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~ a gaz~ificatio~ souterrai~e du charbon et l'exploi-
tatio~ de~ gi~eme~t~ pétrolier~ par eembustion i~ situ peuvent
produire des gaz ~ temp~rature élevée. Pour ~viter la dét~rio-
: ratio~ de~ tubages et pour emp~cher que le~r cimentage eoit
endommagé par une température exce~ive, il e~t indispen~able
de pr~oir d~ dispee~tif~ de refroidi~sem~nt op~ra~t au ~o~d
: de~ ao~dage~ d'exploitatio~9
~ e plu~ #ou~e~t, le refroidissem0nt ~st r~alisé parla pulv~ri~atio~ d'u~ liquide (généralament de lieau) ~ui
~'~vapore au eontaet du ga~. ~or~que llsn re~ourt à ¢a genre
de refroldls~ement, un dispo~itif sQr et rapid0 doit permattre
de modulsr le d~bit ds refroidi~eme~t a~ ~o~ction de~ be~oin~.
En effet, 8i ¢e débit est txop faible, il ~Yiete un risque de
~urchauffe du tubage ; ~i~ ce débit est trop ~lev~, il exiete
u~ ri~que da pén~tratlon d'eau dans lee te~ralne.
Le brevet US ~ ~.456.722 et le brevet BE n 847.38
donnent deux exemple~ de r~aliaation de ~oupapes ~ commande
thermique de~tln~e~ ~ moduler le d~bit de liquide de refroi-
dl~sement O
Dan~ le~ deux cas, la commande de la soupape es~
a~urée par la dilatation différe~tielle de d~ux cylindre~
m~t~lliques conce~triques~ dont la tempsrature 9C modifie
Col1~ l'effet du.oourant de gaz chaud.
aependant9 oe~ d~po~itifs pr~e~tent deux inco~-
~é~ie~t~ 5 l'ouverture de la soupape ~'e~t fonctio~ que de la
températur0 du ~aæ qui entrs dans lè sondage mai~ n'est ~a~
fonctio~ de son débit ; ~i ce débit augmente, la quantit~
d'~au in~ect~e peut ~tre i~u~fi~ants ; 9i ce débit dimi~ue,
la quantit~ d'eau inJect~e peut ~tre sxoessi~e.
~e dispo~itif m~tallique, qui comma~de l'ou~erture
- 2 - .
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7~
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de la ~oupape, est e~ contact direct avec le ga~ endroit
o~ il ei~t le plu~ chaud et il peut ~ubir des d~t~rioration~
9i la temp~ratUre du gaz attei~t un niveau tr~ éle~O
~ a pr~ent~ in~ention ~ pour sbjet un dispositif
élioré de ~oupape i~ comma~de thermiqus qui rsm~die i~ oes
i~co~vénients et a~ure le réglage automatique du débit de
liquide de refroidissement~ de telle ~a~o~ ~ue la temp~rature
du mélange de ~az et de vapeur qui remonte ~ tra~eris le 8en- -
dag~ se mai~tia~ne dans un interYalle de temp~rature choisi à .
,... ..
.:. 10 volont~
., .
Pour parve~ir ~ ce r~ultat, l'~l~ment æen~ible
1~ temp~rature est con~titu~ par un tube m~talli~ue de plu-
:~ ~ieurs mètres de longueur, intercal~ dans la conduite d'ad-
duotion du llquide, et par une tige coi~xiale e~ métal à faible
coe~ioie~t de dilatation, dont l'extr~mit~ ~up~rieure e~t ~o- ;
lidaire de la partie sup~rieure du tuba m~tallique et do~t
19extr~mit~ in~rieure eot reliée à la ~oupape par l'i~term~- :
dialre d'u~ ~l~menb pr~sentant un jeu réglable.
~e principe dU dispo~itif e~t illustré, i~ titre
d'exemple u~iquement, aux des~in~ anneY~ dan0 le~quels s
~igure 1 montre Un~ ¢oupe longitudi~ale pa83a~t par
1~axe dU ~ondage, et
~lgure 2 montre une coupe longitudinale, à plu~
;~ gra~de échelle, à tra~er~ la soupape ~ comma~de tharmique ~ui
a~oure le r~glage du débib d'es~
: Le sondage de ¢aptage des gaz e~t rev~tu d'u~ tu~
.. bage m~talli~ue 1 rellé aUx terrain~ par u~ oimentage de qua-
lit~ appropriée. Au centr0 d~ ce tubage e~t i~stall~ u~ tube
2 de plu~ p~tit diam~tre, utili~e pour l'adduotion du liquide
de refrold~sement, ~ui est di~tribu~ ba~e du ~o~dage de
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oaptage des ga~ par un tube perforé 3 ou par tout autre dis-
po~iti~ de pulvéri~ation approprié.
~e di~positif de réglage du d~bit de liguids de re-
~roidi~sement est intercalé dan~ la conduite d'adduction du
liquide, ~ u~e dl~tance ~uffisa~te de l'extrémité inf~rieure
de cette conduite, p~ur que le mélange de gaz ~t de vapeur
provenant du li~uide de refroidi~sement ait eu le temps de
e~homog~éi~ar avant d'atteindre le dispositi~ ~e di~po-
~itif d~ réglage est oonstitué par un tube m~tallique 4 re-
. . .
- 10 v~tu inbérieurement d'une couche 5 de ma-tiare împerm~able
pr~s~ntant une faible ¢o~ductibilité thermique~ D~ns l'axe
: du tube e~t di~pos~ u~e tige 6 oonstitu~0 d'u~ aoier au
nio~el ~ faible coeffioie~t de dilatatio~ (ge~re I~var)~
: ~a tige 6 et le tube métallique 4 sont assemblés de
: façon rigide par u~ dispo~itif 7 oonstitu~ d'un certain ~om-
bre d~a~lette~ radiale~, d~spo~ pr~ de l'extrémit~ sup~-
; rleure du tube 4.
A l'axtrémit~ i~férieure du tube 4 est disposée une
; 80upape conBtitu~e d'un si~ge horizontal 8, d'une t8te 9 re-
po~ant sur le ~i~ge par u~e ~urface de forme tronoonique,
.~ dlune bige 10 ooulissanb dans u~ di~po~ltif de guidage 11 re-
li~ au t~be 4 par un eertain nombre d~ailettes radiales et
d~une queue élargle 12. ~e levage de la ~oupape est obtenu
par l~a¢tio~ d'un ~trier 1~ vi~sé ~ l'e~trémité de la tige 6
: do~t la po~ition peut être réglee ~ volo~t~ et dont le calage
e~t assuré par le contre-écrou 14.
i. h~e~semble du di6po~itif ain~i con9titu~ peut a~su-
rer le réglaga automatique du débit d~ liquide de refroidis-
~ement da~ u~ i~tervalla d~ température choi~i ~ volo~té, ce
~hoix ~ta~t ooncréti~é par le choix d~ la longueur du tube 4
~ 4 ~
: '
~ ~ ~7~
et de la tige 6 et par le choix du jeu J qui est mainte~u
entre la queue de soUpape 12 et l'~t.rier 1~ lors du montage ~-
du dispositif~
A titre d'exemple, on suppo~e que l'on désire mai~-
ten~r la température maximale du mélange de gaz et de vapeur ~:
~ui remonte à tra~ers le so~dage entre 200 e~ 250 C.
Pour xéalisar cet obje¢tif, on s'imposera de mai~- ;
tenir ~erm~e la ~oupape 9 9 tant que la température du ga~ ~'a
pa~ attei~t 200~ C., et de ~aire en ~orte que son oUverture : ~:
atteigne sa valeur maximale 7 lorsque la température du m~lan~e
atteint 250 ~.
Compte tenu de la présence de la couche isola~te 5,
on peut admettre que la température du tube 4 re~te, en tout
.. .
temp3, trèe voi~ine de la temp~rature dU mélange de gaz et de :~.
vapeur qui remonte dans l'e~pace a~nulalre d~limit~ par les
tubes 1 et 4. ~`
Par ailleurs, connai~sant la pressio~ d'alimentatio~
du liquide de re~roidiesement, sa chaleur d'évaporatio~ et le~
débits et temp~ratures maxima qui peuve~t ~tre attei~ts par le
gaz pxovenant dU gi~emen~ souterrain~ o~ peut d~terminer le
dlam~tre de la ~oupape 9 et llouverture maxlmal~ E, qu~il co~- ;
~ie~t de lul donner, pour qUe la temp~rature du mélange de gaz
e~ de vapeur ne pUi~e~ en aUcU~ oas~ dépa~er 250 a.
Pour le oaloul dU di~positif de r~gla~e, on sdopt0
lee notations ~Uivanto~ :
L s longueur de la tige 6 (m) ;
t: J : jeu réeerv~ au montage entre la queue de ~oupape 12
et l'~trier 13 (m~
~: ouYerture maximale de la ~oupape (m) ;
- .
~0s temp~rature ambia~te lore du montage du di~positif
(C) ;
:' .
5 - :
Il '
T4 : température moyen~e du tube 4 (C) ;
T6 : temp~rature moyenne de la tige 6 (C) ;
: coe~ficient de dilatation lin~aire du métal du
tube 4 (~C) 1 ;
~6 : coefficie~t de dilatatio~ linéaire du métal d~ la
~ig~ 6 (~
ouverture de lai ~oupape, 30US l'effet de la dila-
tatio~ di~f~rente du tube 4 et de la tige 6, peut 3 'expr~mer
par la relation :
e ~ ~4 (~4 ~) ~ ~6 (T6 To) J (1)
Pour autant que ~6 ~oit négligeable vis~ de
~4~ la relation (1) se si~pli~ie et devient :
e ~ ~4 (~4 - ~0) - J (2)
Si on ~'impo~e que l'ouverture soit nulle pour
: ~4 = ~00 ~, il vient :
: ~ ~4 (200 - To)~ - J = o ~-
et ~i on s'i~po~e que l'ouverture atteigne la valeur E pour
250 C, il ~ient :
E _ ~ A4 (250 - To ) - J
De ce~ de~x ralations, on déduit :
50 x A4 ( 3 )
ii~ et
; 200 - ~ I:
.'.'~ J - E x- ----- . : :. 50 (4)
Si les valeur~ numérique~ de E, de ~4 et dè To sont
; respec~ivement 3 ~ 2 mm, ~4 5 12.10 6 (C) 1 et To = 20C, on
obtie~t : '-
~ ,,,, 2o____æ__= 3~33 m
50 x 12~'10
2~10 3 X l5~ - 7,2.10 3m ou 7,2 mm~
- 6 -
,.
., . I
