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EnglishRÉSUMÉ
En 2015, la production pétrolière offshore s’élevait à 28 millions de barils par jour, soit 33% de la production mondiale. Les fluides de gisement offshore et leur traitement sont semblables à ceux des gisements à terre, mais le milieu marin, sa topographie, le vent, le courant et les vagues dictent le choix de l’architecture de champ et le dimensionnement des ouvrages de production. En 70 ans, plus de 8000 plateformes ont été installées sur le plateau continental et depuis 20 ans des unités flottantes de production, stockage et expédition sont régulièrement mises en service par grande profondeur jusqu’à récemment 3000 m.
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Jean-François SAINT-MARCOUX : Consultant, Ingénieur ECL, MSME Caltech, Dr-Ing. UPMC ABYSSOZ, Paris, France
INTRODUCTION
Initialement le pétrole près des côtes était produit à partir d’estacades situées en prolongement direct des champs à terre. Au fur et à mesure du développement des techniques de prospection, il devint possible d’explorer puis d’exploiter des gisements au large (offshore) et de plus en plus profonds. Depuis une dizaine d’années, les nouvelles méthodes d’acquisition et d’analyse des données sismiques en mer permettent d’identifier des réservoirs potentiels non seulement par grande profondeur d’eau mais au-delà, à travers 6 à 8 km de sédiments marins y compris parfois constitués d’épaisses couches de sel. Le progrès concomitant des forages permet l’accès à des profondeurs d’eau de 3,7 km d’eau.
Les débuts de l’offshore remontent à octobre 1947, date à laquelle la compagnie américaine Kerr-McGee a installé la première plateforme dans le golfe du Mexique (Ship Shoal block 32) hors de la vue des côtes par 6,7 m de profondeur à 30 km au large de la Louisiane. À titre de comparaison, en 2015, Total a mis en production le champ de CLOV en Angola par 1 400 m de fond, et Petrobras a mis en production le champ de Guara Sapinhoa au Brésil par 2 400 m de fond. Depuis, Shell a mis en production en septembre 2016 le champ de Stones (Walker Ridge block 508) par 2 900 m de fond à 320 km au large de la Louisiane.
Selon une estimation de l’IFPEN pour 2010, l’offshore représenterait 20 % des réserves mondiales. Entre 2005 et 2015, la production d’huile offshore est restée constante, légèrement inférieure à 30 millions de barils par jour (NYSVEEN, 2015), en dépit d’investissements importants jusqu’en 2014.
En mer comme à terre, la production d’un champ donné de pétrole diminue d’environ 10 % par an si rien n’est fait pour l’assister. Il est nécessaire de faire en permanence des découvertes ne serait-ce que pour simplement maintenir constante la production. Un ralentissement des investissements impacte donc directement la production à moyen terme. Pour les huiles de schiste (aussi appelés hydrocarbures de roche mère), la décroissance annuelle est plus importante, de l’ordre de 40 à 50 %.
Les zones géographiques de production en mer sont très dispersées : principalement la mer du Nord, le golfe du Mexique, le golfe de Guinée, le Brésil, le golfe arabo-persique et l’Extrême-Orient (Australie, Chine, Indonésie, Malaisie) mais aussi de nombreuses autres régions.
Les unités de production de pétrole offshore ont donc rapidement évolué et, avec elles, leurs moyens de fabrication et d’installation.
La problématique de ces unités recouvre :
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l’importance de la sécurité et de l’environnement, sous l’œil attentif de l’opinion publique ;
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la dispersion géographique des sites et la difficulté d’y maintenir une logistique et des moyens ;
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la réduction des coûts particulièrement d’actualité avec la baisse des cours ;
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la concurrence avec les autres formes de production et en particulier avec la production à terre des hydrocarbures de roche-mère .
Plusieurs aspects de l’offshore ne sont pas traités dans cet article, notamment le forage, la sismique et la géotechnique marine et les activités de construction qui doivent sans cesse s’adapter.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes et expressions importants de l’article. Les valeurs en unités américaines, dont l’utilisation reste courante dans le domaine pétrolier, sont données en italique après les valeurs en unités SI.
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3. Procédé de traitement des effluents
Afin d’éviter une décote à l’arrivée de la cargaison à la raffinerie, l’huile produite doit respecter les spécifications suivantes :
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une tension de vapeur RVP (Reid Vapor Pressure ) inférieure à 0,7 bar absolu (10 psia) ;
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une teneur en eau et sédiments BS&W (Basic sediments and water ) inférieure à 0,5 % en volume.
L’huile en provenance de plusieurs (4 à 6) puits d’une même zone est collectée dans un manifold sous-marin relié aux installations de surface par une ligne circulant sur le fond marin et une colonne montante. L’huile est séparée du gaz par des étages successifs de séparation. Le gaz est comprimé et séché pour divers usages sur l’unité (génération électrique, compression de gaz) et expédition du solde (gaz restant).
Par grand fond, les manifolds sous-marins sont reliés à la surface par deux lignes et deux colonnes montantes afin de permettre le raclage de la ligne en boucle.
3.1 Maintien de l’écoulement (Flow Assurance )
Bien que le même souci existe sur les champs à terre, c’est pour l’offshore qu’ont été développés des programmes de calculs capables de modéliser le comportement d’un fluide multiphasique en régime permanent et en régime transitoire.
Éviter les écoulements en bouchon (heavy slugging ) est la première condition d’un développement de champ.
L’enveloppe de phase d’un effluent de puits est donnée figure 9.
Au cours du cheminement de l’effluent dans le puits puis dans les lignes de collecte, la pression diminue sous l’effet des pertes de charges mais aussi de l’effet Joule-Thomson pour certains effluents et de la perte d’énergie potentielle. Le diamètre des lignes est choisi pour atteindre le premier étage de séparation de traitement d’huile avec une pression de l’ordre de 30 bar.
Lorsque la température de l’effluent diminue, il y a risque de formation d’hydrates. Or, les effluents de puits, saturés en eau, libèrent de l’eau libre et sont à l’origine des hydrates. Les hydrates sont des formations cristallines analogues...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AIPCN - Paramètres des états de mer (supplément au bulletin n° 52. - Association internationale permanente des congrès de navigation, Bruxelles (1986).
-
(2) - ALLIOT (V.L.-L.) - Lessons learned from the evolution and development of multiple-lines hybrid riser towers for deepwater production applications. - Offshore Technology Conference, Houston (2005).
-
(3) - ANRES (S.D.) - Subsea seawater treatment and injection – Aplication range and approach for design selection (2015-ID137). - DOT. The Woodlands : Deep Offshore Technology International, Houston (2015).
-
(4) - ARNOLD (K.S.) - Surface production operations – Design of oil-handling systems and facilities. - Gulf Publishing, vol. 1, Houston (1986).
-
(5) - ARSEM - Assemblages tubulaires soudés. - Éditions Technip., Paris (1985).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
ALLSEAS Entrepreneur Offshore International http://allseas.com
COLORADO CENTER FOR ASTRODYNAMIC RESEARCH. Université du Colorado à Boulder, Observations spatiales des océans http://www.ccar.colorado.edu
GULFBASE Données sur le Golfe du Mexique http://gulfbase.org/facts.php
IFPEN IFP Énergies Nouvelles : information sur les hydrocarbures et les différentes sources d’énergie http://www.ifpenergiesnouvelles.fr
INTECSEA Posters téléchargeables révisés annuellement conjointement avec Offshore Magazine http://www.intecsea.com/publications/posters
MODEC :...
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