Brevet FR2694824A1 — publié le 19940218

La présente invention concerne un dispositif d'alimentation en fluide polyphasique d'un ensemble de pompage situé en aval du dispositif. L'invention est particulièrement adaptée à la distribution de fluides polyphasiques comportant une phase liquide et une phase gazeuse de valeur de GLR donnée Le rapport GLR est défini dans la suite du texte comme étant le rapport de la phase gazeuse d'un fluide polyphasique par rapport à la phase liquide. L'acheminement de fluides ou d'effluents de type polyphasique sans séparation de leurs constituants revêt une grande importance industrielle, puisqu'elle évite la séparation des phases de l'effluent et la recompression ou le pompage de chacune des phases isolément. Cette méthode d'acheminement sans séparation des effluents nécessite néanmoins l'utilisation de pompes capables de communiquer aux effluents une valeur de pression suffisante pour assurer leur transfert sur une certaine distance. La plupart des pompes, si ce n'est toutes, sont adaptées à transférer des effluents ayant une valeur de GLR appartenant à un intervalle défini Pour pallier cette limitation, on fait appel à un dispositif de régulation des fluctuations des effluents positionné en amont de la pompe qui permet de délivrer à cette dernière un effluent dont la valeur de GLR est compatible avec les caractéristiques de fonctionnement de la pompe. Ainsi, le brevet français N O 2 642 539 décrit un dispositif qui permet d'amortir et de réguler les variations brutales de liquide et de gaz arrivant dans le dispositif, notamment, lors de la venue de bouchons de gaz ou de liquide, c'est-à-dire d'une quantité importante de fluide composé uniquement de la phase gazeuse ou de la phase liquide et de fournir à la pompe positionnée après, un effluent ayant une valeur de GLR donné. On connait aussi par la demande de brevet française 91/16 231 une méthode qui permet de prédimensionner un dispositif du type de celui décrit dans le brevet français FR 2 642 539 de manière à disposer à tout moment d'une quantité de liquide suffisante pour évacuer une quantité importante de gaz et à maintenir une valeur de GLR optimale en fonction des caractéristiques de la pompe polyphasique située en aval. Il devient cependant de plus en plus important de disposer d'un dispositif permettant de transmettre à un ensemble de pompage composé d'au moins deux pompes un fluide polyphasique dont la valeur du rapport GLR est compatible avec le fonctionnement de chacune des pompes En effet, le transfert d'un fluide polyphasique de volume important peut nécessiter l'utilisation de plusieurs pompes, chaque pompe ayant ses caractéristiques propres. On cherche de plus à utiliser des installations de plus en plus compactes et légères pour répondre à un souci d'économie et pour 1 i O permettre la production dans des zones difficiles. Enfin il est nécessaire de disposer de dispositifs simples et fiables de par leur conception. La présente invention concerne un dispositif pour alimenter en fluide polyphasique, ledit fluide étant composé d'au moins une phase liquide et une phase gazeuse, un ensemble de pompage communiquant audit fluide une valeur de compression, ledit dispositif comportant un réservoir de séparation desdites phases, ledit réservoir comportant au moins une ouverture d'arrivée du fluide polyphasique et des moyens de prélèvement du contenu du réservoir caractérisé en ce que le dispositif comporte au moins deux tubes de prélèvement s'étendant dans ledit réservoir de manière à traverser l'interface liquide-gaz en fonctionnement normal, lesdits tubes comportant des ouvertures de prélèvement réparties de part et d'autres de ladite interface en fonctionnement normal, et en ce que lesdits tubes sont reliés à l'ensemble de pompage. Le nombre des tubes de prélèvement peut être choisi de manière à favoriser l'évacuation d'une phase gazeuse de quantité importante. Chaque tube de prélèvement peut comporter au moins une sortie commune pour la phase liquide et la phase gazeuse. Le dispositif peut comporter des moyens d'orientation des fluides polyphasiques provenant d'une sortie d'un tube de prélèvement, par exemple un manifold. Le dispositif peut comprendre des moyens de mesure du débit de fluide en sortie des tubes de prélèvement. Le dispositif peut être équipé de moyens de mesure de la valeur de GLR. La distribution des orifices de prélèvement le long des tubes de prélèvement peut varier en fonction du tube. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après en se référant aux figures annexées. La figure 1 montre un réservoir équipé de trois tubes percés d'orifices; La figure 2 montre un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention comprenant un manifold et des moyens de calcul de débit du fluide; La figure 3 montre une variante de réalisation du dispositif de la figure 2 pour lequel les moyens de calcul sont remplacés par des moyens de mesure. La figure 4 montre l'utilisation du dispositif selon l'invention pour un ensemble de source d'effluents. La figure 5 montre de façon plus détaillée un système de distribution des effluents provenant de tubes de prélèvement. Le fluide polyphasique est acheminé d'une source d'effluents S dans un dispositif, comprenant un réservoir 2 équipé de tubes de prélèvement, par l'intermédiaire d'une canalisation 1 ou tube d'arrivée Le dispositif est équipé, par exemple sur la figure, de trois tubes de prélèvement TC 1, TC 2, TC 3 Les tubes de prélèvement TC 1, TC 2, TC 3 sont respectivement pourvus d'orifices de prélèvement 01, 02, 03 Les orifices de prélèvement sont répartis par zone sur au moins une partie de la longueur des tubes de prélèvement, la répartition des orifices étant choisie de façon à obtenir en sortie de tube une valeur de GLR définie à l'avance. Chacun des tubes de prélèvement est raccordé à un tube d'évacuation, respectivement CI, C 2, C 3 du fluide polyphasique vers un ensemble de pompage comportant, par exemple, plusieurs pompes Pi, P 2, P 3. La référence I indique l'interface liquide-gaz. On peut répartir les orifices de prélèvement de différentes manières Les orifices de prélèvement peuvent être répartis comme le décrit le brevet FR 2 642 539. Lorsque l'on cherche à obtenir une adéquation totale entre la valeur du GLR du fluide en sortie d'un tube de prélèvement et une pompe située en aval du tube de prélèvement, on utilise, par exemple, la méthode décrite dans la demande de brevet Français 91/16 231 La répartition des orifices est alors telle que la valeur de GLR obtenue à la sortie du tube correspond aux caractéristiques de fonctionnement de la pompe reliée au tube de prélèvement. Il sera avantageux de disposer à l'entrée du réservoir un système, tel que des chicanes 13, 14, qui évite une perturbation trop importante du niveau de l'interface liquide-gaz dans le cas d'une arrivée de fluide trop brutale Une telle disposition offre de plus l'avantage d'obtenir une interface liquide-gaz dont le niveau est sensiblement identique, quelque soit l'endroit o l'on se trouve dans le réservoir. Une application possible du dispositif selon l'invention est de permettre de choisir le nombre de pompes en fonctionnement par 1 5 rapport au débit réel du fluide provenant de la source d'effluents En effet, la production de fluide variant au cours de la vie d'un puits, il est avantageux d'adapter le nombre de pompes, à tout moment, au débit du puits Pour celà on a besoin de connaître à tout instant la valeur du débit de la source de fluide polyphasique, ce qui peut être réalisé de plusieurs manières, qui vont être décrites dans la suite de la description. La figure 2 montre un mode de réalisation du dispositif selon l'invention adapté pour le calcul du débit de la source d'effluents Le réservoir 2 est équipé de moyens de mesures tels qu'un capteur de pression 3, et un détecteur de niveau 4 et de deux tubes de prélèvement TC 4, TC 5 pourvus respectivement d'orifices 04, 05 et traversant en fonctionnement normal l'interface gaz-liquide Ces tubes peuvent être verticaux et traverser le réservoir Ils sont reliés à un manifold 5 par des conduites de sortie C 4, C 5 Des conduites de transfert du fluide L 4, L 5 relient le manifold 5 à un ensemble de pompage comportant deux pompes P 4, P 5 Des moyens de mesure de la pression du fluide à son aspiration, tels que des capteurs de pression 6, 7 équipent chacune des pompes Les informations provenant des différents capteurs de mesure sont envoyées à un dispositif de traitement 8, qui permet de calculer la valeur du débit des effluents pour chaque tube de prélèvement et la valeur du GLR associé à un tube de prélèvement Le dispositif de traitement 8 commande l'ouverture ou la fermeture des vannes d'orientation du fluide polyphasique au niveau du manifold 5 en fonction des valeurs déterminées précédemment. Le fonctionnement d'un tel dispositif peut se faire, par exemple, de la façon suivante: on connait, à l'aide de mesures connues des spécialistes, à tout instant, la valeur du débit de la source d'effluents. A partir de cette valeur, de la valeur du GLR relative à un tube de prélèvement déterminée, par exemple en utilisant la méthode décrite dans la demande FR 91/16 231, des valeurs de pression prises au niveau du réservoir et à l'entrée de la pompe, on déduit à l'aide du dispositif de traitement 8 les quantités de gaz et de liquide passant à travers chacun des tubes de prélèvement On a ainsi, la valeur du débit de l'effluent passant à travers chaque tube de prélèvement On compare la somme des débits calculés précédemment à une valeur seuil mémorisée au préalable dans le dispositif de traitement 8. Lorsque la valeur est située en dessous de la valeur seuil, le dispositif 8 envoie: d'une part un signal de commande au niveau du manifold de façon à ce que les effluents provenant de chacune des conduites soient répartis dans un nombre minimum de conduites, et d'autre part un signal de commande des pompes mettant en fonctionnement uniquement les pompes auxquelles arrivent un effluent. On réduit ainsi le nombre de pompes correspondant au nombre de pompes nécessaires pour traiter le débit réel des effluents provenant de la source. Dans le mode de réalisation décrit selon la figure 3, on a équipé chaque conduite de transfert du fluide C 4, C 5 de moyens de mesure , 12, de débit du fluide et de moyens de détermination 9, 11 du paramètre GLR. Le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 3 diffère de celui décrit en liaison avec la figure 2 par la manière d'obtenir les paramètres suivants: le débit passant par chaque tube de prélèvement et la valeur GLR Dans le cas illustré par la figure 3, on mesure la valeur du GLR et la valeur du débit pour chacun des tubes de prélèvement par des dispositifs de mesure appropriés. La commande de répartition des effluents est ensuite identique à celle décrit figure 2. On peut ainsi utiliser un dispositif tel que celui décrit dans la demande de brevet français FR-2,647,549 pour obtenir la valeur du GLR. Les informations en provenance des dispositifs de mesure sont envoyées de la même façon que pour la figure 2 à un dispositif 8 de traitement. On peut aussi adapter le dispositif de la figure 2 pour le cas o 1 i O une pompe de l'ensemble de pompage, tombe en panne. Le dispositif comporte dans ce cas, en plus des éléments décrits à la figure 2, un moyen permettant de détecter la pompe en panne. Connaissant la valeur du GLR associée à la pompe en panne, on compare cette valeur aux valeurs de GLR mémorisées dans un ensemble de traitement et de commande 8 A partir de cette valeur, le dispositif 8 envoie un signal qui actionne les vannes du manifold de façon à orienter le fluide vers la pompe ayant une valeur limite de fonctionnement pour la valeur de GLR la plus proche de celle du GLR du fluide arrivant sur la pompe en panne Les valeurs de GLR correspondant aux caractéristiques des pompes faisant partie de l'ensemble de pompage sont préalablement mémorisées dans le dispositif de traitement 8. D'une façon générale, la présente invention permet une bonne adaptation entre l'ensemble sources de fluides et moyens de pompage grâce à l'utilisation de plusieurs tubes de prélèvement perforés, placés dans un ballon tampon. La figure 4 représente le cas o plusieurs sources de fluides, tels des puits pétroliers 51, 52,, Sn, sont reliés par des canalisations à l'entrée du ballon tampon 2 Le passage effectif de l'effluent provenant d'une source Si, 52,, Sn, vers le ballon tampon peut être contrôlé par une vanne VI, V 2, V 3,, Vn respectivement Cette vanne peut être télécommandée. Le réservoir ou ballon tampon 2 (Fig 4) comporte plusieurs tubes de prélèvement TC 1, TC 2,, T Cm, reliés à un ensemble de distribution 15 qui contrôle l'alimentation de pompes hydrauliques PI, P 2,, Pt. Le système de distribution 15 permet d'alimenter selon différents modes les pompes Pl à Pt. Sur la figure 5, a été représenté un exemple de système de distribution. Chaque tube TC 1, TC 2, TC 3, TC 4 est relié à une canalisation Cl, C 2, C 3 et C 4 et l'aspiration de chaque pompe Pi, P 2, P 3, P 4 est reliée à une canalisation C Al, CA 2, CA 3. Chaque canalisation Ci, i = 1,4 est reliée à une canalisation C Aj, j = 1,3 par une vanne Vij comme représenté à la figure 5. 1 i O Ce système de distribution permet tous les modes de fonctionnement, par exemple, si seules les vannes Vii sont ouvertes, le tube de prélèvement T Ci alimente uniquement la pompe Pl avec i=i à 3. Si, de plus, V 41, V 42, V 43 sont ouvertes, les pompes sont également alimentées par le tube de prélèvement TC 4. Les vannes Vij, i = 1,4 et j = 1,3 peuvent être télécommandées de façon à piloter à tout moment, selon les conditions optimum le fonctionnement de l'ensemble sources et pompes. On ne sortira pas du cadre de la présente invention si une pompe est alimentée par deux tubes de prélèvement En effet, un tel dispositif peut présenter un intérêt lorsque les caractéristiques physiques du puits, tels pression et débit, varie dans le temps. Lorsque le ballon tampon comporte trois tubes verticaux de prélèvement, ceux-ci peuvent être allégués ou placés aux sommets d'un triangle. Bien entendu, diverses modifications et /ou adjonctions peuvent être apportés par l'homme de métier au procédé et au dispositif dont la description vient d'être donnée à titre nullement limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour alimenter en fluide polyphasique, ledit fluide étant composé d'au moins une phase liquide et une phase gazeuse, un ensemble de pompage communiquant audit fluide une valeur de compression, ledit dispositif comportant un réservoir ( 2) de séparation desdites phases, ledit réservoir comportant au moins une ouverture d'arrivée ( 1) du fluide polyphasique et des moyens de prélèvement du contenu du réservoir, caractérisé en ce que le dispositif comporte au moins deux tubes de prélèvement s'étendant dans ledit réservoir de manière à traverser l'interface liquide-gaz en fonctionnement normal, lesdits tubes comportant des ouvertures de prélèvement réparties de part et d'autres de ladite interface en fonctionnement normal, et en ce que lesdits tubes sont reliés à l'ensemble de pompage. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le nombre des tubes de prélèvement est choisi de manière à favoriser l'évacuation d'une phase gazeuse de quantité importante. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque tube de prélèvement comporte au moins une sortie commune pour la phase liquide et la phase gazeuse. 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'orientation des fluides polyphasiques provenant d'une sortie d'un tube de prélèvement, tel qu'un manifold 5. ) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure ( 10, 12) du débit de fluide en sortie des tubes de prélèvement. 6) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure ( 9, 11) de la valeur GLR. 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la distribution des orifices de prélèvement le long des tubes de prélèvement peut varier en fonction du tube.