Brevet FR3039588A1 — publié le 20170203

Dispositif de test d'échantillons et installation de pompage d'un fluide comportant ce dispositif de test La présente invention se situe dans le domaine des installations de pompage de fluides industriels tels que des hydrocarbures et de l'eau. En particulier, la présente invention concerne la caractérisation dimensionnelle et physico-chimique de tout matériau utilisé dans une pompe à cavités progressives qui pourrait avoir ses propriétés mécaniques, physico- chimiques et dimensionnelles altérées au cours du temps par le fluide pompé. Cette caractérisation peut, par exemple, permettre de connaître le gonflement de l'élastomère constituant le stator en fonction des conditions environnementales dans lesquelles la pompe va être utilisée afin de réaliser le meilleur serrage rotor-stator. Lorsque ce serrage est insuffisant, le rendement hydraulique de la pompe est dégradé. Lorsque, au contraire, ce serrage est trop important, la friction engendrée par ce serrage excessif entraîne un échauffement de l'élastomère induisant un changement de ses propriétés mécaniques. Ce changement a pour conséquence un vieillissement prématuré, une dégradation et une perte des propriétés fonctionnelles de la pompe voire même une destruction du stator. Il est connu de caractériser les matériaux utilisés dans la pompe à cavités progressives par des tests « hors milieu » ou « ex situ ». Toutefois, les conditions environnementales existantes en fonds de puits (pression, température, composition chimique, acidité...) parfois à plusieurs kilomètres de la surface ne sont pas réellement connues et sont difficilement reproductibles en laboratoire. Pour pallier à cet inconvénient, certains tests tels que les tests de vieillissement sont effectués avec des prélèvements de fluides pompés provenant d'un puits, d'un conduit, d'une tuyauterie, d'une cuve.... Cependant, beaucoup de constituants (gaz, matières volatiles) sont perdus lors du transfert du fluide pompé de son milieu d'origine vers le laboratoire de caractérisation rendant les essais peu ou moins représentatifs. De plus, les conditions 3039588 2 environnementales existantes en fonds de puits (pression, température, composition chimique, acidité) varient au cours de la maturation du puits. Ces conditions environnementales varient également d'un puits à l'autre. 5 En conséquence, la caractérisation des matériaux par ces tests «hors milieu » n'est pas satisfaisante car elle est trop approximative. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif permettant de caractériser de manière plus réaliste l'évolution mécanique, physico-chimique et 10 éventuellement dimensionnelle de matériaux utilisés dans des conditions en fond de puits (bain dans un mélange polyphasique, température, et pression). A cet effet, l'objet de la présente invention est un dispositif de test d'échantillons de matériau propre à être fixé en amont d'une pompe d'une 15 installation de pompage d'un fluide, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte : - un carter ayant au moins une ouverture d'entrée du fluide et au moins une ouverture de sortie du fluide, ladite ouverture de sortie étant destinée à être fixée à ladite pompe ; 20 - une cassette ajourée destinée à contenir lesdits échantillons de matériau à tester, ladite cassette ajourée étant agencée dans ledit carter entre ladite ouverture d'entrée et ladite ouverture de sortie. Avantageusement, ce dispositif permet de disposer les échantillons à tester dans le flux du fluide pompé. Ainsi, ces échantillons sont testés dans le 25 même milieu que la pompe. En particulier, ces échantillons sont soumis au même fluide que les éléments constitutifs de la pompe. Ce fluide est constitué par des mélanges polyphasiques. Ils expérimentent les mêmes conditions de pression et de températures que les matériaux constitutifs de la pompe. Ainsi, ce dispositif permet de tester des échantillons dans des conditions 30 plus proches de la réalité des conditions en fond de puits. Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif de test d'échantillons comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : 3039588 3 - le carter présente une paroi cylindrique, une face d'extrémité fermée située au droit de l'ouverture de sortie, ladite paroi cylindrique ayant une première partie pleine et une seconde partie pourvue de ladite au moins une ouverture d'entrée, ladite première partie étant adjacente à la face d'extrémité 5 (16) fermée de manière à former un réservoir destiné à contenir une partie du fluide à pomper. Avantageusement, ce dispositif permet de remonter en dehors du puits une partie du fluide à pomper. Ce fluide pourra être déversé dans un récipient de transport des échantillons. Ainsi, cette caractéristique permet de garder les 10 échantillons dans le mélange polyphasique du fond de puits lors du transport de ceux-ci vers le laboratoire d'analyse des échantillons. Ce fluide est plus adapté pour garder les échantillons au plus proche de leur vieillissement. - dans lequel la cassette ajourée comporte : - un fourreau ajouré, 15 - deux plateaux de fermeture ayant un diamètre supérieur au diamètre du fourreau ajouré, les plateaux de fermeture étant munis chacun d'un orifice central; - une tige agencée dans le fourreau ajouré et traversant les orifices centraux des plateaux de fermeture, et 20 - des éléments de fixation de chaque plateau de fermeture contre une extrémité dudit fourreau ajouré. - dans lequel la cassette ajourée comporte en outre au moins un plateau intermédiaire muni d'un orifice central traversé par ladite tige, et au moins deux entretoises emmanchées sur ladite tige de part et d'autre dudit plateau 25 intermédiaire. - dans lequel la face d'extrémité fermée est constituée par un capuchon fixé à la première partie, ledit dispositif de test comprenant en outre une barre ayant une extrémité solidarisée audit capuchon et une extrémité pourvue d'un alésage taraudé, ladite tige étant vissée dans l'alésage taraudé de ladite barre. 30 Avantageusement, ce système permet de retirer simplement la cassette du carter par désolidarisation du capuchon. - il comporte un dispositif d'acquisition de la déformation d'un échantillon de matériau au cours du temps, ledit dispositif d'acquisition comportant : 3039588 4 - un logement ouvert sur une de ses faces et muni de trous de passage du fluide à pomper, ledit logement étant destiné à contenir ledit échantillon de matériau à tester, et - un capteur de mesure propre à mesurer la déformation de l'échantillon 5 de matériau, ledit capteur de mesure étant agencé en regard de la face ouverte dudit logement. - dans lequel ladite cassette ajourée comprend un dispositif d'élongation des échantillons de matériau. - dans lequel ladite cassette ajourée comprend au moins un dispositif de 10 mise en compression des échantillons de matériau. - dans lequel la cassette ajourée comporte des plateaux intermédiaires emmanchés sur la tige et des entretoises emmanchées sur la tige; chaque entretoise étant interposée entre deux plateaux intermédiaires pour former un compartiment de stockage des échantillons de matériau. 15 - dans lequel les éléments de fixation comprennent un filetage pratiqué au moins à chaque extrémité de ladite tige et au moins deux boulons de fixation. - dans lequel les plateaux de fermeture et/ou les plateaux intermédiaires et /ou ladite au moins une entretoise sont ajourés. 20 La présente invention a également pour objet une installation de pompage d'un fluide comportant une pompe et un dispositif de test d'échantillons de matériau selon les caractéristiques mentionnées ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va 25 suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures sur lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale partielle du dispositif de test selon la présente invention, lorsque ce dispositif est installé dans une conduite d'une installation de pompage ; 30 - la figure 2 est une vue schématique de face d'un plateau de fermeture du dispositif de test illustré sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique en coupe axiale d'un premier exemple d'une partie du dispositif de test selon la présente invention ; 3039588 5 - la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif de compression du dispositif de test selon la présente invention ; et - la figure 5 est une vue schématique d'un dispositif de mesure de la déformation d'un élastomère fixé dans le dispositif de test. 5 Par convention, dans la description qui va suivre, les termes « haut », « bas », « inférieur », « supérieur », « droite » et « gauche » sont définis lorsque le dispositif de test est installé dans un puits comme illustré sur la figure 1, et ne sont nullement limitatifs. 10 En référence à la figure 1, le dispositif de test 2 selon l'invention est destiné à être installé dans le carter de soutènement 4 d'une installation de pompage d'hydrocarbure ou d'eau utilisant une pompe à cavités progressives 6. Le dispositif de test 2 est propre à tester des matériaux tels que des métaux ou 15 des élastomères. Le dispositif de test 2 comporte un carter 8 et une cassette ajourée 10 agencée dans ledit carter 8. 20 Le carter 8 présente la forme d'un cylindre. Il possède une paroi cylindrique 12, une face d'extrémité supérieure 14 et une face d'extrémité inférieure 16. La face d'extrémité supérieure 14 comprend une ouverture de sortie de 25 fluide 18. Cette face d'extrémité supérieure 14 est destinée à être fixée à l'ouverture d'aspiration 20 de la pompe à cavités progressives. La face d'extrémité inférieure 16 est fermée. En particulier, un capuchon 22 est fixé, par exemple par vissage, à la paroi cylindrique 12 du carter. La paroi 30 cylindrique 12 possède une partie inférieure 24 pleine et une partie supérieure 26 sur laquelle des ouvertures d'entrée 28 du fluide pompé sont ménagées. La partie inférieure 24 pleine est adjacente à la face d'extrémité fermée 16. La 3039588 6 partie inférieure 24 et le capuchon 22 forment un réservoir 30 destiné à contenir du fluide à pomper. La cassette ajourée 10 comprend un fourreau ajouré 32, deux plateaux de 5 fermeture 34 fixés chacun de manière amovible contre le fourreau ajouré, et une tige 36 filetée agencée dans le fourreau ajouré. Dans l'exemple de réalisation de l'invention illustré sur la figure 1, le fourreau ajouré 32 est cylindrique. Il est pourvu de trous traversants 38 répartis 10 sur l'ensemble de sa surface. En référence à la figure 2, les plateaux de fermeture 34 présentent un diamètre supérieur au diamètre du fourreau ajouré 32. Ils sont munis chacun d'un orifice central 40 et de trous traversants 42 autorisant le passage du fluide à 15 pomper. La tige 36 est montée dans le fourreau ajouré 32 et dans les orifices centraux 40 des plateaux de fermeture de la cassette. Des boulons de fixation 44 sont visés à chaque extrémité de la tige 36 pour mettre les plateaux de 20 fermeture 34 en butée contre le fourreau ajouré 32. Le filetage 46 de la tige et les boulons de fixation 44 forment des éléments de fixation de chaque plateau de fermeture 34 contre une extrémité dudit fourreau ajouré 32. 25 La cassette ajourée 10 comporte en outre des plateaux intermédiaires 48 emmanchés sur la tige 36 et des entretoises 50 également emmanchées sur la tige 36. 30 Les plateaux intermédiaires 48 sont identiques aux plateaux de fermeture 34 à l'exception du fait qu'ils présentent un diamètre inférieur au diamètre du fourreau ajouré 32. Les entretoises 50 sont interposées entre deux plateaux intermédiaires 48 ou entre un plateau de fermeture 34 et un plateau 3039588 7 intermédiaire 48. Les entretoises 50 sont, par exemple, constituées par des sections de tube. La longueur de chaque entretoise 50 est définie en fonction de la taille de l'échantillon à agencer entre deux plateaux 34, 48. L'espace délimité entre deux plateaux 34, 48 adjacents forme un compartiment 52. 5 En référence à la figure 3, les échantillons de matériaux à tester 54 sont, par exemple, fixés à un plateau 34, 48 par un fil 55 ou un câble, ou fixés entre deux plateaux 34, 48 par des fils attachés aux trous traversants 42. Avantageusement, ce type de fixation permet de tenir les échantillons 54 10 éloignés des parois du fourreau ajouré 32 tout en assurant leur immersion complète dans le fluide pompé. La cassette ajourée 10 peut comprendre un dispositif d'élongation 56 d'un échantillon de matériau. Ce dispositif d'élongation 56 comprend par exemple un 15 premier ressort 58 fixé à un plateau intermédiaire 48 ou à un plateau de fermeture 34, un second ressort 60 fixé à un plateau intermédiaire 48 ou de fermeture 34 adjacent. L'échantillon de matériau à tester 54 est destiné à être fixé audits premier et second ressorts. Un effort d'élongation peut ainsi être appliqué aux échantillons de matériau 54 afin de réaliser un essai de 20 caractérisation sous contrainte, par exemple des éprouvettes H2 avec 5% d'allongement. Selon une variante représentée sur la figure 4, la cassette ajourée 10 comprend un dispositif de compression 62 d'un échantillon de matériau. Ce 25 dispositif de compression 62 comprend, par exemple, deux plateaux intermédiaires 48 emmanchés sur la tige 36 de part et d'autre du ou des échantillons à tester 54 et deux écrous de mise en compression 64 vissés sur la tige 36 chacun contre un plateau intermédiaire 48 afin de compresser le ou les échantillons de matériau 54 interposé entre deux plateaux intermédiaires 48. 30 Une entretoise 50 est disposée sur l'écrou de mise en compression 64 supérieur. Puis, un nouveau plateau intermédiaire 48 est disposé sur l'entretoise 50. 3039588 8 En référence à la figure 1, le dispositif de test 2 selon l'invention comprend en outre une barre 66 ayant une extrémité 68 solidarisée audit capuchon 22 et une extrémité 70 pourvue d'un alésage axial taraudé. L'extrémité inférieure de la tige filetée 36 est vissée dans l'alésage taraudé disposé à 5 l'extrémité 70 de la barre 66. Avantageusement, lorsque le capuchon 22 est désolidarisé de la partie inférieure 24 du carter, la cassette ajourée 10 est en même temps retirée du carter par l'intermédiaire de la barre 66. La barre 66 présente une longueur telle que le plateau de fermeture 34 10 supérieur est situé au-dessus desdites ouvertures d'entrée 28 du carter de manière à assurer une immersion optimale des échantillon de matériau 54. Préférentiellement, le dispositif de test 2 comporte également un dispositif 72 d'acquisition de la déformation d'un échantillon de matériau 54 au cours du 15 temps. Ce dispositif est illustré sur les figures 1 et 5. Il permet notamment d'acquérir des mesures de la déformation d'un élastomère au cours du temps. Ce dispositif d'acquisition 72 comporte un logement 74 destiné à recevoir un échantillon de matériau 54 à tester et un capteur de mesure 78 propre à 20 mesurer les déformations de l'échantillon de matériau 54. Le logement 74 est agencé sur la face interne de la paroi cylindrique 12. Il est muni de trous de passage 80 du fluide à pomper. La face supérieure 82 du logement est totalement ouverte sur l'espace interne du carter. Le capteur de mesure 78 est également fixé sur la face interne de la paroi cylindrique au droit de la face supérieure 82 ouverte du logement. Le capteur de mesure 78 est, par exemple, une jauge de déformation, un pont de jauges de déformation (pont de Wheatstone) ou un capteur de mesure de déplacement. 25 30 L'échantillon de matériau à tester 54 présente une taille correspondant à la taille du logement 74 de manière à ce que lorsqu'il se déforme, son expansion 3039588 9 ou sa rétractation ne se réalise que dans une direction propre à être perçue par le capteur de mesure 78. Le capteur de mesure 78 est connecté par une connexion filaire 84 à un 5 boîtier 86 électronique de traitement et d'amplification du signal. Ce boîtier électronique est connecté par une connexion filaire 85 à une unité de traitement des données disposée en surface, à l'extérieur du puits. En variante, les données de mesure sont transmises en surface par le boîtier 86 par une connexion non filaire telle que par exemple une connexion radiofréquence. 10 Sur la figure 1, le carter 8 présente la forme d'un cylindre circulaire droit. En variante, la courbe directrice du cylindre peut présenter n'importe quelle autre forme, tel que par exemple un carré. 15 En variante, le carter 8 ne comprend pas de réservoir 30. Dans ce cas, soit la paroi cylindrique est ajourée, soit elle est pleine et la ou les ouvertures d'entrée sont ménagées sur la face d'extrémité inférieure. En variante, le fourreau ajouré 32 est réalisé en grillage métallique. 20 En variante, la cassette ajourée 10 comprend un nombre différent de plateaux intermédiaires et d'entretoises. En variante également, la cassette ajourée 10 ne comprend pas de plateau intermédiaire. Elle comporte un unique compartiment. Dans ce cas la tige peut n'être filetée uniquement à ses 25 extrémités. En variante, la pompe à cavités progressives 6 est remplacée par une pompe péristaltique. 30 Sur la figure 1, les ouvertures d'entrée 28 autorisant l'entrée du fluide dans le carter sont circulaires. Selon une variante non représentée, ces ouvertures d'entrée sont des rainures, par exemple longitudinales. 303 95 88 10 Pour réaliser un test à l'aide du dispositif de test selon l'invention, les échantillons de matériau 54 sont préparés de manière à avoir la taille ou la forme propre à la réalisation d'un test in-situ ou ex-situ, par exemple, typiquement selon un format H2, pions, éprouvettes de pelage, etc.... Ils sont préparés en 5 laboratoire. Toutes les caractéristiques initiales de ces échantillons de matériau 54 sont mesurées. Puis, ces échantillons de matériau 54 sont mis dans la cassette ajourée 10. En particulier, une série d'échantillons de matériau 54 est par exemple déposée dans le fourreau ajouré 32 sur le plateau de fermeture 34. Une entretoise 50 est alors insérée sur la tige 36 et déposée contre le plateau de 10 fermeture 34. Un plateau intermédiaire 48 est alors inséré sur la tige 36 et posé sur l'entretoise 50 de manière à former un compartiment 52. Les échantillons de matériau 54 sont ainsi immobilisés entre le plateau de fermeture 34 et le plateau intermédiaire 48. Chaque compartiment 52 comprend des échantillons de même nature ou d'une nature spécifique à ce compartiment, par exemple un type 15 d'élastomère. Cela permet de bien différencier la nature de chaque échantillon. Lorsque le rotor de la pompe à cavités progressives 6 est entraîné en rotation dans le stator, le fluide à pomper est aspiré. Le fluide traverse les ouvertures d'entrée 28 du carter. Une grande partie du fluide aspiré traverse la 20 cassette ajourée 10 et baigne les échantillons à tester 54 contenus dans celle-ci. Puis, le fluide aspiré sort du carter 8 par l'ouverture de sortie 18 et pénètre dans la pompe à cavités progressives 6 Le carter est monté sur la même ligne de production que la pompe à 25 cavités progressives 6 utilisant des élastomères ou tout autre matériau propre à avoir ses propriétés mécaniques, physico-chimiques ou dimensionnelles modifiées dans le temps ou instantanément par la nature du fluide pompé de manière à ce que le fluide traversant la cassette ajourée 10 présente des caractéristiques physico-chimiques, de température et de pression équivalentes 30 au fluide passant dans la pompe à cavités progressives. REVENDICATIONS1.- Dispositif de test (2) d'échantillons de matériau (54) propre à être fixé en amont d'une pompe (6) d'une installation de pompage d'un fluide, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte : - un carter (8) ayant au moins une ouverture d'entrée (28) du fluide et au moins une ouverture de sortie (18) du fluide, ladite ouverture de sortie (18) étant destinée à être fixée à ladite pompe (6) ; - une cassette ajourée (10) destinée à contenir lesdits échantillons de matériau (54) à tester, ladite cassette ajourée (10) étant agencée dans ledit carter (8) entre ladite ouverture d'entrée (28) et ladite ouverture de sortie (18). 2.- Dispositif de test (2) selon la revendication 1, dans lequel le carter (8) présente une paroi cylindrique (12), une face d'extrémité (16) fermée située au droit de l'ouverture de sortie (18), ladite paroi cylindrique (12) ayant une première partie (24) pleine et une seconde partie (26) pourvue de ladite au moins une ouverture d'entrée (28), ladite première partie (24) étant adjacente à la face d'extrémité (16) fermée de manière à former un réservoir (30) destiné à contenir une partie du fluide à pomper. 3.- Dispositif de test (2) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la cassette ajourée (10) comporte : - un fourreau ajouré (32), - deux plateaux de fermeture (34) ayant un diamètre supérieur au diamètre du fourreau ajouré (32), les plateaux de fermeture (34) étant munis chacun d'un orifice central (40) ; - une tige (36) agencée dans le fourreau ajouré (32) et traversant les orifices centraux (40) des plateaux de fermeture, et - des éléments de fixation (44, 46) de chaque plateau de fermeture (40) contre une extrémité dudit fourreau ajouré (32). 4.- Dispositif de test (2) selon la revendication 3, dans lequel la cassette ajourée (10) comporte en outre au moins un plateau intermédiaire (48) muni d'un 3039588 12 orifice central (40) traversé par ladite tige (36), et au moins deux entretoises emmanchées sur ladite tige (36) de part et d'autre dudit plateau intermédiaire (48). 5 5.- Dispositif de test (2) selon la combinaison des revendications 2 et 3, dans lequel la face d'extrémité (16) fermée est constituée par un capuchon (22) fixé à la première partie (24), ledit dispositif de test (2) comprenant en outre une barre (66) ayant une extrémité (68) solidarisée audit capuchon (22) et une extrémité (70) pourvue d'un alésage taraudé, ladite tige (36) étant vissée dans 10 l'alésage taraudé de ladite barre (66). 6.- Dispositif de test (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportant un dispositif (72) d'acquisition de la déformation d'un échantillon de matériau (54)) au cours du temps, ledit dispositif d'acquisition (72) comportant : 15 - un logement (74) ouvert sur une de ses faces (82) et muni de trous de passage (80) du fluide à pomper, ledit logement (74) étant destiné à contenir ledit échantillon de matériau (54) à tester, et - un capteur de mesure (78) propre à mesurer la déformation de l'échantillon de matériau (54), ledit capteur de mesure (78) étant agencé en 20 regard de la face ouverte (82) dudit logement. 7.- Dispositif de test d'échantillons selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ladite cassette ajourée (10) comprend un dispositif d'élongation (56) des échantillons de matériau (54). 25 8.- Dispositif de test (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ladite cassette ajourée (10) comprend au moins un dispositif de mise en compression (62) des échantillons de matériau (54). 30 9.- Dispositif de test (2) selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel la cassette ajourée (10) comporte des plateaux intermédiaires (48) emmanchés sur la tige (36) et des entretoises (50) emmanchées sur la tige (36) ; 3039588 13 chaque entretoise (50) étant interposée entre deux plateaux intermédiaires (48) pour former un compartiment (52) de stockage des échantillons de matériau. 10.- Dispositif de test (2) selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, 5 dans lequel les éléments de fixation comprennent un filetage (46) pratiqué au moins à chaque extrémité de ladite tige (36) et au moins deux boulons de fixation (44). 11.- Dispositif de test (2) selon l'une quelconque des revendications 3 à 10 10, dans lequel les plateaux de fermeture (34) et/ou les plateaux intermédiaires (48) et /ou ladite au moins une entretoise (50) sont ajourés. 12.- Installation de pompage d'un fluide comportant une pompe (6) et un dispositif (2) de test d'échantillons selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 11. 20