INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Dans certains modes de réalisation, le gaz naturel à haute pression provenant du séparateur peut être conduit depuis l’entrée de gaz de séparateur 180 vers le collecteur de dérivation comprenant les brûleurs 159, 189 pour faciliter une combustion de pétrole afin de minimiser la fumée noire au niveau du brûleur. Par exemple, la représente un second exemple d’organigramme de processus de l’installation d’essai de puits de surface, selon certains modes de réalisation. Dans certains modes de réalisation, le gaz à haute pression peut être facilement disponible à partir d’un séparateur sur site et peut être connecté à la conduite d’écoulement 143 comprenant du pétrole menant au collecteur de dérivation (ou n’importe où en aval des conduites d’écoulement menant aux brûleurs 159, 189 mais placé en amont des brûleurs), de sorte que le gaz à haute pression peut être mélangé avec du pétrole circulant dans la conduite d’écoulement 143 avant d’atteindre une tête de brûleur et une source d’allumage de l’un ou l’autre des brûleurs. Une vanne motorisée 210 peut être ouverte de manière automatisée si de la fumée noire est détectée au niveau de l’un ou l’autre des brûleurs 159, 189. Dans certains modes de réalisation, une conduite d’eau peut également être couplée à la conduite d’écoulement 143. De l’eau peut être introduite dans le pétrole à l’intérieur de la conduite d’écoulement 143 pour faciliter une combustion au niveau du brûleur en cours d’utilisation.
L’exemple ci-dessus de capteur et d’éléments mécaniques sont des exemples ; cependant, d’autres configurations de capteurs ou d’éléments mécaniques peuvent être possibles pour remplir le même objectif (assurer un mélange sans écoulement inverse). Par exemple, un commutateur à diapason piézoélectrique vibrant peut être placé le long de la conduite d’écoulement 143 comprenant du pétrole et le long de la conduite d’écoulement 271 comprenant du gaz séparateur haute pression en amont du point de mélange 234. Le commutateur à diapason piézoélectrique vibrant peut être configuré pour envoyer un signal de commutation en présence ou en l’absence d’un liquide (déclenchant un événement d’écoulement inverse, qui déclencherait à son tour automatiquement une fermeture de la vanne motorisée 210). Dans certains modes de réalisation, des éléments d’écoulement 230 peuvent comporter le commutateur à diapason piézoélectrique vibrant pour détecter une présence ou une absence de liquide. Des capteurs supplémentaires peuvent comporter, par exemple, un diffuseur de lumière dynamique, une sphère d’intégration optique, un capteur MEMS méthane/éthane/hydrocarbure, des balances gravimétriques, des capteurs acoustiques, des capteurs de température, des imageurs thermiques, des spectromètres, des spectromètres de masse, des capteurs électrochimiques, des capteurs de champ électrique et magnétique, etc. Les capteurs peuvent transmettre des données à un ordinateur sur site comprenant un optimiseur de combustion noire (décrit ultérieurement) ou peuvent transmettre des données à un ordinateur hors site pour traitement. Les données du capteur peuvent être utilisées par l’ordinateur pour effectuer des ajustements automatiques sur divers composants, vannes motorisées ou FCV sur site afin d’éliminer une présence de combustion noire ou d’atténuer une occurrence prévue de combustion noire.
Bien que du gaz naturel puisse être introduit pour intensifier une combustion au niveau du brûleur, l’apport d’air depuis l’entrée d’air 163 peut également grandement affecter une condition de la combustion au niveau du brûleur. Dans certains modes de réalisation, l’alimentation en air peut nécessiter des ajustements automatiques pour atténuer la combustion noire au niveau des brûleurs 159 ou 189. Par exemple, s’il y a un manque d’air fourni à la sortie d’air 158 au niveau du brûleur 159, une position de duse calibrée de la duse à proximité du puits producteur peut être ajustée pour modifier le débit de fluide, et donc le rapport pétrole/air en présence de combustion noire. Dans ce scénario, la combustion noire peut indiquer une alimentation en air insuffisante pour satisfaire un débit de combustion de pétrole. Un ordinateur comprenant un optimiseur de combustion noire (abordé à la ) peut recommander de réduire le débit produit (à partir du puits) pour satisfaire aux exigences de combustion propre (souvent décrites comme une combustion avec une échelle de fumée de Ringelmann ≤ 1).
Inversement, la combustion au niveau des brûleurs 159, 189 peut être affectée négativement par une alimentation en air excessive (par exemple, une sortie de compresseur fixe) étant donné un débit de pétrole fixe (inférieur). Dans un tel scénario, connu sous le nom de condition de combustion pauvre, des têtes de brûleur du brûleur et l’équipement à proximité peuvent être négativement affectés par une chaleur excessive. Par exemple, des joints ou des élastomères au niveau de têtes de brûleur sur le brûleur ou proches de celles-ci peuvent être sujets à une défaillance prématurée en présence d’une chaleur excessive. Cela peut entraîner une défaillance de tête de brûleur et même d’autres rejets dans l’environnement/d’autres émissions. Dans le cas où une combustion pauvre à partir du brûleur 159 ou 189 est détectée, une régulation automatique de l’alimentation en air par l’intermédiaire de l’entrée d’air 163 peut être commandée par l’intermédiaire de la FCV automatisée 240 de sorte que l’excès d’air soit étouffé, réduisant ainsi la consommation d’électricité et minimisant les émissions. La FCV automatisé 240 (vanne duse ou vanne à commande d’orifice variable) peut réguler l’alimentation en air des brûleurs 159, 189 de manière automatisée pour satisfaire une alimentation en air optimale (prescrite) compte tenu de la condition de combustion du système.
Dans des conditions de combustion pauvre ou dans d’autres conditions de combustion sous-optimales, les composants constitutifs de l’air, du pétrole et du gaz peuvent ne pas brûler complètement. Une combustion idéale ne donne que du dioxyde de carbone et de l’eau comme produits. Des combustions largement incomplètes peuvent ne pas réussir à brûler certains de ces composants constitutifs, dont certains posent des problèmes d’environnement et de sécurité. Par exemple, le gaz à haute pression provenant du séparateur peut comprendre du sulfure d’hydrogène, qui présente des risques connus pour l’environnement et le lieu de travail. Une condition de combustion appropriée ou une condition de combustion optimisée peut largement réduire ou éliminer la présence d’émissions de sulfure d’hydrogène provenant du brûleur 159, 189. Cependant, une mauvaise condition de combustion peut laisser intactes une grande partie des émissions de sulfure d’hydrogène, ce qui peut entraîner des amendes ou augmenter le risque d’exposition d’un opérateur au gaz.
La illustre suivant une coupe axiale un exemple de dispositif de mesure installé dans une turbomachine selon l’invention.
Description détaillée de l’invention La montre une vue en coupe axiale et partielle d’une turbomachine d’axe longitudinal X, en particulier une turbomachine 1 double flux destinée à être montée sur un aéronef. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ce type de turbomachine et peut être un turboréacteur simple flux ou encore un turbopropulseur équipé d’une seule hélice non carénée ou d’un doublet d’hélices contrarotatives, non carénées.
La turbomachine 1 de la comporte, de manière classique et, d’amont en aval, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre annulaire de combustion 5, une turbine haute pression 6, une turbine basse pression 7. Une tuyère d’échappement 8 est agencée de manière avantageuse en aval de la turbine basse pression 7. Le compresseur haute pression 4 et la turbine haute pression 6 sont reliés par un arbre haute pression et forment avec lui un corps haute pression (HP). Le compresseur basse pression 3 et la turbine basse pression 7 sont reliés par un arbre basse pression et forment avec lui un corps basse pression (BP).
Dans la présente invention, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la circulation des gaz dans la turbomachine et ici suivant l’axe longitudinal X. De même, les termes « radial », « interne » et « externe » sont définis par rapport à un axe radial Z perpendiculaire à l’axe longitudinal X et au regard de l’éloignement par rapport à l’axe longitudinal X.
La turbomachine 1 comprend une première veine annulaire, dite veine primaire 9 dans laquelle circule un flux aérodynamique primaire ou flux chaud et une deuxième veine annulaire, dite veine secondaire 10 dans laquelle circule un flux aérodynamique secondaire ou flux froid autour de la veine primaire 9. Le flux primaire traverse les compresseurs, la chambre de combustion, et les turbines, puis débouche dans la tuyère 8 vers l’atmosphère.
Les veines primaire et secondaire 9, 10 sont coaxiales. En particulier, la veine primaire 9 est délimitée radialement par un carter interne 11 annulaire et un carter inter-veine 12 entourant le carter interne 11. Quant à la veine secondaire 10, celle-ci est délimitée radialement par le carter inter-veine 12 et un carter externe 13 annulaire auquel est solidarisé un carter de soufflante 14. Ce dernier entoure les aubes 15 de la soufflante 2.
La turbomachine 1 comprend au moins un dispositif de mesure 20 de paramètres d’un flux aérodynamique qui est prévu pour mesurer un ou plusieurs paramètres du flux circulant dans la turbomachine 1 de manière à établir une cartographie des pressions, des températures, des accélérations, et/ou de la composition dudit flux au voisinage du dispositif de mesure 20. Ces paramètres sont nécessaires pour obtenir la certification de la turbomachine avant sa commercialisation par exemple ou pour vérifier l’état de santé de la turbomachine. La mesure est dite intrusive car celle-ci est réalisée directement dans l’écoulement du flux.
De manière avantageuse, le dispositif de mesure 20 est destiné à être installé sensiblement radialement dans une des veines primaire et secondaire de la turbomachine.
Suivant encore une autre caractéristique avantageuse, le dispositif de mesure 20 est agencé en amont de la soufflante 2. Avantageusement, le dispositif de mesure 20 est agencé suivant l’axe radial et transversalement à l’écoulement du flux d’air entrant dans la turbomachine.
En référence à la , le dispositif de mesure 20 comprend un corps 21 et des moyens de relevé d’informations 22 configurés pour relever des informations relatives à au moins un paramètre du flux s’écoulant dans la turbomachine.
Préférentiellement, le dispositif de mesure 20 est configuré pour mesurer la pression du flux.
Le corps 21 est allongé et s’étend suivant une direction d’allongement A entre une première extrémité 21a et une deuxième extrémité 21b. Comme nous pouvons le voir également sur la , le corps 21 présente un bord d’attaque 24a et un bord de fuite 24b opposés transversalement à la direction d’allongement A. Le bord d’attaque 24a et le bord de fuite 24b relient respectivement deux faces latérales (non représentées) opposées suivant une direction transversale. Cette direction est perpendiculaire à la direction d’allongement (et parallèle à l’axe longitudinal X en situation d’installation dans la turbomachine).
Le corps 21 peut présenter une section transversale de forme oblongue ou de manière alternative une section transversale de type NACA (dont les initiales signifient en anglais « National Advisory Committee for Aeronautics » pour Comité Consultatif National pour l'Aéronautique). Dans ce dernier cas, les faces latérales opposées se rejoignent ainsi en une arête au niveau du bord de fuite 24b.
Le corps 21 du dispositif de mesure 20 porte avantageusement les moyens de relevé d’informations 22. Ceux-ci s’étendent transversalement à la direction d’allongement du corps et ici parallèlement l’axe longitudinal X (et à l’écoulement du flux d’air).
Sur la , les moyens de relevé d’informations 22 sont agencés au niveau du bord d’attaque 24a du corps 21. Ceux-ci sont également disposés et répartis régulièrement le long du bord d’attaque 24a (soit suivant l’axe radial Z ou suivant la direction d’allongement du corps). Les moyens de relevé d’informations 22 sont avantageusement reliés à des moyens d’acheminement (non représentés) des informations relevées par les moyens de relevé d’informations 22.
La turbomachine 1 est équipée avantageusement d’un système de traitement d’informations 50 qui est illustré sur la de manière schématique. Le système de traitement d’informations 50 est relié aux moyens d’acheminement.
Il porte des ergots 65 à son extrémité axiale tournée vers le bouchon 29. Les ergots 65 pointent axialement à partir du bord circulaire 63.
Ils pointent vers le bouchon 29.
Le manchon 57 s’étend sur tout le pourtour de l’élément de blocage 59. En d’autres termes, il couvre toute la surface radialement externe de l’élément de blocage 59. Axialement, il s’étend d’un bord circulaire 63 à l’autre. Typiquement, le manchon 57 ne fait pas saillie axialement au-delà des bords circulaires 63 de l’élément de blocage 59.
Ainsi, les ergots 65 font saillie axialement également par rapport au manchon 57.
Les ergots 65 permettent donc d’éviter tout contact entre le manchon 57 et le bouchon 29.
Ceci est particulièrement avantageux du fait que le manchon 57 est de constitution anisotrope. Il présente une conductivité thermique, dans le sens radial, particulièrement réduite. Cette conductivité est de l’ordre de 0,02 mW/m.K.
En revanche, sa conductivité thermique axiale est beaucoup plus élevée. Cette conductivité axiale est de l’ordre de 6000 mW/m.K. Ceci est dû au fait que les feuilles d’aluminium ont une conductivité thermique particulièrement importante.
Il est donc capital d’éviter tout contact axial entre le manchon 57 et le bouchon 29, ce bouchon 29 étant directement en contact avec le fluide cryogénique remplissant le réservoir interne 3.
Comme visible sur la , l’élément de blocage 59 présente une fente 67 délimitée par deux bords axiaux 69 opposés l’un à l’autre.
La fente 67 s’étend sur toute la longueur axiale de l’élément de blocage 59. Elle est débouchante au niveau des deux bords circulaires 63 du tube de blocage 59.
L’élément de blocage 59 comporte encore des fixations 71 susceptibles d’être sélectivement verrouillées ou libérées.
Quand les fixations 71 sont libérées, les deux bords axiaux 69 de l’élément de blocage 59 sont libres l’un vis-à-vis de l’autre.
Ils sont écartés l’un de l’autre, comme illustré sur la .
Au contraire, quand les fixations 71 sont verrouillées, les deux bords axiaux 69 de l’élément de blocage 59 sont fixés l’un à l’autre.
Typiquement, ils s’étendent alors à proximité immédiate l’un de l’autre, voire même l’un contre l’autre.
Ainsi, quand les fixations 71 sont verrouillées, le tube de blocage 59 n’est pas susceptible de s’expanser radialement.
Au contraire, quand les fixations 71 sont libérées, le tube de blocage 59 est susceptible de s’expanser radialement.
Les fixations 71 comprennent, dans l’exemple représenté, des crochets 73 portés par l’un des bords axiaux 69 de l’élément de blocage 59, et des languettes 75 ménagées dans l’autre bord axial 69 de l’élément de blocage 59. Dans la position verrouillée, le crochet 73 est en prise avec la languette 75. Dans la position libérée, le crochet 73 n’est pas en prise avec la languette 75.
En variante, la fixation 71 est de tout autre type, et comporte par exemple deux crochets 73 portés par les deux bords axiaux 69 opposés de l’élément de blocage 59, et un axe susceptible d’être engagé dans les crochets 73 et extrait hors de ceux-ci.
Quand les fixations 71 sont libérées, l’élément de blocage 59 présente, au repos, un diamètre de repos Dr. « Au repos » signifie ici en l’absence de contrainte extérieure.
Quand les fixations 71 sont libérées, l’élément de blocage 59 est radialement élastique. En d’autres termes, s’il est contraint par une force extérieure à un diamètre inférieur à son diamètre au repos Dr, il oppose une force de rappel élastique dans le sens d’une expansion radiale. Si la force extérieure est supprimée, il revient élastiquement à son diamètre au repos Dr.
Le diamètre au repos Dr de l’élément de blocage 59 plus deux fois l’épaisseur du manchon Em est supérieur ou égal au diamètre interne Di du tube externe 25. En d’autres termes :
Dr + 2 Em ≥ Di
Ceci veut dire que, quand les fixations 71 sont libérées, l’élément de blocage 59 va spontanément plaquer le manchon 57 contre la surface interne du tube externe 25, du fait du choix de son diamètre au repos Dr.
Selon un autre aspect, l’élément de blocage 59 présente, quand les fixations 71 sont verrouillées, un diamètre réduit Dd supérieur au diamètre externe De du tube interne 27. On considère ici le diamètre externe maximum du tube interne 57. Dans l’exemple représenté, le diamètre externe est maximum aux deux extrémités du tube interne 27.
Par ailleurs, le diamètre réduit Dd de l’élément de blocage 59 plus deux fois l’épaisseur de manchon Em est inférieur ou égal au diamètre interne Di du tube externe 25. En d’autres termes :
Dd > De et Dd + 2 Em ≤ Di
Ces conditions traduisent le fait que l’isolation thermique proximale 53P peut être glissée axialement dans l’interstice 55 entre le tube interne 27 et le tube externe 25 quand les fixations 71 sont verrouillées.
Le diamètre de l’élément de blocage 59 dans cette situation reste supérieur au diamètre externe De du tube interne 27. En revanche, le diamètre réduit Dd est choisi suffisamment faible pour que l’isolation thermique proximale 53P n’interfère pas avec le tube externe 25 lors de son introduction dans l’interstice 55.
Pour faciliter l’introduction de l’isolation thermique proximale 53P, axialement, dans l’interstice 55, un tube de protection 77 est plaqué contre une surface radialement externe du manchon 53.
Le tube de protection 77 est en PTFE, ou est un tube métallique. Il peut être ajouré si le tube 77 reste en place après insertion.
Il présente un faible coefficient de friction contre le matériau constituant le tube externe 25.
Selon une mise en œuvre de l’invention, si la couche géologique a un comportement mécanique fragile, on peut utiliser, pour la couche correspondante dans le modèle analogique, du sable (sec), de la poudre de verre ou des microbilles de verre (de granulométrie comprise entre 100 et 200 µm) comme matériau représentatif du comportement mécanique de la couche géologique.
Selon une mise en œuvre de l’invention, si le matériau utilisé pour une couche du modèle analogique est du sable sec ou tout autre matériau granulaire de densité équivalente, on peut utiliser des marqueurs formés par des particules arrondies de verre expansé, par exemple de taille comprise entre 500 µm et 1000µm. On peut par exemple utiliser les particules de verre expansées commercialisées sous le nom de Poraver TM de la société allemande Dennert Poraver. Les marqueurs apparaissent ainsi plus foncés aux rayons X que le sable car leur densité (environ 0.5 g/cm 3 ) est moins importante que celle du sable (environ 1.5 g/cm 3 ). Ils absorbent donc moins les rayons X que le sable. Alternativement, si le matériau utilisé pour une couche du modèle analogique est du sable sec ou tout autre matériau granulaire de densité équivalente, on peut utiliser des granulats de pneu broyé de granulométrie comprise entre 0.7 et 1.5 mm.
Selon une mise en œuvre de l’invention, si le matériau utilisé pour une couche du modèle analogique est de la silicone, on peut utiliser des marqueurs formés par des particules de verre expansé enrobées d’iodure de potassium. Ces marqueurs apparaissent plus clairs que la silicone grâce à l’iode qui est un fort absorbant des rayons X. Ces marqueurs peuvent par exemple être formés par des particules arrondies, de taille comprise entre 500 µm et 700 µm. Alternativement, si le matériau utilisé pour une couche du modèle analogique est de la silicone, on peut utiliser des zéolithes dont la granulométrie varie entre 150 µm et 400 µm. Leur forte densité entre 1.3 et 1.9 g/cm 3 nécessite l’utilisation de granulométrie plus faible que pour les marqueurs précédemment cités, pour éviter des déplacements gravitaires supérieurs aux déplacements du matériau hôte.
Selon une mise en œuvre de l’invention, pour chacune des couches du modèle analogique, si la couche géologique correspondante a un comportement mécanique ductile, on peut mélanger au préalable le matériau représentatif du comportement ductile de la couche géologique à la pluralité de marqueurs, et on peut déposer le matériau dans la boite de déformation. En effet, dans le cas d’un matériau ductile tel que de la silicone, il a été observé que cette préparation en amont permet d’avoir une répartition plus homogène des marqueurs dans le matériau ductile. Avantageusement, après le dépôt d’une couche d’un matériau représentatif d’un comportement ductile dans la boite de déformation, on peut laisser reposer le modèle analogique ainsi partiellement construit entre 4 et 7 jours, avant de superposer une autre couche du modèle analogique. Cela permet d’éliminer les bulles d’air qui peuvent être piégées dans la couche ductile lors du mélange avec les marqueurs.
Selon une mise en œuvre de l’invention, pour chacune des couches du modèle analogique, si la couche géologique correspondante a un comportement mécanique fragile, on peut verser le matériau représentatif du comportement fragile de la couche géologique dans la boite de déformation, et on peut insérer, au fur et à mesure du versement du matériau, la pluralité de marqueurs. Cela permet d’avoir une répartition plus homogène des marqueurs dans le matériau représentatif du comportement fragile (par exemple du sable), qu’avec un mélange préalable des marqueurs avec le matériau représentatif du comportement fragile.
Ainsi, à l’issue de cette étape, on obtient un modèle analogique représentatif de la formation souterraine à un temps initial, pouvant par exemple correspondre au dépôt des couches géologiques de la formation ou correspondant à un état de déformation de la formation souterraine. Au moins une des couches du modèle analogique comporte des marqueurs.
2) Acquisition d’une succession d’images tridimensionnelles simultanément à la déformation du modèle analogique
Au cours de cette étape, au moyen de la boite de déformation, on applique, au modèle analogique issu de l’étape 1, les conditions aux limites mises à l’échelle du modèle analogique, et on acquière simultanément une succession d’images tridimensionnelle entre le temps initial et un temps final pour une succession de pas de temps, au moyen d’une imagerie par rayons X. Selon une mise en œuvre de l’invention, l’imagerie par rayons X peut être réalisée au moyen d’un scanner à rayons X couplé à une tomographie.
Autrement dit, au cours de cette étape, on déforme le modèle analogique au cours du temps au moyen de la boite de déformation selon des conditions aux limites prédéfinies, et on acquière une pluralité d’images tridimensionnelles (une image tridimensionnelle pouvant éventuellement résulter d’une concaténation d’images bidimensionnelles), au moyen d’une imagerie à rayons X du modèle analogique, simultanément à sa déformation.
Selon une mise en œuvre de l’invention, on peut appliquer les conditions aux limites mises à l’échelle du modèle analogique au moyen de moteurs de la boite de déformation, actionnant des pistons permettant la mobilité d’au moins une paroi de la boite de déformation. Les moteurs peuvent par exemple induire des vitesses de compression, par exemple variant entre 0.1 mm/h et 1 m/h.
Selon une mise en œuvre de l’invention, on peut utiliser un scanner à rayons X de type médical. On peut alors placer la boite de déformation sur le lit du scanner.
Selon une mise en œuvre de l’invention, la fréquence d’acquisition du scanner à rayons X peut être comprise entre 1 et 30 minutes selon la taille du modèle à acquérir et la vitesse de déformation appliquée. La fréquence d’acquisition doit être suffisante pour permettre une compréhension de la déformation d’un modèle analogique dans le temps.