Les installations de production pétrolière sont des sites industriels complexes qui nécessitent un large éventail d'équipements spécialisés pour extraire, traiter et transporter du pétrole brut et du gaz naturel des réservoirs souterrains aux utilisateurs finaux. Comprendre l'équipement clé utilisé dans ces installations permet de comprendre les défis techniques et les innovations technologiques qui animent l'industrie pétrolière et gazière.

Matériel d'extraction primaire

Le transport du pétrole commence profondément sous la surface de la terre. L'accès à ces réserves nécessite des machines de forage et d'extraction robustes capables de résister à des pressions élevées, des environnements corrosifs et des endroits éloignés.

Rigs de forage

Les plates-formes de forage sont le point de départ de toute opération de production pétrolière. Elles sont utilisées pour percuter des puits dans la croûte terrestre pour atteindre des réservoirs de pétrole et de gaz. Les plates-formes de forage sont de nombreuses tailles et configurations, allant de petites unités terrestres à des plates-formes flottantes massives utilisées dans les milieux en eau profonde. Les principales composantes d'une plate-forme de forage comprennent le derrick ou le mât, le système de levage, l'équipement rotatif (comme la table de commande supérieure ou rotative), le système de circulation de boue et les anti-éruptions (BOP).

Systèmes de tête de puits

Une fois un puits foré, la tête de puits est installée à la surface pour fournir un joint contre la pression et permettre l'accès pour la production et les opérations d'intervention. L'assemblage de la tête de puits, souvent appelé un arbre -Noël , en raison de sa configuration de branche, comprend des vannes, des bobines et des raccords qui contrôlent le débit des hydrocarbures. Les vannes à amortisseurs régulent les taux de production, tandis que les vannes principales et les vannes à aile fournissent des points d'isolement pour la sécurité et l'entretien.

Pompes (pompes à faisceau)

Lorsque la pression du réservoir naturel est insuffisante pour soulever l'huile à la surface, des systèmes de levage artificiels sont nécessaires. Le potion est l'un des équipements les plus reconnaissables dans la production pétrolière côtière. Il se compose d'un faisceau de marche relié à une tige polie et à une corde de tige de suceuse qui s'étend jusqu'à une pompe à orifices. Le mouvement ascendant du potion de marche crée une action réciproque qui soulève les fluides. Les potionnières sont alimentées par des moteurs électriques ou des moteurs à gaz et peuvent être ajustées pour la longueur de course et la vitesse pour optimiser la production.

Valves de sécurité souterraines (SVSS)

Les vannes de sécurité souterraines sont des dispositifs critiques de régulation du débit installés dans le fond, généralement à 100 à 500 pieds sous la boue ou le fond marin. Elles ont pour but de fermer automatiquement le puits en cas d'urgence, comme un incendie en surface ou une perte de contrôle hydraulique. Elles fonctionnent par un système hydraulique contrôlé en surface et peuvent être conçues comme des vannes à volets ou à billes. Ces vannes sont mandatées par des organismes de réglementation dans de nombreux pays et sont régulièrement testées pour assurer la fiabilité.

Matériel de séparation et de traitement

Le pétrole brut brut et le gaz naturel qui sont transportés à la surface ne sont pas prêts à être vendus, mais contiennent de l'eau, des solides, du gaz et d'autres impuretés qui doivent être éliminées par une série d'étapes de traitement.

Séparateurs à trois phases

Le premier grand navire de transformation après la tête de puits est un séparateur en trois phases qui sépare le cours d'eau en trois composantes principales : pétrole, gaz et eau. Ces séparateurs dépendent du décantage par gravité, des plaques de chicanes et des extracteurs de brouillard pour obtenir une séparation en phase. Les séparateurs verticaux sont généralement utilisés pour les puits à rapport gaz-liquide élevé ou où l'espace est limité, tandis que les séparateurs horizontaux sont préférés lorsque des volumes liquides élevés ou du brut moussant sont présents.

Chauffe- chaleur et échangeurs de chaleur

Les chauffe-eau directs immergent le fluide de procédé ou le gaz directement sur les brûleurs. Les chauffe-eau, comme les tubes et les plaques, récupèrent la chaleur des flux sortants pour préchauffer les fluides entrants, améliorant ainsi l'efficacité énergétique globale. La conception et l'entretien appropriés des chauffe-eau sont essentiels pour la sécurité, car les fuites de gaz de combustible ou les défaillances de tube peuvent entraîner des incendies ou des explosions.

Compresseurs

Les compresseurs à gaz sont entraînés par des turbines à gaz, des moteurs électriques ou des moteurs à piston. Ils sont équipés de épurateurs d'aspiration, de refroidisseurs intercalaires et de systèmes de lubrification. La fiabilité des compresseurs affecte directement la production à l'heure d'arrivée, et la surveillance de l'état à l'aide d'analyse des vibrations et de thermographie devient une pratique courante.

Systèmes de déshydratation et de traitement

Le gaz naturel brut contient souvent de la vapeur d'eau qui doit être éliminée pour prévenir la formation d'hydrates et la corrosion dans les pipelines. La déshydratation est obtenue par absorption de glycol (p. ex. systèmes de triéthylène glycol) ou adsorption de dessicant solide. En plus de l'élimination de l'eau, les procédés d'édulcoration du gaz éliminent le sulfure d'hydrogène (H2S) et le dioxyde de carbone (CO2) par lavage d'amines ou séparation des membranes.

Matériel de stockage et de transport

Après la transformation, les produits pétroliers doivent être entreposés et transportés en toute sécurité dans des raffineries, des terminaux de distribution ou des installations d'exportation.

Réservoirs de stockage

Les réservoirs à toit fixe sont courants pour les liquides à faible volatilité, tandis que les réservoirs à toit flottant (avec toit flottant intérieur ou extérieur) réduisent les pertes de vapeur en couvrant la surface du liquide. Tous les réservoirs sont équipés de jauges de niveau, de capteurs de température, de systèmes de protection contre les débordements et de systèmes de lutte contre l'incendie tels que des moniteurs de mousse.

Pipelines

Les pipelines sont construits en acier au carbone et sont protégés par des revêtements externes et une protection contre la corrosion cathodique. Les opérations de pigging (à l'aide d'outils de nettoyage et d'inspection appelés «Pigs» ) sont effectuées régulièrement pour éliminer les débris et inspecter l'épaisseur des parois. Les stations de contrôle des systèmes SCADA, les stations de compresseur et les stations de pompage à distance. Le département de l'Énergie des États-Unis fournit de l'information exhaustive sur la technologie des pipelines et les normes de sécurité.

Chariots-citernes et terminaux d'exportation

Pour le transport outre-mer, le pétrole brut est chargé sur des pétroliers à des terminaux maritimes spécialisés. Les pétroliers vont des petits transporteurs de produits aux très grands transporteurs de pétrole brut (VLCC) qui peuvent transporter 2 millions de barils de brut. Les terminaux de chargement sont dotés d'armes de chargement articulées, de systèmes de mesure et d'unités de récupération de vapeur pour minimiser les émissions.

Systèmes de sécurité et de surveillance

Compte tenu de la nature hautement inflammable et toxique des hydrocarbures, les équipements de sécurité ne sont pas une partie après-pensée mais une partie intégrante de chaque installation de production pétrolière.

Préventeurs de souffle (POP)

Les dispositifs anti-soufflement sont des soupapes de sécurité massives situées à la tête du puits qui peuvent sceller, contrôler et tuer un puits en cas de coup de pied ou de perte de contrôle du puits. Les dispositifs anti-soufflement sous-marins comprennent des dispositifs anti-brouillards (rameaux de cisaillement aveugles, rams de tuyaux) et des dispositifs anti-annulaires. Ils sont exploités hydrauliquement par des systèmes de contrôle qui assurent la redondance et le fonctionnement à distance du plancher du banc ou d'un panneau à distance.

Arrêts de flamme et dispositifs de décompression

Les dispositifs de protection contre les flammes empêchent les flammes de se propager dans des réservoirs, des séparateurs ou des pipelines où des vapeurs inflammables peuvent être présentes. Ils fonctionnent en passant la flamme par des passages étroits qui refroidissent le gaz sous son point d'inflammation. Les soupapes de décompression (VPR) et les disques de rupture sont conçus pour s'ouvrir automatiquement lorsque la pression du système dépasse les limites fixées, protégeant ainsi l'équipement contre les phénomènes de surpression.

Systèmes de détection des incendies et des gaz

Les détecteurs de perles catalytiques pour les gaz inflammables, les cellules électrochimiques pour la détection de H2S et les détecteurs de flamme infrarouges ou ultraviolets sont envoyés à un panneau central d'incendie et de gaz qui peut activer automatiquement les systèmes de déluge, libérer les dispositifs anti-incendie (halon alternative, produits chimiques secs, mousse) et déclencher des arrêts d'urgence.

Systèmes d'arrêt d'urgence (ESD)

Les systèmes d'arrêt d'urgence sont des systèmes de commande par fil dur qui isolent l'installation des sources d'énergie dangereuses en cas de conditions anormales. Ils fonctionnent indépendamment du système de contrôle de processus et sont conçus pour échouer en toute sécurité. Les systèmes ESD arrêtent les équipements essentiels tels que les compresseurs, les chauffages et les vannes, et peuvent faire sauter l'inventaire des bateaux sous pression jusqu'à un arrondi ou un endroit sûr.

Progrès récents dans le matériel de production

La technologie continue de transformer le matériel de production pétrolière, en raison de la nécessité d'accroître l'efficacité, de réduire les émissions et de faire fonctionner à distance. Les jumeaux numériques sont utilisés pour simuler les performances du matériel et prévoir les défaillances avant qu'elles ne se produisent. L'intégration des capteurs d'Internet des objets (IoT) avec l'analyse basée sur le nuage permet une surveillance continue de l'état des machines tournantes.

Conclusion

Les équipements clés utilisés dans les installations de production pétrolière sont un mélange remarquable de génie mécanique, de contrôle des procédés et de science de la sécurité. Des plates-formes de forage lourdes qui pénètrent d'abord dans le réservoir aux séparateurs, compresseurs et systèmes de sécurité sophistiqués qui traitent et transportent les hydrocarbures, chaque équipement joue un rôle vital dans la fourniture d'énergie fiable et sûre. L'innovation continue permet à l'industrie de répondre à la demande mondiale croissante tout en minimisant l'impact environnemental et en améliorant la résilience opérationnelle.