculer les paramètres de modèles rhéologiques adaptés. il offre une précision satisfaisante dans la gamme de travail, soit de quelques litres par heure à 1 ou 2 mètres cubes par heure. Pour établir automatiquement les rhéogrammes, le rhéomètre comporte une pompe asservie à un microcalculateur, qui permet de programmer les variations de débit dans une très large gamme. L'acquisition et le traitement ultérieur des données sont également confiés au microcalculateur. En fonction de l'allure des rhéogrammes obtenus, les paramètres de modèles rhéologiques usuels (loi de BINGHAM, loi en puissance et loi d'HERSCHEL-BULKLEY) sont identifiés afin d'aboutir à une représentation mathématique simple. REVENDICATIONS 1. Viscosimètre pour mesure en continu de la viscosité, comportant deux capteurs de pression, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de section rectangulaire inséré sur le trajet du fluide, et en ce que les deux capteurs de pression sont positionnés sur l'une des faces dudit élément, les dimensions de l'élément et le positionnement des deux capteurs étant tels que le régime d'écoulement est laminaire au moins au voisinage des deux capteurs et entre ces capteurs. 2. Viscosimètre selon la revendication 1,-caractérise en ce que les deux capteurs sont des capteurs relatifs a membrane affleurante. 3. Viscosimètre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux capteurs sont de grande surface. 4. Application des viscosimètres selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 à-la mesure de la viscosité de boues de forage, de fluides d'acti-vation de puits, de laitiers de cimentation de puits.