Brevet FR3127135A1 — publié le 20230324

Installation et procédé sous-marin de traitement de gaz provenant d’un champ de production sous-marin de gaz L’invention concerne une installation et un procédé de traitement de gaz (2) provenant d’un champ de production sous-marin de gaz, comprenant un module de refroidissement (6) alimenté en mélange gaz/liquide provenant directement d’au moins un champ sous-marin de gaz (4), et un module de séparation gaz/liquide (8) délivrant du gaz traité à une ligne d’exportation de gaz (14) et du liquide à une ligne d’exportation de liquide (16), le module de séparation gaz/liquide comprenant un séparateur gaz/liquide (18) et un séparateur à filtre à coalescence (20) montés en série, le séparateur gaz/liquide ayant une sortie en gaz (18b) reliée à une entrée (20a) du séparateur à filtre à coalescence et une sortie en liquide (18c) reliée à la ligne d’exportation de liquide (16), le séparateur à filtre à coalescence ayant une sortie en gaz (20b) reliée à la ligne d’exportation de gaz et une sortie en liquide (20c) reliée à la ligne d’exportation de liquide. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Installation et procédé sous-marin de traitement de gaz provenant d’un champ de production sous-marin de gaz 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. Dans les configurations actuelles, l’exportation de gaz issu de champs de production sous-marins, et notamment de champs de gaz à condensat, est réalisée en autre par de longues conduites reliant les champs de production aux installations en surface. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. Le séparateur gaz/liquide du module de séparation gaz/liquide peut être un séparateur gravitaire ou un séparateur cyclonique ou un séparateur centrifuge. 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. Le séparateur à filtre à coalescence peut être intégré au séparateur gaz/liquide. La ligne d’exportation de gaz peut avantageusement être dépourvue de moyens de compression du gaz. Quant à la ligne d’exportation de liquide, elle peut être avantageusement munie de moyens de pompage du liquide. 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. 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. 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. L’invention a encore pour objet une application du procédé tel que défini précédemment à un champ de gaz à condensat en cours d’exploitation ou à un champ de gaz à condensat non encore exploité. La est une vue schématique d’une installation sous-marine de traitement de gaz selon l’invention. La est une vue schématique d’un exemple de séparateur à filtre à coalescence de l’installation selon l’invention. Installation sous-marine (2) de traitement de gaz provenant d’un champ de production sous-marin de gaz, comprenant : un module de refroidissement (6) alimenté en mélange gaz/liquide provenant directement d’au moins un champ sous-marin de gaz (4) 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 (8) alimenté en mélange gaz/liquide provenant du module de refroidissement (6) et délivrant du gaz traité à une ligne d’exportation de gaz (14) et du liquide à une ligne d’exportation de liquide (16) ; caractérisé en ce que le module de séparation gaz/liquide (8) comprend un séparateur gaz/liquide (18) et un séparateur à filtre à coalescence (20) montés en série, le séparateur gaz/liquide ayant une sortie en gaz (18b) qui est reliée à une entrée (20a) du séparateur à filtre à coalescence et une sortie en liquide (18c) qui est reliée à la ligne d’exportation de liquide (16), le séparateur à filtre à coalescence ayant une sortie en gaz (20b) qui est reliée à la ligne d’exportation de gaz et une sortie en liquide (20c) qui est reliée à la ligne d’exportation de liquide. Installation selon la revendication 1, dans laquelle le module de refroidissement (6) comprend un échangeur de chaleur passif (10) ou un échangeur de chaleur actif. Installation selon la revendication 2, dans laquelle le module de refroidissement comprend en outre une vanne à effet Joule-Thomson (12) ou un turbo-détendeur installé en aval de l’échangeur de chaleur (10). Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le séparateur gaz/liquide (18) du module de séparation gaz/liquide est un séparateur gravitaire ou un séparateur cyclonique ou un séparateur centrifuge. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le module de séparation gaz/liquide (8) comprend en outre une unité de pré-traitement du gaz (27) 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. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le séparateur à filtre à coalescence est intégré au séparateur gaz/liquide. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle la ligne d’exportation de gaz (14) est dépourvue de moyens de compression du gaz. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la ligne d’exportation de liquide (16) est munie de moyens de pompage du liquide (29). Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le module de séparation gaz/liquide comprend deux séparateurs à filtre à coalescence installés en parallèle. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre des moyens d’injection d’un inhibiteur de formation d’hydrates (28) en amont du module de refroidissement (6). Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre des moyens d’injection d’inhibiteur de paraffine (30) en amont du module de refroidissement (6). 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 (4) 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 ; caractérisé en ce que 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. Application du procédé selon la revendication 12 à un champ de gaz à condensat en cours d’exploitation. Application du procédé selon la revendication 12 à un champ de gaz à condensat non encore exploité.