Injection de polymère pour l’EOR (Récupération assistée de Pétrole) : Les avantages des pompes à membrane par rapport aux pompes à piston

Injection de polymère pour l’EOR (Récupération assistée de Pétrole) : Les avantages des pompes à membrane par rapport aux pompes à piston

Introduction :


La comparaison est effectuée en considérant des conditions de process (pression, débit, température…) identiques. Le fluide considéré est un polymère non Newtonien (viscosité variable en fonction des conditions de pompage), visqueux et ayant une très grande élasticité liée à la grande longueur des chaînes. L’étude est réalisée pour des débits allant de 5 à 80 m3/h et des pressions comprises entre 80 et 400 bar.


Pompe


 


Les Avantages d’une pompe à membrane  sont nombreux:


1/ Diminution des cisaillements :


L’effort transmis au liquide est réparti sur une surface plus importante avec une membrane, qu’avec un piston ‘nu’. La forme de cette membrane est telle, que les cisaillements du produit sont moindres dans une tête à membrane en comparaison à une tête à piston. De plus, le volume mort des têtes à membrane est 10 fois plus important que sur les têtes à piston. Les vitesses de passage sont donc réduites, ce qui diminue également les cisaillements et les vibrations.


2/ Étanchéité absolue :


La conception des têtes à membrane est telle que l’étanchéité est absolue. Ainsi, il n’y a aucun risque de fuite et de cristallisation du polymère. Cette cristallisation endommage rapidement les garnitures des têtes à piston. Les fuites engendrées ne permettent pas de garder dans le temps les performances débit/pression. Les têtes à membrane optimisent donc les conditions de process et allongent grandement la durée de vie des pompes (en utilisation continue : durée de vie moyenne des membranes : 1 à 2 ans / durée de vie moyenne des garnitures de piston pour des pompes à piston : 3 à 5 mois).


3/ Diminution des efforts exercés sur le piston :


L’huile située entre la membrane et le piston permet d’amortir les chocs reçus par le piston en cas de coups de bélier (effet d'airbags). La durée de vie du piston et de la mécanique du corps de pompe s’en retrouve donc grandement allongée.


Contrairement à une tête à piston, le piston d’une tête à membrane baigne dans l’huile cela réduit les frottements au niveau du presse-étoupe surtout à des pressions de plus de 100 bar. Cela permet d’économiser 5 à 10% de puissance à transmettre au piston.


4/ Présence d’une soupape interne :


Cette soupape est une sécurité interne, qui permet de sécuriser la pompe en cas de surpression. La pompe se retrouve donc protégée d’éventuels retours de pression dans la tuyauterie, ou de surpressions liées à un bouchon dans cette dernière ou à une vanne restée fermée en sortie de pompe.


5/ Plus grande distance entre les clapets aspiration / refoulement :


Étant donné la grande élasticité du produit, si la distance entre ces clapets est trop faible, le polymère empêche leur bon fonctionnement. Deux phénomènes sont possibles :




  • avec des cadences supérieures à 140 coups l'élasticité du produit perturbe la fermeture du clapet d'aspiration => perte de rendement.




  • Vitesse trop importante dans le volume mort entre les clapets => dégradation du polymère






  • Plus la distance entre les clapets d’aspiration et de refoulement est importante, moins le risque de dégradation du polymère ou de perte de rendement est important.




De plus, afin de palier au maximum aux soucis liés aux clapets, Bran+Luebbe a revu le design de ces derniers en les sur-dimensionnant pour réduire au maximum les vitesses de passage. Ainsi, les cisaillements sont moindres par rapport à des clapets standards => dégradation du polymère limitée.


6/ Plus grand espacement entre les têtes  


Compte tenu du caractère non newtonien et de la grande élasticité du polymère, un trop faible espacement entre les têtes implique un changement important du comportement du fluide dans le collecteur à l’aspiration.


Turbulence vibration 


Turbulence / Vibration


Les accélérations de masse et les changements de viscosité entrainent alors un phénomène de cavitation, qui se traduit par d’importantes vibrations qui peuvent endommager les tuyauteries au refoulement de la pompe, à des cadences élevées (phénomène observé dès 140 cps/min).




  • La cadence des pompes à piston est limitée par ce phénomène et elles ne peuvent pas atteindre leurs caractéristiques débits pression.




Afin de diminuer au maximum ceci, Bran+Luebbe a développé le modèle de pompe Vector, en forme de W. L’espacement des têtes est accentué et les vibrations s’en trouvent alors diminuées. L’espacement des clapets d’aspiration est compris entre 0.7 et 1.4 m en fonction du modèle de pompe.


 


 Vector


Vector W-020


 


Conclusion :


Par rapport à une tête à piston, les avantages d’une tête à membrane sont les suivants :




  • Diminution du cisaillement exercé sur le polymère




  • Etanchéité absolue du process




  • Diminution des coûts de maintenance




  • Pompe protégée des surpressions




  • Diminution des vibrations




  • Garantie des performances débit /pression pour des polymères de viscosités comprises entre 100 et 5 000 cPo. 




A propos D’AxFlow :


AxFlow France, filiale à 100 % d'AxFlow, offre une gamme complète de pompes volumétriques, de systèmes de dosage, d'agitateurs, d'équipements dédiés à l'environnement et un département  Analyse. AxFlow France emploie 65 personnes sur ses deux sites de Notre Dame d'Oé (37) et de Plaisir (78) et réalise un chiffre d'affaires annuel de 21 millions d'euros.


 


Contacts :


AxFlow SAS
87, rue des poiriers
Sainte Apolline
BP72 78372 Plaisir cedex
Tél : 01 30 68 41 41
Email : info@axflow.fr
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