Brevet FR2586477A1 — publié le 19870227

Dispositif de mesure de la vitesse d'écoulement d'un fluide à température élevée, notamment dans un forage pétrolier ou-géothermique. L'invention a pour objet un dispositif de mesure de la vitesse d'écoulement d'un fluide à tempé- rature élevée, pouvant être utilisé pour effectuer une étude des couches productrices de pétrole, de gaz, d'eau chaude ou de vapeur dans un forage pétrolier ou un fora- ge géothermique et pour effectuer une estimation de la pro- duction attendue. Un dispositif de mesure de vitesse d' écoulement suivant la technique antérieure pour effectuer l'étude ci-dessus dans un forage est constitué comme re- présenté sur la Fig. 14. Ce dispositif comporte un arbre 2 portant une aube hélicoïdale tournante 1 fixée sur lui. L'arbre 2 est monté à rotation dans des paliers 8 et 9 dans un passage pour fluide 4 formé dans un carter 3, l'arbre s'étendant dans la direction longitu- dinale du passage 4. Un rotor 10 est fixé sur l'arbre 2 et un aimant permanent 11 est fixé sur le rotor 10 en une position excentrée, cet aimant étant prévu pour com- mander des commutateurs. Un support 12 portant des com- mutateurs électriques 13 est disposé dans le carter 3 et fixé sur lui. Les commutateurs 13 sont commandés par l'aimant permanent 11 et permettent ainsi la mesure de la vitesse d'écoulement. Avec le dispositif de mesure d'écoule- ment suivant la technique antérieure ci-dessus, quand l'aimant permanent 11 et les commutateurs électriques sont chauffés par un fluide à température élevée à une température dépassant 260 C, par exemple, la magnétisa- tion de l'aimant permanent 11 est réduite et les carac- téristiques des commutateurs électriques 13 sont amoin- dries. En conséquence, le fonctionnement des commutateurs électriques 13 servant à la mesure de la vitesse d'écou- lement devient instable, de. sorte qu'il est difficile d' effectuer une mesure précise de la vitesse d'écoulement du fluide à température élevée (par exemple de la vapeur à une température de 260 C ou supérieure) dans le forage. 5. L'invention a pour but d'éviter cet in- convénient et concerne à cet effet un dispositif de me- sure de la vitesse d'écoulement d'un fluide à température élevée, notamment dans un forage pétrolier ou géothermi- que du type comportant un arbre avec aube tournante, mon- té à rotation dans un carter délimitant un conduit de c- passage dudit fluide à mesurer, ledit fluide entraînant ladite aube en rotation, dispositif caractérisé en ce qu' il comporte un capteur de rotation à courants de Foucault constitué d'une part d'un rotor de commande et de mesure fixé sur l'arbre et comportant des armatures de commande formées sur sa périphérie et d'autre part d'un transduc- teur à déplacement,sensible aux courants de Foucault,fixé dans le carter en regard d'au moins une portion de t rajectoire desdites armatures de commande pour générer des signaux de mesure de la rotation dudit arbre. Le transducteur résiste aux températures élevées, ce qui garantit la pré- cision de la mesure. Suivant un mode de réalisation, le rotor de commande et de mesure est constitué sous forme d'un disque comportant plusieurs armatures en dents de scie sur sa périphérie. L'invention est décrite plus en détail ci-après en se référant à des exemples de réalisation préférentiels représentés, ainsi qu'un exemple suivant la technique antérieure, sur les dessins annexés, dans lesquels: - La fig.1 est une vue en coupe longitudinale d'un pre- mier exemple de réalisation du dispositif de mesure de la vitesse d'écoulement d'un fluide à température élevée; - La Fig. 2 et;la Fig. 3 sont des vues partielles en cou- pe, à plus grande échelle, du dispositif de la Fig. 1; - La Fig. 4 est une vue en coupe effectuée suivant la li- gne IV-IV de la Fig. 2; - La Fig. 5 est une vue en coupe effectuée suivant la li- gne V-V de la Fig. 2; - La Fig. 6 est une vue en coupe effectuée suivant la li- gne VI-VI de la Fig. 2; - La Fig 7 est une vue en coupe effectuée suivant la h- VII-VII de la Fig. 3; - La Fig. 8 est un schéma d'un circuit électrique raccor- dé à un transducteur à déplacement sensible aux courants de Foucault; - La Fig. 9 est une vue latérale représentant un exemple d'application de dispositif de mesure de vitesse d'6cou- lement suivant la présente invention; - La Fig. 10 est une vue en coupe longitudianle d'un se- cond exemple de réalisation du dispositif de mesure de la vitesse d'écoulement d'un fluide à température élevée; - La Fig. 11 est une vue en coupe effectuée suivant la ligne XI-XI de la Fig. 10; - La Fig. 12 est une vue en perspective représentant un rotor de commande et de mesure; - La Fig. 13 A et la Fig. 13 B sont des graiques représentant des formes d'ondes détectées; - La Fig. 14 est une vue en coupe longitudinale représentant un dispo- sitif de mesure de vitesse d'coculement suivant la technique antérieure. Les Figures 1 à 8 représentent un premier exemple de réalisation du dispositif conforme à 1' invention pour la mesure de la vitesse d' écoulement d'un fluide à température élevée. Un arbre 2 avec une aube hélicoïdale tournante 1 fixée sur sa partie médiane est disposé dans un carter cylindrique 3 suivant l'axe de ce carter. Un suqport de palier 15 comportant plusieurs auvertures 14 de passage de fluide réparties en direction périphérique est ajusté dans la partie inférieure du carter 3 et fixé par une vis 16. Un palier de pivotemient 8, qui porte l'extrémité inférieure de l'arbre 2, est ajusté pour coulisser dans un perçage central du support de pa- lier 15. Un bouchon de retenue 18 est vissé dans le pa- lier de pivotement 8. Un ressort 19 de support de palier est disposé entre le bouchon de retenue 18 et le palier de pivotement 8. Un élément porteur 21 muni d'un palier de pivotement solidaire 9 est ajusté dans la partie su- périeure du carter 3 et y est fixé par une vis 22. L'ex- trèmité supérieure de l'arbre 2 est maintenue par le pa- lier de pivotement 9. Un élément de guidage d'écoulement 23-présen- tant une partie conique est ajusté dans le carter 3 entre l'aube tournante 1 et l'élément porteur 21. Une partie du carter 3, entre l'aube tournante 1 et l'élément de guida- ge d'écoulement 23, est réalisée avec plusieurs ouvertu- res de sortie de fluide 24. Le bord supérieur de chaque ouverture de sortie de fluide 24 s'étend suivant une sur- face de prolongement de la partie conique de l'élément de guidage d'écoulement 23. Un passage pour fluide 4 est formé dans le carter 3 au dessous de l'élément de guidage d'écoulement 23. Un rotor 6 de commande et de mesure, réalisé en métal, comporte plusieurs (quatre dans l'exemple repré- senté) armatures de commande (5) uniformément espacées en di- rection périphérique. Ce rotor 6 est fixé sur l'arbre 2 entre l'élément porteur 21 et l'élément de guidage d'é- coulement 23. Un transducteur à déplacement 7 sensible aux courants de Foucault, destiné à la mesure de la vi- tesse d'écoulement, est engagé et fixé dans une partie excentrée de l'élément porteur 21. Le transducteur 7 est relié à un circuit électrique par une ligne 25. La ligne est constituée d'un tube métallique, par exemple en acier inoxydable, avec plusieurs conducteurs disposés dans le tube, une matière isolante, par exemple de la poudre d'oxyde de magnésium, remplissant les intervalles - 35 --entre-les-conducte-urs dans le tube. La Fig. 8 représente un circuit élec- trique qui est relié au transducteur a déplacement sen- sible aux courants de Foucault. Ce transducteur à dépla- cement 7 sensible aux courants de Foucault est représen- té entouré par une ligne en trait interrompu. Il comporte deux bobines A et R branchées en série et une armature fixe 35 disposée en face de la bobine Ro Les bobines A et R sont réalisées avec un revêtement en céramique pour qu'elles puissent résister à une température élevée, par exemple à 595 C. La Fig. 9 représente le dispositif de mesure de la vitesse d'écoulement d'un fluide à tempera- ture élevée en cours d'utilisation pour effectuer une telle mesure dans un forage, par exemple dans un forage pétrolier, un forage pour gaz naturel, un forage pour eau chaude, un forage pour vapeur etc... Le carter 3 du dispositif 27 de mesure de vitesse d'écoulement est dis- posé dans un forage 26. La partie supérieure du carter 3 est assemblée avec l'extrémité inférieure du fQt 47 d'un support de centrage 28. Ce support ccpporte le fût 47 ainsi que plusieurs ressorts 48 en forme d'arcs montés sur la surface extérieure du fat 47. Un bottier cylindrique 29 de logement du circuit électrique, une tête de raccord de câble 30 et un câble 31 sont rac- oordés, dans cet ordre, à la partie supérieure du f t 47. Le câble est enroulé sur le tambour 33 d'un treuil 32 disposé sur le sol. Une extrémité du cable 31 est reliée, au moyen d'un balai de raccordement (non-représenté) disposé sur l'arbre du tambour, à un appareil enregistreur 34 disposé sur le sol. Le circuit électrique qui est relié au trans- ducteur à déplacement 7 sensible aux courants de Foucault représenté sur la Fig. 8, est disposé dans un logement calorifugé prévu dans le bottier cylindrique 29 de loge- ment du circuit électrique. La surface extérieure du tube métal- lique de la ligne 25 est fixée au moyen d'une soudure sur le fût 47 du support de centrage 28. La ligne 25 et le ft 47 sont rendus étanches l'un par rapport à l'autre. Sur la Fig. 9, les références numériques 36 et 37 désignent des couches traversées par le forage 26, ces couches pouvant fournir du pétrole, du gaz, de l'eau chaude, de la vapeur etc... On va maintenant décrire le fonctionne- ment du circuit représenté sur la Fig. 8. On fait passer un courant alternatif provenant d'un transmetteur 36 à 50 kHz par un amplificateur de commande 37 et on l'envoie à un pont à impédance 38 qui se compose du transducteur à déplacement 7, sensible aux courants de Foucault, de ré- sistances extérieures R1 et R2 et de condensateurs C1 et C2. Quand le fluide s'écoule vers le haut à travers le passage pour fluide 4, l'arbre tournant 2 et le rotor de commande et de mesure 6 sont mis en rotation. Il en résulte que les armatures de commande 5 du rotor de commande et de mesure 6 sont déplacées devant la partie avant de la bobine A du transducteur à déplacement 7 sen- sible aux courants de Foucault, ce qui modifie les cou- rants de Foucault passant dans les armatures de commandes 5. En conséquence, l'impédance constituée par la bobine A et les armatures de commande 5 est modifiée. Par suitedc cette variation d'impédance, la tension du signal entre S et O est également modifiée. Cette faible variation de la tension du signal est amplifiée par un amplificateur 39 et détectée par un circuit de détection synchrone 40. Seul un signal de déplacement est prélevé de cette manière et est envoyé en tant que signal à impulsion, par la tête de raccord de cable 30 et le cAble 31, à un appareil en- registreur 34 disposé sur le sol. Ce signal est alors en- registré en tant qu'information de vitesse d'écoulement. Les Figures 10 à 13 représentent un se- cond exemple de réalisation de la présente invention. Dans cet exemple, le carter 3 est constitué d'une partie intermédiaire 41 de faible diamètre et de parties supé- rieure et inférieure 42 et 43 de grand diamètre. L'aube tournante 1 fixée sur l'arbre 2 est disposée dans la par- tie inférieure de grand diamètre 43. Cette partie infé- rieure de grand diamètre 43 est munie à ses extraMités opposées d'ouvertures de passage de fluide 44 et 45. Le rotor 6 de commande et de mesure, le transducteur à dé- placement 7 sensible aux courants de Foucault pour la mesure de la vitesse d'écoulement et l'élément porteur 21 sont disposés dans la partie supérieure de grand dia- mètre 42. Le rotor 6 de commande et de mesure est cons- titué d'un disque 46 et de plusieurs armatures de com- mande 5 en forme de dents de scie disposées sur la péri- phérie du disque 46. Pour le reste, la construction est la même que dans le cas du premier exemple de réalisation. Dans le cas de ce second exemple de ré- alisation, quand le fluide s'écoule vers le haut dans le passage pour fluide 4, on détecte une forme d'onde en dents de scie comme représenté sur la Fig. 13A. Quand le fluide s'écoule vers le bas dans le passage pour fluide 4, on détecte une forme d'onde en dents de scie renver- sée, comme représenté sur la Fig. 13 B. Dans le cas du second exemple de réalisation, il est donc aussi possi- ble de détecter le sens d'écoulement du fluide. 8 2586477 REVENDICATIONS 1/ Dispositif de mesure de la vitesse d' écoulement d'un fluide à température élevée, notamment dans un forage'pétrolier ou géothermique,du type compor- tant un arbre (2) avec aube tournante (1) monté à rota- tion dans un carter (3) délimitant un conduit de passage (4) dudit fluide à mesurer, ledit fluide entraînant la- dite aube en rotation, dispositif caractérisé en ce qu' il comporte un capteur de rotation à courants de Foucault constitué d' une part d'un rotor (6) de commande et de mesure fixé sur l'arbre (2) et comportant des armatu- res de commandes (5) formées sur sa périphérie, et d'au- tre part d'un transducteur à déplacement (7) sensible aux courants de Foucault fixé dans le carter (3) en regard -Eau moins une portion dela trajectoire desdites armatures de commande (5) pour générer des signaux de mesure de la rotation dudit arbre (2). 2/ Dispositif de mesure selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le rotor (6) de com- mande et de mesure comporte plusieurs armatures de com- mande (5) régulièrement espacées en direction périphéri- que. 3/ Dispositif de mesure selon la reven- dication 2, caractérisé en ce que ledit rotor (6) de com- mande et de mesure est constitué d'armatures (5) réali- sées en dents de scie et disposées sur la périphérie d'un disque (46).