Brevet FR2842902A1 — publié le 20040130

HELICE POUR ACQUISITION DE DONNEES DANS UN ECOULEMENT DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une hélice destinée à un appareil d'acquisition de données dans un écoulement et un appareil d'acquisition de données équipé d'une telle hélice. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Pour assurer des fonctions de maintenance, notamment dans des puits d'hydrocarbure en production, on cherche à acquérir, de manière aussi précise que possible un certain nombre de données concernant le fluide multiphasique qui s'écoule dans le puits. Ces données sont par exemple la nature, le débit, la proportion des différentes phases du fluide. Dans un puits d'hydrocarbure en production, on est généralement en présence d'un fluide triphasique formé de pétrole, de gaz et d'eau. Ces phases fluidiques n'ont pas la même densité, ne se déplacent pas à la même vitesse, ne sont pas présentes dans les mêmes proportions et n'entrent pas au même endroit dans le puits. La répartition des différentes phases du fluide en écoulement n'est pas la même selon que le puits est vertical, incliné ou horizontal. En effet, du fait de la différence de densité des différentes phases du fluide, ces phases se stratifient progressivement au fur et à mesure que l'inclinaison du puits s'accroît. Dans une même section d'un puits incliné voire SP 21673 CS horizontal, on peut être en présence de plusieurs phases qui se déplacent avec des vitesses différentes et même des directions différentes. Dans un puits sensiblement vertical, les différentes phases se mélangent de manière homogène. Pour acquérir les données recherchées, on dispose dans le puits un appareil par exemple conforme à celui décrit dans la demande de brevet FR-Al-2 797 295. Cet appareil comporte, dans plusieurs régions du puits, des moyens pour déterminer la vitesse locale du fluide. L'un des moyens est monté dans le corps de l'appareil et les autres sur un mécanisme déployable en forme de bras. Lorsque l'appareil est introduit dans un puits horizontal ou dévié, le corps vient reposer dans la partie la plus basse du puits et le mécanisme déployé occupe toute la largeur du puits. Les moyens pour déterminer la vitesse se répartissent sur toute la largeur du puits. Les moyens pour déterminer la vitesse locale du fluide comportent une hélice de petite taille dont l'axe de rotation est orienté sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal du puits. Les hélices coopèrent avec des capteurs sans contact qui acquièrent des informations relatives à leur vitesse de rotation et éventuellement à leur sens de rotation. Dans le puits faiblement incliné voire horizontal, on peut être en présence de vitesses à mesurer très faibles, par exemple de l'ordre de quelques centimètres par seconde ou beaucoup plus élevées par exemple de quelques mètres par seconde. Du SP 21673 CS pétrole très visqueux peut se déplacer à ces vitesses basses tandis que les vitesses de l'eau ou du gaz peuvent atteindre ces vitesses élevées. Pour que les mesures soient fiables, il faut notamment que l'hélice soit sensible à toute cette gamme de vitesses. Par comparaison dans un puits vertical, la vitesse du mélange relativement homogène est de l'ordre de quelques dizaines de centimètres à quelques mètres par seconde. Le fluide multiphasique est porté à environ 1500C, sa pression est d'environ a Pa et il peut être très corrosif. Il peut contenir des composés soufrés, du sable ou d'autres débris en suspension. L'hélice doit être capable de résister à ces conditions difficiles. Actuellement les hélices sont réalisées en métal ou dans un matériau plastique par usinage et le cot en est relativement élevé. Ces hélices sont solidaires d'au moins un aimant. La rotation de l'hélice génère une variation périodique de champ magnétique qu'un ou plusieurs capteurs magnétiques peuvent détecter. Cette variation de champ magnétique est représentative de la vitesse et du sens de rotation de l'hélice. Il est connu de placer l'aimant à proximité de l'hélice, mais il faut alors le protéger du fluide multiphasique qui est très corrosif. L'ensemble formé de l'hélice et de l'aimant devient alors compliqué et coteux puisqu'il faut prévoir une enceinte de protection pour l'aimant. De plus, l'ensemble devient volumineux et l'écoulement s'en trouve modifié. SP 21673 CS On a aussi envisagé de loger l'aimant à l'intérieur du moyeu de l'hélice mais, lors de l'usinage de l'hélice, il faut prévoir le logement et une fois que l'aimant est en place, le logement doit être bouché pour que l'aimant soit entièrement protégé. Cette structure a également un cot élevé. EXPOS DE L'INVENTION La présente invention a justement comme but de proposer une hélice pour acquisition de données dans un écoulement qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Un but de l'invention est de proposer une hélice qui est particulièrement simple à réaliser et qui est bon marché tout en étant très performante. Un autre but de l'invention est de proposer une hélice qui est légère, qui présente une faible force d'inertie pour démarrer sa rotation même avec des vitesses de fluide très faibles. Un autre but de l'invention est de proposer une hélice qui résiste au fluide corrosif dans lequel elle va baigner, même s'il contient du sable ou des débris. Pour y parvenir la présente invention est une hélice pour acquisition de données dans un écoulement, comportant des pales et un moyeu, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en un matériau plastique et qu'elle est surmoulée en emprisonnant au niveau de son moyeu, un axe et au moins un aimant. L'hélice emprisonne également un insert pour loger l'aimant. SP 21673 CS Il est préférable que l'insert et l'axe soient solidaires l'un de l'autre. L'insert peut être serti autour de l'axe. L'axe peut avoir une section réduite au niveau de la sertissure. L'hélice comporte de préférence au moins une paire d'aimants, ils sont situés de part et d'autre de l'axe et s'attirent. Le matériau plastique est avantageusement une résine thermoplastique du type polyéthercétone. De préférence, l'aimant est réalisé à base de samarium cobalt, l'axe à base de carbure de tungstène, l'insert à base d'aluminium. La présente invention concerne également un appareil d'acquisition de données dans un écoulement, qui comporte au moins une hélice ainsi caractérisée. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: - les figures lA, 1B montrent en coupe longitudinale et transversale une hélice conforme à l'invention; - la figure 2 montre un appareil d'acquisition de données dans un puits d'hydrocarbure comportant une hélice conforme à l'invention. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après SP 21673 CS portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOS DETAILL DE MODES DE R ALISATION PARTICULIERS L'hélice représentée sur les figures lA, 1B possède des pales 1, dans l'exemple au nombre de cinq, et un moyeu 2. Ce nombre de cinq n'est pas limitatif, on pourrait envisager que l'hélice comporte plus de pales 1 ou moins de pales 1. Toutefois un nombre impair est préférable pour assurer une rotation plus homogène, le support de l'hélice n'occultant jamais plus d'une pale à la fois. Selon une caractéristique de l'invention, l'hélice, réalisée en un matériau plastique, est surmoulée, emprisonnant au niveau de son moyeu 2, un axe 3 et au moins un aimant 4. L'aimant 4 est logé dans un insert 5 qui est aussi emprisonné dans le moyeu 2 de l'hélice. Dans ce contexte, le terme surmoulage signifie que la matière moulée enferme au moins un " prisonnier " en son sein. En surmoulant l'hélice autour de l'axe 3, d'au moins un aimant 4 et de l'insert 5, on réalise un ensemble particulièrement compact, bon marché et performant. On peut réduire le cot de fabrication d'un facteur d'environ 10 par rapport aux hélices traditionnelles qui étaient usinées. Il faut garder à SP 21673 CS l'esprit que, dans l'application des puits d'hydrocarbure sensiblement horizontaux, ces hélices sont relativement petites, leur diamètre ne vaut que quelques centimètres. De plus, il est très facile de réaliser, par moulage, des pales 1 de formes diverses qui ne seraient pas ou difficilement réalisables par usinage. Il est préférable de prévoir des moyens 6 pour solidariser l'insert 5 et l'axe 3. On peut pour cela sertir l'insert 5 autour de l'axe 3. La sertissure porte également la référence 6. L'axe 3 comporte alors une partie 7 de section réduite au niveau de la sertissure 6. On utilisera de préférence au moins une paire d'aimants 4. Les deux aimants 4 de la paire seront placés de part et d'autre de l'axe 3 de manière à ce qu'ils s'attirent. L'un aura son pôle nord à proximité de l'axe 3 et l'autre aura son pôle sud à proximité de l'axe 3. En positionnant les deux aimants 4 de part et d'autre de l'axe 3, cela permet d'obtenir un certain équilibre dynamique lorsque l'hélice tourne, compte tenu du fait que le poids d'un aimant est non négligeable par rapport à celui de l'hélice elle même. Les deux aimants 4 induisent deux impulsions de détection par tour de rotation de l'hélice, ce qui rend la mesure de vitesse plus précise. L'axe 3 sera avantageusement réalisé à base de carbure de tungstène qui est suffisamment robuste pour résister au fluide corrosif de l'écoulement. SP 21673 CS L'insert 5 sera réalisé en métal, par exemple à base d'aluminium qui est suffisamment malléable pour être serti et qui est amagnétique. Les aimants 4 peuvent être avantageusement réalisés à base de samarium cobalt. Ce matériau permet d'avoir un rapport taille de l'aimant/énergie magnétique parmi les plus élevés. De plus, les aimants en samarium cobalt résistent bien aux hautes températures, que ce soit la température d'injection du matériau thermoplastique de l'hélice, environ 4000C ou bien la température d'utilisation dans le puits, environ 1500C. En étant emprisonnés dans le moyeu 2 de l'hélice, ils sont protégés du fluide corrosif de l'écoulement. Le matériau de l'hélice sera de préférence un matériau thermoplastique susceptible d'être moulé par injection et choisi pour sa légèreté et sa résistance élevée. Une résine thermoplastique par exemple de type polyéthercétone convient très bien. Cette résine est connue sous la dénomination VICTREX PEEK 450 GL 30 qui est une marque déposée par I.C.I IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES. Une telle hélice peut être facilement montée, au niveau de son axe 3, sur un support en forme d'étrier d'un dispositif à hélice tel que celui décrit dans la demande de brevet français, au nom du même demandeur, déposée le même jour que la présente demande. L'aimant 4 est destiné à exciter un capteur magnétique de mouvement (non représenté) devant SP 21673 CS acquérir des informations relatives à la vitesse de l'hélice et que l'on place dans son voisinage. Ce capteur est solidaire du support. Le dispositif à hélice avec son support est visible sur la figure 3, il porte la référence 31 tandis que le support et l'hélice sont référencés 10 et Il respectivement. La figure 2 représente de manière schématique un exemple d'appareil 30 d'acquisition de données du type de celui présenté dans la demande de brevet FR-A- 2 797 295. Il comporte plusieurs hélices il ainsi décrites, montées chacune sur un dispositif à hélice 31. L'appareil 30 est descendu dans un puits 32 d'hydrocarbure incliné voire sensiblement horizontal. L'appareil 30 est relié à la surface par une tige ou un câble non représentés. Les données acquises dans l'appareil 30 sont transmises à la surface par le câble, la tige ou par télémétrie. L'appareil 30 comporte un corps sensiblement cylindrique 33 de diamètre inférieur à celui du puits 32. Le corps 33 est solidaire d'un mécanisme déployable 34. Le mécanisme déployable 34 comporte deux bras 35 articulés entre eux et avec le corps 33. Le corps 33 repose sur la paroi inférieure du puits 32. Lors du déploiement, les bras prennent la forme d'un V situé dans un plan vertical passant par l'axe longitudinal du puits 32. Les dispositifs à hélice 31 sont répartis sensiblement régulièrement le long d'un des bras 35. Ils sont fixés au bras par exemple par une goupille 36 qui passe à travers un orifice du support 10. L'autre bras peut être équipé de capteurs 37 électriques et/ou optiques également répartis sensiblement régulièrement le long SP 21673 CS du bras. Un dispositif à hélice 31 et/ou au moins un capteur 37 peuvent être placés sur le corps 33. Bien qu'un seul mode de réalisation de la présente invention ait été représenté et décrit de façon détaillée, on comprendra que différents changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention notamment au niveau de la forme de l'hélice. On a pris comme exemple d'application, l'acquisition de données dans un puits d'hydrocarbure, mais il est bien entendu que l'hélice peut être utilisée dans d'autres domaines, par exemple dans un milieu sous-marin ou même dans un forage autre que pétrolier. SP 21673 CS REVENDICATIONS 1. Hélice pour acquisition de données dans un écoulement, comportant des pales (1) et un moyeu (2), caractérisée en ce qu'elle est réalisée en un matériau plastique et qu'elle est surmoulée en emprisonnant au niveau de son moyeu (2), un axe (3) et au moins un aimant (4). 2. Hélice selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle emprisonne également un insert (5) pour loger l'aimant (4). 3. Hélice selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'insert (5) et l'axe (3) sont solidaires l'un de l'autre. 4. Hélice selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'insert (5) est serti autour de l'axe (3). 5. Hélice selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'axe (3) a une section réduite (7) au niveau de la sertissure (6). 6. Hélice selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une paire d'aimants (4) qui sont situés de part et d'autre de l'axe (3) et qui s'attirent. SP 21673 CS 7. Hélice selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le matériau plastique est une résine thermoplastique de type polyéthercétone. 8. Hélice selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'aimant (4) est réalisé à base de samarium cobalt. 9. Hélice selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'axe (3) est réalisé à base de carbure de tungstène. 10. Hélice selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisée en ce que l'insert (5) est réalisé à base d'aluminium. 11. Appareil d'acquisition de données dans un écoulement, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une hélice (11) selon l'une des revendications 1 à 10. SP 21673 CS