FR2574307A1 - Procede et appareil pour separer les constituants du courant de production d'un puits - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN APPAREIL POUR SEPARER PAR CENTRIFUGATION LES CONSTITUANTS D'UN COURANT, NOTAMMENT UN COURANT DE PRODUCTION D'UN PUITS D'HYDROCARBURES. LA FORCE CENTRIFUGE EST UTILISEE AU MOYEN D'UN ROTOR PRINCIPAL 12 ET D'UN ROTOR INTERIEUR 13, POUR SEPARER LES CONSTITUANTS SOLIDES ET LIQUIDES DES CONSTITUANTS GAZEUX, ET L'ACTION COMBINEE DE LA FORCE CENTRIFUGE ET D'UN ECOULEMENT A CONTRE-COURANT EST UTILISEE POUR SEPARER UN PREMIER LIQUIDE, TEL QUE DU PETROLE BRUT, D'UN SECOND LIQUIDE, TEL QUE DE L'EAU. CETTE ACTION COMBINEE PEUT EGALEMENT ETRE UTILISEE POUR SEPARER UN GAZ LOURD, TEL QUE L'ANHYDRIDE CARBONIQUE, D'UN GAZ LEGER, TEL QUE DU GAZ NATUREL. DOMAINE D'APPLICATION: ELIMINATION DU SABLE, DE L'EAU, DE L'ANHYDRIDE CARBONIQUE ET D'AUTRES SUBSTANCES INDESIRABLES DES FLUIDES S'ECOULANT D'UN PUITS D'HYDROCARBURES EN PRODUCTION.

Description

L'invention concerne la séparation de matières solides, liquides et

gazeuses. L'invention concerne plus particulièrement un procédé et un appareil pour la séparation centrifuge des constituants du courant d'un puits. Dans l'industrie du pétrole, on fore des puits dans des formations souterraines afin d'en extraire les hydrocarbures qu'elles contiennent. Une formation

simple contient généralement une large diversité d'hydro-

carbures, comprenant des hydrocarbures gazeux tels que du méthane et des hydrocarbures liquides tels que de l'octane. Ces hydrocarbures sont souvent associés, dans la formation, à des matières non hydrocarhonées telles que

du sable; de l'eau et l'anhydride carbonique. Les consti-

tuants hydrocarbonés et non hydrocarbonés de la formation souterraine sont produits sous la forme d'un courant de puits qui s'écoule vers la surface en remontant par

le puits.

Avant que les hydrocarbures produits par le puits puissent être commercialisés, ils doivent en général être séparés des autres constituants du courant du puits. De plus, les hydrocarbures liquides doivent généralement être séparés des hydrocarbures gazeux du fait de leurs différentes exigences de manutention et de leurs différentes utilisations finales. Le courant d'hydrocarbures liquides résultant est appelé courant de pétrole brut et le courant d'hydrocarbures gazeux résultant est appelé courant de gaz naturel. Le courant de pétrole brut et le courant de gaz naturel sont souvent

introduits dans des pipelines de transport communs indé-

pendants pour être transportés vers des installations d'expédition, des raffineries, des usines chimiques

ou des sites d'utilisations industrielles et résidentiel-

les. Avant que le pétrole brut et le gaz naturel provenant du puits puissent être introduits dans leurs canalisations communes respectives de transport, ils doivent d'abord satisfaire certaines normes établies par le transporteur commun. Par exemple, le pétrole brut peut être autorisé à ne contenir pas plus qu'un très faible pourcentage d'eau et de particules, et le gaz naturel peut être autorisé à ne contenir qu'un très faible pourcentage

de vapeur d'eau. Ces restrictions ont pour but de mainte-

nir des courants relativement uniformes de pétrole brut

et de gaz naturel dans les pipelines ou canalisations.

Même en l'absence des exigences du transpor-

teur commun, des conditions pratiques imposent souvent de former des courants indépendants et pratiquement non contaminés- de pétrole brut et de gaz naturel. Par exemple, le pétrole brut produit à partir de plat-.s

formes en mer est couramment chargé dans des navires-

citernes pour être transporté, et le gaz naturel est communément dirigé vers des installations à terre par

l'intermédiaire de canalisations sous-marines spéciali-

sées. Si de l'eau est produite avec le pétrole brut, il est habituellement souhaitable de l'éliminer avant le chargement du pétrole brut dans le navire-citerne

afin d'éviter toute perte de capacité de ce dernier.

De la même manière, si des quantités importantes d'anhy-

dride carbonique sont produites avec le gaz naturel, il est habituellement souhaitable de séparer l'anhydride carbonique du gaz naturel afin que l'anhydride carbonique puisse être rejeté au niveau de la plate-forme en mer et que la capacité de transport de la canalisation soit

ainsi réservée uniquement au gaz naturel.-

Pour ces raisons et pour d'autres raisons,

on a consacré beaucoup d'efforts et de dépenses au déve-

loppement de systèmes qui séparent les constituants du courant produit par un puits. De nombreux systèmes de séparation utilisent avantageusement la non-miscibilité

et la différence de masses volumiques des divers consti-

tuants du courant du puits et font appel à la force

de la gravité pour produire la séparation souhaitée.

Par exemple, des courants de puits sont communément introduits dans des séparateurs qui sont fondamentalement de grandes cuves comportant des conduites de sortie pour les divers constituants, lesquelles conduites occu-

pent des positions verticales différentes. Après l'intro-

duction du courant du puits dans le séparateur, on permet à ce courant de reposer pendant une période de temps importante afin que la force de gravité puisse provoquer

le dépôt des constituants les plus lourds sur le fond.

En général, le courant de puits est ainsi séparé en une fraction constituée d'eau située au fond du séparateur, en une fraction constituée de- pétrole brut située au milieu et en une fraction gazeuse située en haut. En raison du temps qu'il faut à la pesanteur pour réaliser cette séparation, les séparateurs sont habituellement

très grands et très lourds une fois pleins.

Bien que la force de la gravité puisse être suffisante pour séparer l'eau, le pétrole brut et le gaz les uns des autres, elle ne suffit généralement

pas pour séparer les gaz non hydrocarbonés du gaz naturel.

Pour réaliser ce type de séparation, la fraction gazeuse provenant du séparateur est communément introduite dans un système de séparation qui repose sur les différences de propriétés physiques et/ou chimiques des divers constituants gazeux. Des systèmes qui reposent sur des différences des propriétés physiques séparent généralement un ou plusieurs des constituants gazeux de la partie

restante par liquéfaction produite par pression et refroi-

dissement. Les compresseurs et échangeurs de chaleur utilisés dans de tels systèmes sont habituellement de grandes dimensions, lourds et coûteux. Les systèmes de séparation qui font appel aux différences de propriétés chimiques des divers constituants gazeux, tels que les systèmes de séparation au glycol, sort également, en

général, de grandes dimensions, lourds et coûteux.

Le coût des installations de traitement nécessaires pour séparer les constituants de courants de puits provenant d'un ou plusieurs puits peut entrer pour une part importante dans le coût demandé pour mettre en production un champ de pétrole. Dans le cas de champs de pétrole en mer, ce problème est compliqué par des limitations de masses et d"espacesPlus les installations de traitement demandent un espace important et plus elles sont lourdes, plus est élevé le coût demandé pour la conception, la construction et la mise en place d'une plate-forme en mer ayant la dimension et la résistance demandées pour supporter l'installation. Pour ces raisons et pour d'autres raisons, il serait très avantageux de disposer d'un système de séparation plus petit, plus

léger et moins coûteux que ceux existant actuellement.

La présente invention a pour but d'offrir un tel système.

L'invention concerne un procédé et un appareil pour la séparation centrifuge des constituants d'un courant, en particulier un courant de production d'un

puits. Dans une première forme de réalisation, on intro-

duit le courant du puits, par l'intermédiaire d'une colonne centrale dans une centrifugeuse comportant un rotor primaire et un rotor intérieur qui est relié au rotor primaire afin de tourner avec lui. Le courant du puits entre d'abord dans le rotor intérieur qui élimine le sable et d'autres particules. Les constituants restants

du courant du puits sortent du rotor intérieur et pénè-

trent dans le rotor primaire o ils sont séparés par

l'action combinée de la force centrifuge et d'un écoule-

ment à contre-courant. L'eau est extraite au moyen d'éco-

pes placées à proximité du fond du rotor primaire. Le

pétrole brut et le gaz naturel sont extraits par l'inter-

médiaires d'écopes séparées placées à proximité du haut

du rotor primaire.

Dans une seconde forme de réalisation, un seul rotor est utilisé. Le sable et les autres particules

sont extraits avec l'eau par des écopes placées à proximi-

té du fond du rotor, et le pétrole brut est extrait

au moyen d'écopes placées à proximité du haut du rotor.

Deux paires d'écopes à gaz sont prévues, l'une à proximité du haut du rotor pour extraire le gaz léger, tel que le gaz naturel, et l'autre à proximité du fond du rotor

pour extraire le gaz lourd, tel que l'anhydride carbonique.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une élévation avec coupe

partielle d'une première forme de réalisation de l'appa-

reil centrifuge selon l'invention; - la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; - la figure 3 est une coupe suivant la ligne 33 de la figure 1; - la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 1; - la figure 5 est une coupe suivant la ligne -5 de la figure 1; - la figure 6 est une coupe suivant la ligne 6-6 de la figure 1; - la figure 7 est une élévation avec coupe partielle d'une seconde forme de réalisation de l'appareil centrifuge selon l'invention; et - la figure 8 est un schéma d'un dispositif

de commande de la première forme de réalisation de l'appa-

reil centrifuge selon l'invention.

La figure 1 est une élévation avec coupe

partielle d'une première forme de réalisation de l'appa-

reil centrifuge selon l'inventipn. La centrifugeuse 11 est conçue pour séparer les constituants du courant d'un puits. Par exemple, un courant de puits contenant

de l'eau, du pétrole brut, du gaz naturel et des particu-

les telles que du sable peut être séparé par la centrifu-

geuse, en quatre courants individuels, facilitant ainsi la mise sur le marché à la fois du pétrole brut et du

gaz naturel, et le rejet de l'eau et du sable.

La séparation est réalisée au moyen de deux

rotors, à savoir un rotor primaire 12 et un rotor inté-

rieur 13 qui tournent ensemble à de très grandes vitesses, à l'intérieur de l'enceinte protectrice d'une cuve fixe 14 de confinement. Le sens de rotation est indiqué par la flèche 15. Pour donner une idée des dimensions il faut considérer que dans une opération demandant le traitement de 0,8 à 1,6.103 m3 de courant de produc- tion de puits par jour, le rotor primaire peut avoir une longueur de l'ordre de 2 mètres et un diamètre de 0,8 mètre. Le rotor primaire est entraîné par un moteur électrique 16 tournant à grande vitesse qui est relié au rotor primaire par un arbre 17 d'entraînement. Le rotor intérieur est relié au rotor primaire par des rayons 18 et 19 afin de tourner avec lui. Les fonctions principales du rotor intérieur sont de séparer le sable et autres particules du courant du puits et d'accélérer les constituants restants vers l'intérieur du rotor primaire. Ces constituants restants sont séparés les

uns des autres dans le rotor primaire ou principal.

La cuve 14 de confinement est de forme essen-

tiellement cylindrique et est supportée par des pieds 20. En variante, la cuve de confinement peut être montée

au mur. Le rotor principal est mis en rotation à l'inté-

rieur de la cuve de confinement par l'arbre 17 d'entraîne-

ment qui passe dans une ouverture 21 de l'extrémité inférieure de la cuve de confinement. Un palier 22 permet la rotation de l'arbre d'entraînement et maintient ce dernier convenablement aligné. Un joint d'étanchéité

23 à contact mécanique porte contre l'arbre d'entraine-

ment et obture hermétiquement l'extrémité inférieure de la cuve de confinement afin d'empêcher la fuite de gaz vers l'intérieur ou vers l'extérieur de cett.e cuve. L'extrémité supérieure de la cuve de confinement présente une ouverture 24 dans laquelle passe une colonne centrale et cette ouverture est obturée hermétiquement par

un joint d'étanchéité 26.

La cuve étanche de confinement est chargée d'un gaz inerte tel que l'hélium afin d'empêcher la formation d'un mélange explosif à l'intérieur de la cuve. Un tel mélange pourrait autrement se former si du gaz naturel fuyait accidentellement du rotor principal

vers la cuve de confinement et se mélangeait à l'air.

Au lieu de charger la cuve de confinement d'un gaz inerte, il est possible, en variante, de faire le vide dans la cuve. Il en résulte une augmentation de coût, mais celle-ci est au moins partiellement compensée par les économies d'énergie résultant de la diminution de la

traînée aérodynamique du rotor principal.

Le rotor principal 12 est essentiellement de forme cylindrique et est constitué d'une paroi 27,

d'un couvercle 28 d'extrémité inférieure et d'un couver-

cle 29 d'extrémité supérieure. Le couvercle de l'extrémi-

té inférieure est plein et est relié à l'arbre 17 d'en-

traînement. Le couvercle de l'extrémité supérieure présen-

te une ouverture dans laquelle passe la colonne centrale 25. Un joint d'étanchéité double 30 à contact mécanique est monté sur le couvercle de l'extrémité supérieure et porte sur les deux côtés d'une bague 31 d'étanchéité qui entoure la colonne centrale. Cet agencement permet la rotation du couvercle de l'extrémité supérieure autour de la colonne centrale fixe tout en empêchant les fuites

vers l'intérieur ou vers l'extérieur du rotor principal.

Un palier 32 supporte le poids du rotor principal, main-

tient l'extrémité supérieure -de ce dernier convenablement alignée et permet à ce rotor principal de tourner à l'intérieur de la cuve fixe de confinement. Un palier 33 situé à l'extrémité inférieure du rotor principal maintient la colonne centrale 25 convenablement alignée et lui permet de rester- fixe pendant la rotation du rotor principal. Les seuls éléments de la centrifugeuse qui tournent avec le rotor principal sont une chicane 34 du rotor principal et le rotor intérieur13, ni la chicane ni le rotor intérieur n'étant en contact avec la colonne centrale. Le rotor intérieur tourne avec le rotor principal en raison du fait qu'il lui est relié par des ra:==ns 18 et 19. Le rotor intérieur est configuré comme montré sur la figure 1 et comprend une plaque de fond 35, une paroi tronconique 36, une lèvre tronconique 37, une chicane supérieure 38 et une chicane inférieure 39. La chicane supérieure de forme annulaire sépare une chambre supérieure 40 du rotor intérieur d'une chambre médiane 41. La chicane inférieure est également de forme annulaire

et elle sépare la chambre médiane 41 d'une chambre infé-

rieure- 42. Ni la chicane supérieure ni la chicane infê-

rieure ne sont *en contact avec la colonne centrale et toutes deux présentent des encoches 43 qui permettent le passage du sable, comme expliqué ci-dessous. De plus, la chicane supérieure présente des trous 44 qui permettent au pétrole brut, extrait des particules de sable dans la chambre médiane, de passer dans la chambre supérieure comme expliqué cidessous. Bien qu'un rotor intérieur à paroi de forme tronconique soit préféré, il est également possible d'utiliser d'autres formes pourvu que la paroi du rotor intérieur comporte une partie radialement plus grande et une partie radialement plus petite, la partie radialement plus grande servant à séparer le sable et d'autres particules du courant

de puits en cours de traitement.

La totalité de l'écoulement pénétrant dans la centrifugeuse et en sortant passe par la colonne centrale 25. Le courant du puits pénètre dans la colonne

centrale par l'intermédiaire d'une collerette 45 d'alimen-

tation et le pétrole brut, l'eau, le gaz naturel et le sable séparés s'écoulent respectivement dans la colonne centrale par une collerette 46 à pétrole, une collerette 47 à eau, une collerette 48 à gaz et une collerette 49 à sable. L'eau d'appoint, dont la nécessité sera expliquéeci-dessous, pénètre dans la centrifugeuse par

une collerette 50 à e-u d'appoint.

Le courant du puits est injecté dans la

chambre supérieure 40 du rotor intérieur par l'intermé-

diaire de tuyères 51 d'alimentation qui sont positionnées sur les côtés opposés de la colonne centrale et qui sont incurvées dans le sens de la rotation. A proximité du haut du rotor principal se trouvent des écopes à pétrole 52 et des écopes à gaz 53 qui ont respectivement pour fonction de retirer du rotor principal le pétrole brut et le gaz naturel séparés. L'eau séparée est éliminée à proximité du bas du rotor principal par des écopes à eau 54. Les paires d'écopes à pétrole, à gaz et à eau sont positionnées sur des côtés opposés de la colonne centrale et sont incurvées en sens opposé à celui de la rotation du rotor principal. Le positionnement des écopes sur des côtés opposés de la colonne centrale *30 réduit l'usure des paliers et des joints d'étanchéité en minimisant les forces de déplacement latéral imposées à la colonne centrale fixe par les fluides tournant rapidement dans la centrifugeuse. Ceci est dû au fait que la force de déplacement latéral agissant sur une écope tend à être annulée par la force agissant en sens opposé sur l'autre écope. La chicane 34 du rotor principal sépare les écopes à pétrole et les écopes à gaz des parties inférieures du rotor principal, empêchant ainsi ces écopes de gêner l'écoulement à contre-courant, ce qui sera expliqué ci- dessous. Une écope à sable 55 et une tuyère 56 à eau d'appoint partent de côtés opposés de la colonne centrale pour pénétrer dans la chambre inférieure 42 du rotor intérieur. De même que toutes les autres écopes, l'écope à sable est incurvée en sens opposé à celui de la rotation. L'écope à sable est utilisée pour éliminer le sable qui s'accumule dans la chambre inférieure, et la tuyère à eau d'appoint est utilisée pour injecter de l'eau d'appoint dans la chambre inférieure, maintenant ainsi dans le rotor intérieur de l'eau à un niveau qui atteint celui de la chicane supérieure 38. De l'eau d'appoint est ajoutée car une certaine quantité d'eau est éliminée de la chambre inférieure par l'écope à sable. D'autres détails concernant la structure du rotor intérieur et de la colonne centrale seront à présent expliqués en référence aux coupes transversales des

figures 2, 3, 4, 5 et 6.

La figure 2 est une coupe transversale suivant

la ligne 2-2 de la figure 1, passant par le rotor princi-

pal, le rotor intérieur et la colonne centrale, juste au-dessus du niveau de la chicane inférieure du rotor intérieur. Ainsi qu'on peut le voir, la paroi 36 du rotor intérieur est reliée à la paroi 27 du rotor principal par trois rayons 18. Lorsque le rotor principal tourne dans le sens de la flèche 57, il exerce une traction sur les rayons, faisant ainsi tourner le rotor intérieur avec lui. L'agencement tangentiel des rayons les place dans un état de traction pendant le fonctionnement de la centrifugeuse. Cet agencement minimise les forces de compression et de cisaillement qui tendraient autrement

à cintrer ou courber les rayons.

La chicane inférieure 39, qui sépare les chambres médiane et inférieure du rotor intérieur, est fixée à la paroi du rotor intérieur, mais n'est pas en contact avec la colonne centrale 25. Les encoches

43 de la chicane inférieure permettent au sable de s'écou-

ler de la chambre médiane vers la chambre inférieure pour être éliminé par l'écope à sable. Un conduit de sable 58 est disposé à l'intérieur de la colonne centrale et fait communiquer l'écope à sable avec la collerette à sable. Au niveau représenté à la figure 2, se trouvent deux autres conduits à l'intérieur de la colonne centrale, à savoir un conduit 59 d'eau d'appoint et un conduit d'eau 60. Le conduit d'eau d'appoint relie l- tuyère à eau d'appoint à la collerette à eau d'appoint, et le conduit d'eau relie les écopes à eau-à la collerette

à eau.

La figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la figure 1, qui passe par le rotor principal, le rotor intérieur et la colonne centrale juste au-dessus du niveau de la chicane supérieure du rotor intérieur. Cette figure montre plus en détail

les encoches et les trous de la chicane supérieure.

Les encoches 43 de la chicane supérieure permettent au sable de s'écouler de la chambre supérieure du rotor intérieur vers la chambre médiane; Les trous 44 de la chicane supérieure permettent au pétrole brut extrait du sable passant à travers la chambre médiane remplie

d'eau de s'élever en flottant dans la chambre supérieure.

La figure 4 est une coupe transversale suivant la ligne 4-4 de la figure 1, qui passe par le rotor principal et par la colonne centrale, à un niveau juste au-dessus de la lèvre du rotor intérieur. Ainsi qu'on peut le voir, le haut de la lèvre 37 du rotor intérieur est relié à la paroi 27 du rotor principal par trois

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rayons tangentiels 19. Un espace annulaire 61 entre le rotor intérieur et la colonne centrale 25 établit une ouverture permettant au courant du puits de s'écouler de la chambre supérieure du rotor intérieur dans le rotor principal. Au niveau montré sur la figure 4, la colonne centrale contient quatre conduits, à savoir le conduit de sable 58, le conduit d'eau d'appoint 59,

le conduit d'eau 60 et le conduit d'alimentation 62.

Le conduit d'alimentation relie la collerette d'alimenta-

tion aux tuyères d'alimentation. Les autres conduits ont été décrits précédemment. Il convient de noter que le conduit d'alimentation occupe la partie centrale de la colonne centrale au niveau montré sur la figure 4, alors que le --onduit d'eau occupe la partie centrale de la colonne aux niveaux montrés sur les figures 2 et 3. La transition du conduit d'eau 60 de la partie centrale de la colonne centrale, comme montré sur les figures 2 et 3, à la périphérie, comme montré sur la figure 4, s'effectue dans la colonne centrale, entre le niveau de la chicane supérieure et celui des tuyères d'alimentation. La figure 5 est une coupe transversale suivant la ligne 5-5 de la figure 1, passant par la colonne centrale juste au-dessous du niveau de la collerette à huile et de la collerette à eau. La coupe transversale de la colonne centrale 25 à ce niveau est similaire à celle de la colonne centrale montrée sur la figure 4. Les positions du conduit de sable 58, du conduit d'eau d'appoint 59, du conduit d'alimentation 62 et

du conduit d'eau 60 sont essentiellement les mêmes.

Cependant, la figure 4 montre un conduit supplémentaire, à savoir un conduit 63 de pétrole, qui relie les écopes à pétrole à la collerette à pétrole. Il est utilisé pour l'écoulement du pétrole brut qui est séparé du courant du puits par la centrifugeuse. Le gaz naturel, qui est retiré du rotor principal par les écopes à gaz, s'écoule vers la collerette à gaz en passant dans un espace 64 qui entoure les conduits à l'intérieur de

la colonne centrale.

La figure 6 est une coupe transversale suivant la ligne 6-6 de la figure 1, passant à travers la colonne centrale 25 juste au-dessus du niveau de la collerette à pétrole et la collerette à eau. Etant donné que le conduit de pétrole et le conduit d'eau se terminent

respectivement à la collerette à pétrole et à la colle-

rette à eau, ils ne sont pas présents dans la colonne centrale au niveau représenté sur la figure 6. Les seuls conduits restants sont le conduit de sable 58, le conduit

d'eau d'appoint 59 et le conduit d'alimentation 62.

Comme expliqué précédemment en référence à la figure , le gaz naturel s'écoule dans l'espace 64.à l'intérieur

de la colonne centrale.

La structure de la première forme de réalisa-

tion de la présente invention ayant été décrite, le

procédé selon lequel la centrifugeuse sépare les consti-

tuants du courant d'un puits sera à présent expliqué

en référence à la figure 1.

Après avoir pénétré dans la centrifugeuse par l'intermédiaire de la collerette 45 d'alimentation, le courant du puits est injecté par l'intermédiaire des tuyères 51 d'alimentation dans la- chambre supérieure du rotor intérieur tournant rapidement. Pendant que le courant remplit la chambre supérieure, la rotation du rotor intérieur provoque un écoulement du sable et

d'autres constituants en particules denses vers l'exté-

rieur pour les faire entrer en contact avec la paroi tronconique 36 du rotor intérieur. La force centrifuge fait alors descendre le sable le long de la paroi du

rotor intérieur, inclinée vers l'extérieur. L'angle dptimal d'incli-

naison de la paroi du rotor intérieur dépend d'un certain nombre de facteurs comprenant la dimension des particules de sable, mais cet angle doit généralement être compris entre 20 et 30' par rapport à l'axe de rotation. Lorsque le sable atteint en descendant le niveau de la chicane supérieure 38, il passe dans les encoches 43 de cette dernière et entre dans la chambre médiane 41. La chambre médiane est remplie d'eau, comme expliqué ci-dessous, laquelle eau a pour fonction de détacher le pétrole brut résiduel adhérant au sable. Etant donné que le pétrole brut résiduel est moins dense que l'eau dans la chambre médiane, il est déplacé vers l'intérieur et s'élève en flottant et en passant dans les trous 44 de la chicane supérieure. Le pétrole brut résiduel détaché du sable

rejoint donc le courant du puits dans la charnre supé-

rieure 40.

Après avoir été nettoyé du pétrole brut résiduel dans la chambre médiane, le sable continue

de s'écouler vers le bas, sous l'effet de la force centri-

fuge, le long de la paroi inclinée vers l'extérieur du rotor intérieur. Lorsque le sable atteint le niveau de la chicane inférieure 39, il passe dans les encoches

43 et entre dans la chambre inférieure 42 du rotor inté-

rieur pour être évacué au moyen de l'écope à sable 55 qui fait saillie vers l'extérieur de la colonne centrale

jusqu'à une position adjacente à la paroi du rotor inté-

rieur. Pendant que l'écope à sable retire le sable de la chambre inférieure, elle retire également une certaine

quantité d'eau et le sable et l'eau sortent de la centri-

fugeuse en passant par le conduit de sable à l'intérieur

de la colonne centrale 25.

Comme décrit ci-dessus, les chambres inférieu-

re et médiane du rotor intérieur sont remplies d'eau de sorte que le pétrole brut résiduel peut être détaché

du sable à son passage à travers la chambre,médiane.

Etant donné qu'une certaine partie de cette eau est retirée de la chambre inférieure par l'écope à sable, de l'eau d'appoint est ajoutée pour maintenir le niveau de l'eau dans la chambre médiane. Cette eau d'appoint est injectée dans la chambre inférieure au moyen de la tuyère 56 à eau d'appoint. Alors que les chambres inférieure et médiane du rotor intérieur sont occupées principalement par du sable et de l'eau d'appoint, la chambre supérieure du rotor intérieur est occupée principalement par le courant du puits. Comme expliqué précédemment, le courant du puits est injecté dans la chambre supérieure 40 par l'intermédiaire des tuyères 51 d'alimentation. Une fois que la chambre supérieure s'est remplie du courant du puits lors de la mise en marche, pratiquement tous les

- constituants du courant du puits, sauf le sable et d'au-

tres particules denses, sortent de la chambre supérieure en s'élevant à travers l'espace annulaire 61 compris

entre le rotor intérieur 13 et la colonne centrale 25.

Pendant qu'ils s'écoulent dans l'espace annulaire, les constituants ducourant du puits sont rapidement accélérés par la rotation de la lèvre 37 du rotor intérieur et ils sont donc rejetés vers l'extérieur du rotor intérieur

dans le rotor principal.

La différence de masses volumiques des consti-

tuants liquides et gazeux du courant du puits a pour

résultat leur séparation radiale rapide. Si les consti-

tuants du courant du puits sortant du rotor intérieur sont de l'eau, du pétrole brut et du gaz naturel, le gaz naturel à faible densité occupe la partie située le plus à l'intérieur du rotor principal et l'eau et

le pétrole brut, de densité beaucoup plus élevée, s'écou-

lent vers l'extérieurenformant une couche liquide relati-

vement mince qui occupe la partie située le plus à l'exté-

rieur du rotor principal, à proximité immédiate de la paroi 27 de ce rotor principal. La couche liquide et le gaz naturel sont séparés par une interface liquide/gaz qui est maintenue par la force centrifuge élevée présente dans le rotor principal. La force centrifuge est -la plus grande à proximité de la paroi du -rotor principal, et elle chute exponentiellement vers la colonne centrale. Le profil radial de la force centrifuge a pour effet de former l'interface liquide/gaz à quelques centimètres

de la paroi du rotor principal dans des conditions norma-

les de fonctionnement, ce qui place l'interface entre la paroi du rotor principal et les parties situées le

plus à l'extérieur du rotor intérieur.

La force centrifuge élevée engendrée par la rotation rapide du rotor principal agit essentiellement

seul' pour séparer des constituants gazeux les consti-

tuants liquides du courant du puits, mais elle ne consti-

tue que l'un des deux mécanismes ayant pour résultat de séparer les uns des autres les constituants liquides du courant du puits. L'autre mécanisme est un écoulement

à contre-courant qui agit de-concert avec la force centri-

fuge élevée de façon à produire une séparation rapide des constituants liquides et donc des débits d'écoulement élevés. Le diagramme d'écoulement à contre-courant possède un profil, en section transversale, qui est dirigé vers

le bas à proximité immédiate de la paroi du rotor princi-

pal et qui est dirigé vers le haut à proximité immédiate de l'interface liquide/gaz. La rotation de la couche

liquide et l'écoulement à contre-courant à l'intérieur.

de la couche liquide s'associent pour établir un diagramme d'écoulement hélicoïdal lorsqu'on le considère dans trois dimensions. En considérantbrièvement les flèches 74 de la figure 7, on a une idée grossière du profil en section transversale de l'écoulement à contre-courant

dans la couche liquide.

En revenant à la figure 1, l'écoulement à contre-courant est induit par les écopes à eau fixes 54 qui font saillie vers l'extérieur de côtés opposés de la colonne centrale 25 jusqu'à des positions adjacentes à la partie inférieure de la paroi 27 du rotor principal, et par la chicane rotative 34 du rotor principal, qui est située à proximité du haut du rotor principal. Les écopes à eau fixes imposent une traînée à la couche liquide tournant rapidement, réduisant ainsi la vitesse de rotation des constituants liquides du courant du puits qu'elle contient. Pour conserver le moment cinétique, les constituants liquides s'écoulent vers

l'intérieur dans la direction de la colonne centrale.

Lorsque les constituants liquides approchent de l'interfa-

ce liquide/gaz, ils entrent dans une zone o la pression diminue vers le haut. En conséquence, les constituants liquides tournent et s'écoulent vers le haut du rotor principal, à proximité immédiate de l'interface. Lorsque les constituants liquides atteignent la partie supérieure du rotor principal, ils entrent en contact avec la chicane

34 de ce rotor principal. Cette chicane tournant rapide-

ment accroît la vitesse de rotation des liquides, les obligeant à s'écouler vers l'extérieur en direction de la paroi du rotor principal afin de conserver le moment cinétique. Lorsque les constituants liquides approchent de la paroi du rotor principal, ils entrent dans une zone o la pression diminue vers le bas. En

conséquence, les constituants liquides tournent et descen-

dent le long de la paroi du rotor principal vers la partie inférieure de ce même rotor, achevant ainsi un

cycle d'écoulement à contre-courant.

L'écoulement à contre-courant a pour résultat une séparation axiale des constituants liquides du courant

du puits. Si le pétrole brut et l'eau sont des consti-

tuants liquides principaux, le pétrole brut est entraîné vers le haut du rotor principal afin d'être retiré par les écopes à pétrole 52 et l'eau est entraînée vers le bas du rotor principal afin d'être retirée parles écopes à eau 54. Les trous 65 de la chicane 34 du rotor principal permettent au pétrole brut de s'écouler à travers la chicane et de pénétrer dans les écopes à pétrole, qui font saillie vers l'extérieur de côtés opposés de la colonne centrale jusqu'à des positions adjacentes à

la paroi du rotor principal.

La séparation axiale du pétrole brut et de l'eau a lieu de la manière suivante. Lorsque le courant du puits sort du rotor intérieur et pénètre dans le rotor principal, ses constituants gazeux se séparent rapidement des constituants liquides et restent du côté intérieur de l'interface liquide/gaz. Par ailleurs, les constituants liquides qui sont le pétrole brut ^et l'eau passent à travers l'interface et, ce faisant, commencent à s'élever dans la couche liquide du fait de l'écoulement à contre-courant, dirigé vers le haut, adjacent à l'interface. Pendant que le pétrole brut et l'eau s'élèvent à proximité immédiate de l'interface, l'eau est soumise à une plus grande force centrifuge

que le pétrole brut en raison de sa densité plus élevée.

Ceci entraîne à force l'eau vers l'extérieur dans la direction de la paroi du rotor principal, o le sens d'écoulement à contre-courant est orienté vers le bas, en direction des écopes à eau. En raison de sa plus faible densité, le pétrole brut reste dans les parties intérieures de la couche liquide et s'élève vers le écopes à pétrole. Le pétrole brut arrivant à proximité

de la paroi du rotor principal est entrainé vers l'inté-

rieur par l'eau et rejoint le courant s'écoulant à contre-

courant vers le haut, à proximité immédiate de l'interface liquide/gaz. La séparation axiale des constituants liquides du courant de production d'un puits, conformément à

la présente invention, est très différente d'une sépara-

1 9 tion radiale. Les centrifugeuses qui font appel à une séparation radiale doivent généralement maintenir une interface entre les constituants liquides séparés, dans une position radiale précise, afin qu'ils puissent être retires individuellement. Ceci peut être particulièrement difficile à réaliser dans la séparation des constituants liquides du courant de production d'un puits, car la composition et le débit d'écoulement d'un tel courant varient habituellement sur des intervalles de temps relativement courts. L'écoulement à contre-courant et là séparation axiale qui en résulte dans le procédé et l'appareil centrifuges selon l'invention permettent de tolérer plus aisément ces variations. L'écoulement

à contre-courant.constitue également un meilleur mécanis-

me pour le transfert de masses, ce qui a pour résultat

une séparation plus efficace et plus complète. -

L'optimisation du diagramme d'écoulement

à contre-courant et de la-vitesse d'écoulement à contre-

courant est obtenue par une conception appropriée des écopes à eau et de la chicane du rotor principal. La vitesse doit être suffisamment basse pour permettre aux constituants du courant d'un puits de se séparer, et suffisamment élevée pour donner des débits d'écoulement rentables. La conception optimale pour les écopes à

-eau et la chicane du rotor principal dépend de la composi-

tion du courant de production de puits traité. Par exemple, un courant de puits contenant un pourcentage élevé d'eau exige de plus grandes écopes à eau qu'un courant contenant peu d'eau. Il est possible que pour certains courants de puits à teneur en eau élevée, les écopes à eau doivent être trop grandes pour l'obtention d'un écoulement à contre-courant optimal. On peut remédier à ceci en plaçant une seconde chicane rotative de rotor principal (non représentée), similaire à la chicane 34, juste au niveau des écopes à eau. La seconde chicane empêche les écopes

257430-7

à eau de gêner l'écoulement à.contre-courant. Deux barres fixes (non représentées) faisant saillie vers l'extérieur de côtés opposés de la colonne centrale pourraient être installées juste au-dessus de la seconde chicane afin d'entraîner l'écoulement à contre-courant. Etant donné que ces barres ne serviraient qu'à une fonction, elles

peuvent être conçues pour produire un écoulement à contre-

courant optimal.

Comme décrit précédemment, la couche liquide n'occupe que la partie du rotor principal située le plus à l'extérieur. Pour éviter toute perturbation de l'écoulement à contre-courant à l'intérieur de la couche liquide, il faut minimiser, dans cette zone du rotor principal, les obstacles à l'écoulement. C'est la raison pour laquelle la paroi 36 du rotor intérieur et la lèvre 37 de ce même rotor n'avancent pas dans la zone de la couche liquide, et que les rayons 18 et 19 qui relient le iotor intérieur au rotor principal sont relativement petits. Contrairement aux constituants liquides du courant d'un puits, qui sont séparés axialement les uns des autres, les constituants gazeux sont séparés radialement des constituants liquides. Les constituants gazeux occupent la partie du rotor principal située le plus à l'intérieur et sont retirés au moyen d'écopes

à gaz 53 qui font saillie vers l'extérieur sur une distan-

ce relativement courte de côtés opposés de la colonne

centrale, au-dessus de la chicane 34 du rotor principal.

Par ailleurs, les écopes 52 à pétrole dépassent de côtés opposés de la colonne centrale jusqu'à des positions adjacentes à la paroi du rotor principal. Par conséquent, la position radiale de l'interface liquide/gaz peut subir des variations relativement grandes sans qu'il en résulte un écoulement de gaz vers l'intérieur des écopes à pétrole, ou de pétrole brut vers l'intérieur des écopes à gaz. Les trous 66 de la chicane du rotor principal permettent aux constituants gazeux de s'écouler

des tuyères 51 d'alimentation vers les écopes à gaz.

Le procédé selon l'invention rend même possi-

ble de séparer les uns des autres les constituants gazeux du courant de production d'un puits. On considère un courant de puits qui contient un pourcentage élevé d'anhydride carbonique en plus du gaz naturel. En séparant

l'anhydride carbonique du gaz naturel dans la même centri-

fugeuse que celle utilisée pour séparer le sable, le pétrole brut, l'eau et les constituants gazeux les uns des autres, on peut éliminer un équipement supplémentaire de traitement de courant de production d'un puits et donc réduire le coût. La figure 7 représent- une seconde - forme de réalisation de l'invention conçue pour réaliser

ce type de séparation.

De nombreux éléments de la centrifugeuse montrée sur la figure 7 sont identiques à ceux de la centrifugeuse montrée sur la figure 1 et ne seront donc pas de nouveau décrits. Ces éléments portent les mêmes références numérique sur les deux figures. En comparant les deux figures, on note que la centrifugeuse de la figure 7 ne comporte pas de rotor intérieur, d'écope à sable ni de tuyère à eau d'appoint, qu'elle comprend

une seconde paire d'écopes à gaz 70 et une paroi tronconi-

que 71 de rotor. Il est rappelé que la paroi du rotor principal de la centrifugeuse montrée sur la figure 1 était de forme cylindrique. La centrifugeuse montrée sur la figure 7 comprend également une chicane inférieure

rotative 72 et des barres fixes 73.

La centrifugeuse montrée sur la figure 7 est destinée au traitement d'un courant de production de puits qui contient une concentration relativement faible de sable et d'autres particules, une concentration

* en eau relativement élevée et une concentration en anhydri-

dre carbonique ou autres gaz non hydrocarbonés lourds relativement élevée, en plus du pétrole brut et du gaz naturel. La faible concentration en sable permet la suppression du rotor intérieur, de l'écope à sable et de l'écope à eau d'appoint. La- concentration élevée en eau nécessite l'utilisation de grandes écopes à eau

54, ces écopes étant trop grandes pour établir un écoule-

ment à contre-courant optimal et il est donc nécessaire d'ajouter la chicane inférieure rotative 72 et les barres

fixes 73. Ces dernières produisent une force d'entraine-

ment pour l'écoulement à contre-courant en engendrant une traînée sur les fluides tournant à l'intérieur de la centrifugeuse. La chicane inférieure empêche les écopes à eau d'affecter le diagramme d'écoulement à contrecourant, qui est indiqué par des flèches 74 et 75. La chicane supérieure 76 correspond à la chicane

du rotor principal montré sur la figure 1.

On considère un courant de production de puits contenant du sable, de l'eau, du pétrole brut, du gaz naturel et de l'anhydride carbonique. Le courant du puits est injecté dans la centrifugeuse au moyen des tuyères 51 d'alimentation et il est accéléré par le rotor en rotation. En raison de leurs faibles densités, le gaz naturel et l'anhydride carbonique se dissocient rapidement des autres constituants du courant du puits et restent dans une partie du rotor 77 située le plus à l'intérieur, tandis que le sable, l'eau et le pétrole brut, plus lourds, pénètrent dans la partie située le plus à l'extérieur, formant ainsi une couche liquide à proximité immédiate de la paroi 71 du rotor. La couche liquide est séparée des constituants gazeux par une interface liquide/gaz. Du fait qu'il est le constituant le plus lourd de la couche liquide, le sable est amené à force en contact avec la paroi du rotor. En raison de la forme tronconique de la paroi du rotor, le sable s'écoule vers le bas de la même manière qu'il s'écoulait vers le bas le long de la paroi tronconique du rotor intérieur de la centrifugeuse montrée sur la figure 1. En s'écoulant vers le bas, le sable passe dans des encoches 78 de la chicane inférieure et est évacué par les écopes à eau 54. Bien qu'une paroi de rotor de forme tronconique soit préférée, on peut également utiliser d'autres formes pourvu que la paroi du rotor comporte

une partie radialement plus grande et une partie radiale-

ment plus petite, la -partie radialement plus grande servant à séparer le sable et d'autres particules du

courant de production de puits en cours de traitement.

L'eau et le pétroie brut présents dans la couche liquide sont séparés axialement l'un de l'autre

par l'action combinée de la force centrifuge et de l'écou-

lement à contre-courant, de la même manière que celle décrite ci-dessus en référence à la première forme de réalisation de la centrifugeuse. Les flèches 74 en traits pleins indiquent la section transversale du diagramme d'écoulement à contre-courant- à l'intérieur de la couche liquide. Par suite de l'écoulement à contre-courant, l'eau descend le long de la paroi du rotor, passe dans les encoches78 de la chicane inférieure et pénètre dans les écopes à eau 54. Par ailleurs, le pétrole brut s'élève à proximité immédiate de l'interface liquide/ gaz, passe dans des trous 79 de la chicane supérieure

76 et pénètre dans les écopes à pétrole 52.

De même que la force.centrifuge et l'écoule-

ment à contre-courant s'associent pour réaliser une séparation axiale de l'eau et du pétrole brut dans Ia couche liquide, ils s'associent également pour réaliser une séparation axiale de l'anhydride carbonique et du gaz naturel. Les flèches 75 en traits pointillés indiquent la section transversale du diagramme d'écoulement à contre-courant de ces constituants gazeux. L'écoulement à contre-courant des constituants gazeux est entraîné de la même manière que l'écoulement à contre-courant dans la couche liquide. Les barres fixes 73 imposent une traînée aux constituants gazeux en rotation, ce qui a pour effet de les ralentir. Pour conserver un moment cinétique, les constituants gazeux s'écoulent vers l'intérieur en direction de la colonne centrale 25. Lorsque les constituants gazeux approchent de la colonne centrale, ils entrent dans une zone o la pression diminue vers le haut. En conséquence, les constituants gazeux tournent et s'élèvent, essentiellement dans une direction parallèle à la colonne centrale. Lorsque les constituants gazeux atteignent la chicane supérieure 76 tournant rapidement, leur vitesse de rotation est augmentée. Ceci a pour effet de faire écouler à force les constituants gazeux vers l'extérieur en direction de l'interface liquide/gaz qui agit à la manière d'une paroi de rotor par rapport à ces constituants gazeux et donc à la manière d'une barrière les empêchant de se déplacer davantage vers l'extérieur. Lorsque les constituants gazeux approchent de l'interface, ils entrent dans une zone o la pression diminue vers le bas. En

conséquence, les constituants gazeux tournent et descen-

dent à proximité immédiate de l'interface jusqu'à ce qu'ils atteignent les barres fixes 73, achevant ainsi le cycle d'écoulement à contre- courant. Etant donné

que les constituants gazeux tournent.rapidement en subis-

sant un écoulement à contre-courant, leur diagramme

d'écoulement tridimensionnel réel est hélico{dal.

En raison de sa plus grande densité, le constituant formé de l'anhydride carbonique est entraîné à force vers l'extérieur, par la force centrifuge, à un degré plus élevé que le constituant formé du gaz naturel. En conséquence, l'anhydride carbonique pénètre dans la zone adjacente à l'interface liquide/gaz o

le sens d'écoulement à contre-courant est descendant.

Ceci a pour effet de faire descendre l'anhydride carboni-

que à proximité immédiate de l'interface, de le faire passer dans les trous 80 de la chicane inférieure et de le fairepénétrer dans les écopes 70 à gaz lourd pour l'évacuer de la centrifugeuse par l'intermédiaire de la collerette 81 à gaz lourd. Par ailleurs, le gaz naturel plus léger reste dans les parties du rotor situés plus à l'intérieur, o le sens d'écoulement à contre-courant est orienté vers le haut. En conséquence, le gaz naturel s'élève à travers les trous 82 de la chicane supérieure et pénètre dans les écopes 83 à gaz léger pour être évacué par l'intermédiaire de la collerette 84 à gaz léger. Il convient de noter que la seconde forme de réalisation de la centrifugeuse montrée sur la figure 7 ne comporte pas de collerette à sable ni de collerette à eau d'appoint. Ceci est évidemment dû à la suppression

de l'écope à sable et de la tuyère à eau d'appoint.

De la même manière, la colonne centrale de la seconde forme de réalisation de la centrifugeuse ne contient

pas de conduit de sable ni de conduit d'eau d'appoint.

Cependant, elle contient un conduit à gaz lourd (non représenté) qui relie les écopes 70 à gaz lourd à la collerette 81 à gaz lourd. Le gaz provenant des écopes à gaz léger s'écoule dans l'espace (non représenté) situé à l'intérieur de la colonne centrale et entourant

les conduits (non représentés) présents dans cette colonne.

Par conséquent, la seconde forme de réalisa-

tion de la centrifugeuse comporte une collerette d'entrée: la collerette d'alimentation, et quatre collerettes de sortie: la collerette à pétrole, la collerette à eau, la collerette à gaz lourd et la collerette à gaz léger. En comparaison, la première forme de réalisation de la centrifugeuse, montrée sur la figure 1, comporte deux collerettes d'entrée: la collerette d'alimentation et la collerette à eau d'appoint, et quatre collerettes de sortie: la collerette à pétrole, la collerette à eau, la collerette à gaz et la collerette à sable. Dans le fonctionnement de chacune de ces formes de réalisation, on utilise un dispositif de commande pour contrôler et régler le débit de sortie à partir de chacune des collerettes de sortie, maintenant ainsi les courants

de sortie dans des limites de composition prescrites.

La conception du dispositif de commande dépend principale-

ment de la nature du courant de production de puits traité, des limites de composition pour les courants de sortie, de la conception de la centrifugeuse et du débit de production souhaité. A titre illustratif, la figure 8 est un schéma simplifié d'un dispositif de commande prévu pour être utilisé avec la première forme de réalisation de la centrifugeuse selon l'invention,

montrée sur la figure 1.

Dans une large mesure, le dispositif de commande montré sur la figure 8 travaille sur la base d'un réglage de pression. Il est rappelé que la force centrifuge régnant à l'intérieur de la centrifugeuse

croit exponentiellement avec la distance mesurée radiale-

ment à partir de la colonne centrale. En conséquence, la pression régnant à l'intérieur de la centrifugeuse croSt également de façon exponentielle avec la distance

mesurée radialement à partir de la colonne centrale.

Le profil de pression réelle est déterminé par les densi-

tés, les quantités relatives et les quantités absolues des constituants du courant de production du puits à l'intérieur de la centrifugeuse, et par la vitesse de rotation et le rayon du rotor principal. Une contrainte à satisfaire pour le fonctionnement de la centrifugeuse est que la pression du courant de production de puits traiter doit être supérieure à la pression régnant à l'intérieur de la centrifugeuse, à la distance radiale

de la colonne centrale o aboutissent les tuyères d'ali-

mentation. Ceci permet au courant du puits d'être injecté

dans la centrifugeuse à l'aide des tuyères d'alimentation.

Sur la figure 8, la collerette d'alimentation, la colle- rette à pétrole, la collerette à eau, la collerette à gaz naturel, la collerette à sable et la collerette à eau d'appoint sont représentées respectivement par

les cercles 45, 46, 47, 48, 49 et 50.

Un accroissement de la quantité de liquide

dans la centrifugeuse provoque une élévation de la pres-

sion régnant dans ce te dernière. Ceci provoque également une élévation de la pression du courant de pétrole brut sortant de la centrifugeuse par la collerette à pétrole

46 et, dans le cas d'un orifice fike, entraîne une augmen-

tation du débit d'écoulement. Si un pressostat

de pétrole détecte une élévation de la pression au-

dessus d'une valeur prescrite qui correspond à la quan-

tité optimale de liquide dans la centrifugeuse et si

l'élévation persiste pendant une période de temps pres-

crite, le pressostat à pétrole indique à un régulateur

26 de pétrole de s'ouvrir davantage. Ceci permet à davan-

tage de pétrole brut de s'écouler de la centrifugeuse et donc de ramener au niveau optimal la quantité de liquide se trouvant dans la centrifugeuse. Un détecteur 87 de pétrole net est utilisé pour contrôler la teneur

en eau du pétrole brut, mais non pour une commande active.

Un analyseur d'eau.88 contrôle le courant d'eau sortant de la centrifugeuse par la collerette 87 à eau afin de déterminer le pourcentage de pétrole brut résiduel dans le courant d'eau. Un pourcentage excessif de pétrole brut résiduel représente une perte d'hydrocarbures intéressants et complique le rejet de l'eau. Le pourcentage du pétrole brut résiduel tend à augmenter avec l'accroissement du débit d'écoulement, car un tel accroissement raccourcit le temps passé par les constituants du courant de production du puits dans la centrifugeuse et donc diminue l'efficacité de la séparation. L'analyseur d'eau commande trois vannes,

à-savoir un régulateur d'eau 89, et des vannes de recycla-

ge 90 et 91. Si le pourcentage du pétrole brut résiduel dans l'eau s'élève au-dessus d'une limite prescrite et si l'élévation persiste pendant une période de temps prescrite., l'analyseur d'eau indique au régulateur d'eau de se fermer davantage et donc de diminuer le débit

d'écoulement. Ceci ramène l'eau dans les limites prescri-

tes, par un allongement du temps de séjour, ce qui accroît

l'efficacité de la séparation et donc réduit le pourcen-

tage du pétrole brut résiduel. La diminution du débit d'écoulement provoque également une augmentation de

la quantité de liquide dans la centrifugeuse. En consé-

quence, la pression régnant dans la centrifugeuse s'élève,

de sorte que le pressostat, 85 à pétrole indique au régula-

teur 86 de s'ouvrir davantage, augmentant ainsi le débit d'écoulement du pétrole brut par la collerette 46 à pétrole et rabaissant au niveau optimal la quantité de liquide présent dans la centifugeuse, comme décrit précédemment. Par ailleurs, si le pourcentage de pétrole brut résiduel dans le courant d'eau chute bien au-dessous de la limite prescrite, l'analyseur d'eau 88 indique au régulateur d'eau 89 de s'ouvrir davantage et ainsi

d'augmenter le débit d'écoulement de l'eau par la colle-

rette à eau 47. Ceci a pour effet de faire diminuer la quantité de liquide présente dans la centrifugeuse et, par conséquent, le pressostat 85 à pétrole indique au régulateur 86 de pétrole de se fermer davantage, diminuant ainsi le débit d'écoulement du pétrole brut de la centrifugeuse en même temps que la quantité de liquide présente dans la centrifugeuse est élevée au

niveau optimal.

En maintenant la qualité du courant d'eau et la quantité de liquide présente dans la centrifugeuse comme décrit ainsi, on permet à la centrifugeuse de pouvoir satisfaire les critères établis pour à la fois le courant de pétrole brut et le courant d'eau. Si les deux courants sont simultanément hors spécifications,

la capacité nominale de la centrifugeuse a été dépassée.

Dans certaines conditions, telles que le 1 démarrage, le pourcentage de pétrole brut résiduel dans le courant d'eau peut être très élevé pendant une courte période de temps. On fait face à cette situation à l'aide

de l'analyseur d'cau 88 et des vannes 90 et 91 de recyclage.

Dans des conditions normales de fonctionnement, la

vanne 90 de reclage est ouverte et la vanne 91 de recycla-

ge est fermée. Si le pourcentage de pétrole brut résiduel dépasse une limite maximale prescrite, l'analyseur d'eau indique à la vanne 90 de recyclage de se fermer et à la vanne 91 de recyclage de s'ouvrir. Ceci a pour effet de recycler le courant d'eau dans la centrifugeuse avec

le courant d'alimentation, pour une autre séparation.

Une fois que la situation temporaire disparaît et que le pourcentage de pétrole brut résiduel tombe au-dessous de la limite maximale prescrite, l'analyseur indique à la vanne 90 de recyclage de s'ouvrir et à la vanne

91 de recyclage de se fermer, ramenant ainsi l'installa-

tion dans l'état de fonctionnement normal.

L'écoulement du gaz naturel à partir de la collerette à gaz 48 est réglépar un régulateur de gaz 92 qui est piloté par un pressostat à gaz 93 et un analyseur de gaz 94. Si le pressostat à gaz détecte un abaissement de la pression à une valeur inférieure à une limite prescrite, il indique au régulateur de gaz de se fermer davantage, élevant ainsi la pression du gaz. Par contre, si le pressostat à gaz détecte une élévation de la pression jusqu'à une valeur supérieure à la limite prescrite, il indique au régulateur de gaz de s'ouvrir davantage, abaissant ainsi la pression du

gaz et augmentant le débit d'écoulement.

Un accroissement du débit d'écoulement signi- fie que le gaz naturel passe moins de temps dans la centrifugeuse, ce qui, dans certaines conditions, peut

avoir pour résultat de faire chuter le gaz naturel au-

dessous des spécifications. Si, pour cette raison ou pour toute autre raison, le gaz naturel contient un

pourcentage trop élevé de polluants, tels que des hydro-

carbures lourds ou de la vapeur d'eau, l'analyseur de gaz intervient prioritairement sur tout signal provenant du pressostat à gaz et commande au régulateur de gaz de se fermer davantage. Ceci fait diminuer le débit d'écoulement, allonge le temps de séjour du gaz naturel dans la centrifugeuse et ramène le gaz naturel dans les spécifications. Une fois que le gaz naturel a été ramené dans les spécifications, le signal provenant

de l'analyseur de gaz cesse et le pressostat à gaz re-

prend sa régulation en agissant sur le régulateur de gaz. En maîtrisant ainsi la composition du courant de gaz naturel, on maîtrise également la pression de vapeur

du courant de pétrole brut.

Une brusque élévation du débit d'écoulement

du courant d'alimentation par la collerette 45 d'alimenta-

tion est normalement tolérée par la centrifugeuse pourvu qu'elle soit momentanée et qu'elle ne provoque pas un remplissage excessif de la centrifugeuse par les constituants liquides du courant de production du puits. Les temps de réaction du pressostat à pétrole et du pressostat

à gaz sont volontairement établis de façon à être relati-

vement lents afin que les pointes transitoires de pres-

sion soient ignorées. Si le débit d'écoulement du courant d'alimentation reste à un niveau élevé, les pressostats font ouvrir davantage le régulateur de pétrole et le régulateur de gaz, augmentant ainsi le débit d'écoulement

du pétrole brut et du gaz naturel en sortie de la centri-

fugeuse. Si le débit d'écoulement accru a pour effet de faire chuter le pétrole brut et le gaz naturel au- dessous des spécifications pendant une période prolongée, la capacité de la centrifugeuse a été dépassée. Dans ce cas, le débit d'écoulement du courant d'alimentation doit être réduit. Ceci peut être réalisé,par exemple en réglant des vannes se trouvant à la tête de puits (non représentée). Une fois que le débit d'écoulement

du courant d'alimentation a été ramené à la valeur nor-

male, les courants de pétrole brut et de gaz naturel

doivent revenir dans les spécifications. Dans des condi-

-tions normales de fonctionnement, la quantité de charge

pénétrant dans la centrifugeuse est grossièrement équili-

brée par la quantité de pétrole brut, de gaz naturel,

d'eau et de sable s'écoulant de la centrifugeuse.

Le dispositif de commande fonctionne de façon à établir un équilibre supplémentaire entre les

écoulements d'entrée et de sortie de la centrifugeuse.

Il est rappelé que l'évacuation du sable du rotor inté-

rieur de la centrifugeuse, à l'aide de l'écope à sable,

a pour résultat de retirer également une certaine quan-

-25 tité d'eau. C'est la raison pour laquelle de l'eau d'ap-

point est ré-injectée dans le rotor intérieur au moyen de la tuyère à eau d'appoint. Pendant que le sable et de l'eau s'écoulent de la centrifugeuse par la collerette

à sable 49, un débitmètre 95 mesure le débit d'écoulement.

En réponse à ce débit d'écoulement, le débitmètre commande

une vanne 96 à eau d'appoint qui règle le débit d'écoule-

ment d'eau d'appoint vers l'intérieur de la colleret-

te 50 à eau d'appoint, équilibrant ainsi par cette eau d'appoint la quantité d'eau s'écoulant par la collerette à sable. Le débit d'écoulement normal du sable à partir de la collerette à sable est pris en considération dans l'établissement de la relation de commande entre le débitmètre et la vanne à eau d'appoint. En général, la relation de commande est établie de façon que le débit d'écoulement d'eau d'appoint soit légèrement

supérieur au débit moyen auquel l'eau s 'écoule par l'é-

cope à sable.. Ceci établit une tolérance portant sur de légères variations de la teneur en sable du courant de production de puits. Tout excédent d'eau d'appoint s'écoule par les trous de la chicane supérieure du rotor intérieur et rejoint le courant d'alimentation dans

la chambre supérieure du rotor intérieur, ce qui n'entrai-

ne aucune interruption du fonctionnement de la centrifu-

geuse. Dans la seconde forme -de réalisation de centrifugeuse montrée sur la figure 7, un dispositif de commande similaire à celui montré sur la figure 8 peut être utilisé, avec la suppression de la commande d'eau d'appoint et l'addition d'une seconde commande du courant gazeux. La relation de commande entre les

courants de gaz légers et de gaz lourds peut être similai-

re à la relation de commande entre les courants de pétrole brut et d'eau. D'autres agencements de commande peuvent

être également utilisés.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportéesau procédé et à l'appareil décrits

et représentés sans sortir du cadre de l'invention.

Par exemple, si le courant de production du puits contient des particules de faible densité au lieu du sable à haute densité, le rotor intérieur de la première forme de réalisation de centrifugeuse montrée sur la figure 1 peut être supprimé, et les particules se séparent et sont éliminées avec l'eau. De plus, la première forme de réalisation de centrifugeuse montrée sur la figure 1 peut être modifiée conformément à li seconde forme de réalisation de centrifugeuse montrée sur la figure 7 de façon que les constituants gazeux du courant de production du puits puissent être séparés les uns des autres. De plus, l'agencement des écopes, des chicanes et des barres fixes peut être modifié afin que les consti- tuants plus légers soient transportés vers le bas de la centrifugeuse et les constituants lourds vers le haut. En outre, la centrifugeuse peut être changée d'une orientation verticale à une orientation horizontale ou à une certaine orientation intermédiaire, auquel cas les termes "haut" et "bas" utilisés dans la présente

description sont modifiés. En outre, dans certaines

conditions, il peut être avantageux de traiter un courant

de production de puits en le faisant passer dans plu-

- sieurs centrifugeuses disposées en cascades. De plus, le procédé et l'appareil de l'invention peuvent être appliqués avantageusement au traitement de courants

autres que ceux provenant d'un puits de production.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour séparer les constituants d'un courant qui comprend un premier liquide, un second liquide et un gaz, le premier liquide étant plus léger que le second liquide, le procédé étant caractérisé par les étapes qui consistent: (a) à introduire ledit courant dans un rotor de centrifugeuse comportant une paroi de rotor et des première et seconde parties extrêmes opposées; (b) à faire tourner le rotor à une vitesse qui engendre une force centrifuge suffisante pour séparer radialement le gaz desdits liquides, ces derniers étant ainsi entraînés à force vers l'extérieur afin de former une couchp liquide adjacente à la paroi du rotor et -séparée du gaz par une interface liquide/gaz; (c) à induire un écoulement à contre-courant dans ladite couche liquide afin que le sens d'écoulement à proximité immédiate de ladite interface soit dirigé vers ladite première partie extreme et que le sens d'écoulement à proximité immédiate de ladite paroi du rotor soit dirigé vers ladite seconde partie extrême, l'écoulement à contre-courant et la force centrifuge agissant ensemble pour séparer axialement le premier liquide et le second liquide en obligeant le premier liquide à s'écouler vers la première partie extrême et en obligeant le second liquide à s'écouler vers la seconde partie extrême; et (d) à extraire du rotor le premier liquide,

le second liquide et le gaz séparés.

2. Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le courant est un courant de production de puits dans lequel le premier liquide est du pétrole

brut et le second liquide est de l'eau.

3. Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le courant comprend en outre des particules qui sont séparées avec le second liquide du premier liquide et du gaz, les particules étant extraites du

rotor avec le premier liquide.

4. Procédé selon la revendication 3, caracté-

risé en ce que le courant est un courant de production de puits dans lequel le premier liquide est du pétrole

brut et le second liquide est de l'eau.

5. Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le gaz est constitué d'un gaz lourd et d'un gaz léger, le procédé comprenant en outre l'étape qui consiste à induire un écoulement à contre-courant dans le gaz afin que le sens d'écoulement à proximité immédiate de l'interface soit dirigé vers la seconde partie extrême et que le sens d'écoulement, davantage 1'5 vers l'intérieur à partir de ladite interface,soit dirigé vers ladite première- partie extrême, l'écoulement à contre-courant et la force centrifuge agissant ensemble pour séparer axialement le gaz lourd du gaz léger en obligeant le gaz lourd à s'écouler vers la seconde partie extrême et en obligeant le gaz léger à s'écouler vers la première partie extrême, le gaz lourd et le gaz léger,

- séparés, étant extraits du rotor.

6. Procédé selon la revendication 5, carac-

térisé en ce que le courant est un courant de production de puits dans lequel le premier liquide est du pétrole brut, le second liquide est de l'eau, le gaz lourd est de l!anhydride carbonique et le gaz léger est un gaz hydrocarboné.

7. Procédé pour séparer les constituants d'un courant qui comprend un premier liquide, un second liquide, un gaz et des particules, le premier liquide étant

plus léger que le second liquide, le procédé étant carac-

térisé en ce qu'il consiste: (a) à introduire le courant de production d'un puits dans une centrifugeuse comportant un rotor intérieur et un rotor principal, le rotor intérieur étant situé à l'intérieur du rotor principal et ayant

une partie radialement plus grande et une partie radiale-

ment plus petite, le rotor principal comportant une paroi et des première et seconde parties extrêmes oppo- sées; (b) à faire tourner le rotor intérieur pour engendrer une force centrifuge suffisante pour introduire à force les particules dans ladite partie radialement plus grande du rotor intérieur; (c) à extraire 'lesdites particules- séparées

de ladite partie radialement plus grande du rotor inté-

rieur; (d) à continuer d'introduire le courant - de production de puits dans le rotor intérieur afin que le premier liquide, le second liquide et le gaz s'écoulent du rotor intérieur et pénètrent dans le rotor principal; (e) à faire tourner le rotor principal pour engendrer une force centrifuge suffisante pour séparer radialement le gaz desdits liquides, ces derniers étant ainsi entraînés à force vers l'extérieur pour- former une couche liquide adjacente à la paroi du rotor principal,

cette couche liquide étant séparée du gaz par une inter-

face liquide/gaz; (f) à induire un écoulement à contre-courant dans la couche de liquide afin que le sens d'écoulement à proximité immédiate de ladite interface soit dirigé

vers ladite première partie extrême et que le sens d'écou-

lement à proximité immédiate de la paroi du rotor soit dirigé vers ladite seconde partie extrême, l'écoulement à contre-courant et la force centrifuge agissant ensemble pour séparer axialement le premier liquide et le second liquide en obligeant le liquide à s'écouler vers la première partie extrême et en obligeant le second liquide à s'écouler vers la seconde partie extrême; et (g) à extraire le premier liquide, le second

liquide et le gaz, séparés, dudit rotor principal.

8. Procédé selon la revendication 7, caracté-

risé en ce qu'il consiste en outre à injecter de l'eau dans le rotor intérieur, cette eau servant à enlever le pétrole brut résiduel des particules avant que ces

dernières soient extraites du rotor intérieur.

9. Appareil pour séparer les constituants d'un courant, caractérisé en ce qu'il comporte une colonne centrale (25), un rotor principal (12) conçu pour tourner autour de la colonne centrale et comportant une paroi (27) et des première et seconde parties extrêmes opposées (28, 29), une tuyère (51) d'alimentation qui est conçue pour permettre à des fluides de s'écouler de la colonne centrale dans le rotor principal, une écope (52) à liquide léger qui fait saillie vers l'extérieur de la colonne centrale dans le rotor principal, dans une position

axiale située entre la tuyère d'alimentation et la premiè-

re partie extrême, une première chicane (34) de rotor principal qui est fixée à l'intérieur de la paroi du rotor principal, dans une position axiale comprise entre la tuyère d'alimentation et l'écope à liquide léger, une écope (54) à liquide lourd qui fait saillie vers

l'extérieur de la colonne centrale dans le rotor princi-

pal, dans une position axiale située entre la tuyère d'alimentation et la seconde partie extrême, et une écope à gaz (53) qui fait saillie vers l'extérieur de la colonne centrale dans le rotor principal, sur une distance radiale plus courte que celle de ladite écope

à liquide léger.

- 10. Appareil selon la revendication 9, carac-

térisé en ce que la paroi du rotor principal est de forme tronconique, en ce que la première partie extrême est située à l'extrémité étroite de cette paroi et en ce que la seconde partie extrême est située à l'extrémité

large de ladite paroi.

11. Appareil selon la revendication 9, carac-

térisé en ce que l'écope à gaz est située dans une posi-

tion axiale comprise entre la première chicane du rotor

principal et la première partie extrême.

12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'écope à gaz est une écope (83) à gaz léger et en ce que l'appareil comprend en outre

une écope (70) à gaz lourd qui fait saillie vers l'exté-

rieur de la colonne centrale dans le rotor principal,

dans une position axiale située entre la tuyère d'alimen-

tation et la seconde- partie extrême, sur une distance radiale plus courte que celle de ladite erope à liquide

-lourd.

13. Appareil selon la revendication 9, carac-

térisé en ce qu'il comporte en outre une seconde chicane (72) du rotor principal qui est fixée à l'intérieur du rotor principal, dans une position axiale située entre la tuyère d'alimentation et l'écope à liquide lourd, et une barre fixe (73) qui fait saillie vers l'extérieur de la colonne centrale dans le rotor principal,

dans une position axiale située entre la tuyère d'alimen-

tation et la seconde chicane du rotor principal.

14. Appareil selon la revendication 9, carac-

térisé en ce qu'il comporte en outre un rotor intérieur (13) comprenant une paroi (36) comportant une partie radialement plus grande et une partie radialement plus petite, le rotor intérieur étant situé à l'intérieur du rotor principal, dans une position axiale comprise entre la première chicane du rotor principal et l'écope à liquide lourd, ce rotor intérieur étant conçu pour

tourner autour de la colonne centrale et pour recevoir un écoule-

ment de ladite tuyère d'alimentation, une écope (55) à particules faisant saillie vers l'extérieur de la colonne centrale dans la partie radialement plus grande

dudit rotor intérieur.

15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que le rotor intérieur est de forme tronconique.

16. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une tuyère (56) à eau d'appoint qui fait saillie vers l'extérieur

de la colonne centrale dans. le rotor intérieur.

17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une première

chicane (38) de rotor intérieur qui est fixée à l'inté-

rieur de la paroi du rotor intérieur, dans une position nxiale située entre la tuyère d'alimentation et l'écope à particules, cette première chicane du rotor intérieur

présentant une première ouverture (43) à son bord exté-

rieur et une seconde ouverture (44) située entre le-

dit bord extérieur et la colonne centrale, et une seconde

chicane (39) de rotor intérieur qui est fixée à l'inté-

rieur de la paroi du rotor intérieur, dans une position axiale située entre la première chicane du rotor intérieur et l'écope à particules, cette seconde chicane du rotor

intérieur présentant une ouverture (43) à son bord exté-

rieur.

18. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que le rotor intérieur comporte en outre une lèvre tronconique (37) et en ce que l'extrémité étroite de ladite lèvre est reliée à la paroi du rotor intérieur.