Brevet FR2584775A1 — publié le 19870116

Pompe doseuse pour système d'injection d'additifs liquides La présente invention concerne un système d'injection dosée d'additifs liquides destiné plus particulièrement au secteur technique des Services Pétroliers, et l'invention concerne tout particulièrement une pompe doseuse incorporée dans. ce système, laquelle pompe comporte plusieurs originalités marquantes. Un système d'injection d'additifs liquides est un équipement destiné à injecter une quantité prédéterminée d'un additif. liquide sélectionné, à partir d'un réservoir de stockage vers le réservoir de deplacement de l'unite-de cimentation du puits petrolier ou analogue. Un tel système comprend essentiellement les éléments suivants - réservoirs de stockage des additifs - pompes de pressurisation (boost pumps) ; - pompes doseuses (metering pumps) - divers éléments et panneaux de contrôle et de commande. Selon une variante généralement préférée, un tel système comporte 4 réservoirs de stockage des additifs, chacun de ces réservoirs étant relié à une pompe de pressurisation à membrane mise en oeuvre au moyen d'air comprimé, et chacune de ces pompes envoie un additif liquide sous pression vers la section du système comportant les pompes doseuses. Comme il a été dit plus haut, la presente invention concerne essentiellement les pompes doseuses dont une description sera donnée ci-après. Selon un mode généralement préféré de realisation, on prévoit 4 pompes doseuses qui doivent être placées à une distance aussi faible que possible de l'unité de cimentation. Chaque pompe doseuse reçoit un additif liquide sous pression en provenance de la pompe de pressurisation qui lui est associée. La fonction de la pompe doseuse est uniquement de réguler avec une précision aussi grande que possible la quantité d'additif qui est envoyée vers l'unité de cimentation. La pompe doseuse ne participe pas à la pressurisation ou au transfert de l'additif liquide, mais fonctionne par l'énergie relue du fluide. Le principe de la pompe doseuse selon l'invention est basé sur le déplacement d'un piston dans un cylindre. I1 est possible selon l'invention de régler non seulement le nombre de courses du piston, mais également l'amplitude de la course de ce piston dans le cylindre. D'autres caracteristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, et en se référant au dessin annexé sur lequel - la figure 1, qui se compose des figures la, lb,lc et Id, représente en coupe longitudinale un mode de réalisation préféré d'une pompe doseuse selon l'invention, ainsi que les 4 phases de son fonctionnement. La figure 1 represente également le dispositif de réglage de la course du piston (5) selon l'invention. - la figure 2, qui se compose des figures 2a, 2b, et 2c, représente le dispositif de réglage de la course du piston selon l'invention, ainsi que son fonctionnement. - la fi ure 3, qui se compose des figures 3a (vue de faceS et 3b (vue de côté), représente un dispositif avantageux permettant de distribuer de manière simple les additifs dosés par les pompes dans deux réservoirs de déplacement differents. Sur les figures annexées, les mêmes références ont les'mêmes significations, qui sont les suivantes - P : pompe de pressurisation ;. - R : réservoir de déplacement i - V1, V2, V3, et V4 : vannes ; - 1 : piston ; - 2 : première chambre - 3 : deuxième chambre - 4 : conduit mettant en communication les chambres 2 et 3 par I'intermédiaire des vannes V1 et V2 - 4' : conduit mettant en communication les chambres 2 et 3 par l'intermédiaire des vannes V3 et V4 - 5 : dispositif de réglage selon l'invention de la course du piston - 6 : tige du piston - F : vanne fermée - O : vanne ouverte - 7 : bouton de deblocage du dispositif de réglage de la course du piston selon l'invention t - 8 : poignée de réglage manuel de la course du piston - 9 : zone graduée en volume - 10 : manchons rigides fixés à l'armature - 11 : armature - 12 : conduits flexibles - 13 : bloc rigide lié au verin 14 T - 14 : verin t - 15, 16 : positions extrêmes des orifices de sorties des conduits, obtenues par manoeuvre du verin - R1 : premier réservoir de déplacement - R2 : second réservoir de déplacement - 17 : orifices d'entrée des conduits; chaque orifice 17 est relié à un conduit 4' de l'une des pompes doseuses - 18 : paroi separant R1 de R2 Le fonctionnement de la pompe doseuse selon l'invention apparait clairement sur la figure 1 annexée, et il sera inutile de le décrire ici en détail. L'additif liquide sous pression provenant de la pompe P de pressurisation est envoyé vers le réservoir R de déplacement par l'intermédiaire de la pompe doseuse dont les 4 phases 1, 2, 3 et 4 régulent le débit avec précision. Le nombre de courses du piston peut naturellement être réglé par des moyens appropriés bien connus de l'homme du métier. Ce réglage constitue un premier moyen de contrôler le volume de l'additif liquide envoyé vers le réservoir de déplacement. Cependant, l'une des originalités de la pompe doseuse selon l'invention est de comporter un second dispositif de réglage. Ce dispositif apparait sur les figures annexées sous la référence 5. I1 s'agit d'un dispositif à commande manuelle, selon la version la mieux adaptée aux opérations sur le champ, qui est constitué essentiellement d'un dispositif à vis-ecrou qui peut être verrouillé ou dévérrouillé par une pression sur le bouton de déblocage 7. Après déblocage du système vis-écrou, il devient possible de manoeuvrer la poignée rotative 8, comme indiqué sur la figure 2, et, selon le sens de rotation imprimé à cette poignée, celle-ci se déplace longitudinalement sur la tige 6 du piston. Le deplacement de cette poignée par rapport à la tige 6 dont une partie 9 est gradue en volume, permet de régler avec une grande précision le volume d'additif qui sera délivré par la pompe, et ce grâce à une limitation de la course du piston par déplacement d'une butée dont le dispositif 5 est solidaire. L'homme de métier comprendra aisément que le déplacement de cette butée de fin de course du piston permet de régler la course du piston. Comme on le verra ci-dessous, la combinaison de la structure de la pompe elle-même et des 2 moyens de réglage permet d'obtenir une précision remarquable dans le dosage des additifs. les vannes Vi, V2, V3 et V4 seront de préférence à commande pneumatique. De manière générale, ce système pneumatique de commande des vannes est monitoré par l'enregistrement de la fin de course du piston dans le cylindre, à chaque extrémité de celui-ci, par un capteur approprié, par exemple de choc ou une commande pneumatique commandée par une came montée sur la tige du piston. L'ouverture et la fermeture des vannes est contrôlé par un circuit logique lui-même dépendant des informations provenant des dits capteurs. Selon une variante préférée de l'invention, la longueur de la course du piston pourra être modifiée par le dispositif de réglage 5 de manière à ce que la course du piston délivre entre environ 3 et 8 litres d'additif liquide, le réglage de ce volume pouvant être effectué grâce au dispositif 5 selon l'invention par fractions d'environ 0,08 1. L'exemple suivant illustre l'invention sans toutefois en limiter la portée. Cet exemple illustre le procedé par lequel la combinaison des 2 moyens de réglage permet d'obtenir une extrême précision. Si l'on veut introduire dans le réservoir de déplacement contenant l'eau de mélange du laitier de cimentation un volume donné de x,7 1 d'additif liquide, la procédure consistera à arrondir tout d'abord le volume souhaité à la plus proche valeur entière possible : dans le cas présent, on arrondit x,7 à x + 1. On divise ensuite ce volume arrondi x + 1 par le volume total des chambres 2 + 3, ce qui donne un nombre y de courses du piston. Cette valeur y est le premier élément du réglage. On divise ensuite le volume exact que l'on veut délivrer, c.a.d. x,7 par la valeur y, et l'on obtient la valeur z que l'on doit afficher manuellement au moyen de dispositif du réglage fin 5. La valeur z représente un deuxième élément de réglage qui, combine au nombre de courses y permet de délivrer exactement la quantité voulue d'additif. La précision obtenue, compte tenu du fait que le réglage manuel se fait par fraction d'environ 0,08 1, est de l'ordre de 0,3 à 0,5 %, precision qui n'a jamais été approchée dans l'art antérieur En effet, les techniques mises en oeuvre actuellement n'offrent qu'une précision de 5 % à 10 %. De manière avantageuse, on pourra dispenser les additifs dosés par les pompes doseuses dans deux réservoirs séparés R1 et R2, au moyen du dispositif représenté sur la figure 3 et dont le fonctionnement apparaît clairement. Un tel dispositif extremement simple remplace très avantageusement les ensembles complexes de vannes utilisés depuis de nombres années sur le champ. On évite ainsi les pertes d'additifs dans les conduits, vannes, etc ... utilisés antérieurement, ce qui permet de conserver la très grande précision des pompes doseuses décrites plus haut. REVENDICATIONS 1. Pompe doseuse caractérisée en ce qu'elle comprend un piston animé d'un mouvement alternatif dans un cylindre, ce qui délimite 2 chambres 2 et 3 qui communiquent entre elles par des conduits superieur 4 et inférieur 4', le conduit supérieur 4 comportant une vanne V1 commandant l'arrivée du fluide dans la chambre 2 et une vanne V2 commandant l'arrivée du fluide dans la chambre 3, et le conduit 4' comportant une vanne V3 commandant la sortie du fluide de la chambre 2 et une vanne V4 commandant la sortie du fluide de la chambre 3, le conduit 4 étant par ailleurs relié directement à une pompe de pressurisation du fluide (P) elle-même reliée A un reservoir de fluide situé en amont et le conduit 4' étant lui-même directement relié à un réservoir de déplacement pour laitier de cimentation situé en aval, en ce que le nombre de courses du piston dans le cylindre peut être régulée, en ce que les vannes V1, V2, V3 et V4 sont asservies de manière à ce que simultanément le fluide en provenance de la pompe P soit admis dans la chambre 2 et chassé de la chambre 3 vérs le réservoir R, ou inversement soit admis dans la chambre 3 et chassé de la chambre 2 vers le réservoir R, et en ce que la butee de fin de course du piston montée sur la tige 6 de ce piston est solidaire d'un dispositif de réglage 5 de la position de cette butée sur la tige 6, ce dispositif pouvant être bloqué ou débloqué manuellement par un moyen de commande de déblocage 7, un dispositif de type vis-écrou ou analogue permettant de déplacer la butée de fin de course du piston sur une zone graduez de la tige 6, afin de régler la cpurse du piston à une valeur correspondant à un certain volume de liquide introduit ou chasse par la dite course, volume prédéterminé avec précision. 2. Système d'injection d'additifs liquides notamment pour laitiers de cimentation et autres opérations de Services Pétroliers caractérisé en ce qu'il comporte au moins une pompe doseuse selon la revendication 1.