SEPARATEUR POUR MELANGE TRIPHASIQUE DESTINE A ETRE UTILISE SOUS LE NIVEAU DE LA MER SEPARATOR FOR THREE-PHASE MIXTURE TO BE USED UNDER SEA LEVEL
L'invention concerne un séparateur pour mélange triphasique du type liquide- liquide-gaz destiné à être utilisé sous le niveau de la mer, en particulier pour séparer les constituants d'un mélange pétrole/eau/gaz.The invention relates to a separator for a three-phase mixture of the liquid-liquid-gas type intended to be used below sea level, in particular for separating the constituents of an oil / water / gas mixture.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
Il a été proposé dans le brevet français n° 2 707 890 un séparateur pour mélange triphasique liquide-liquide-gaz comportant des moyens d'admission du mélange, une structure de garnissage constituée de feuilles minces cannelées percées d'orifices et empilées de manière à former des cannelures, et des moyens d'évacuation. Ce séparateur présente une efficacité satisfaisante, mais il ne peut être utilisé longtemps sans qu'une intervention humaine soit nécessaire.French patent No. 2,707,890 has proposed a separator for a three-phase liquid-liquid-gas mixture comprising means for admitting the mixture, a packing structure made up of thin fluted sheets pierced with orifices and stacked so as to forming grooves, and means of evacuation. This separator has satisfactory efficiency, but it cannot be used for a long time without human intervention being necessary.
La demanderesse a donc poursuivi des recherches en vue de mettre au point un séparateur qui puisse être disposé au fond de la mer dans une installation de production de pétrole brut. Outre qu'il doit pouvoir résister aux conditions sous-marines, en ayant notamment une bonne résistance mécanique et une bonne tenue à la corrosion, un tel séparateur doit effectuer une bonne séparation des constituants du mélange et conserver cette bonne qualité de séparation sur une longue période, sans qu'une intervention humaine soit nécessaire.The applicant has therefore continued research with a view to developing a separator which can be placed at the bottom of the sea in a crude oil production installation. In addition to being able to withstand underwater conditions, in particular having good mechanical strength and good corrosion resistance, such a separator must perform good separation of the constituents of the mixture and maintain this good quality of separation over a long period of time. period, without human intervention being necessary.
EXPOSE SOMMAIRE DE L'INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION
La demanderesse est ainsi parvenue à mettre au point un séparateur atteignant pleinement les objectifs qu'elle s'était fixés. Plus précisément, la demanderesse a inventé un séparateur pour mélange triphasique liquide-liquide-gaz, du type comprenant une enceinte munie de moyens d'admission du mélange triphasique, de premiers moyens d'évacuation et de seconds moyens d'évacuation, ainsi qu'un dispositif de coalescence comportant :The plaintiff thus succeeded in developing a separator fully achieving the objectives it had set for itself. More specifically, the applicant has invented a separator for a three-phase liquid-liquid-gas mixture, of the type comprising an enclosure provided with means for admitting the three-phase mixture, first means of evacuation and second means of evacuation, as well as a coalescing device comprising:
- un premier sous-ensemble de plaques espacées les unes des autres et disposées de façon sensiblement parallèle les unes aux autres, - un deuxième sous-ensemble de plaques espacées les unes des autres et disposées de façon sensiblement parallèle les unes aux autres,- a first subset of plates spaced from each other and arranged substantially parallel to each other, - a second subset of plates spaced from each other and arranged substantially parallel to each other,
- lesdits premier et deuxième sous-ensembles étant à proximité l'un de l'autre et disposés de telle sorte que chaque plaque du premier sous-ensemble soit sensiblement
symétrique, par rapport à un plan sensiblement vertical, à une plaque du deuxième sous-ensemble,- Said first and second sub-assemblies being close to each other and arranged so that each plate of the first sub-assembly is substantially symmetrical, with respect to a substantially vertical plane, to a plate of the second sub-assembly,
- les faces supérieures des plaques du premier sous-ensemble formant un angle α saillant avec les faces supérieures des plaques du deuxième sous-ensemble, - les moyens d'admission comportant un orifice,the upper faces of the plates of the first subassembly forming a salient angle α with the upper faces of the plates of the second subassembly, the intake means comprising an orifice,
- les premiers moyens d'évacuation comportant un orifice,- the first means of evacuation comprising an orifice,
- les seconds moyens d'évacuation comportant un orifice et se situant au niveau de la partie basse de l'enceinte,- the second evacuation means comprising an orifice and being located at the lower part of the enclosure,
- lesdits premier et second sous-ensembles étant disposés entre les moyens d'admission et les premiers et seconds moyens d'évacuation et orientés de telle sorte qu'un courant puisse circuler des moyens d'admission vers les premiers et seconds moyens d'évacuation en passant dans les espaces formés entre les différentes plaques.- Said first and second subassemblies being arranged between the intake means and the first and second discharge means and oriented so that a current can flow from the admission means to the first and second discharge means passing through the spaces formed between the different plates.
Ce séparateur se caractérise en ce que les premiers moyens d'évacuation sont constitués : - d'une plaque-barrière sensiblement perpendiculaire aux plaques desdits sous- ensembles et s'étendant depuis la paroi inférieure de l'enceinte jusqu'à une hauteur (h2) supérieure à la hauteur (hi) des plaques desdits sous-ensembles, etThis separator is characterized in that the first evacuation means consist of: - a barrier plate substantially perpendicular to the plates of said subassemblies and extending from the bottom wall of the enclosure to a height (h 2 ) greater than the height (hi) of the plates of said subsets, and
- d'un orifice d'évacuation situé du côté de la plaque-barrière opposé à celui où se trouvent les sous-ensembles.- an evacuation orifice located on the side of the barrier plate opposite to that where the sub-assemblies are located.
Un tel séparateur a pour avantage essentiel de fournir une bonne séparation des composants liquides et de pouvoir fonctionner pendant une durée de l'ordre de 25 ans sans intervention humaine.The essential advantage of such a separator is that it provides good separation of the liquid components and that it can operate for a period of the order of 25 years without human intervention.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de l'exposé qui suit, auquel sont annexées, à titre uniquement illustratif, les figures 1 à 5.Other advantages and characteristics of the invention will emerge on reading the following description, to which are annexed, by way of illustration only, FIGS. 1 to 5.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURESSUMMARY DESCRIPTION OF THE FIGURES
La figure 1 représente schématiquement, en coupe partielle et en perspective, un séparateur selon l'invention.Figure 1 shows schematically, in partial section and in perspective, a separator according to the invention.
La figure 2 représente schématiquement, en coupe, une variante du séparateur de la figure 1.FIG. 2 schematically represents, in section, a variant of the separator of FIG. 1.
La figure 3 représente schématiquement, en vue de face en coupe, une partie des moyens d'admission du séparateur de la figure 2. La figure 4 représente schématiquement, en vue de gauche en coupe, une partie des moyens d'admission du séparateur de la figure 2.FIG. 3 schematically represents, in front view in section, a part of the inlet means of the separator of FIG. 2. FIG. 4 schematically shows, in view from the left in section, a part of the inlet means of the separator of FIG. Figure 2.
La figure 5, représente schématique, en coupe partielle et en perspective, le séparateur de la figure 2.
EXPOSE DETAILLE DE L'INVENTIONFIG. 5 shows schematically, in partial section and in perspective, the separator of FIG. 2. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Le séparateur selon l'invention est illustré de manière générale sur la figure 1, où l'on peut voir qu'il comprend une enceinte 1 présentant une forme sensiblement cylindrique, disposée horizontalement et dont les extrémités sont fermées par deux parties hémisphériques.The separator according to the invention is illustrated in general in Figure 1, where it can be seen that it comprises an enclosure 1 having a substantially cylindrical shape, arranged horizontally and whose ends are closed by two hemispherical parts.
Cette enceinte est munie de moyens d'admission 2 du mélange triphasique, de premiers moyens d'évacuation 3 et de seconds moyens d'évacuation 4.This enclosure is provided with inlet means 2 for the three-phase mixture, first evacuation means 3 and second evacuation means 4.
Entre les moyens d'admission 2 et les moyens d'évacuation 3, 4 se trouvent un premier sous-ensemble 5 de plaques 6 disposées parallèlement les unes aux autres et espacées les unes des autres et un deuxième sous-ensemble 7 de plaques 8 également disposées parallèlement les unes aux autres et espacées les unes des autres.Between the intake means 2 and the discharge means 3, 4 there is a first subset 5 of plates 6 arranged parallel to each other and spaced from each other and a second subset 7 of plates 8 also arranged parallel to each other and spaced from each other.
Ces sous-ensembles 5,7 sont à proximité l'un de l'autre et et disposés de telle sorte que chaque plaque 6 du premier sous-ensemble 5 soit sensiblement symétrique, par rapport à un plan sensiblement vertical, à une plaque 8 du deuxième sous-ensemble 7.These sub-assemblies 5,7 are close to each other and and arranged so that each plate 6 of the first sub-assembly 5 is substantially symmetrical, with respect to a substantially vertical plane, to a plate 8 of the second subset 7.
Les faces supérieures des plaques 6 du premier sous-ensemble 5 forment un angle α saillant avec les faces supérieures des plaques 8 du deuxième sous-ensemble 7. Les plaques 6,8 sont de forme globalement rectangulaire, de préférence régulièrement espacées, lisses et ondulées pour présenter plus de surface dans un volume donné. Elles sont maintenues en place à leurs extrémités par des lames 29, 30. Un espace central situé entre les plaques 6 du premier sous-ensemble 5 et les plaques 8 du second sous-ensemble 7 permet le passage vertical des fluides.The upper faces of the plates 6 of the first sub-assembly 5 form a salient angle α with the upper faces of the plates 8 of the second sub-assembly 7. The plates 6.8 are of generally rectangular shape, preferably regularly spaced, smooth and wavy to present more surface in a given volume. They are held in place at their ends by blades 29, 30. A central space located between the plates 6 of the first sub-assembly 5 and the plates 8 of the second sub-assembly 7 allows the vertical passage of the fluids.
Les deux sous-ensembles 5,7 ne reposent pas sur la paroi inférieure de l'enceinte, ils sont légèrement surélevés de façon à laisser un espace permettant la circulation des fluides.The two sub-assemblies 5,7 do not rest on the lower wall of the enclosure, they are slightly raised so as to leave a space allowing the circulation of fluids.
Les moyens d'admission 2 comportent un orifice situé dans la paroi de l'enceinte 1.The intake means 2 include an orifice located in the wall of the enclosure 1.
Les premiers moyens d'évacuation 3 comportent un orifice situé dans la paroi de l'enceinte 1.The first evacuation means 3 include an orifice located in the wall of the enclosure 1.
Les seconds moyens d'évacuation 4 comportent un orifice situé dans la paroi de l'enceinte 1, au niveau de sa partie basse.The second discharge means 4 comprise an orifice located in the wall of the enclosure 1, at its lower part.
Les plaques 6,8 sont orientées par rapport aux moyens d'admission 2 et d'évacuation 3,4 de telle sorte qu'un courant de mélange triphasique puisse circuler en passant dans les espaces formés entre les différentes plaques de l'ensemble de coalescence.
4The plates 6,8 are oriented with respect to the intake 2 and discharge 3,4 means so that a current of three-phase mixture can circulate passing through the spaces formed between the different plates of the coalescence assembly . 4
Le fonctionnement général du séparateur selon l'invention peut donc être expliqué comme suit • le mélange triphasique pénètre dans l'enceinte 1 au travers des moyens d'admission 2 et s'écoule ensuite vers les premiers et seconds moyens d'évacuation 3,4, en circulant entre les plaques 6 et entre les plaques 8, c'est-à-dire dans une direction sensiblement horizontale, dans le sens longitudinal du cylindre constituant l'enceinte 1.The general operation of the separator according to the invention can therefore be explained as follows • the three-phase mixture enters the enclosure 1 through the intake means 2 and then flows to the first and second discharge means 3,4 , by circulating between the plates 6 and between the plates 8, that is to say in a substantially horizontal direction, in the longitudinal direction of the cylinder constituting the enclosure 1.
Au cours de cet écoulement, le liquide lourd se dirige vers le bas, tandis que le liquide léger remonte vers le haut ou se maintient dans la partie supérieure du courant, car les deux sous-ensembles 5,7 de plaques 6,8 forment un dispositif de coalescence, c'est-à-dire un dispositif permettant aux gouttelettes des liquides de se regrouper et de former des gouttes qui vont ensuite se séparer de l'autre liquideDuring this flow, the heavy liquid goes down, while the light liquid goes up or stays in the upper part of the current, because the two subsets 5,7 of plates 6,8 form a coalescence device, that is to say a device allowing the droplets of liquids to gather and form drops which will then separate from the other liquid
Le liquide léger est ensuite évacué par les premiers moyens d'évacuation 3 et le liquide lourd par les seconds moyens d'évacuation 4The light liquid is then evacuated by the first evacuation means 3 and the heavy liquid by the second evacuation means 4
Le gaz contenu dans le mélange est évacué directement par les moyens d'évacuation 3The gas contained in the mixture is evacuated directly by the evacuation means 3
Selon une variante avantageuse illustrée par la figure 2, les premiers moyens d'évacuation comportentAccording to an advantageous variant illustrated in FIG. 2, the first evacuation means comprise
- d'une plaque-barrière 9 sensiblement perpendiculaire aux plaques des sous- ensembles 11,12 et s'étendant depuis la paroi inférieure 26 de l'enceinte jusqu'à une hauteur h2 supérieure à la hauteur hi des plaques des sous-ensembles 11,12,- A barrier plate 9 substantially perpendicular to the plates of the sub-assemblies 11, 12 and extending from the lower wall 26 of the enclosure to a height h 2 greater than the height hi of the plates of the sub-assemblies 11.12,
- d'un orifice d'évacuation 10 situé du côté de la plaque-barrière 9 opposé à celui où se trouvent les sous-ensembles 11,12- a discharge orifice 10 located on the side of the barrier plate 9 opposite to that where the sub-assemblies are located 11,12
La plaque-barrière 9 est fixée à l'enceinte de manière étanche sur tous ses côtés, à l'exception du côté supérieur, ce qui a pour conséquence que seul le liquide léger surnageant peut passer au-dessus d'elle et être ensuite évacué par l'orifice 10.The barrier plate 9 is fixed to the enclosure in a sealed manner on all its sides, except for the upper side, which means that only the light supernatant liquid can pass over it and then be evacuated through port 10.
En outre, l'enceinte comprend préférentiellement une seconde plaque-barrière 13, située entre l'orifice 10 et la plaque-barrière 9 et sensiblement parallèle à cette dernière Cette seconde plaque barrière 13 s'étend depuis une hauteur h3 supérieure à la hauteur h2 de la plaque-barrière 9, jusqu'à une hauteur ru située au-dessus de la paroi inférieure 26 de l'enceinte, de manière à laisser subsister une ouverture 29. Cette disposition permet au volume compris entre les deux plaques-barrières 9 et 13 de constituer une réserve tampon qui s'écoule à travers l'ouverture 29 vers l'orifice 10 lorsque le débit diminue à l'admission Ainsi, le débit des fluides à la sortie du séparateur est régulariséIn addition, the enclosure preferably comprises a second barrier plate 13, situated between the orifice 10 and the barrier plate 9 and substantially parallel to the latter. This second barrier plate 13 extends from a height h 3 greater than the height h 2 of the barrier plate 9, up to a height ru situated above the lower wall 26 of the enclosure, so as to leave an opening 29. This arrangement allows the volume between the two barrier plates 9 and 13 to constitute a buffer reserve which flows through the opening 29 towards the orifice 10 when the flow rate decreases at the inlet. Thus, the flow rate of the fluids at the outlet of the separator is regulated.
Avantageusement, comme on peut aussi le voir sur les figures 3, 4 et 5, les moyens d'admission comportent •
5Advantageously, as can also be seen in Figures 3, 4 and 5, the intake means include • 5
- une conduite d'amenée 14 reliant une paroi de l'enceinte à un emplacement situé à l'intérieur de l'enceinte, en un point situé en partie haute de l'enceinte, au-dessus des sous-ensembles 11, 12 de plaques,a supply pipe 14 connecting a wall of the enclosure to a location located inside the enclosure, at a point situated in the upper part of the enclosure, above the sub-assemblies 11, 12 of plates,
- une chambre 15 dépourvue de paroi supérieure et dans la paroi inférieure de laquelle débouche la conduite d'amenée 14, eta chamber 15 without an upper wall and into the lower wall from which the supply pipe 14 opens, and
- un obstacle 16 disposé à l'intérieur de la chambre 15, en face de la sortie de la conduite 14- an obstacle 16 disposed inside the chamber 15, opposite the outlet of the pipe 14
La conduite d'amenée 14 traverse de préférence la paroi de l'enceinte en un point situé dans la partie basse de l'extrémité hémisphérique du cylindre constituant l'enceinteThe supply pipe 14 preferably crosses the wall of the enclosure at a point located in the lower part of the hemispherical end of the cylinder constituting the enclosure
Ainsi que cela ressort des figures 3 et 4, l'obstacle 16 est constitué de cornières en V disposées parallèlement les unes aux autres dans un plan perpendiculaire à l'axe de la conduite 14, espacées les unes des autres de façon à pouvoir laisser passer le fluide entre elles Chaque cornière est de préférence orientée de telle sorte que la pointe du "V se situe à la partie inférieure de la cornièreAs is apparent from Figures 3 and 4, the obstacle 16 consists of V-shaped angles arranged parallel to each other in a plane perpendicular to the axis of the pipe 14, spaced from each other so as to be able to pass the fluid between them Each angle is preferably oriented so that the point of the "V is located at the bottom of the angle
En outre, les cornières sont de préférence réparties sur plusieurs niveaux suivant l'axe de la conduite 14, les cornières d'un niveau étant alors préférentiellement décalées par rapport à celles du niveau voisin, de sorte que le fluide passant entre deux cornières d'un niveau se heurte à une cornière du niveau supérieurIn addition, the angles are preferably distributed over several levels along the axis of the pipe 14, the angles of one level then preferably being offset with respect to those of the neighboring level, so that the fluid passing between two angles of a level collides with an angle of the upper level
Ainsi, le fluide provenant de la conduite 14 ne peut passer directement à travers l'obstacle 16 car il doit en quelque sorte zigzaguer entre les cornières Le cheminement du fluide qui en résulte assure globalement une tranquilisation de l'écoulement du fluide à son arrivée dans l'enceinte du séparateur De préférence, deux parois parallèles 18, 19 de la chambre 15 se prolongent vers le haut et maintiennent un deuxième obstacle 17 qui peut être similaire à l'obstacle 16Thus, the fluid coming from the pipe 14 cannot pass directly through the obstacle 16 because it must somehow zigzag between the angles. The flow of the resulting fluid generally ensures a tranquilization of the flow of the fluid on its arrival in the enclosure of the separator Preferably, two parallel walls 18, 19 of the chamber 15 extend upwards and maintain a second obstacle 17 which may be similar to the obstacle 16
Comme on peut le voir en se reportant de nouveau à la figure 2, il est avantageux de mettre en place une barrière anti-vagues 31 entre les moyens d'admission 14, 15,16,17,18,19 et les sous-ensembles 11,12 de plaques Cette barrière anti-vagues peut être une plaque disposée parallèlement à la plaque-barrière 9 et s'étendre depuis la paroi inférieure 26 de l'enceinte jusqu'à une hauteur inférieure à la hauteur hi des sous- ensembles 11,12As can be seen by referring again to Figure 2, it is advantageous to set up a wave barrier 31 between the intake means 14, 15,16,17,18,19 and the sub-assemblies 11.12 of plates This anti-wave barrier may be a plate arranged parallel to the barrier plate 9 and extend from the bottom wall 26 of the enclosure to a height less than the height hi of the subassemblies 11 , 12
Des moyens d'élimination du sable peuvent être prévus Ils sont formés de conduites 20,21 et d'orifices d'évacuation 22,23 Les conduites 20,21 sont percées sur leur longueur d'orifices de projection et elles s'étendent horizontalement entre les sous- ensembles 11, 12 et la paroi inférieure 26 de l'enceinte Elles présentent chacune une partie coudée 24,25 qui traverse la paroi 26 de l'enceinte et au moyen de laquelle de
6 l'eau sous pression peut être introduite Cette eau est ensuite projetée par les orifices de projection disposés le long des conduites 20 et 21 et elle entraîne le sable déposé sur la paroi 26 vers les orifices d'évacuation 22,23Sand removal means can be provided They are formed from pipes 20,21 and discharge orifices 22,23 The pipes 20,21 are pierced along their length with projection orifices and they extend horizontally between the sub-assemblies 11, 12 and the lower wall 26 of the enclosure They each have a bent portion 24.25 which passes through the wall 26 of the enclosure and by means of which 6 pressurized water can be introduced. This water is then projected by the projection orifices arranged along the conduits 20 and 21 and it carries the sand deposited on the wall 26 towards the evacuation orifices 22, 23.
Bien entendu, il est possible, comme cela ressort des figures 2 et 5, de mettre en série dans le sens de l'écoulement du mélange de fluides à séparer, un ou plusieurs autres dispositifs de coalescence similaires au premierOf course, it is possible, as is apparent from FIGS. 2 and 5, to put in series in the direction of flow of the mixture of fluids to be separated, one or more other coalescing devices similar to the first
Ainsi, grâce à sa constitution, le séparateur selon l'invention n'est pas susceptible de retenir des dépôts ni de s'encrasser dans le temps De plus, la perte de charge qu'il provoque est limitée est reste inférieure à 1 barThus, thanks to its constitution, the separator according to the invention is not likely to retain deposits or to clog over time In addition, the pressure drop it causes is limited is less than 1 bar
Lors du fonctionnement normal, le niveau N du liquide dans l'enceinte est voisin des obstacles 16 et 17 du dispositif d'admission (figure 2), en raison de l'existence de la plaque-barrière 9 ou, le cas échéant, de la seconde plaque-barrière 13 Le dispositif de coalescence est donc sous le niveau du liquide L'écoulement des fluides s'effectue à basse vitesse et sur des surfaces lisses II en résulte que la séparation est efficaceDuring normal operation, the level N of the liquid in the enclosure is close to the obstacles 16 and 17 of the intake device (FIG. 2), due to the existence of the barrier plate 9 or, where appropriate, of the second barrier plate 13 The coalescence device is therefore below the level of the liquid The fluids flow is carried out at low speed and on smooth surfaces As a result, the separation is effective
Comme il est généralement réalisé en un matériau métallique tel que l'acier inoxydable, la résistance mécanique de ses éléments est très élevée et par conséquent, sa tenue dans le temps est assurée Par ailleurs, les moyens d'admissions 14, 15, 16, 17, 18, 19 peuvent être utilisés avec tout type de séparateurAs it is generally made of a metallic material such as stainless steel, the mechanical resistance of its elements is very high and consequently, its resistance over time is ensured. Furthermore, the intake means 14, 15, 16, 17, 18, 19 can be used with any type of separator
Utilisations Le séparateur selon l'invention peut être utilise pour éliminer l'eau de mélanges pétrole/eau/gaz dans lequels l'eau représente parfois jusqu'à 80% du mélangeUses The separator according to the invention can be used to remove water from oil / water / gas mixtures in which water sometimes represents up to 80% of the mixture
Dans ses conditions normales de fonctionnement, à savoir, des températures de 50 à 65°C et une pression de 35 à 105 bars, son pouvoir de séparation est tel que l'eau éliminée contient généralement moins de 1000 ppm de pétrole Ceci constitue un avantage important car l'eau éliminée est habituellement réinjectée dans la roche et le pétrole qu'elle contient contribue au bouchage de la roche, c'est pourquoi il importe de minimiser sa teneur en pétroleUnder its normal operating conditions, i.e. temperatures of 50 to 65 ° C and a pressure of 35 to 105 bars, its separation power is such that the water removed generally contains less than 1000 ppm of petroleum This is an advantage important because the water removed is usually reinjected into the rock and the oil it contains contributes to clogging the rock, which is why it is important to minimize its oil content
Le séparateur selon l'invention peut ainsi être implanté à une profondeur allant jusqu'à 1000 m sous le niveau de la mer, et même plus si le dimensionnement mécanique de l'enceinte est prévu à cet effet
The separator according to the invention can thus be installed at a depth of up to 1000 m below sea level, and even more if the mechanical dimensioning of the enclosure is provided for this purpose.