INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Le fonctionnement et l’architecture de l’unité de génération d’oxygène 30 sont détaillés ci-après.
L’installation 50 comprend aussi une ligne de récupération de gaz expiré 10 reliée fluidiquement à l’interface respiratoire 21 qui permet de récupérer et d’acheminer tout ou partie du mélange gazeux CO 2 /O 2 expiré par le patient P, lors de ses phases expiratoires, lequel se retrouve dans l’interface respiratoire 21, lorsque le patient P exhale.
La ligne de récupération de gaz 10 alimente en mélange gazeux CO 2 /O 2 expiré, un système de purification de gaz 1 servant à éliminer la majorité et, de préférence (quasi-) tout, le CO 2 contenu dans le mélange gazeux CO 2 /O 2 expiré et obtenir ainsi un gaz purifié contenant essentiellement de l’oxygène, i.e. O 2 , et une ligne de recyclage de gaz 11 récupérant l’oxygène fourni par le système de purification de gaz 1 et l’amenant ensuite jusqu’à la ligne principale d’acheminement de gaz 23, via un réservoir-tampon 24.
Autrement dit, la ligne principale d’acheminement de gaz 23, i.e. le circuit patient, comprend un tuyau flexible qui relie fluidiquement l’unité de génération d’O 2 30, à l’orifice ou port d’entrée 22 de l'interface respiratoire 21 de manière à alimenter le patient P en O 2 , par exemple un masque facial.
La ligne principale d’acheminement de gaz 23 comprend par ailleurs, i.e. est reliée fluidiquement, le réservoir-tampon 24 qui est en communication fluidique avec le lumen de la ligne principale d’acheminement de gaz 23, et qui sert de réserve de gaz respiratoire, i.e. d’oxygène.
Dit autrement, le réservoir-tampon 24 est alimenté en oxygène provenant par la ligne principale d’acheminement de gaz 23 et en gaz purifié recyclé provenant de la ligne de recyclage 11, de préférence de l’oxygène ayant une pureté de 99% ou plus, comme expliqué ci-après.
Lorsque le patient P respire, le réservoir-tampon 24 qui est rempli de gaz, satisfait la demande instantanée du patient P en lui fournissant au moins une partie du gaz qu’il contient, à savoir de l’oxygène pur ou quasi-pur (i.e. traces d’impuretés).
Par ailleurs, le gaz expiré par le patient P ressort de l’interface respiratoire 21 par un port ou orifice de sortie 25 aménagé dans l’interface respiratoire 21, avant d’être récupéré et convoyé par la ligne de récupération de gaz 10 formant un circuit expiratoire, tel un conduit ou tuyau de gaz flexible, connecté fluidiquement au port de sortie 25 de l’interface respiratoire 21.
La ligne de récupération de gaz 10 permet donc de récupérer et acheminer au moins une partie du mélange gazeux CO 2 /O 2 expiré par l’utilisateur se retrouvant dans l’interface respiratoire 21, lors des phases expiratoires de l’utilisateur P, comme expliqué ci-avant.
Dans tous les cas, le mélange gazeux CO 2 /O 2 expiré contient encore une forte proportion d’O 2 , par exemple au moins 90 à 95% d’O 2 alors que sa teneur en dioxyde de carbone (et en vapeur d’eau) issu de la respiration cellulaire et des échanges pulmonaires est relativement faible, par exemple de l’ordre de 5 % vol. Le gaz expiré peut aussi contenir un ou d’autres composés gazeux, en particulier de la vapeur d’eau (H 2 O).
Comme déjà dit, le flux gazeux de mélange CO 2 /O 2 est acheminé par la ligne de récupération de gaz 10 jusqu’à l’unité de purification 1 des gaz expirés au sein de laquelle le CO 2 et éventuellement la vapeur d’eau sont épurés/éliminés, notamment adsorbés, i.e. captés, par un (ou des) lit d’adsorbants 130-132, comme expliqué ci-après et illustré en .
Il est à noter que, dans le cadre de la présente invention, on utilise indifféremment la terminologie « le gaz expiré » ou « les gaz expirés » (i.e. singulier ou pluriel) pour désigner le mélange gazeux rejeté par les poumons du patient lequel contient de l’O 2 , du CO 2 et généralement de la vapeur d’eau.
Le gaz purifié produit par l’unité de purification 1 contient essentiellement de l’oxygène et des quantités faibles, voire négligeables, de CO 2 et éventuellement de vapeur d’eau (i.e. humidité). Dans tous les cas, le gaz purifié a, après purification, une teneur en oxygène bien supérieure à celle du gaz expiré, typiquement au moins 99% vol. d’oxygène.
Autrement dit, le système de purification de gaz 1 est alimenté en mélange gazeux CO 2 /O 2 expiré (i.e. teneur O 2 2 et de la vapeur d’eau contenue dans le mélange gazeux CO 2 /O 2 expiré et obtenir un gaz purifié contenant essentiellement de l’oxygène (i.e. teneur O 2 > 99.9% env., voire >99.95% vol.) qui est fourni au réservoir-tampon 24 via la ligne de recyclage de gaz 11.
Comme illustré en , l’unité de génération d’oxygène 30 comprend un ou des modules de séparation électrochimique 316 pour fournir le gaz respiratoire riche en oxygène, typiquement de l’oxygène pur ou quasiment pur, par exemple ayant une pureté >99.95%vol., à la ligne principale d’acheminement de gaz 23, aussi appelée circuit patient, alimentant l’interface respiratoire 21, tel un masque facial ou analogue, et permettre d’administrer le gaz respiratoire à l’utilisateur, lors de ses phases inspiratoires.
Selon un mode de réalisation particulier, la composition (B) comprend en outre iv) un ou plusieurs agents colorants, de préférence choisis parmi les colorants directs, les colorants d’oxydation et leurs mélanges.
Dans l’unité de purification de gaz expiré 1, les composés CO 2 et la vapeur d’eau sont adsorbés, c'est-à-dire retenus par l’adsorbant. Or, celui-ci possède une capacité maximale d’adsorption au-delà de laquelle l’adsorbant (ou les adsorbants) est saturé, c’est-à-dire ne peut plus capter les molécules de CO 2, voire celles d’eau, qui peuvent alors traverser l’adsorbant avec l’oxygène et se retrouver dans le gaz « purifié ».
Afin d’éviter une telle situation de saturation de l’adsorbant, et donc que le patient P ne puisse ré-inhaler du CO 2 et donc éviter une situation dangereuse pour le patient, il convient de régénérer périodiquement chaque adsorbant afin de le débarrasser des composés qui y sont adsorbés/retenus, en particulier le CO 2 .
Selon un mode de réalisation, la capacité maximale d’adsorption de la première cartouche 130, c’est-à-dire le volume maximal de CO 2 pouvant y être retenu, i.e. capté, est connue et mémorisée au sein du microcontrôleur 151 ou ailleurs.
En mesurant le volume total de gaz expiré ayant été admis dans l’unité d’épuration des gaz expirés 1, au moyen du premier capteur de débit 101, et en considérant une concentration de CO 2 de l’ordre de 5% vol., le microcontrôleur 151 est en mesure de déterminer que la première cartouche 130 est proche d’arriver à saturation. On procède de la même manière pour les autres cartouches 131, 132.
Bien entendu, selon d’autres modes de réalisation, l’évaluation du taux de saturation des cartouches 130-132 pourrait être opérée autrement, par exemple en mesurant la température des adsorbants ou encore en intégrant une mesure de teneur en CO 2 dans le conduit de sortie 107. Selon encore un autre mode de réalisation, la régénération des cartouches 130-132 pourrait aussi être opérée après une durée donnée ou de toute autre façon.
Lorsque la première cartouche 130 parvient à saturation, le microcontrôleur 151 commande la seconde vanne rotative 111 et la cinquième vanne rotative 141 afin de basculer sur une cartouche non saturée et/ou ayant été régénérée, afin de permettre au système de continuer à purifier les gaz expirés par le patient P.
La seconde vanne rotative 111 réalise une connexion fluidique entre le conduit d’entrée 100 et le second conduit 121, alors que, dans le même temps, la cinquième vanne rotative 141 réalise une connexion fluidique entre le même second conduit 121, en particulier sa portion aval située en aval du second port aval 131b de la seconde cartouche 131, et le conduit de sortie 107. Dans le même temps, le microcontrôleur 151 commande la première vanne rotative 110 et la quatrième vanne rotative 140 de manière à mettre en relation fluidique respectivement le conduit d’échappement 103 et le premier conduit 120, ainsi que la portion aval du premier conduit 120, i.e. en aval du premier port aval 130b de la première cartouche 130, et le conduit de régénération 109.
Le microcontrôleur 151 commande par ailleurs la troisième vanne rotative 112 et la sixième vanne rotative 142 de manière à mettre en relation fluidique respectivement le conduit d’admission 102 et le troisième conduit 122, ainsi que la portion aval du même dit troisième conduit 122 et le conduit d’extraction 108.
Lorsque la première cartouche 130 est saturée, elle doit être régénérée.
Classiquement, lors d’une régénération d’un lit d’adsorbant, un gaz sec, c’est-à-dire dépourvu d’humidité, i.e. de vapeur d’eau, par exemple du N 2 issu d’une bouteille, est chauffé à haute température, par exemple supérieure à 250°C et traverse l’adsorbant. En gérant de façon appropriée le profil de température, il est possible de régénérer l’adsorbant. Toutefois, dans le cadre de la présente invention, une régénération de ce type n’est pas adaptée du fait de l’absence, en général, d’une source de gaz sec sur site d’utilisation, typiquement en hôpital ou analogue. De plus, le fait de devoir porter le gaz à haute température entraîne une complexité technique et donc induit un surcoût ainsi qu’une consommation électrique importante.
Dans le cadre de l’invention, on utilise les propriétés de l’unité de génération d’O 2 3 pour opérer la régénération. En effet, on comprend, au vu de , que le conduit d’échappement 330 de l’unité de génération d’O 2 3 convoie un gaz appauvri en O 2 (i.e. de concentration inférieure à 21% vol.) à haute température, c'est-à-dire à au moins 300°C environ. Or, ce conduit d’échappement 330 est fluidiquement relié au second conduit d’interconnexion 33, lui-même fluidiquement relié au conduit de régénération 109 de l’unité d’épuration de gaz expiré 1. Dès lors, le gaz circulant dans le conduit de régénération 109 est un gaz à haute température qui est dirigé ensuite dans le premier conduit 120 de la première cartouche 130, du fait de la configuration pneumatique de la quatrième vanne rotative 140. Ce gaz va pénétrer la première cartouche 130 via le premier port aval 130b, entraîner une partie du CO 2 et de la vapeur d’eau contenus dans la première cartouche 130 et en sortir par le premier port amont 130a.
En d’autres termes, le débit d’air sortant de la première cartouche 130 via le premier port amont 130a est enrichi en CO 2 et en vapeur d’eau. Bien que le gaz circulant dans le conduit de régénération 109 contienne des traces (i.e. très faibles teneurs) de vapeur d’eau et de CO 2 , puisqu’il émane de l’air ambiant ayant circulé dans le conduit d’admission 310 de l’unité de génération d’O 2 3, la température élevée, i.e. d’au moins 300°C environ, permet d’assurer une désorption complète de la première cartouche 130 sans entrainer par ailleurs d’adsorption temporaire desdites traces de vapeur d’eau et de CO 2 .
Le débit gazeux circulant dans la portion amont du premier conduit 120 arrive alors sur la première vanne rotative 110 et emprunte, du fait de la configuration pneumatique de ladite première vanne rotative 110, le conduit d’échappement 103, pour être évacué à l’air ambiant via le port de sortie 103c du conduit d’échappement 103.
Autrement dit, on obtient une régénération par le flux d’air chauffé laquelle est opérée à contre-courant, c'est-à-dire dans le sens opposé au sens de circulation du gaz pendant l’étape d’adsorption, c'est-à-dire de production d’oxygène.
Pendant que la première cartouche 130 est en phase de régénération, le gaz empruntant le conduit d’entrée 100 est dirigé dans la seconde cartouche 131, via son second port amont 131a, pour y être épuré du CO 2 et de la vapeur d’eau. Ainsi, le gaz purifié sortant de la seconde cartouche 131, via le second port aval, 130b est également débarrassé du CO 2 et de la vapeur d’eau, et contient de préférence plus de 99.5% vol. d’oxygène.
Après sa sortie de l’unité de purification de gaz expiré 1, il est récupéré et acheminé par la ligne de recyclage de gaz 11 en ayant au préalable transité dans le second conduit 121 situé en aval de la seconde cartouche 131 et le conduit de sortie 107. Ce gaz purifié est alors réinjecté dans la ligne principale d’acheminement de gaz 23, via le réservoir 24 dans lequel il pénètre par le port additionnel 12, pour être ensuite acheminé jusqu’au patient P.
est une illustration d’un réseau de nœuds positionnés le long de multiples couches d’une zone d’un puits ;
est un organigramme d’un processus pour effectuer une analyse en temps réel de l’écoulement de fluide dans un puits, et une analyse en temps réel d’une opération de puits ;
est un schéma fonctionnel du système d’opérations de puits en temps réel de la ;
est un autre schéma fonctionnel du système d’opérations de puits en temps réel selon la revendication 1 ;
est un organigramme d’un processus pour effectuer une analyse en temps réel de l’écoulement de fluide dans un puits ; et
est un organigramme d’un processus pour effectuer une analyse en temps réel d’une opération de puits.
Description détaillée Dans la description détaillée suivante des modes de réalisation illustratifs, il est fait référence aux dessins annexés, qui font partie intégrante des présentes. Ces modes de réalisation sont décrits avec suffisamment de détails pour permettre à l’homme du métier de mettre en pratique l’invention, et il est entendu que d’autres modes de réalisation peuvent être utilisés et que des modifications logiques structurelles, mécaniques, électriques et chimiques peuvent être apportées sans s’écarter de l’esprit ou de la portée de l’invention. Pour éviter des détails qui ne sont pas nécessaires pour permettre à l’homme du métier de mettre en pratique les modes de réalisation décrits ici, la description peut omettre certaines informations connues de l’homme du métier. La description détaillée suivante ne doit donc pas être prise dans un sens limitatif, et la portée des modes de réalisation illustratifs est définie uniquement par les revendications annexées.
La présente divulgation concerne des procédés pour effectuer une analyse en temps réel d’un écoulement de fluide dans un puits, des procédés pour effectuer une analyse en temps réel d’une opération de puits et des systèmes d’analyse d’écoulement de fluide en temps réel. Un système d’opérations de puits en temps réel reçoit des données diffusées en continu simultanément à partir de multiples capteurs qui sont disposés dans ou à proximité d’un puits et configurés pour fournir des données indicatives de l’écoulement de fluide (« données d’écoulement de fluide ») et calculer l’écoulement de fluide, l’état des composants matériels et des dispositifs qui sont positionnés dans ou à proximité du puits, et l’état d’une ou de plusieurs opérations de puits qui sont effectuées au niveau du puits. Des exemples de données d’écoulement de fluide comportent, mais sans s’y limiter, des données indicatives du débit du fluide, une composition du fluide (par exemple, pétrole, eau), une direction de l’écoulement de fluide (telle que vers le haut, vers le bas, dans un appareil tel qu’une vanne, en dehors du dispositif, d’un premier dispositif à un second dispositif, etc.), la pression de fluide, une dérivée de la pression de fluide dans le temps, et d’autres types de données indicatives du fluide s’écoulant au niveau d’un ou de plusieurs emplacements dans ou à proximité du puits. Des exemples de composants matériels et de dispositifs comportent, mais sans s’y limiter, des dispositifs de commande d’écoulement entrant, des vannes, des manomètres, des garnitures d’étanchéité, des éléments tubulaires et d’autres composants matériels et dispositifs qui sont déployés dans ou autour du puits.
Le système d’opérations de puits en temps réel remplit un modèle du puits avec les données. Plus particulièrement, le système d’opérations de puits en temps réel reçoit simultanément des données brutes des capteurs et utilise les données brutes comme paramètres d’entrée pour remplir et recalibrer le modèle. Dans certains modes de réalisation, le système d’opérations de puits en temps réel accumule les données brutes qui sont transmises simultanément par les capteurs, effectue des opérations pour réconcilier les données brutes, et remplit et recalibre le modèle pendant que les données brutes sont diffusées en continu. Comme mentionné ici, un modèle du puits est une représentation virtuelle du puits sur la base de mesures effectuées par un ou plusieurs capteurs et d’autres types de composants matériels du puits. Dans certains modes de réalisation, le modèle comporte ou est configuré pour fournir des données d’écoulement de fluide à jour au niveau de divers emplacements dans ou à proximité du puits, et des données indicatives de l’état des composants matériels et des dispositifs qui sont positionnés dans ou à proximité du puits. Dans certains modes de réalisation, le modèle du puits est un jumeau numérique du puits qui est mis à jour dynamiquement ou périodiquement lorsque le modèle est recalibré. Tel qu’il est mentionné ici, un jumeau numérique d’un puits est un modèle numérique permanent d’un objet physique tel qu’un emplacement d’un puits, une section du puits ou le puits entier. Dans certains modes de réalisation, le système d’opérations de puits en temps réel effectue des opérations de calcul de bord pour générer et recalibrer le modèle. Comme indiqué ici, une opération de calcul de bord est une opération de calcul distribué qui place le calcul et le stockage de données à proximité ou au niveau du puits. Dans un ou plusieurs de ces modes de réalisation, le système d’opérations de puits en temps réel reçoit les données brutes et effectue des calculs et d’autres opérations pour générer le modèle et recalibrer le modèle sans stocker au préalable les données brutes dans un support de stockage du système d’opérations de puits en temps réel. Dans certains modes de réalisation, le système d’opérations de puits en temps réel utilise également des propriétés de composants matériels en tant que paramètres d’entrée pour générer et recalibrer le modèle. Les exemples de propriétés des composants matériels comportent, mais sans s’y limiter, les dimensions des dispositifs de commande d’écoulement, des vannes, des manomètres, des garnitures d’étanchéité, des éléments tubulaires et d’autres composants matériels et dispositifs qui sont déployés dans ou autour du puits, les emplacements et les profondeurs des composants matériels, les dimensions des diamètres externes et des diamètres internes des composants matériels, ainsi que d’autres propriétés physiques, mécaniques, électriques et électromécaniques des composants matériels.
Le système d’opérations de puits en temps réel calcule les propriétés d’écoulement de fluide d’un fluide s’écoulant à travers un emplacement souhaité au niveau ou autour du puits sur la base du modèle. Par exemple, lorsque l’emplacement souhaité est l’emplacement qui se trouve à un certain nombre de pieds seuil sous la surface et dans une première zone d’intérêt, le système d’opérations de puits en temps réel utilise le modèle généré pour obtenir le débit actuel, la composition de fluide, la direction d’écoulement et d’autres données d’écoulement de fluide au niveau de l’emplacement. Dans certains modes de réalisation, le système d’analyse d’écoulement de fluide détermine également l’état d’un composant matériel au niveau d’un emplacement souhaité sur la base du modèle. Par exemple, lorsque le dispositif est un dispositif de commande d’écoulement entrant qui est disposé dans une seconde zone d’intérêt, le système d’opérations de puits en temps réel utilise le modèle généré pour déterminer l’écoulement de fluide à travers le dispositif de commande d’écoulement entrant, l’état opérationnel du dispositif de commande d’écoulement entrant, et si le dispositif de commande d’écoulement entrant fonctionne mal (par exemple, ne s’ouvre pas au niveau d’un emplacement souhaité, ne se ferme pas, ne s’ouvre pas à un débit souhaité, ne se ferme pas à un débit souhaité, ne fournit pas l’écoulement de fluide souhaité ou un autre type de dysfonctionnement). Dans certains modes de réalisation, le système d’opérations de puits en temps réel reçoit les données brutes et calcule l’écoulement de fluide sur la base des données brutes sans stocker au préalable les données brutes dans un support de stockage du système d’opérations de puits en temps réel. De même, dans certains modes de réalisation, le système d’opérations de puits en temps réel reçoit les données brutes et détermine l’état d’un composant matériel au niveau de l’emplacement souhaité sur la base des données brutes sans stocker au préalable les données brutes dans un support de stockage du système d’opérations de puits en temps réel. Des descriptions supplémentaires d’opérations effectuées par le système d’opérations de puits en temps réel pour calculer l’écoulement de fluide et pour analyser des composants matériels et d’autres dispositifs disposés au niveau ou à proximité du puits sont fournies ici.
Lors d’une opération de puits, des données à jour sont transmises en continu à partir des capteurs au système d’opérations de puits en temps réel. Le système d’opérations de puits en temps réel, en réponse à la réception de nouvelles données diffusées en continu à partir d’un ou de plusieurs capteurs, recalibre dynamiquement le modèle du puits en temps réel sur la base des nouvelles données, et calcule des propriétés d’écoulement de fluide mises à jour du fluide sur la base du modèle recalibré. En continuant avec l’exemple précédent, le système d’opérations de puits en temps réel, en réponse à la réception de nouvelles données, utilise le modèle recalibré pour obtenir le débit actuel, la composition de fluide, la direction d’écoulement et d’autres données d’écoulement de fluide au niveau de l’emplacement. Bien que l’exemple précédent décrive la réalisation d’opérations pour obtenir le débit actuel, la composition de fluide, la direction d’écoulement et d’autres données d’écoulement de fluide au niveau d’un emplacement, le système d’opérations de puits en temps réel est configuré pour effectuer les opérations décrites ici pour obtenir simultanément ou presque simultanément le débit actuel, la composition de fluide, la direction d’écoulement et d’autres données d’écoulement de fluide au niveau de multiples emplacements au niveau ou à proximité du puits et/ou dans tout le puits. Dans certains modes de réalisation, le système d’opérations de puits en temps réel calcule et recalcule dynamiquement une carte à jour du fluide s’écoulant à travers un emplacement, une section du puits et/ou à travers l’intégralité du puits.