Dossier : L’essor de l’offshore pétrolier et gazier

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Décryptages

Les défis technologiques de l’offshore profond

L’exploration et l’exploitation dans des eaux de plus en plus profondes et des zones de plus en plus difficiles exigent une maîtrise technique exceptionnelle. Les technologies n’ont cessé d’évoluer, avec des plateformes et des barges d’exploitation gigantesques, des navires de forage performants et des équipements robotisés qui constituent de véritables usines sous la mer. 

Les barges FPSO permettent de stocker et évacuer les hydrocarbures directement en mer. Ici le "CLOV" de Total au large de l'Angola. © GONZALEZ THIERRY - TOTAL

Par moins de 200/300 mètres de profondeur, les plateformes offshoreTerme anglais désignant les zones et les opérations d'exploration ou d'exploitation pétrolières en mer... sont fixes, reposant sur le fond de la mer par des piliers en acier ou des structures en béton. Elles peuvent donc être reliées aux têtes de puitsDésigne la cavité cylindrique creusée dans le sous-sol par un forage... et aux pipelines d’évacuation par des conduites rigides. Au-delà, l'exploitation se fait avec des installations flottantes, maintenues sur place par des flotteurs, des câbles tendus ou des systèmes d’ancres, et reliées au fond par des conduites flexibles.

La conquête des grands fonds marins – au-delà de 500 mètres – impliquent des moyens lourds et des technologies sophistiquées, représentant des investissements qui se comptent en milliards d’euros pour les grands gisementsUn gisement est une accumulation de matière première (pétrole, gaz, charbon, uranium, minerai métallique, substance utile…)...1.

Le forage en offshore profond

Les rigs de forageUn forage consiste à creuser un trou dans le sous-sol grâce à une machine adaptée... sont des navires de grandes dimensions qui doivent supporter le poids des très longs câbles et tuyaux qui vont descendre jusqu’à 3 000 mètres de fond pour creuser des puits qui peuvent eux-mêmes dépasser 7 000 mètres. Ils sont souvent dotés de deux tours de forage, pour améliorer le rendement des opérations. En effet le coût d’exploitation de ces navires spécialisés peut atteindre jusqu'à 1 million de dollars par jour.

La même recherche de réduction des coûts conduit à forer de longs puits horizontaux ou fortement obliques afin de limiter le nombre de forages verticaux tout en assurant un drainage optimal des réservoirs.

4 °C : la température de la mer en dessous de 600 mètres de profondeur. 

Les barges FPSO

Dans les grands gisements, sur des zones éloignées de tout réseau d’évacuation des hydrocarburesLes hydrocarbures sont des composés chimiques dont les molécules sont constituées d'atomes de carbone et d'hydrogène..., l’exploitation des puits est assurée non pas à partir de simples plateformes mais de grandes barges, ancrées au fond de la mer, qui assurent à la fois le stockage et la livraison du pétrolePétrole non raffiné. : ce sont les Floating Production Storage and Offloading (FPSO)Un FPSO est une unité flottante autonome capable de traiter le pétrole brut et de le stocker avant son transbordement sur un navire de transport....

Ils sont parfois longs de plus de 300 mètres et larges de plus de 60 mètres. Leur coque peuvent accueillir jusqu’à 2 millions de barils et leur pont supporte des milliers de tonnes de structures, installations opérationnelles et quartiers de vie pour les personnels. Les tankersUn tanker (ou navire-citerne) est un navire utilisé pour le transport des liquides en vrac, dans de grandes citernes (ou cuves)... peuvent venir charger le pétrole directement en mer. Des compagnies préparent des projets de Floating Liquefied Natural Gas (FLNG) permettant de liquéfier le gaz dès sa production, sur des bâtiments flottants.

La technologie des risers

Les barges sont reliées au fond par un réseau de conduites verticales, les risersEn production pétrolière en mer, on appelle riser (en français tube prolongateur, peu usité) la conduite reliant..., d’un diamètre de plusieurs dizaines de centimètres sur des longueurs allant jusqu’à 3 km, qui permettent de guider les opérations et de remonter les hydrocarbures.   

Les eaux profondes constituent un milieu noir, froid et soumis à des pressions considérables. A partir de 600 mètres, la température de l’eau tombe en dessous de 4 °C.  La pression à 1 500 mètres de profondeur atteint 150 bars, l’équivalent de 6 tonnes sur la surface d’une carte de visite.

Dans de telles conditions, les risers doivent être conçus pour éviter la formation d’hydratesLes hydrates sont des composés moléculaires formés d'un composé uni à de l'eau. Ils ont une structure cristalline et sont donc des solides..., c’est-à-dire des morceaux de glace qui peuvent apparaître dans les hydrocarbures quand la température baisse et que la pression augmente, et donc bloquer la remontée du pétrole. Des techniques d’isolation et de chauffage ont été développées et des matériaux performants, comme ceux destinés aux vêtements isolants des astronautes, sont utilisés.

L’offshore profond dépasse 3 000 mètres sous le niveau de la mer, avec des puits de 7 000 mètres sous le fond marin.

 Une usine au fond de la mer

Un nombre croissant d’opérations sont conduites directement au fond de la mer. Il est ainsi possible de séparer les hydrocarbures liquides et gazeux et de comprimer le gaz pour assurer son transport sur de longues distances. Il est possible aussi de séparer l’eau des hydrocarbures, une opération importante car la proportion d’eau augmente au fur et à mesure du vieillissement du gisement. Le traitement de l’eau est également envisageable directement au fond de la mer.

Ces techniques, ajoutées aux opérations classiques de monitoring et de maintenance, supposent le développement et l’installation de robots à commandes hydrauliques ou électriques, qui font d’une exploitation en eau profonde une véritable usine sous la mer, pilotée depuis le FPSO.

L’évacuation des hydrocarbures

Pour les petits gisements isolés, quelquefois situés à plusieurs centaines de kilomètres des côtes, l’évacuation des hydrocarbures n’est pas possible via un FPSO. Pour le pétrole, il faut alors prévoir des conduites chauffées électriquement. Pour le gaz, aucun système d’isolation ou de chauffage ne peut lutter contre le refroidissement. On a alors recours à des produits chimiques dits « inhibiteurs » pour empêcher la formation des hydrates.

 

Sources :

(1) Total