SPRINGS, une avancée technologique pour l’industrie offshore

2017-09-12T11:20:29+00:00

Développée conjointement par Total, Saipem et Veolia, SPRINGS (Subsea PRocessing and Injection Gear for Seawater) est la première unité sous-marine de traitement et d’injection d’eau de mer. Conçue pour opérer jusqu’à 3 000 m de profondeur, elle sera disponible à partir de 2019-2020 et contribuera notamment à la réduction des coûts de développement des gisements isolés.

(Note : cet article a fait l’objet d’une publication dans la revue « Pétrole et Gaz Informations » n° 1847, mars/avril 2017).

« Dans les développements deep offshore, l’eau injectée dans les puits pour améliorer la production doit être préalablement traitée », rappelle Frédéric Garnaud, responsable du programme de R&D Deep Offshore de Total. « Ce traitement a un double objectif. D’une part, éliminer les matières en suspension dans l’eau, en particulier les matières organiques. D’autre part, désulfater l’eau de mer, c’est-à-dire enlever les ions sulfates afin d’éviter la formation de dépôts en cas de présence de baryum en particulier dans les gisements. Ces dépôts peuvent alors bloquer les canalisations et les installations sous-marines et stopper ainsi la production ».

Au plus près des puits d’injection

Classiquement, cette opération est réalisée par une (ou plusieurs) unité de traitement, appelée SRU (Sulphate Removal Unit), installée en topside. Le procédé intègre différents modules, notamment un système de nanofiltration membranaire qui assure l’élimination des sulfates, et en amont de celui-ci, un système de préfiltration. En 2007, la compagnie pétrolière décide de lancer une réflexion pour adapter cette technologie de traitement d’eau à une configuration sous-marine avec pour objectif de pouvoir l’installer au plus près des puits d’injection. « Le principal avantage d’une solution de traitement subsea est de supprimer la conduite nécessaire à la remontée de l’eau de mer vers l’unité de traitement sur la plate-forme, l’unité de traitement elle-même ainsi que le réseau d’injection depuis le FPSO jusqu’aux têtes de puits. », explique Frédéric Garnaud. C’est ainsi que naît le concept SPRINGS, pour Subsea PRocessing and Injection Gear for Seawater.

Opérer jusqu’à 3 000 m de fond

Le développement de cette installation subsea, qui constitue une véritable première dans l’industrie du deep offshore, a été financé et mené à bien conjointement par trois partenaires. Total qui, ayant défini les bases techniques et fonctionnelles de SPRINGS et disposant de la vision de l’intégration du procédé dans un schéma de développement global, a assuré le management du projet. Saipem qui apporte son expertise dans le domaine de l’ingénierie et l’intégration des systèmes subsea. Et enfin Veolia pour son savoir-faire dans le traitement de l’eau. Les études de conception menées en 2009-2010 ont permis de définir les différentes technologies et fonctionnalités de SPRINGS.
Conçue pour opérer jusqu’à 3 000 m de profondeur, cette unité doit pouvoir traiter et injecter jusqu’à 60 000 barils par jour d’eau de mer filtrée jusqu’au millième de micron (0,001 micron). « Pour faire de ce concept un procédé industriel, il a été nécessaire franchir un certain nombre d’étapes », commente Frédéric Garnaud. « Ainsi, dès 2011, nous avons validé, en laboratoire, le fonctionnement et la performance des membranes de désulfatation, qui sont des membranes organiques, en reconstituant les conditions des grands fonds marins, c’est-à-dire des températures de 4 °C et une pression de 300 bar ».

Une simplification du procédé

Plus globalement, « la marinisation de l’unité de traitement d’eau de mer devait répondre à deux impératifs », insiste Stéphane Anrès, responsable de projet R&D chez Saipem. « D’une part, une grande robustesse du système pour lui permettre d’opérer dans un milieu marin sans aucune maintenance durant une période de six mois à un an. D’autre part, une extrême fiabilité ». Les études préliminaires ayant démontré que la transposition « à l’identique » de la solution de surface aurait entraîné tout à la fois surcoût et complexité, les responsables du projet ont opté pour une simplification du procédé. C’est le cas notamment pour le module de pré-filtration.
« Cette démarche a été possible puisque, au-delà de 200 à 300 m de profondeur, l’eau est plus propre que celle prélevée pour un traitement en surface car elle est beaucoup moins chargée en matière organique », explique Stéphane Anrès. Autre exemple de simplification : le module de nettoyage des membranes (Clean In Place, CIP) a été supprimé. Dans la version marinisée du traitement, les membranes encrassées sont remplacées par des éléments propres tous les six mois à un an et nettoyées à terre. Grâce à la réduction du nombre d’interfaces et une intégration optimisée, le volume de l’unité simplifiée a été drastiquement réduit par rapport à une unité « complète » et son poids divisé par deux.

Réaliser une économie de 25 %

Immersion de la STU (Subsea Test Unit) en République du Congo, en 2014

Pour valider l’ensemble des choix technologiques, une mini-unité de traitement (dénommée STU, Subsea Test Unit) a été développée en parallèle dès le début des années 2010. Immergé durant trois mois par 500 m de fond, en République du Congo, ce module de test a permis de réaliser en 2014 une première qualification du procédé. « Les membranes de nanofiltration ont prouvé leurs excellentes performances puisque la teneur en sulfate résiduelle des eaux traitées était très inférieure à 40 ppm, spécification requise pour l’injection d’eau dans le réservoir », commente Frédéric Garnaud. Cette phase de test pilote a permis d’optimiser le design de SPRINGS et de confirmer la pertinence du traitement subsea. « Dans le cas de développement de champs sous-marin isolés, nous avons pu démontrer que, pour assurer la fonction d’injection d’eau sur une distance de 50 km, la solution subsea permettait de réaliser une économie de 25 % par rapport à une solution classique en topside », insiste le responsable du programme de R&D Deep Offshore de Total.

Disponible à l’horizon 2019-2020

Le projet SPRINGS est aujourd’hui dans la dernière étape de son développement. Après une nouvelle phase pilote en 2017-2018, les premières unités industrielles devraient être disponibles à l’horizon 2019-2020. « SPRINGS représente une avancée technologique pour l’industrie offshore », se félicite Frédéric Garnaud. Si Total prendra en compte ce nouvel équipement pour les études de développement des champs mis en production à partir de 2020, l’utilisation de SPRINGS ne sera pas l’exclusivité du groupe français. Les trois partenaires ont en effet signé, en juin 2016, un accord par lequel Saipem pourra commercialiser cette solution innovante auprès de l’ensemble des acteurs du marché.

Eric Saudemont

Image : Total

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