Titre de l'invention : Installation et procédé sous-marin de traitement de gaz provenant d'un champ de production sous-marin de gaz

Domaine Technique

[0001] La présente invention se rapporte au domaine général de la production sous- marine de gaz. Elle concerne plus précisément le traitement sous-marin du gaz en vue de son exportation vers des installations offshore ou terrestres.

Technique antérieure

[0002] Dans les configurations actuelles, l'exportation de gaz issu de champs de production sous-marins, et notamment de champs de gaz à condensât, est réalisée en autre par de longues conduites reliant les champs de production aux installations en surface.

[0003] Les installations d'exportation de gaz utilisées en pratique ne comportent généralement aucune unité de traitement. Le gaz produit est typiquement exporté par une conduite sans traitement préalable (à part l'ajout de produits chimiques pour éviter les dépôts solides, limiter la corrosion, etc.). On connaît également les publications WO 2015/181386, WO 2016/192813 et WO 2014/079515 concernant des installations d'exportation de gaz qui comprennent notamment un module de refroidissement alimenté en mélange gaz/liquide provenant directement des champs de gaz, et un module de séparation gaz/liquide qui permet de séparer le gaz du liquide pour acheminer ceux-ci vers les installations en surface par l'intermédiaire de lignes d'exportation dédiées.

[0004]Ce type d'installation est sujet à différentes problèmes auxquels il est nécessaire de répondre. L'un des problèmes principaux rencontrés est l'accumulation de liquide qui peut se produire dans les points bas de la conduite de la ligne d'exportation de gaz. Ce problème apparaît lorsque la vitesse du gaz devient insuffisante pour entraîner le liquide et provoque des écoulements à bouchon dans la ligne d'exportation de gaz. Un autre problème est de s'assurer que la pression du gaz exporté reste toujours suffisante pour permettre une exportation efficace vers les installations en surface. Il est encore important de limiter, voire d'éviter, la formation de dépôts solides (hydrates, paraffines, etc.) dans la ligne d'exportation de gaz.

Exposé de l'invention

[0005] La présente invention a donc pour objet principal de proposer une installation sous-marine de traitement qui permette de résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus.

[0006]Ce but est atteint grâce à une installation de traitement de gaz provenant d'un champ de production sous-marin de gaz, comprenant :

- un module de refroidissement alimenté en mélange gaz/liquide provenant directement d'au moins un champ sous-marin de gaz afin de refroidir le gaz à une température permettant de faire condenser les hydrocarbures lourds et l'eau présents dans le mélange ; et

- un module de séparation gaz/liquide alimenté en mélange gaz/liquide provenant du module de refroidissement et délivrant du gaz traité à une ligne d'exportation de gaz et du liquide à une ligne d'exportation de liquide ;

- et dans laquelle, conformément à l'invention, le module de séparation gaz/liquide comprend un séparateur gaz/liquide et un séparateur à filtre à coalescence montés en série, le séparateur gaz/liquide ayant une sortie en gaz qui est reliée à une entrée du séparateur à filtre à coalescence et une sortie en liquide qui est reliée à la ligne d'exportation de liquide, le séparateur à filtre à coalescence ayant une sortie en gaz qui est reliée à la ligne d'exportation de gaz et une sortie en liquide qui est reliée à la ligne d'exportation de liquide.

[0007] L'installation de traitement de gaz selon l'invention est remarquable notamment en ce que son module de séparation gaz/liquide comprend un séparateur gaz/liquide monté en série avec un séparateur à filtre à coalescence, ce qui lui confère une haute performance de séparation. De manière plus générale, l'installation selon l'invention se base sur l'abaissement du point de rosée du mélange gaz/liquide en associant un module de refroidissement et un module de séparation gaz/liquide à haute performance, ce qui peut permettre un export passif du gaz (c'est-à-dire sans avoir besoin d'un compresseur). Une telle installation trouve ainsi une application particulièrement avantageuse aux champs de gaz situés par grande profondeur et éloignés du rivage. En outre, l'abaissement du point de rosée du mélange gaz/liquide s'effectue à un niveau permettant par la suite une exportation du gaz qui reste totalement (ou quasi totalement) en phase gazeuse tout le long de l'export.

[0008] Plus particulièrement, le module de refroidissement de l'installation selon l'invention permet de faire condenser les hydrocarbures lourds et l'eau présents dans le mélange gaz/liquide qui normalement condenseraient dans la ligne d'exportation de gaz. Le refroidissement s'effectue également à une température plus basse que celle atteinte par le gaz dans la ligne d'exportation de gaz.

[0009] Le module de refroidissement peut comprendre un échangeur de chaleur passif ou un échangeur de chaleur actif. Dans ce cas, il peut comprendre en outre une vanne à effet Joule-Thomson ou un turbo-détendeur installé en aval de l'échangeur de chaleur.

[0010] Le séparateur gaz/liquide du module de séparation gaz/liquide peut être un séparateur gravitaire ou un séparateur cyclonique ou un séparateur centrifuge.

[0011] De préférence, le module de séparation gaz/liquide comprend en outre une unité de pré-traitement du gaz disposée entre le séparateur gaz/liquide et le séparateur à filtre à coalescence afin d'éliminer les particules de solides qui pourraient être entraînées avec le gaz et aussi pour réduire la teneur en liquide avant le séparateur à filtre à coalescence, dans le but de prolonger la durée de vie du séparateur à filtre à coalescence.

[0012] Le séparateur à filtre à coalescence peut être intégré au séparateur gaz/liquide.

[0013] La ligne d'exportation de gaz peut avantageusement être dépourvue de moyens de compression du gaz. [0014]Quant à la ligne d'exportation de liquide, elle peut être avantageusement munie de moyens de pompage du liquide.

[0015] De préférence, le module de séparation gaz/liquide comprend deux séparateurs à filtre à coalescence installée en parallèle afin d'assurer une redondance en cas de problème sur l'un des séparateurs et afin d'assurer une continuité de production lors des phases de maintenance des filtres à coalescence.

[0016] De préférence également, l'installation comprend en outre des moyens d'injection d'un inhibiteur de formation d'hydrates en amont du module de refroidissement et/ou des moyens d'injection d'inhibiteur de paraffine en amont du module de refroidissement. Ces moyens d'injection permettent de limiter, voire d'éviter, la formation de dépôts solides (hydrates, paraffines, etc.) dans l'installation ainsi que dans les lignes d'exportation de gaz et de liquide.

[0017] Corrélativement, l'invention a également pour objet un procédé de traitement sous-marin du gaz provenant d'un champ de production sous-marin de gaz, comprenant successivement :

- une étape de refroidissement du mélange gaz/liquide provenant directement d'au moins un champ de production sous-marin de gaz de façon à faire condenser les hydrocarbures lourds et l'eau et à amener le mélange gaz/liquide à une température inférieure à celle du gaz dans une ligne d'exportation de gaz ; et

- une étape de séparation gaz/liquide sous-marine pour délivrer du gaz traité à une ligne d'exportation de gaz et du liquide à une ligne d'exportation de liquide ; et dans lequel

- l'étape de séparation gaz/liquide comprend une première étape de séparation gaz/liquide suivie directement d'une seconde étape de séparation gaz/liquide par coalescence afin d'abaisser le point de rosée du gaz traité à un niveau permettant son export sous forme monophasique. [0018] L'invention a encore pour objet une application du procédé tel que défini précédemment à un champ de gaz à condensât en cours d'exploitation ou à un champ de gaz à condensât non encore exploité.

Brève description des dessins

[0019] [Fig. 1] La figure 1 est une vue schématique d'une installation sous-marine de traitement de gaz selon l'invention.

[0020] [Fig. 2] La figure 2 est une vue schématique d'un exemple de séparateur à filtre à coalescence de l'installation selon l'invention.

Description des modes de réalisation

[0021] L'invention concerne le traitement sous-marin de gaz provenant d'un champ de production sous-marin de gaz. Elle trouve une application privilégiée (mais non limitée) aux champs sous-marins de gaz à condensât situés par grande profondeur et loin du rivage.

[0022] La figure 1 représente un exemple d'installation sous-marine de traitement de gaz 2 selon l'invention alimentée par un ou plusieurs champs de production sous- marins de gaz 4.

[0023]Typiquement, cette installation de traitement de gaz 2 comprend un module de refroidissement 6 qui est alimenté en mélange gaz/liquide provenant directement du ou des champs sous-marins de gaz 4, et un module de séparation gaz/liquide 8 qui est alimenté en mélange gaz/liquide provenant du module de refroidissement.

[0024] Le module de refroidissement 6 a notamment pour fonction de refroidir le mélange gaz/liquide pour l'amener à une température permettant de faire condenser les hydrocarbures lourds et l'eau présents dans le mélange (et qui normalement condenseraient plus en aval dans ligne d'exportation de gaz).

[0025]A cet effet, le module de refroidissement 6 de l'exemple de réalisation de la figure 1 comprend un échangeur de chaleur passif 10 dont l'entrée est directement reliée à la sortie des installations des têtes de puits du ou des champs sous-marins de gaz 4, et une vanne à effet Joule-Thomson 12 positionnée à la sortie de l'échangeur de chaleur passif 10.

[0026] La vanne à effet Joule-Thomson 12 est pilotée de façon à obtenir une pression constante et prédéterminée à la sortie de la ligne d'exportation de gaz (d'ordinaire ce type de vanne est contrôlé afin de maintenir une température déterminée en sortie de vanne). En connaissant les caractéristiques de la ligne d'exportation de gaz, il est ainsi possible de contrôler la pression en aval de la vanne à effet Joule-Thomson. Incidemment, en assurant un certain niveau de pression du gaz à la sortie de la ligne d'exportation de gaz, on s'assure d'une température maximale à la sortie de la vanne à effet Joule-Thomson 12.

[0027]Alternativement à l'échangeur de chaleur passif, il peut être prévu un échangeur de chaleur actif, éventuellement associé à une vanne à effet Joule- Thomson en aval. Cet échangeur de chaleur actif peut être un échangeur liquide/gaz avec pompage de l'eau de mer, un échangeur gaz/gaz avec réutilisation du gaz froid en sortie de station, un échangeur avec fluide caloporteur et boucle frigorifique, etc.

[0028]Alternativement à la vanne à effet Joule-Thomson, il peut être prévu un turbo-détendeur installé en aval de l'échangeur de chaleur passif (ou en aval de l'échangeur de chaleur actif le cas échéant).

[0029] Le module de séparation gaz/liquide 8 reçoit en entrée le mélange gaz/liquide refroidi provenant du module de refroidissement et délivre à la fois du gaz traité à une ligne d'exportation de gaz 14 et du liquide à une ligne d'exportation de liquide 16.

[0030]Selon l'invention, le module de séparation gaz/liquide 8 comprend un séparateur gaz/liquide 18 et un séparateur à filtre à coalescence 20 qui sont montés en série.

[0031] Plus précisément, le séparateur gaz/liquide 18 présente une entrée en mélange gaz/liquide 18a qui est reliée à la sortie du module de refroidissement 6, une sortie en gaz 18b qui est reliée à une entrée du séparateur à filtre à coalescence 20 et une sortie en liquide 18c qui est reliée à la ligne d'exportation de liquide 16.

[0032]Quant au séparateur à filtre à coalescence 20, il présente une entrée 20a qui est reliée à la sortie en gaz 18b du séparateur gaz/liquide 18, une sortie en gaz 20b qui est reliée à la ligne d'exportation de gaz 14 et au moins une sortie en liquide 20c qui est reliée à la ligne d'exportation de liquide 16.

[0033] Le séparateur gaz/liquide 18 du module de séparation gaz/liquide peut être un séparateur de type gravitaire ou un séparateur de type cyclonique ou encore un séparateur de type centrifuge. On pourra par exemple recourir à un séparateur vertical à multiples conduites.

[0034] En liaison avec la figure 2, on décrira maintenant un exemple d'architecture du séparateur à filtre à coalescence 20.

[0035] De façon connue, on appelle coalescence, l'action par laquelle les fines gouttelettes de liquide du mélange gaz/liquide créées par les turbulences au sein du séparateur s'agglutinent pour former des gouttelettes plus volumineuses. Ce phénomène permet une meilleure séparation gravitaire du liquide durant le temps de passage dans le séparateur.

[0036]Sur l'exemple de réalisation de la figure 2, l'entrée 20a du séparateur à filtre à coalescence 20 est située en partie basse du séparateur, la sortie en gaz 20b est située en partie haute du séparateur, et il est prévu deux sorties en liquide, à savoir : une sortie en partie basse 20c-l, et une sortie en partie intermédiaire 20c-2.

[0037] Le gaz chargé en gouttelettes de liquide qui pénètre à l'intérieur du séparateur par l'entrée 20a est soumis à une première phase de séparation gravitaire dans la partie basse 22 du séparateur. Une partie du liquide issu de cette séparation est évacuée par la sortie en liquide en partie basse 20c-l.

[0038] Le mélange gaz/liquide remonte ensuite vers la partie haute 24 du séparateur en passant au travers d'une ou plusieurs cartouches filtrantes 26 au sein desquelles les gouttelettes de liquide s'agglutinent pour former des gouttelettes plus volumineuses. Les gouttelettes de liquide ainsi formées retombent et s'accumulent au fond de la partie haute 24 du séparateur pour être évacuées vers la sortie en partie intermédiaire 20c-2. Quant au gaz débarrassé de ces gouttelettes de liquide, il est évacué vers le haut par la sortie en gaz 20b.

[0039]0n notera que le séparateur à filtre à coalescence peut être un appareil distinct du séparateur gaz/liquide comme il peut être intégré à celui-ci.

[0040]0n notera également que le module de séparation gaz/liquide peut avantageusement comprendre deux séparateurs à filtre à coalescence installés en parallèle afin d'assurer une redondance en cas de panne.

[0041] De préférence, le module de séparation gaz/liquide 8 comprend en outre une unité de pré-traitement du gaz 27 qui est disposée entre le séparateur gaz/liquide 18 et le séparateur à filtre à coalescence 20 afin d'éliminer les particules de solides qui pourraient être entraînées avec le gaz et réduire la teneur en liquide avant le séparateur à filtre à coalescence.

[0042] De préférence également, la ligne d'exportation de liquide 16 est munie de moyens de pompage du liquide, typiquement d'une pompe sous-marine 29.

[0043]A l'inverse, l'installation selon l'invention peut permettre d'éviter à la ligne d'exportation de gaz 14 de recourir à des moyens de compression du gaz.

[0044] De préférence encore, l'installation comprend en outre des moyens d'injection d'un inhibiteur de formation d'hydrates 28 en amont du module de refroidissement 6. De même, l'installation peut également comprendre des moyens d'injection d'inhibiteur de paraffine 30 en amont du module de refroidissement.