Comment fonctionne la séparation du pétrole et du gaz : Un guide complet

Qu'est-ce que la séparation du pétrole et du gaz ?

Le processus de séparation du pétrole et du gaz est crucial dans l'industrie pétrolière, car il permet de séparer le pétrole brut, le gaz naturel et l'eau en vue d'un traitement et d'un transport ultérieurs. Lorsque le pétrole et le gaz sortent de la tête de puits, ils se présentent sous la forme d'un système multiphasique composé d'hydrocarbures, d'eau et parfois de solides. En l'absence de séparation, le raffinage et le transport en aval sont affectés, ce qui entraîne des problèmes opérationnels et des coûts élevés.

L'objectif principal du processus de séparation des huiles est de maximiser la pureté de chaque composant en consommant le moins d'énergie et de temps possible. Une séparation efficace améliore la productivité, réduit l'usure des équipements et contribue à satisfaire aux exigences légales en matière d'impact sur l'environnement. Elle fonctionne comme le système de feux de circulation d'une ville où chaque composant est guidé vers son emplacement approprié afin d'éviter les embouteillages et les retards. Cela permet non seulement de protéger l'infrastructure, mais aussi d'améliorer l'efficacité de la récupération des hydrocarbures, qui est un élément clé de l'industrie gazière actuelle.

Principaux types et fonctions des équipements

Séparateurs biphasés

Les séparateurs diphasiques sont utilisés pour séparer le fluide du puits en deux phases, à savoir le gaz et le liquide, c'est-à-dire, dans le cas présent, le pétrole et l'eau. Ils fonctionnent sur la base de la différence de densité et du déplacement par gravité. Lorsque le mélange entre, le gaz monte dans la section gaz et est libéré, tandis que le liquide reste à la base du réservoir. Ces séparateurs sont utilisés au premier stade de la séparation dans l'industrie du pétrole et du gaz. Ils sont utilisés dans les réservoirs de stockage, les têtes de puits et les installations de production où la teneur en eau est faible. Leur conception simple les rend rentables, mais ils peuvent nécessiter un traitement supplémentaire si une grande quantité d'eau doit être éliminée.

Séparateurs triphasés

Les séparateurs triphasés divisent le flux du puits en gaz, pétrole et eau, ce qui est essentiel pour les champs à forte teneur en eau. Leur fonctionnement repose sur le principe suivant : l'eau, plus dense, coule au fond, le pétrole forme la couche intermédiaire, tandis que le gaz flotte à la surface. Il est donc important de contrôler les niveaux de liquide et le flux de gaz afin d'obtenir la meilleure séparation possible. Ces séparateurs sont largement utilisés dans les plates-formes offshore, les champs pétrolifères et les usines de traitement du gaz où une séparation de haute pureté est souhaitée. Bien qu'ils soient plus complexes que les séparateurs à deux phases, ils offrent un meilleur niveau de séparation et améliorent l'efficacité du traitement en aval.

Séparateurs cycloniques

Les séparateurs cycloniques fonctionnent sur le principe de la force centrifuge pour séparer le gaz du liquide. Le mélange entrant est à grande vitesse et les particules de liquide les plus lourdes se déplacent vers les parois du séparateur, puis vers le bas, tandis que le gaz plus léger monte. En raison de leur petite taille, ils conviennent aux plates-formes offshore et à d'autres zones où l'espace et le poids sont limités. Ils sont efficaces pour traiter des débits de gaz élevés et sont moins affectés par les fluctuations de débit. Mais ils peuvent ne pas offrir une efficacité de séparation aussi élevée que les séparateurs à base de gravité en cas de brouillard fin ou de faibles différences de densité.

Séparateurs verticaux

Les séparateurs verticaux sont basés sur le principe de la gravité pour permettre la séparation du gaz et du liquide. Le gaz monte vers le haut de la cuve tandis que le liquide s'accumule à la base de la cuve sous l'effet de la gravité. Sa conception est particulièrement avantageuse lorsque le rapport gaz/liquide est élevé, car le flux ascendant du gaz facilite l'élimination du liquide. Ils occupent moins d'espace au sol, ce qui les rend idéaux pour les environnements offshore et limités en espace. Cependant, leur efficacité de séparation peut être inférieure à celle des séparateurs horizontaux. Ils sont largement utilisés pour la séparation des têtes de puits, où la production de gaz est généralement élevée.

Séparateurs horizontaux

Les séparateurs horizontaux offrent également des longueurs d'écoulement plus importantes, ce qui améliore la séparation du pétrole, du gaz et de l'eau. En effet, le temps de rétention plus long permet une meilleure séparation des différentes phases. Ces séparateurs conviennent aux systèmes qui traitent de grands volumes de liquide et dont les rapports pétrole/gaz sont relativement stables. Leur taille plus importante leur permet de traiter un plus grand volume, et ils conviennent donc aux installations centrales de traitement et aux centres de collecte des champs pétrolifères. Cependant, ils nécessitent plus d'espace et de soutien structurel que les séparateurs verticaux. Ils sont largement utilisés dans les installations de production pétrolière on-shore où une séparation de phase efficace est cruciale pour le traitement en aval.

Processus de séparation du pétrole et du gaz

Séparation des entrées

Lorsque le fluide du puits entre dans le système de séparation, il est généralement constitué d'un mélange de pétrole, de gaz et d'eau, souvent sous haute pression. Le fluide est acheminé par le tuyau d'entrée dans le premier étage du séparateur, où le processus de séparation commence. Des dispositifs mécaniques tels que les déviateurs d'entrée aident à répartir le fluide de manière uniforme, évitant ainsi les turbulences et garantissant un processus de séparation efficace. L'étape initiale est cruciale car elle prépare le terrain pour les phases suivantes en réduisant l'entraînement de gaz dans le liquide et en assurant un flux stable pour un traitement efficace en aval.

Séparation primaire gaz-liquide

À ce stade, la force de gravité est utilisée pour aider à la séparation des phases fluides en fonction de leur densité. Le gaz, plus léger, monte dans la section gaz, tandis que les hydrocarbures liquides se déposent au fond du réservoir. Certains séparateurs de gaz utilisent la séparation cyclonique ou centrifuge pour augmenter l'efficacité, en particulier dans les cas où la séparation doit être effectuée rapidement. Le gaz est alors autorisé à monter au sommet du séparateur et est ensuite acheminé vers le processus suivant, tandis que le liquide est acheminé vers la phase suivante de la séparation. Une instrumentation appropriée permet également de contrôler le débit et les variations de pression.

Séparation huile-eau

Après l'étape initiale d'élimination des gaz, le liquide restant est un mélange d'huile et d'eau et doit donc être séparé. Dans les séparateurs, l'eau, plus dense, se dépose au fond, l'huile forme la couche intermédiaire et le gaz restant flotte au sommet. Dans certains cas, il est nécessaire de casser les émulsions stables à l'aide de désémulsifiants. Les hydrocarbures liquides séparés sont ensuite transportés vers les installations de traitement, tandis que l'eau est soit traitée pour être réutilisée, soit réinjectée dans le réservoir. L'optimisation de la séparation huile-eau permet de mieux respecter les normes environnementales et d'augmenter le rendement en hydrocarbures.

Conditionnement et déshydratation des gaz

Le gaz séparé peut contenir de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone (CO₂) qui doivent être éliminés pour éviter la corrosion des pipelines et la formation d'hydrates. La déshydratation en profondeur est normalement réalisée à l'aide de tamis moléculaires et de systèmes de déshydratation au glycol. Il peut également être comprimé à l'aide de compresseurs afin d'augmenter sa pression en vue de son transport vers l'endroit souhaité. Associé aux processus de chauffage ou de refroidissement, le conditionnement du gaz permet de s'assurer que le gaz est à la bonne pression pour un traitement ultérieur ou pour la vente. Cette étape est très importante pour la purification du gaz et son transport par gazoduc.

Stockage et transport de liquides

Ensuite, le pétrole traité est conservé dans des réservoirs de stockage avant d'être expédié vers les raffineries pour y être traité à nouveau. L'eau séparée du flux de pétrole est soit traitée puis rejetée, soit réinjectée dans le réservoir pour maintenir la pression. Les vannes et les systèmes de contrôle du chauffage contribuent à maintenir la stabilité du pétrole et à éviter la formation de cire ou d'hydrates pendant le stockage et le transport. Le processus de transport doit également répondre à des préoccupations en matière de sécurité et d'environnement afin d'éviter les déversements et d'améliorer la circulation du pétrole dans les réseaux de distribution.

Deuxième étape et séparation finale

Dans certains cas, il y a une deuxième étape de séparation, en particulier dans les gisements de pétrole à basse pression ou dans les gisements à forte teneur en eau. Cette étape peut comprendre le flashage, où une chute soudaine de la pression fait passer les gaz dissous en phase vapeur et améliore la stabilité du pétrole. Le chauffage peut également être utilisé pour éliminer les hydrocarbures légers résiduels tels que le propane, l'éthane, le butane, etc. afin de respecter les normes de qualité de l'oléoduc. La purification finale est effectuée par des laveurs avancés et des séparateurs secondaires pour s'assurer que toutes les impuretés restantes sont éliminées avant le stockage ou le transport.

Quel est le rôle du tamis moléculaire dans le processus de séparation ?

Le processus de séparation du pétrole et du gaz décrit ci-dessus montre clairement que les tamis moléculaires jouent un rôle très important dans le processus de déshydratation du pétrole brut et du gaz naturel afin d'obtenir les spécifications requises. Lors de la séparation, les hydrocarbures bruts contiennent de la vapeur d'eau qui provoque la corrosion des pipelines, la formation d'hydrates et la réduction de l'efficacité du traitement.

Les tamis moléculaires 3A, 4A, 5A et 13X sont utilisés dans les unités d'adsorption pour éliminer l'eau des flux de gaz naturel afin d'empêcher la formation d'hydrates et d'améliorer le traitement ultérieur. Les tamis moléculaires sont utilisés en combinaison avec les compresseurs dans les usines de séparation afin d'obtenir le meilleur résultat possible dans le traitement du gaz. La déshydratation au glycol peut également être utilisée, mais les tamis moléculaires permettent une déshydratation plus profonde, nécessaire au traitement du propane, de l'éthane et du butane.

Vous trouverez ci-dessous une comparaison des différents types de tamis moléculaires utilisés pour la déshydratation du gaz naturel :

Les tamis moléculaires Jalon pour des performances supérieures

Jalon est un fabricant de tamis moléculaires qui propose une série de tamis moléculaires de haute performance pour la séparation du pétrole et du gaz afin de répondre aux besoins de déshydratation et d'élimination des impuretés. Le tamis moléculaire 3A est idéal pour la déshydratation du gaz naturel, il n'adsorbe pas les hydrocarbures et n'altère donc pas la composition. Les tamis moléculaires 4A et 5A adsorbent mieux l'eau et les hydrocarbures légers afin d'améliorer la pureté du gaz. Lorsque le CO₂ et le H₂S doivent être séparés, le meilleur adsorbant est le tamis moléculaire 13X. La société a utilisé ses tamis moléculaires dans différentes installations pétrolières et gazières dans le monde entier et a offert les avantages suivants :

• Adsorption supérieure de l'humidité pour des cycles de déshydratation prolongés.
• Des solutions personnalisables adaptées à des besoins opérationnels uniques.
• Un contrôle de qualité rigoureux garantissant la cohérence et la fiabilité.

Optimisation des procédés de séparation et tendances futures

L'optimisation de la séparation du pétrole et du gaz est un processus qui doit être réalisé en continu. Parmi les moyens permettant d'atteindre l'efficacité et d'économiser l'énergie, on peut citer la séparation en plusieurs étapes, l'automatisation des contrôles de processus et la surveillance continue. À l'avenir, l'industrie s'orientera progressivement vers l'utilisation de méthodes de séparation plus propres, plus durables et moins dangereuses pour l'environnement. Les tamis moléculaires seront le principal composant de la nouvelle génération de technologies de traitement des gaz qui seront plus efficaces et plus rentables.

Conclusion

La séparation du pétrole et du gaz est un processus important qui est appliqué pour augmenter le rendement des hydrocarbures et la fiabilité du système. En comprenant le processus de séparation, en sélectionnant le bon équipement et en utilisant de nouveaux tamis moléculaires, les opérateurs peuvent obtenir des taux de production élevés à un faible coût. Les tamis moléculaires de Jalon offrent le plus haut niveau de déshydratation, une meilleure qualité du gaz et une meilleure productivité pour votre entreprise. Alors que l'industrie s'oriente vers la durabilité et l'efficacité énergétique, des solutions innovantes telles que les tamis moléculaires continueront à façonner l'avenir du pétrole et du gaz.