La présente invention se rapporte aux procédés et aux installations pour faire circuler des fluides par pompage. Plus particulièrement l'invention vise des procédés et installations pour pomper des fluides composés d'au moins une phase liquide et d'au moins une phase gazeuse, cette dernière rendant le pompage très difficile.
Au brevet français 2 470 878, on décrit déjà un procédé pour pomper du fluide composé d'une phase liquide et d'une phase gazeuse, qui consiste à envoyer du liquide sous pression à l'entrée de la turbine d'une turbomachine comprenant une pompe, ayant une entrée et une sortie, et une turbine, qui a une entrée et une sortie distinctes de celles de la pompe et qui est calée sur le même arbre que la pompe. Tout le liquide issu de la turbine est mélangé au fluide à faire passer dans la pompe, afin d'obtenir un effet d'éjection. Il est donc impératif, pour obtenir cet effet d'éjection, que l'énergie du liquide à la sortie de la turbine soit encore importante et notamment que l'énergie cinétique du liquide sortant de la turbine soit suffisante pour aspirer les fluides du puits vers la pompe. L'éjecteur ainsi constitué applique une élévation initiale de pression au fluide du puits. Il convient donc que le liquide sorte de la turbine en ayant également une certaine pression. Il en résulte que l'énergie du liquide n'est pas utilisée au mieux dans la turbine, puisqu'une partie de cette énergie est nécessaire pour une opération en aval. En outre, si mélanger tout le liquide au fluide est avantageux en vue de conférer au fluide la vitesse nécessaire pour le faire passer dans la pompe, cela a l'inconvénient que la pompe doit être prévue pour un grand débit et nécessite donc une puissance importante.
L'invention pallie ces inconvénients par procédé pour pomper du fluide composé d'une phase liquide et d'une phase gazeuse, qui consiste:
Le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste
Suivant l'invention, on ne cherche plus à faire jouer au liquide un rôle quelconque d'éjection. Le liquide sert de fluide d'alimentation de la turbine de la turbomachine, fournissant l'énergie nécessaire au fonctionnement de la pompe. Une partie du liquide sert aussi à diminuer la teneur en gaz du fluide et à la rendre ainsi acceptable pour que le mélange de fluide et de liquide puisse être pompé. Comme il passe aussi peu de liquide turbiné détendu que possible dans la pompe, celle-ci nécessite aussi peu de puissance que possible.
Avantageusement on détend complètement le liquide dans la turbine et on ne lui laisse pas non plus d'énergie cinétique. La turbine fonctionne ainsi dans les meilleures conditions.
De préférence, on détecte la teneur en gaz du fluide et on modifie la proportion du liquide mélangé au fluide en fonction de la teneur en gaz détecté.
En général, le rapport entre la quantité du liquide turbiné entrant dans le mélange et celle qui est rejetée peut varier entre 0 et 0,5.
Avantageusement, le débit de liquide turbiné mélangé au fluide, qui représente de 0 à 2 parties en volume pour 1 partie du fluide, est égal au débit de liquide, séparé sous forme d'un premier courant et représentant de 25% à 65% du volume du mélange, qui sort de la pompe.
L'invention vise aussi une installation de pompage comprenant une source de fluide et une turbomachine comprenant une pompe, ayant une entrée et une sortie, et une turbine qui est calée sur le même arbre que la pompe et qui a une entrée et une sortie, la sortie de la turbine débouchant dans un conduit mettant la source en communication avec la pompe. L'installation se caractérise par un conduit de rejet ou de retour communiquant avec la sortie de la turbine et par un dispositif permettant de régler les quantités de liquide provenant de la sortie de la turbine qui vont dans le conduit de rejet ou de retour et dans le conduit mettant la source en communication avec la pompe.
Suivant une variante avantageuse, l'installation comprend un détecteur de la teneur en gaz du fluide et le dispositif permettant de régler les quantités de liquide est commandé par le détecteur par l'intermédiaire d'une ligne de commande en fonction des teneurs détectées.
Avantageusement, l'installation comprend un appareillage de séparation d'un fluide constitué d'une phase gazeuse et d'une phase liquide en un premier courant plus riche en la phase liquide que le fluide et en un second courant, l'appareillage étant muni d'une entrée qui communique avec la sortie de la pompe et de deux sorties, dont l'une pour le premier courant communique avec l'entrée de la turbine.
De préférence, la pompe est telle que la courbe représentant la valeur de la courbure le long du squelette du profil d'une pale en fonction de l'absence curviligne le long de ce squelette, ait une pente dont la valeur croit progressivement depuis le bord d'attaque vers le bord de fuite de la pale, comme décrit au brevet français 7 536 774; la pompe a avantageusement les autres caractéristiques définies à ce brevet, mais la pompe pouvant avoir toute autre hydraulique adaptée spécialement aux écoulements diphasiques.
La figure unique du dessin annexé illustre l'invention.
Du fluide composé d'une phase liquide et d'une phase gazeuse est issu d'une source 1 par un conduit 2. Dans le conduit 2 débouche un conduit 3 provenant de la sortie 4 d'une turbine 5 d'une turbomachine. Cette machine comporte essentiellement la turbine ayant la sortie 4 et une entrée 6 et une pompe 7 ayant une entrée 8 et une sortie 9 et calée sur le même arbre 10 que la turbine 5. On trouvera une description détaillée de cette turbomachine au brevet français 7823250.
Sur la conduit 3 est monté un dispositif 18 permettant de régler les quantités de liquide qui vont respectivement vers le conduit 11 et vers un conduit de rejet 17. Le dispositif 18 est commandé par l'intermédiaire d'une ligne 20 par un détecteur 19 qui détecte les teneurs en gaz du fluide passant dans le conduit 2.
Le mélange de fluide et de liquide est envoyé sous une pression comprise entre 10 et 100 bar, par un conduit 11, à l'entrée 8 de la pompe 7. Celle-ci le refoule par la sortie 9 et par un conduit 12 dans un appareillage de séparation 13, où le mélange, éventuellement après décantation ou centrifugation des matières solides, est séparé en un premier courant allant par le conduit 14, avec compression dans une pompe 16 sous une pression comprise entre 20 et 250 bar, à l'entrée 6 de la turbine 5 et en un second courant évacué par un conduit 15.
La teneur en gaz du premier courant est inférieure à 5% en volume.
L'exemple suivant illustre l'invention.
On envoie dans la turbine 60 m3/h d'huile exempte de gaz sous une pression de 100 bar. La turbomachine tourne à 6000 t/min. La hauteur manométrique de détente dans la turbine est de 800 m. On mélange l'huile détendu à 60 m3/h d'un brut ayant un GLR de 10. GLR représente le rapport du volume de gaz au volume de liquide. La hauteur manométrique de la pompe est de 150 m. En dépit de son GLR élevé, le brut peut être ainsi pompé sans difficulté.