Brevet FR3100460A1 — publié le 20210312

Système de collecte de particules solides s’accumulant au fond d’une station sous-marine de séparation huile/eau L’invention concerne un système de collecte de particules solides s’accumulant au fond d’une station sous-marine de séparation huile/eau (12) d’une installation d’élimination sous-marine de l’eau produite lors de la production sous-marine d’hydrocarbures par grandes profondeurs, comprenant au moins un canal de drainage vertical (22) destiné à déboucher à l’intérieur d’une partie basse d’un corps horizontal (14) de la station de séparation huile/eau, une conduite d’évacuation (20) destinée à être positionnée horizontalement sous ledit corps horizontal de la station de séparation huile/eau et dans laquelle débouche le canal de drainage, et un éjecteur de boue liquide à haute-pression (28) ayant un orifice d’aspiration (26) raccordé à la conduite d’évacuation (20) par l’intermédiaire d’une vanne d’alimentation. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Système de collecte de particules solides s’accumulant au fond d’une station sous-marine de séparation huile/eau La présente invention se rapporte au domaine général de la production sous-marine par grandes profondeurs d’hydrocarbures, notamment de pétrole et de gaz. Elle concerne plus précisément l’évacuation des particules solides qui s’accumulent au cours de l’élimination de l’eau qui est produite pendant une telle production sous-marine d’hydrocarbures. Dans les configurations actuelles de production sous-marine d’hydrocarbures en eaux profondes, la configuration généralement retenue est celle de la connexion des puits de production sous-marins, directement ou par l’intermédiaire d’un collecteur sous-marin, à une usine de production flottante. Cette usine est généralement constituée d’une unité flottante destinée à la production, au stockage et au déchargement de pétrole (dénommée en anglais FPSO pour « Floating production storage and offloading ») vers un pétrolier qui vient régulièrement s’amarrer à un emplacement fixe sur la surface de la mer, à proximité du champ de production sous-marin pour collecter l’huile produite. Le FPSO, avec des installations de production primaires sur son pont, effectue habituellement la séparation et le traitement des fluides de production (gaz, huile et eau produite). Concernant ce dernier fluide, l'installation de traitement de surface classique est composée d’hydrocyclones de déshuilage, éventuellement complétés par une unité de dégazage et/ou de flottaison afin de permettre sa vidange en mer avec une teneur en huile réduite (habituellement inférieure à 30 ppm). Il est également connu de recourir à des systèmes sous-marins de séparation et de traitement de l'eau produite à partir de champs de production d’hydrocarbures, en particulier dans des profondeurs importantes et pour des contenus en eau élevés de l’huile produite, l’eau produite étant généralement injectée dans un réservoir rocheux. En effet, par opposition à une configuration de traitement de l'eau produite en surface, cette configuration sous-marine peut augmenter sensiblement la production d'huile en raison de la réduction de la pression en tête de puits par élimination de la colonne d'eau dans la colonne montante jusqu'à l'unité flottante de production (le FPSO). La réduction de la pression en tête de puits grâce à l'élimination sous-marine de l'eau peut être significative et elle est plus grande pour des profondeurs d'eau plus importantes et des contenus en eau élevés de l’huile produite. Cette condition d'augmentation du contenu en eau de l’huile produite est très fréquente dans la plupart des champs de production de pétrole, en particulier pendant la dernière partie de la durée de l'exploitation, lorsque l'aquifère tend à atteindre les puits de production. Toutefois, en permettant l’augmentation de la production due à la réduction de la pression à la tête du puits (ce qui entraîne une pression de soutirage plus importante au fond) au cours de la seconde moitié de la vie de la production du champ de pétrole, lorsque le contenu en eau de l’huile dépasse 50%, le débit total (eau produite et huile) des puits augmente et les forces de traînée autour du puits augmentent également, ce qui peut également entraîner une augmentation de la production de particules fines et solides provenant de la formation (sable, limon, argile, etc. - appelées ci-après sable). En pratique, le flux issu des puits de production passe par un dessableur cyclonique multiphase en fonctionnement continu (de préférence ayant un revêtement en céramique) qui élimine la majeure partie de la charge de sable, y compris en cas d’augmentation soudaine de sable, de manière continue. Le flux de boue liquide à faible pression issu du dessableur multiphase est «pompé» par un éjecteur de boue liquide (ayant un revêtement interne en céramique afin d'augmenter la résistance à l'érosion), qui est entraîné par un écoulement moteur à l'eau à haute pression. Toute augmentation soudaine de production de sable peut être géré par ce dessableur multiphase. De plus, une augmentation plus pérenne de la charge de sable, due par exemple à des problèmes de rétention du sable dans l'un des puits produisant vers une station sous-marine de séparation huile/eau à long ratio peut être compensée dans une certaine mesure en forçant une augmentation du débit de la boue liquide à rejeter, en augmentant le débit d’eau haute pression d’éjection grâce à une ouverture accrue de la vanne de contrôle. Les effluents d'hydrocarbures, d'eau et de gaz issus du dessableur multiphase - sans la plupart des charges de sable, éliminés par ce dispositif - sont acheminés dans une station sous-marine de séparation huile/eau, par exemple dans un dispositif modulaire de séparation gravitaire liquide/liquide constitué d’une pluralité de tuyaux formant des boucles parallèles (appelées bobines) qui peuvent être installées sur le fond marin (séparateur appelé « SpoolSep » par le Demandeur). Une partie des particules solides résiduelles, qui n’ont pas été éliminées par le dessableur multi-phase et continuent de se déplacer avec le liquide, peuvent éventuellement se déposer à l’intérieur des tuyaux de la station sous-marine de séparation huile/eau, en raison de la faible vitesse des fluides à l’intérieur de cet équipement, ce qui est requis pour une bonne séparation eau-huile. La quantité de sable susceptible de se déposer à l'intérieur des tuyaux sera probablement très petite et sera probablement formée de particules de très petite taille, car le dessableur multi-phase en amont éliminera la plus grande partie de la charge de sable et les plus grosses particules. Cependant, la station de séparation huile/eau est supposée fonctionner pendant plusieurs années pendant la durée de l’exploitation sur le fond marin, et même de petites quantités de minuscules particules solides peuvent former une couche significative au fond des tuyaux, si elles ne sont pas retirées périodiquement. Pour résoudre ce problème, il est connu de recourir à des systèmes de collecte du sable accumulé au fond des tuyaux de la station de séparation huile/eau. On pourra par exemple se référer au document US 9,359,878 qui décrit le recours à des pièges à sable qui sont placés tout le long des tuyaux de la station de séparation huile/eau pour collecter de manière périodique le sable accumulé au fond de ces tuyaux. Cependant, le système de collecte décrit dans ce document présente plusieurs inconvénients, notamment de multiplier les pièges à sable et les dispositifs d’évacuation centrifuges associés et d’être relativement complexe de mise en œuvre. L’invention a donc pour but principal de proposer un système de collecte de particules solides s’accumulant au fond d’une station sous-marine de séparation huile/eau qui ne présente pas les inconvénients précités. Conformément à l’invention, ce but est atteint grâce à un système de collecte de particules solides s’accumulant au fond d’une station sous-marine de séparation huile/eau d’une installation d’élimination sous-marine de l’eau produite lors de la production sous-marine d’hydrocarbures par grandes profondeurs, comprenant au moins un canal de drainage vertical destiné à déboucher à l’intérieur d’une partie basse d’un corps horizontal de la station de séparation huile/eau, une conduite d’évacuation destinée à être positionnée horizontalement sous ledit corps horizontal de la station de séparation huile/eau et dans laquelle débouche le canal de drainage, et un éjecteur de boue liquide à haute-pression ayant un orifice d’aspiration raccordé à la conduite d’évacuation par l’intermédiaire d’une vanne d’alimentation. Le système de collecte selon l’invention est remarquable en ce qu’il présente un réseau passif de tuyauteries connecté à un éjecteur de boue liquide à haute-pression, ce qui permet l’élimination continue et périodique du sable accumulé dans au fond du corps de la station de séparation huile/eau. En particulier, le système de collecte selon l’invention est de conception et d’entretien simplifiés et d’une grande fiabilité à l’abri notamment des défaillances. De plus, le système de collecte selon l’invention permet de nettoyer chaque tuyau du corps de la station de séparation huile/eau de façon indépendante en éliminant les dépôts accumulés, ce qui permet d’éviter de rendre la station de séparation huile/eau totalement inopérante pendant ce nettoyage. De plus, cette configuration de rejet par aspiration via un éjecteur de boue liquide dédié augmente la flexibilité du système de collecte en ce qui concerne le débit de rejet (par activation du débit moteur), ce qui améliore encore la flexibilité de cette configuration de retrait de sable en continu, dans le cas d'une production de sable anormale provenant des puits. Même si du sable résiduel est déposé à l'intérieur du corps de la station de séparation huile/eau, le fonctionnement régulier du système de collecte selon l’invention garantira une gestion appropriée du lit de sable éventuellement formé à l'intérieur de la station de séparation huile/eau. Ce système de collecte, sans pièces mobiles ni composants internes, est extrêmement fiable et, si son fonctionnement est correct, il doit être utilisé périodiquement pour éviter les boues à haute concentration. De plus, la seule vanne utilisée pour permettre cette opération est actionnée à distance depuis le FPSO. La fréquence de fonctionnement est faible (généralement une fois par semaine ou même moins), ce qui n’est pas un problème, de plus, un raccordement de la tuyauterie de rinçage en amont de cette vanne peut éviter la présence de sable près de la vanne juste avant sa fermeture, après une opération de rinçage. Le corps de la station sous-marine de séparation huile/eau peut être cylindrique et comprendre dans sa partie basse une pluralité de trous espacés longitudinalement les uns des autres et débouchant chacun dans un canal de drainage. Dans ce cas, les trous formés dans la partie basse du corps de la station sous-marine de séparation huile/eau sont de préférence alignés selon un axe longitudinal tangent à la forme cylindrique du corps. Dans un autre mode de réalisation, le corps de la station sous-marine de séparation huile/eau est cylindrique et comprend dans sa partie basse une fente longitudinale continue débouchant dans un canal de drainage formé par deux plaques parallèles. Dans ce cas, le canal de drainage comprend avantageusement une pluralité d’entretoises reliant les deux plaques entre elles afin de rigidifier le corps de la station sous-marine et le canal de drainage. De préférence, la conduite d’évacuation présente un diamètre supérieur au diamètre du canal de drainage. L’orifice d’aspiration de l’éjecteur de boue liquide peut être raccordé à une extrémité longitudinale aval de la conduite d’évacuation. De préférence également, la conduite d’évacuation est raccordée à une extrémité longitudinale à une ligne d’eau à haute-pression afin de permettre un rinçage à l’eau de la conduite d’évacuation. L’invention a également pour objet une installation d’élimination sous-marine de l’eau produite lors de la production sous-marine d’hydrocarbures par grandes profondeurs, comprenant un dessableur alimenté en continu en fluides provenant directement d’au moins un puits de production d’hydrocarbures, une station sous-marine de séparation huile/eau alimentée en fluides provenant du dessableur, et un système de collecte de particules solides s’accumulant au fond de la station de séparation huile/eau tel que défini précédemment. De préférence, la station de séparation huile/eau est un dispositif modulaire de séparation gravitaire liquide/liquide dont le corps est constitué d’une pluralité de tuyaux formant des boucles parallèles, le système de collecte de particules solides comprenant une conduite d’évacuation positionnée horizontalement sous chaque tuyau du corps de la station de séparation huile/eau et un éjecteur de boue liquide à haute-pression commun à l’ensemble des conduites d’évacuation. L’invention a encore pour objet un procédé de pilotage de l’installation telle que définie ci-dessus, dans lequel le dessableur, la station de séparation huile/eau, et le système de collecte de particules solides sont mis en fonctionnement continu, la vanne d’alimentation de l’éjecteur de boue liquide à haute-pression étant périodiquement ouverte pour permettre un nettoyage des dépôts de particules solides dans la conduite d’évacuation du système de collecte de particules solides. La figure 1 représente de façon schématique et partielle une installation d’élimination sous-marine de l’eau produite selon un mode de réalisation de l’invention. La figure 2 est une vue d’un système de collecte équipant l’installation de la figure 1. La figure 3 montre un système de collecte selon un autre mode de réalisation de l’invention. Système de collecte de particules solides s’accumulant au fond d’une station sous-marine de séparation huile/eau (12) d’une installation d’élimination sous-marine de l’eau (2) produite lors de la production sous-marine d’hydrocarbures par grandes profondeurs, comprenant au moins un canal de drainage vertical (22) destiné à déboucher à l’intérieur d’une partie basse d’un corps horizontal (14) de la station de séparation huile/eau, une conduite d’évacuation (20) destinée à être positionnée horizontalement sous ledit corps horizontal de la station de séparation huile/eau et dans laquelle débouche le canal de drainage (22), et un éjecteur de boue liquide à haute-pression (28) ayant un orifice d’aspiration (26) raccordé à la conduite d’évacuation (20) par l’intermédiaire d’une vanne d’alimentation (30). Système selon la revendication 1, dans lequel le corps (14) de la station sous-marine de séparation huile/eau est cylindrique et comprend dans sa partie basse une pluralité de trous (24) espacés longitudinalement les uns des autres et débouchant chacun dans un canal de drainage (22). Système selon la revendication 2, dans lequel les trous (24) formés dans la partie basse du corps de la station sous-marine de séparation huile/eau sont alignés selon un axe longitudinal (T) tangent à la forme cylindrique du corps. Système selon la revendication 1, dans lequel le corps (20) de la station sous-marine de séparation huile/eau est cylindrique et comprend dans sa partie basse une fente longitudinale (40) continue débouchant dans un canal de drainage (22’) formé par deux plaques parallèles (42, 44). Système selon la revendication 4, dans lequel le canal de drainage (22’) comprend une pluralité d’entretoises (46) reliant les deux plaques (42, 44) entre elles afin de rigidifier le canal de drainage. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la conduite d’évacuation (20) présente un diamètre ( D ) supérieur au diamètre ( d ) du canal de drainage (22). Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’orifice d’aspiration (26) de l’éjecteur de boue liquide (28) est raccordé à une extrémité longitudinale aval de la conduite d’évacuation. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la conduite d’évacuation (20) est raccordée à une extrémité longitudinale à une ligne d’eau à haute-pression (36) afin de permettre un rinçage à l’eau de la conduite d’évacuation. Installation d’élimination sous-marine de l’eau (2) produite lors de la production sous-marine d’hydrocarbures par grandes profondeurs, comprenant un dessableur (8) alimenté en continu en fluides provenant directement d’au moins un puits de production d’hydrocarbures (4), une station sous-marine de séparation huile/eau (12) alimentée en fluides provenant du dessableur, et un système de collecte de particules solides s’accumulant au fond de la station de séparation huile/eau selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Installation selon la revendication 9, dans laquelle la station de séparation huile/eau est un dispositif modulaire de séparation gravitaire liquide/liquide dont le corps est constitué d’une pluralité de tuyaux (14) formant des boucles parallèles, le système de collecte de particules solides comprenant une conduite d’évacuation (20) positionnée horizontalement sous chaque tuyau du corps de la station de séparation huile/eau et un éjecteur de boue liquide à haute-pression (28) commun à l’ensemble des conduites d’évacuation. Procédé de pilotage de l’installation selon l’une des revendications 9 et 10, dans lequel le dessableur, la station de séparation huile/eau, et le système de collecte de particules solides sont mis en fonctionnement continu, la vanne d’alimentation de l’éjecteur de boue liquide à haute-pression étant périodiquement ouverte pour permettre un nettoyage des dépôts de particules solides dans la conduite d’évacuation du système de collecte de particules solides.