Filtrer le poids : le changement arrive pour les FPSO

Le nombre de réservoirs flottants ciblant les réserves en mer augmente rapidement. Les compagnies pétrolières ont approuvé et budgétisé de nombreux nouveaux réservoirs de stockage de production et de déchargement flottants (FPSO), qui seront tous mis en service dans les cinq à sept prochaines années. Une dizaine d'autres suivent de près.

Le poids des équipements de surface a un impact significatif sur le coût de développement d'un FPSO. Avec une activité de construction élevée, un équipement plus léger représenterait des économies importantes pour l'industrie.

Mais utiliser des équipements plus légers signifie souvent utiliser une technologie plus récente qui n'a que rarement été utilisée dans les FPSO. Les opérateurs ont longtemps lutté pour trouver un équilibre entre les risques de l'adaptation des technologies légères aux rigueurs du développement offshore et les exigences en réduction des coûts.

Un domaine dans lequel les opérateurs ont réussi à réduire le poids tout en maintenant les performances est celui des systèmes de traitement de l'eau. Pour obtenir ces résultats, ils se tournent vers des systèmes tout-membrane.

Cet intérêt pour les systèmes tout-membrane vient du fait que l'industrie pétrolière cherche de plus en plus à normaliser la conception des FPSO pour en accélérer la construction, un changement par rapport à la conception traditionnelle des FPSO, qui sont d'anciens pétroliers convertis et équipés pour les conditions du projet.

Dans le même temps, face à l'effondrement de 2014 des prix du pétrole, les compagnies pétrolières restent méfiantes et ont été plus réceptives aux nouvelles conceptions lorsque celles-ci promettent des dépenses en capital ou d’exploitation plus faibles.

Un nouveau projet illustre comment la technologie membranaire est adaptée pour la désoxygénation et l'élimination des sulfates afin de réduire le poids et les coûts des FPSO.

Élimination des sulfates

Dans les cas où les FPSO nécessitent des unités d'élimination des sulfates (SRU) pour réduire le risque d'entartrage au sulfate de baryum ou au strontium, la nanofiltration (NF) est la solution préférée du secteur pétrolier offshore.

Les systèmes de nanofiltration, qui sont conçus avec une taille de pores de 1 nm, nécessitent un prétraitement pour éliminer les solides en suspension et les contaminants avant l'injection dans la membrane de NF. Jusqu'à récemment, la plupart des FPSO s'appuyaient sur des filtres média ou des filtres à cartouche.

L'ultrafiltration, où la taille nominale des pores de la membrane est <0,1μm est une technologie éprouvée qui intéresse particulièrement les concepteurs et les fabricants de FPSO à l'étape du prétraitement car elle est plus robuste et plus légère en poids que les filtres média conventionnels. Ces facteurs se traduisent par des améliorations mesurables de la durée de vie du système de NF et réduisent le risque global de temps d'arrêt.

Tours de désoxygénation

Avant d’être injectée, l'eau de mer est généralement désoxygénée pour réduire le potentiel de corrosion et créer un environnement anaérobie qui inhibe la croissance microbienne. Les tours sous vide utilisées pour désoxygéner l'eau d'injection sont généralement extrêmement hautes et concentrent des poids supérieurs à 250 tonnes sur des bases relativement petites. Leur poids nécessite généralement un renforcement supplémentaire du pont. Certaines tours sous vide traversent plusieurs ponts, nécessitant une ingénierie structurelle spéciale. Cependant, pour assurer une bonne performance de la pompe, les tours ne peuvent pas être placées trop bas dans la structure. Le résultat est que la tour s'élève considérablement au-dessus du pont et nécessite plusieurs niveaux de passerelles en acier.

L'ensemble de ces facteurs augmente énormément le poids. De là, en découle une augmentation considérable des coûts matériels de construction, tout en soulevant la question de savoir si les tours de désoxygénation constituent une utilisation efficace de l'espace. L'emplacement et la hauteur de la tour sous vide ont un impact sur le centre de gravité et les performances de la structure en cas de tempête, tout en limitant l'emplacement du bras oscillant de la grue.

En ce qui concerne les opérations à terre, les membranes sont utilisées pour désoxygéner l'eau d'injection depuis des décennies, et le processus est commun aux fabricants de microélectronique et de semi-conducteurs, où les débits peuvent être similaires à ceux des installations offshores.

Dans le même temps, les systèmes de désoxygénation à membrane offrent des avantages significatifs en termes de poids et de hauteur. Les systèmes à membrane peuvent être jusqu'à 80 % plus légers que les tours sous vide pour des capacités équivalentes.

Associés ensemble, les SRU à membrane et les systèmes de désoxygénation peuvent être construits de manière modulaire, comme ce fut le cas pour le FPSO Johan Castberg d'Equinor, qui déploiera la première usine d'injection d'eau entièrement membranaire au monde lorsqu'il commencera à produire du pétrole en 2022. L'association d'un module SRU avec une désoxygénation membranaire offre des avantages variés. En premier lieu, ils peuvent être conçus pour éliminer les entrées étroites et difficiles d’accès, et les équipes de maintenance peuvent les aborder plus facilement. Plus généralement, ils offrent une plus grande stabilité opérationnelle.

Modification des attentes des clients

Les opérateurs deviennent plus efficaces en s'associant à un fournisseur de solutions capable d'offrir des services allant de l'expertise technique aux solutions chimiques et de surveillance. Ils trouvent des partenaires enthousiastes chez ceux qui ont une connaissance intime de l'exploitation et de la maintenance des installations à membrane dans les systèmes d'injection d'eau de mer des FPSO. Ces partenaires peuvent offrir un point de contact unique pour l'approvisionnement en produits chimiques du FPSO.

Les producteurs de pétrole et de gaz, comme d'autres dans l'industrie lourde, tendent de plus en plus vers des ententes de services contractuels. Cela leur permet non seulement de se concentrer sur le cœur de leur métier, mais également de transformer les coûts variables en coûts fixes, offrant ainsi une plus grande prévisibilité au sein d'un projet.

Dans un avenir proche, les volumes et les besoins de production des nouveaux FPSO auront la capacité de modifier les modèles commerciaux. La possibilité que la fourniture de membranes puisse être associée à un contrat de services d'usine d'injection d'eau est intéressante pour certains opérateurs, qui souhaitent une disponibilité garantie et des coûts prévisibles pour l'injection d'eau. De tels contrats peuvent inclure l'approvisionnement en produits chimiques, la surveillance numérique et un personnel de maintenance sous contrat.

Une grande partie des données disponibles suggèrent que les systèmes à base de membranes seront proposés à des prix compétitifs en ce qui concerne le capital. Plus important encore, ils présenteront des charges d'exploitation très favorables.

Les systèmes à membrane sont utilisés dans des applications onshore et offshore depuis des décennies. Cet ensemble de technologies a un bilan remarquable sur lequel les FPSO commencent seulement à avoir un impact. La résolution des priorités concurrentes dans le secteur pétrolier et gazier offshore conduit à de nouvelles façons de faire des affaires qui profitent à la fois à l'opérateur et aux sociétés de services de ce secteur.