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Patent 2086297 Summary

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Claims and Abstract availability

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  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent: (11) CA 2086297
(54) English Title: PROCESS FOR OPTIMIZING THE CONTROL AND THE MODULATION OF A MULTIPHASE FLOW AND DEVICE THUS OBTAINED
(54) French Title: PROCEDE D'OPTIMISATION D'UN DISPOSITIF DE REGULATION ET D'AMORTISSEMENT D'UN ECOULEMENT POLYPHASIQUE ET DISPOSITIF OBTENU PAR LE PROCEDE
Status: Deemed expired
Bibliographic Data
(51) International Patent Classification (IPC):
  • F17D 3/03 (2006.01)
  • B01D 19/00 (2006.01)
  • E21B 43/00 (2006.01)
  • E21B 43/34 (2006.01)
  • F04D 31/00 (2006.01)
(72) Inventors :
  • LEVALLOIS, EMILE (France)
(73) Owners :
  • INSTITUT FRANCAIS DU PETROLE (France)
(71) Applicants :
  • INSTITUT FRANCAIS DU PETROLE (France)
(74) Agent: ROBIC
(74) Associate agent:
(45) Issued: 2004-06-08
(22) Filed Date: 1992-12-24
(41) Open to Public Inspection: 1993-06-28
Examination requested: 1999-10-12
Availability of licence: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): No

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
91/16.231 France 1991-12-27
92/09.642 France 1992-08-11

Abstracts

French Abstract



On optimise les caractéristiques d'un dispositif de régulation et
d'amortissement des fluctuations de composition d'un écoulement
polyphasique comprenant un réservoir ou ballon tampon et un tube
de prélèvement placé entre une source d'effluents et une pompe
polyphasique en sélectionnant le volume du réservoir et la
distribution des orifices du tube de prélèvement pour définir un
niveau moyen autour duquel on stabilise le niveau de l'interface
liquide-gaz et de façon que le volume de la phase liquide
correspondant à ce niveau moyen soit au moins égal au volume de
liquide nécessaire pour évacuer tout volume prévisible de phase
gazeuse issu de la source d'effluents. Dans le cas d'un volume de
phase gazeuse important, on introduit un tube non percé à
l'intérieur du tube de prélèvement.

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.





14


REVENDICATIONS


1. Procédé pour optimiser les caractéristiques d'un
dispositif de régulation et d'amortissement des
fluctuations de composition d'un écoulement polyphasique
comprenant au moins une phase liquide et au moins une phase
gazeuse et dont le rapport volumétrique du gaz au liquide
(GLR) est susceptible de varier dans un plage définie
autour d'une valeur moyenne, ledit dispositif étant
positionné entre une source d'effluents (S) et une pompe
polyphasique (P) communicant aux effluents une valeur de
compression (.DELTA.P) nécessaire au transfert des effluents et
étant constitué d'un réservoir pour recevoir ledit
écoulement polyphasique, qui est équipé d'au moins une tube
de prélèvement percé d'orifices de prélèvement, ledit
procédé étant caractérisé en ce que
l'on stabilise un niveau d'interface liquide-gaz
sensiblement à un niveau moyen défini en sélectionnant le
volume dur réservoir et la distribution des orifices de
prélèvement de façon que le volume de la phase liquide
correspondant à ce niveau moyen soit au moins égal au
volume de liquide nécessaire à ladite pompe polyphasique
pour évacuer du réservoir tout volume de phase gazeuse
prévisible issu de la source d'effluents et arrivant dans
le réservoir, et
l'on maintient le rapport volumétrique des effluents
admis dans la pompe au-dessous d'un seuil déterminé
(GLRmax) de façon à permettre l'application aux effluents
de ladite compression (.DELTA.P),




15


le volume et la répartition des orifices le long du
tube de prélèvement étant déterminés par la succession
d'étapes suivantes:

a) en fonction de la composition de l'écoulement, de la
pression régnant dans le réservoir ou ballon tampon, de la
température de fonctionnement du réservoir de la valeur
maximale du rapport volumétrique (GLRmax) et d'un niveau de
la phase liquide (Nd) prédéfini correspondant à cette
valeur maximale (GLRmax), on détermine la valeur du rapport
des sections de passage respectives offertes au gaz et au
liquide, puis on choisit en fonction dudit rapport une
répartition des orifices le long du tube de prélèvement,
ladite répartition se faisant par zones, et

b) on fixe une valeur limite maximale pour ledit volume
de phase gazeuse susceptible d'arriver dans le réservoir,
on détermine alors le niveau de liquide (N1) correspondant
à cette valeur limite, on vérifie que ce niveau de liquide
est sensiblement le même que celui correspondant à la
valeur moyenne dur rapport volumétrique (GLR), et on change
si nécessaire au moins un des deux paramètres suivants: le
volume du réservoir ou la répartition des orifices le long
du tube, jusqu'à obtenir une valeur de niveau de liquide
(N1) correspondant à la valeur moyenne du rapport
volumétrique.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que
l'on divise au moins une portion de la longueur du tube en
plusieurs zones (Z1-Z5) pourvues chacune d'une densité d'orifices
particulière (d1-d5) et l'on choisit pour chaque zone une densité
d'orifices pouvant varier entre 0 et une valeur limite définie par
la taille et la forme des orifices.



16

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en
ce que l'on augmente 1a section du tube percé d'une valeur
égale à une valeur égale à l'augmentation de surface de
mélange gaz-liquide que l'on souhaite, et on introduit dans
ledit tube percé d'un tube non percé de manière à permettre
à la totalité du gaz pouvant passer à travers les orifices
de se mélanger avec l'huile.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que
l'on introduit le tube non percé de manière à ce que l'extrémité
inférieure dudit tube non percé débouche en dessous de
l'extrémité inférieure du tube percé.

5. Dispositif de régulation et d'amortissement des
fluctuations de composition d'un écoulement polyphasique,
ledit écoulement comprenant au moins une phase gazeuse et
une phase liquide dont le rapport volumétrique du gaz au
liquide est susceptible de varier dans une plage définie
autour d'une valeur moyenne, ledit dispositif étant
positionné entre une source d'effluents et une pompe
polyphasique (P) communiquant aux effluents une valeur de
compression (.DELTA.P) nécessaire au transfert des effluents et
comportant un réservoir pour recevoir ledit écoulement
polyphasique, ledit réservoir étant équipé d'au moins un
tube de prélèvement percé d'orifices de prélèvement, de
moyens pour mesurer la température dans le réservoir, de
moyens de mesurer la pression dans le réservoir et des
moyens pour détecter un niveau de liquide dans ledit
réservoir, ledit dispositif étant caractérisé en ce que
le volume du réservoir et la répartition des orifices
sont choisis pour qu'il y ait à tout instant dans le


17

réservoir au moins une quantité de liquide suffisante pour
permettre l'évacuation de tout volume de gaz prévisible
susceptible d'arriver dans le réservoir en maintenant la
valeur du rapport volumétrique de l'écoulement polyphasique
inférieure à une valeur limite fixée (GLRmax) pour que la
pompe lui applique de ladite compression (.DELTA.P),
ledit choix du volume du réservoir et de la répartition
des orifices étant effectué par la succession d'étapes
suivantes:
a) en fonction de la composition de l'écoulement, de la
pression régnant dans le réservoir ou ballon tampon, de la
température de fonctionnement du réservoir de la valeur
maximale du rapport volumétrique (GLRmax) et d'un niveau de
la phase liquide (Nd) prédéfini correspondant à cette
valeur maximale (GLRmax), on détermine la valeur du rapport
des sections de passage respectives offertes au gaz et au
liquide, puis on choisit en fonction dudit rapport une
répartition des orifices le long du tube de prélèvement,
ladite répartition se faisant par zones, et
b) on fixe une valeur limite maximale pour ledit volume
de phase gazeuse susceptible d'arriver dans le réservoir,
on détermine alors le niveau de liquide (N1) correspondant
à cette valeur limite, on vérifie que ce niveau de liquide
est sensiblement le même que celui correspondant à la
valeur moyenne dur rapport volumétrique (GLR), et on change
si nécessaire au moins un des deux paramètres suivants: le
volume du réservoir ou la répartition des orifices le long
du tube, jusqu'à obtenir une valeur de niveau de liquide
(N1) correspondant à la valeur moyenne du rapport
volumétrique.




18

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en
ce qu'il comporte un tube non percé (10) placé à
l'intérieur du tube percé (3), le tube non percé ayant une
extrémité inférieure débouchant en dessous de l'extrémité
inférieure du tube percé.

7.Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que
la section de passage offerte au gaz est r fois plus importante que
la section de passage offerte au liquide, r étant un coefficient
déterminé à partir de ladite valeur limite fixée (GLRmax).

8.Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce
qu'au moins une partie de la longueur du tube comporte
plusieurs zones (Z) de hauteurs (Hi), percées d'orifices, la densité
d'orifices (di) de chaque zone étant choisie pour respecter une
fonction de répartition hyperbolique de la forme (ah+b)/(ch+d)
où h est la hauteur du tube de prélèvement baignant dans le gaz
et Hr la hauteur totale du réservoir, les coefficients a, b, c, d
dépendant de la hauteur du tube de prélèvement baignant dans
le gaz (h), de la hauteur totale du réservoir (H r), des hauteurs
(Hi) de chacune des zones (Zi) et de la densité des orifices (di) de
chacune des zones.

9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en
ce que le tube de prélèvement comporte une zone centrale
dépourvue d'orifices autour dudit niveau moyen de
l'interface.

10. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé
en ce que la densité des orifices de la zone inférieure du
tube de prélèvement est prise égale à 1.


Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.


CA 02086297 2003-09-04
1
PROCÉDÉ D'OPTIMISATION D'UN DISPOSITIF DE RÉGULATION ET
D'AMORTISSEMENT D'UN ÉCOULEMENT POLYPHASIQUE ET
DISPOSITF OBTENU PAR LE PROCÉDÉ
La présente invention a pour objet un procédé d'optimisation
des caractéristiques d'un dispositif de régulation et d'amortis-
sement des fluctuations de composition d'un écoulement
polyphasique.
Le dispositif peut notamment être installé entre une source
d'effluents et l'entrée d'une pompe de type polyphasique
permettant de transférer un fluide composé d'au moins une
l0 phase liquide et au moins une phase gazeuse.
L'invention trouve ses applications notamment dans le
domaine de la production d'hydrocarbures comprenant un
mélange gaz-liquide, cette production pouvant être réalisée dans
un environnement d'accès difficile, par exemple au niveau d'une
tête de puits ou d'une ligne de transfert sous-marine, ou encore
dans la forêt vierge.
L'invention s'applique aussi à l'industrie chimique et
pétrolière, ou d'une manière générale â toutes les industries
employant des fluides polyphasiques.
L'invention trouve notamment son application pour
20 conserver une quantité minimale de liquide pour maintenir les
moyens de pompage en fonctionnement correct.
On sait que l'acheminement de fluides ou d'effluents de type
polyphasique composés d'au moins une phase liquide et au moins
une phase gazeuse peut nécessiter l'utilisation d'un système pour
réguler la composition du fluide placé à l'entrée d'une pompe et
permettre de délivrer à celle-ci un fluide dont la valeur du
rapport volumétrique du gaz au liquide, en abrégé, GLR (Gaz
Liquid Ratio) est compatible avec les caractéristiques de
fonctionnement nécessaires au transfert des effluents.
Dans le présent texte, en l'absence de précision contraire, les
termes d'amont et d'aval se rapportent à la pompe en
30 considérant le sens des écoulements des effluents.
Le brevet français N° 2.642.539 décrit un dispositif qui
permet d'amortir et de réguler les variations brusques de liquide
et de gaz arrivant dans le dispositif, notamment, lors de la venue


~~86~~~
de bouchons de gaz, ou de liquide, c'est-à-dire d'une quantité
importante de fluide composé uniquement de la phase gazeuse
ou de la phase liquide. Ce dispositif comporte un réservoir ou
ballon tampon équipé d'un tube de prélèvement s'étendant sur
une certaine hauteur du réservoir ce tube étant percé d'orifices
ou ouvertures de prélèvement. Le dispositif placé à l'entrée d'une
pompe permet ainsi de délivrer à la pompe un fluide
polyphasique présentant des caractéristiques, notamment de
rapport volumétrique phase gazeuse/phase liquide, compatibles
avec le fonctionnement de la pompe.
L'art antérieur connu ne permet cependant pas de prévoir la
taille et la structure d'un dispositif tel d'une part que l'on dispose
d'une quantité de liquide toujours suffisante pour évacuer à tout
instant une poche de gaz ou quantité de gaz importante et d'autre
part que l'on maintienne une valeur de GLR optimale en fonction
des caractéristiques de la pompe polyphasique située en aval de
façon qu'elle puisse appliquer aux effluents à transférer une
compression suffisante.
On est ainsi obligé de changer de dispositif en fonction de
2 0 l'évolution, au cours du temps, de la composition du fluide en
provenance d'une source d'effluents comme celà se produit, par
exemple, pendant la période d'activité des puits pétroliers, ce qui
se traduit par des pertes d'exploitation importantes.
L'invention remédie notamment à ces inconvénients en
2 5 proposant un procédé permettant de prédimensionner un
dispositif de régulation, comportant un réservoir et un tube de
prélèvement, en fonction de la composition de la source
d°effluents auquel il est relié et des caractéristiques d'une pompe
polyphasique située après ie dispositif, de façon à avoir un fluide
3 0 dont la valeur de GLR permet à la pompe d'assurer une
compression suffisante pour transférer les effluents et que la
quantité de liquide située dans le dispositif permette l'évacuation
de toute quantité de gaz prévisible susceptible d'arriver dans le
réservoir.

CA 02086297 2003-09-04
3
Le tube traverse dans les conditions de fonctionnement
normales l'interface gaz/liquide. Ainsi dans le cas d'un tube
cylindrique droit celui-ci peut être vertical ou incliné mais non
horizontal.
S Tout au long du texte on définit par exemple par le mot
densité des orifices par zone de tube, le nombre d'orifices
uniformément répartis sur une même zone.
Le procédé selon l'invention permet d'optimiser un dispositif
de régulation et d'amortissement des fluctuations de composition
d'un écoulement polyphasique comprenant au moins une phase
liquide et au moins une phase gazeuse, dont le rapport
volumétrique du gaz au liquide (GLR) est susceptible de varier
dans une plage définie autour d'une valeur moyenne, ledit
dispositif étant positionné entre une source d'effluents et une
pompe polyphasique communiquant aux effluents une valeur de
compression (0 P) nécessaire au transfert des effluents et
constitué d'un réservoir ou ballon tampon pour recevoir ledit
écoulement polyphasique, équipé d'au moins un tube de
prélèvement percé d'orifices de prélèvement.
2 0 Le procédé est caractérisé en ce que l'on stabilise le niveau
de l'interface liquide-gaz sensiblement à un niveau moyen défini
en sélectionnant le volume du réservoir et la distribution des
orifices de prélèvement de façon que le volume de la phase
liquide correspondant â ce niveau moyen soit au moins égal au
2 5 volume de liquide nécessaire à ladite pompe polyphasique pour
évacuer du réservoir tout volume de phase gazeuse prévisible
issu de la source d'effluents arrivant dans le réservoir.
Le volume de la phase liquide correspondant au niveau
moyen est égal au volume de liquide nécessaire à ladite
3 0 pompe polyphasique pour évacuer du réservoir tout volume de
phase gazeuse prévisible issu de la source considérée susceptible
d'arriver dans le réservoir ou ballon tampon en maintenant le
rapport volumétrique des effluents admis dans la pompe au-

CA 02086297 2003-09-04
4
dessous d'un seuil déterminé (GLRmax) de façon à permettre
l'application aux effluents de ladite compression (~P).
La détermination du volume et la répartition des orifices le
long du tube de prélèvement se fait en procédant à urne
succession d'étapes
a) en fonction de la composition de l'écoulement, de la
pression régnant dans le réservoir ou ballon tampon, de la
température de fonctionnement du réservoir, de la valeur
maximale du rapport volumétrique (GLRmax) et d'un niveau de
la phase liquide (Nd) prédéfini correspondant à cette valeur
maximale (GLRmax), on détermine la valeur du rapport des
sections de passage respectives offertes au gaz et au liquide, puis
on choisit en fonction dudit rapport une répartition des orifices le
long du tube de prélèvement, ladite répartition se faisant par
zones, et
b) on se fixe une valeur limite maximale pour ledit volume
de phase gazeuse susceptible d'arriver dans le réservoir, on
détermine alors le niveau de liquide (N1) correspondant à cette
valeur limite, on vérifie que ce niveau de liquide est
2 0 sensiblement le même que celui correspondant â la valeur
moyenne du rapport volumétrique {GLR), et l'on change, si
nécessaire, au moins un des deux paramètres suivants : le
volume du réservoir ou la répartition des orifices le long du tube,
jusqu'à obtenir une valeur de niveau de liquide (N1)
2 5 correspondant à la valeur moyenne du rapport volumétrique.
On divise, par exemple, au moins une portion de la longueur
du tube en plusieurs zones (Z1, ... Z5) pourvues chacune d'une
densité d'orifices particulière (dl, ... d5) et l'on choisit pour
chaque zone une densité d'orifices pouvant varier entre 0 et une
3 0 valeur limite définie par la taille et la forme des orifices.
On augmente, par exemple, la section du tube percé d'une
valeur égale à une valeur égale à l'augmentation de surface de
mélange gaz-liquide que l'on souhaite, et on introduit dans ledit
tube percé un tube non percé de manière à permettre à la


2~~~~9'~
totalité du gaz pouvant passer à travers les orifices de se
mélanger avec l'huile.
On introduit le tube non percé de manière à ce que
l'extrémité inférieure dudit tube non percé débouche en dessous
de l'extrémité inférieure du tube percé.
Le procédé selon l'invention peut s'appliquer à la fabrication
d'un dispositif optimisé de régulation et d'amortissement des
fluctuations de composition d'un écoulement polyphasique, ledit
écoulement comprenant au moins une phase gazeuse et une
phase liquide, dont le rapport volumétrique du gaz au liquide est
susceptible de varier dans une plage définie autour d'une valeur
moyenne, ledit dispositif étant positionné entre une source
d'effluents et une pompe polyphasique communiquant aux
effluents une valeur de compression (0P) nécessaire au transfert
des effluents et comportant un réservoir ou ballon tampon pour
recevoir ledit écoulement polyphasique, qui est équipé d'au
moins un tube de prélèvement percé d'orifices de prélèvement.
Le dispositif est caractérisé en ce que le volume du réservoir et
la répartition des orifices sont choisis pour qu'il y ait à tout
2 0 instant dans le réservoir au moins une quantité de liquide
suffisante permettant l'évacuation de tout volume de gaz
prévisible susceptible d'arriver dans le réservoir en maintenant
la valeur du rapport volumétrique de l'écoulement polyphasique
inférieure à une valeur limite fixée (GLRmax) pour que la pompe
2 5 lui applique au moins ladite compression (~P).
Le dispositif peut comprendre un tube non percé placé à
l'intérieur du tube percé, l'extrémité inférieure du tube non
percé débouchant, de préférence, en dessous de l'extrémité
inférieure du tube percé.
3 0 Dans un mode de réalisation préférentielle la section de
passage offerte au gaz est r fois plus importante que la section de
passage offerte au liquide, r étant un coefficient déterminé à
partir de ladite valeur limite fixée (GLRmax).


~~~6?~'~
Au moins une partie de la longueur du tube comporte
plusieurs zones (Zi) de hauteur (Hi), percées d'orifices, la densitê
des orifices (di) de chaque zone étant choisie pour respecter une
fonction de répartition hyperbolique de la forme (ah+b)/(ch+d)
où h est la hauteur du tube de prélèvement baignant dans le gaz
et Hr ia hauteur totale du réservoir, les coefficients a, b, c, d
dépendant de la hauteur du tube de prélèvement baignant dans
le gaz (h), de la hauteur totale du réservoir (Hr), des hauteurs
(Hi) de chacune des zones (Zi) et de la densité des orifices (di) de
chacune des zones.
Le tube pourra comporter une zone centrale dépourvue
d'orifices centrée autour du niveau moyen de l'interface.
La densité des orifices de la zone inférieure du tube est prise
égale à 1.
D'autres caractéristiques et avantages du procédé et des
réservoirs obtenus par le procédé selon l'invention apparaîtront
mieux à la lecture de la description ci-après en se référant aux
figures annexées.
- La figure 1 montre un réservoir équipé d'un tube percé
2 0 d'orifices;
- La figure 2 montre le dispositif de la figure 1 adapté plus
particuliêrement pour des volumes de gaz importants,
- La figure 3 montre une courbe qui représente la variation
en fonction du temps du niveau de l'interface liquide-gaz dans le
2 5 réservoir;
- La figure 4 montre une courbe de variation en fonction du
temps de la pression Pbt régnant dans le réservoir ou ballon
tampon; et
- La figure 5 représente un exemple de distribution des
3 0 orifices le long du tube.
Le procédé décrit ci-après permet d'optimiser un dispositif
de régulation, comportant un réservoir ou ballon tampon et un
tube de prélèvement, en fonction des fluctuations de composition

~(~~~~9~
d'un fluide polyphasique, et des caractéristiques de la pompe
située en aval.
L'optimisation conduite par le procédé va porter sur le
dimensionnement et l'agencement des éléments constituant le
réservoir et la définition d'un type de perçage, c'est-à-dire la
répartition des orifices le long du tube de prélèvement. Par
agencement des éléments, il faut comprendre le choix des
différents éléments constituant le dispositif de régulation et leur
disposition les uns par rapport aux autres.
Le fluide polyphasique est acheminé de la source S, telle
qu'une tête de puits pétrolier, par exemple, par une canalisation
1, jusqu'à l'entrée d'un dispositif D comprenant un réservoir ou
ballon tampon 2 équipé d'un tube de prélèvement 3. Le tube de
prélèvement 3 est pourvu d'une pluralité d'orifices 4 répartis par
zones sur une partie au moins de sa longueur. Le tube peut, par
exemple, être subdivisé comme indiqué sur la figure 5 en
plusieurs zones Z1, Z2 ... Z5 de hauteur H1, H2, ... H5, chaque zone
Zi étant pourvue d'une densité d'orifices constante dl, ... d5 sur
toute sa longueur.
2 0 Le tube 3 est raccordé à un tube d'évacuation 5 du mélange
vers la pompe P. La référence 6 indique l'interface liquide-gaz.
Le réservoir est équipé de moyens de mesure, tels qu'un capteur
de température 7, un capteur de pression 8 et un détecteur de
niveau 9.
2 5 Les différentes étapes du procédé selon l'invention sont les
suivantes:
- La première étape est une étape de mesure où l'on définit les
paramètres caractéristiques du puits à exploiter tels que la
valeur du rapport volumétrique moyen GLR de l'effluent, estimé
3 0 ou mesuré au départ de l'exploitation du puits, les valeurs des
masses volumiques pour le liquide p 1 et pour le gaz pg, et les
paramètres propres au réservoir tels que sa température T de
fonctionnement mesurée en permanence à l'aide du capteur de
température 7, la pression Pbt qui règne dans le réservoir à

~~~~2.'3~
l'aide du capteur de pression 8, sa hauteur Hr et sa longueur L et
la valeur Co du coefficient de perçage du tube ou coefficient
hydrodynamique. Le coefficient Co est égal au rapport entre la
valeur mesurée du rapport des débits de gaz et de liquide à une
pression donnée, pour un niveau d'interface, et la valeur du
rapport des sections de passage respectivement offertes en gaz et
au liquide pour le méme niveau d'interface.
- La compression (D P) que la pompe doit appliquer aux
effluents pour compenser toutes les pertes de charge en aval
étant connue, on détermine d'une manière bien connue des
spécialistes, la valeur maximale GLRmax du rapport
volumétrique à ne pas dépasser pour maintenir au moins cette
compression.
Puis on se fixe a priori un niveau de départ Nd autour
duquel doit se situer dans le réservoir l'interface de la phase
gazeuse et de la phase liquide correspondant à une hauteur du
tube percé hmax baignant dans le gaz. Ce niveau correspond à la
valeur GLRmax définie précédemment.
- Ensuite, on détermine pour le GLRmax le rapport qui doit
2 0 exister entre la surface de passage offerte au gaz Sg et la surface
de passage offerte au liquide S1 au moyen de la fonction
Sg/S1 = GLRmax* C P t, K1 étant un coefficient tenant compte
Co
de la température de fonctionnement du réservoir, des
2 5 caractéristiques de l'effluent. On définit ainsi pour le tube le
rapport des orifices réservés au passage du gaz et au passage du
liquide, ce rapport permet à la pompe d'assurer la valeur de la
compression (~P) requise.
- Le rapport des surfaces des sections de passage offertes
3 0 respectivement au gaz et au liquide de chaque côté du niveau de
départ Nd ayant été déterminé, on définit alors un perçage du
tube en imposant, a priori, la répartition des orifices 4 le long du
tube 3. Cette répartition se fait, de préférence, en divisant la

0 2~~~2~'~
longueur du tube de prélèvement 3 en zones, la densité des
orifices sur chacune d'elles étant constante.
Connaissant la distribution des orifices dans chaque zone le
long du tube on peut en déduire la fonction f(h,H) caractéristique
du perçage du tube et représentative du rapport de la section de
passage offerte au gaz et de la section de passage offerte au
liquide en fonction de la hauteur du tube percé baignant dans le
gaz. Cette fonction peut être de la forme : (ah+b)/(ch+d) où h est
la hauteur du tube baignant dans le gaz. Dans chaque zone les
coefficients a, b, c et d sont déterminés d'après la hauteur du
tube baignant dans le gaz, de la hauteur totale du tube percé H,
de la hauteur des zones du tube et de la densité constante choisie
pour chaque zone.
- L'objectif de l'étape suivante est de conserver en permanence
dans le réservoir une quantité de liquide suffisante pour que la
pompe puisse évacuer avec la valeur de compression (OP )
nécessaire au transfert des effluents, la plus grande quantité de
gaz prévisible issu de la source susceptible de s'y accumuler. On
évalue ou estime donc au préalable le volume maximal prévisible
2 0 de cette accumulation de gaz compte-tenu de la source qui le
produit et de la configuration de la conduite 1 entre la source S et
le réservoir ou ballon tampon 2.
De méme, on estime la valeur de la hauteur du tubs hl
baignant dans le gaz correspondant à un niveau N1 au début de
2 5 l'évacuation du plus grand volume de gaz prévisible. La hauteur
du tube percé baignant dans le gaz à la fin de l'évacuation du
plus grand volume de gaz prévisible est prise égale à la valeur
hmax définie précédemment et correspondant à un niveau Nd.
Les hauteurs de la partie du tube baignant dans le gaz sont
3 0 mesurées ou estimées, dans notre exemple, à partir du haut du
rêservoir.
Le niveau de liquide correspondant au volume nécessaire à
l'évacuation du plus grand volume de gaz prévisible est alors
déterminé de la façon suivante


2~1~~~~'~
On tient compte de la forme, de la taille du réservoir et de la
fonction f(h,H) de répartition des orifices le long du tube percé.
On déduit, pour un incrément dh de hauteur de tube baignant
dans l'huile, la quantité de gaz évacué, sachant qu°à tout instant
S la quantité de gaz évacué dVg est égale au produit d'une quantité
élémentaire de liquide dVl par la valeur du rapport
volumétrique GLR, celui-ci variant avec la hauteur h du tube
baignant dans le gaz, du coefficient C0, des dimensions du
réservoir, des caractéristiques de l'effluent, de la pression et de
10 la température régnant dans le réservoir. I1 est bien clair que la
quantité élémentaire de liquide dVl est, ici, le produit de la
surface du réservoir prise à la hauteur h par l'incrément de
hauteur dh.
Ainsi dans le cas d'un réservoir ou ballon de forme
cylindrique dont l'axe est horizontal, on a
dVg = GLR(h).dVl
= 2.GLR(h).L. H~ .dh
En intégrant ce produit entre les valeurs hl et hmax on
obtient la quantité de gaz Vg évacuée. On vérifie que la valeur
2 0 obtenue Vg correspond à la valeur du plus grand volume de gaz
prévisible estimé au départ Vgm et l'on change, si nécessaire, au
moins un des paramètres définissant la taille du réservoir jusqu'à
ce que l'on obtienne un volume de gaz Vg évacué sensiblement
égal à Vgm. La dernière valeur obtenue pour hl correspond à la
2 5 hauteur que l'on doit avoir au début de l'évacuation du plus
grand volume de gaz prévisible. Cette valeur hl définit le niveau
moyen de liquide N1 au-dessus duquel doit se situer la phase
liquide pour évacuer toute quantité de gaz prévisible susceptible
d'arriver dans le réservoir.
3 0 On vérifie ensuite, à l'aide de la fonction de répartition des
orifices le long du tube percé que le niveau Nl précédemment
déterminé correspond à la valeur moyenne du GLR fixée au cours
de la première étape.

11 2~8~~,~~
Dans le cas où la valeur Nl est différente on modifie au moins
l'un des paramètres suivants . le volume du réservoir, en
touchant soit à sa hauteur Hr, soit à sa longueur L ou aux deux,
ou la répartition des orifices de prélèvement le long du tube
jusqu'à ce que l'on obtienne une valeur pour le niveau Nl
correspondant à la valeur moyenne du GLR fixée au cours de la
première étape.
On détermine ainsi le volume du réservoir et la distribution
des orifïces le long du tube de prélèvement par zone de densité
d'orifices constante de façon que l'interface liquide-gaz soit
stabilisée en fonctionnement normal sensiblement au niveau
moyen correspondant à la valeur moyenne du rapport
volumétrique moyen GLR. On assure ainsi une réserve suffisante
dans le réservoir pour évacuer toute quantité de gaz importante
prévisible susceptible d'arriver dans le réservoir.
Cette façon de procéder permet de plus d'avoir une valeur
de GLRmax pour que la pompe applique aux effluents une
compression (~P) nécessaire au transfert des effluents.
La méthode de prédimensionnement d'un réservoir et de son
2 0 tube de prélèvement associé, décrite précédemment, est bien
adaptée lorsque la quantité maximale de gaz prévisible estimée
au départ Vgm est peu importante. Dans le cas où le volume de
gaz prévisible à transférer est important, l'expérience a montré
que la quantité de gaz se mélangeant avec l'huile dans le tube
2 5 percé est inférieure à la quantité qui devrait théoriquement se
mélanger, cette quantité étant fonction du nombre d'orifices
percés du tube baignant dans le gaz. Pour pallier cet
inconvénient, on a remarqué qu'en divisant le flux de gaz
pénétrant dans le tube de manière que le mélange gaz-liquide
3 0 s'effectue à différents endroits du tube, on augmente la quantité
de gaz se mélangeant à l'huile.
On divise le flux de gaz en introduisant à l'intérieur du tube
percé 3 un tube supplémentaire 10 (Fig.2) de diamètre inférieur
au tube percé et dont la longueur est telle que l'extrémité

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12
inférieure de ce tube arrive dans la conduite de prélèvement de
façon que le mélange du gaz s'échappant par l'extrémité
inférieure du tube supplémentaire avec le fluide se trouvant
dans cette partie du tube de prélèvement se fasse à un endroit
pour lequel la pression est inférieure à la pression qui règne dans
la partie du tube percé ne contenant que du gaz. De cette
manière, le gaz se mélange à la fois dans l'annulaire compris
entre le tube percé et le tube non percé et à un endroit situé à
proximité de la partie inférieure du tube non percé. On a ainsi
augmenté la surface de mélange gaz-liquide et de fait, empêché
un éventuel phénomène de "saturation", c'est-à-dire tout
phénomène qui empêche à la totalité du gaz de se mélanger au
liquide dans le tube percé.
La méthode décrite précédemment comporte les étapes
supplémentaires suivantes
on élargit la section du tube percé précédemment défini d'une
valeur égale à l'augmentation de surface d'échange entre le gaz
et le liquide que l'on veut obtenir,
- on introduit un tube, de préférence non percé à l'intérieur du
2 0 tube percé, la section dudit tube étant égale à l'augmentation
nécessaire pour la surface d'échange, ce qui permet de diviser
le flux de gaz.
La valeur de l'augmentation de surface d'échange est définie
en fonction de la quantité de gaz maximale prévisible. Des essais
2 5 préalablement réalisés permettent de tracer une abaque qui
donne en fonction de la quantité de gaz maximale prévisible, la
section du tube non percé que l'on doit insérer dans le tube percé
de façon à ce que le mélange du gaz dans le liquide se fasse de
manière optimale.
3 0 Les figures 3 et 4 montrent des courbes enregistrées au
cours d'essais sur site en utïlisant une pompe de type
polyphasique telle que celle décrite dans la demande de brevet
FR -2 665 224,, associée à un réservoir et un tube de prélèvement
optimisés. La courbe I1 (Fig. 3) représente, la variation du niveau

CA 02086297 2003-09-04
13
de l'interface N en fonction du temps, la valeur de la hauteur hgl
correspond à la hauteur du tube baignant dans le gaz au début de
l'évacuation d'une quantité de gaz et la valeur hg2 représente la
hauteur du tube percé baignant dans le gaz à la fin de
l'évacuation de la quantité de gaz.
La courbe I2 (Fig. 4) représente la variation en fonction du
temps de la valeur de la pression Pbt régnant dans le réservoir 2.
Le tube montré sur la figure 5, à titre d'exemple, comporte
cinq zones Zl-Z5 ayant des densités d'orifices respectivement
dl=7, d2=6, d3=0, d4=2 et d5=l.
Ces valeurs correspondent à un tube optimisé mis en place
sur site au cours d'essais effectués avec une pompe telle que celle
décrite dans la demande FR -2 665 224 précité.
La zone située autour de la valeur moyenne ne comporte pas
d'orifices de manière à ne pas répercuter les variations de GLR
tant que le niveau de l'interface liquide-gaz ne s'est pas déplacé
d'une certaine valeur jusqu'à atteindre une zone adjacente Z2 ou
Z4.
Cet exemple de réalisation n'est nullement limitatif, les
2 0 orifices de prélèvement pouvant avoir une autre forme que la
forme circulaire. On peut ainsi envisager toute autre forme telle
que par exemple les formes décrites dans le brevet français
FR 2.642.539 précité.
Bien entendu, diverses modifications et/ou adjonctions
2 5 peuvent être apportées au procédé dont la description vient
d'être donnée à titre illustratif et nullement limitatif, sans sortir
du cadre de l'invention.

Representative Drawing
A single figure which represents the drawing illustrating the invention.
Administrative Status

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Administrative Status

Title Date
Forecasted Issue Date 2004-06-08
(22) Filed 1992-12-24
(41) Open to Public Inspection 1993-06-28
Examination Requested 1999-10-12
(45) Issued 2004-06-08
Deemed Expired 2009-12-24

Abandonment History

There is no abandonment history.

Payment History

Fee Type Anniversary Year Due Date Amount Paid Paid Date
Application Fee $0.00 1992-12-24
Maintenance Fee - Application - New Act 2 1994-12-26 $100.00 1994-09-30
Maintenance Fee - Application - New Act 3 1995-12-25 $100.00 1995-09-29
Registration of a document - section 124 $0.00 1996-02-29
Maintenance Fee - Application - New Act 4 1996-12-24 $100.00 1996-09-30
Maintenance Fee - Application - New Act 5 1997-12-24 $150.00 1997-09-24
Maintenance Fee - Application - New Act 6 1998-12-24 $150.00 1998-09-23
Maintenance Fee - Application - New Act 7 1999-12-24 $150.00 1999-09-29
Request for Examination $400.00 1999-10-12
Maintenance Fee - Application - New Act 8 2000-12-25 $150.00 2000-09-27
Maintenance Fee - Application - New Act 9 2001-12-24 $150.00 2001-09-26
Maintenance Fee - Application - New Act 10 2002-12-24 $200.00 2002-09-20
Maintenance Fee - Application - New Act 11 2003-12-24 $200.00 2003-11-17
Final Fee $300.00 2004-03-25
Maintenance Fee - Patent - New Act 12 2004-12-24 $250.00 2004-11-15
Maintenance Fee - Patent - New Act 13 2005-12-26 $250.00 2005-11-14
Maintenance Fee - Patent - New Act 14 2006-12-25 $250.00 2006-11-17
Maintenance Fee - Patent - New Act 15 2007-12-24 $450.00 2007-11-15
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Document
Description 
Date
(yyyy-mm-dd) 
Number of pages   Size of Image (KB) 
Representative Drawing 1999-06-21 1 6
Claims 1994-03-19 4 167
Representative Drawing 2003-04-07 1 6
Description 2003-09-04 13 613
Claims 2003-09-04 5 208
Cover Page 1994-03-19 1 23
Abstract 1994-03-19 1 26
Drawings 1994-03-19 2 24
Description 1994-03-19 13 589
Cover Page 2004-05-04 1 40
Assignment 1992-12-24 5 192
Prosecution-Amendment 1999-10-12 1 37
Prosecution-Amendment 2003-04-16 2 46
Prosecution-Amendment 2003-09-04 13 549
Correspondence 2004-03-25 1 27