Pipelines : les innovations dans les tuyaux

Les systèmes d'isolation thermique sur les conduites de production de pétrole offshore n'ont cessé d'évoluer pour mieux ralentir le refroidissement des hydrocarbures dans les fonds sous-marins.

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Pipelines : les innovations dans les tuyaux
Technologie de PiP ECS, avec enveloppe chauffante

Pour continuer à couvrir les besoins en énergies fossiles, les pétroliers forent de plus en plus loin de la surface... et des côtes. Le défi majeur auquel doit s’atteler le deep offshore est le bon écoulement des fluides sur des distances pouvant dépasser la centaine de kilomètres. Sur le sol sous-marin, la température ne dépasse pas 4°C, tandis que la pression, augmentant de 1 bar tous les 10 mètres atteint 300 bars à 3000 mètres. Lorsque les hydrocarbures remontent des réservoirs, ils sont à une température située entre 80 et 180°C. Avec la baisse subite de la température et l’augmentation de la pression, le méthane en présence d’eau libre peut former des cristaux d’hydrate similaires à de la glace, provoquant l’obstruction des lignes de production. Les paraffines ou les goudrons naturellement présents dans les huiles peuvent également figer et aboutir au même résultat. Pour prévenir la formation de ces « blocs » , les conduites de production posées sur le sol sous-marin intègrent plusieurs enveloppes (une double paroi concentrique).

Ces conduites, dites « pipe-in-pipe », sont formées d’un ensemble de tubes concentriques séparés par un milieu isolant destiné à réduire les transferts thermiques entre le fluide transporté et le milieu ambiant. Ces technologies d’isolation dites « passives » trouvent pourtant leurs limites en deep offshore où, pour des raisons économiques, le regroupement de puits de plus en plus distants est nécessaire. Or au-delà d’une trentaine de kilomètres, l’isolation passive ne permet plus d’empêcher la formation de bouchons. Pour y pallier dans un premier temps, les lignes de production ont été doublées et bouclées pour pouvoir remplacer les fluides produits par une huile stable et mobile à basse température en cas de bouchons. Mais la solution est lourde et coûteuse. D’où l’explosion des innovations sur les systèmes d’isolation active.

Une première solution, utilisée sur plusieurs champs en mer du Nord (Statoil, ConocoPhilips) ou au golfe du Mexique (BP) s’est inspirée du chauffage central d’habitations. L’eau chauffée en surface est acheminée dans des tubes en boucle au niveau de la conduite, réchauffant ainsi les hydrocarbures par conduction thermique. Mais le système nécessite d’installer des échangeurs, des pompes de circulation ou encore des bacs d’expansion d’eau chaude, sans assurer un chauffage uniforme sur toute la ligne.

Aussi une majorité de pétroliers a-t-elle optée pour la solution de chauffage électrique, inaugurée et mise en œuvre depuis une vingtaine d’années par la compagnie Norvégienne Statoil. La solution n’a cessé de progresser. Le premier système de Statoil, dit « Wet-DEH » reposait sur un courant électrique alternatif monophasé qui circule à travers l’acier de la conduite et délivre la chaleur par effet Joule. Rien de sorcier a priori, mais le système nécessite plusieurs dizaines de kilovolts en alimentation, accuse une puissance réactive élevée du fait de son passage en mer, et prend de la place, précieuse, sur la plate-forme.

L’idée s’améliore il y a une dizaine d’années avec un concept de Technip, qui propose de faire courir des câbles électriques chauffants intégrés à l’espace annulaire de la conduite pipe-in-pipe. La solution dite de « traçage électrique » (ETH-PiP) accuse moins de pertes en ligne et est additionnée avec une forte isolation thermique de la conduite acier. Total a été le premier à tester la technologie pour l’exploitation du gisement d’Islay. Le groupe qualifie aussi une technologie de tissus composites (ECS, pour Energized Composite Solutions) pour remplacer les câbles chauffants enroulés sur la conduite intérieure. Elle offre plus de légèreté, un chauffage plus homogène et plus de résistance aux endommagements grâce aux nombreuses connexions des fibres chauffantes.

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