Optimiser les performances et la fiabilité des pompes offshore

Luca Lonoce, spécialiste de la modernisation des pompes chez Sulzer, examine les avantages d'un projet de modernisation des pompes avec un exemple qui a permis à l'opérateur d'économiser 150 millions de dollars.

Des modifications des performances de la pompe peuvent être nécessaires pour un certain nombre de raisons. Par exemple, les raffineries cherchant à augmenter leur production examineront les actifs concernés et identifieront les goulots d'étranglement. Dans certains cas, les débits devront être augmentés au-delà des capacités existantes de l'équipement; un puits de forage peut avoir besoin d'augmenter les taux d'injection d'eau, ou la fiabilité de certains actifs peut devoir être améliorée pour atteindre les nouveaux objectifs.

Du nouveau pour l'ancien
La première solution, et la plus simple, consiste à remplacer les pompes existantes par un nouvel équipement qui a été spécifié pour les nouvelles cadences de production. Cela présente de nombreux avantages en termes de fiabilité, de performance et d'efficacité; l'utilisation des derniers matériaux et de la technologie de conception garantira une solution durable et efficace.

Il y a cependant quelques inconvénients - le temps nécessaire pour terminer le projet, la perte de production pendant que les travaux sont terminés et les dépenses d'investissement globales. Ensemble, ceux-ci excluront presque toujours cette option.

S'adapter et survivre
Une option plus avantageuse consiste à modifier les éléments existants pour leur permettre de livrer les nouveaux objectifs. De nombreux défis peuvent être résolus dans une certaine mesure en mettant en œuvre un projet de rénovation. Les problèmes de fiabilité peuvent être améliorés grâce à un changement de matériaux pour résoudre l'érosion ou la corrosion; les performances peuvent être améliorées en modifiant la conception hydraulique de la pompe.

Les projets de rénovation sont une alternative très rentable au remplacement d'actifs volumineux lorsqu'un site de production nécessite un changement de performance ou une amélioration de la fiabilité. En minimisant le nombre de composants modifiés, le temps et le coût impliqués dans le projet sont réduits au minimum.

Par exemple, en Norvège, le gouvernement offre un soutien à l'industrie pétrolière et gazière pour réduire son empreinte carbone. L'un des gains les plus importants peut être obtenu en réduisant la consommation d'énergie des actifs de pompage. En utilisant un projet de rénovation pour optimiser les performances de la pompe pour chaque application, les opérateurs ont réalisé des économies significatives sur les coûts de fonctionnement, ce qui contribue à atteindre les objectifs nationaux en matière de carbone.

Performances optimisées
L'un des principaux domaines de fonctionnement des pompes est les systèmes d'injection d'eau, qui sont utilisés pour maximiser la productivité des puits de pétrole. À mesure que le champ pétrolifère mûrit, il est nécessaire d'augmenter les taux d'injection d'eau pour maximiser la production de pétrole. Cela nécessite d'augmenter la capacité des pompes d'injection sans affecter la configuration de l'usine ou la tuyauterie existante.

Dans ce cas, le débit doit augmenter tout en maintenant la tête, ce qui signifie que la demande de puissance augmentera et que la conception de la pompe devra être modifiée. En travaillant en étroite collaboration avec les ingénieurs de la plate-forme et en établissant les limites du moteur ou de la turbine, les concepteurs de pompes peuvent élaborer une proposition hydraulique modifiée qui améliorera à la fois les performances et l'efficacité.

Dans un scénario alternatif, la pression du système peut devoir être réduite, tout en maintenant le débit d'origine. La réduction de la pression générée par une pompe peut être obtenue en supprimant un certain nombre d'étages du rotor de la pompe, ce qui réduira considérablement les besoins en énergie de la pompe. Dans certains cas, la solution de débit peut inclure un variateur de vitesse, qui peut offrir plus de flexibilité dans la sortie de la pompe.

La réévaluation des conditions hydrauliques d’une pompe au nouveau point de fonctionnement, une combinaison de débit et de hauteur, permettra au système de fonctionner plus efficacement. Sur la base des exigences en aval, les caractéristiques de la pompe peuvent être repensées de manière à fournir le débit et la pression nécessaires tout en fonctionnant à ou près de son meilleur point de rendement (BEP).

Exemple concret
L'un des plus grands champs pétroliers offshore du Moyen-Orient utilise cinq pompes d'injection BB5, quatre pompes Weir de 9 MW et une pompe Sulzer HPcp de 14 MW, toutes alimentées par des turbines à gaz. La proposition était d'augmenter la production du champ pétrolifère, ce qui nécessiterait la modernisation des turbines à gaz pour fournir leur puissance maximale réalisable. Une fois cet objectif atteint, les cinq pompes seraient réactivées pour fournir les débits d'injection maximaux possibles en utilisant la capacité de puissance accrue.

En tant que fabricant d'équipement d'origine (OEM) de pompes et fournisseur de maintenance indépendant, Sulzer a remporté le contrat pour la mise à niveau des cinq pompes. L'objectif était d'obtenir les meilleurs débits possibles en utilisant autant de composants existants que possible, et avec une perturbation minimale du calendrier de production,

Sulzer avait accès à une cartouche de rechange complète pour les pompes Weir, à partir de laquelle toutes les informations de conception nécessaires pouvaient être collectées et utilisées comme base pour modifier la conception de la cartouche. La proposition était de changer la conception originale à 4 étages pour une alternative à 3 étages avec une roue de diamètre similaire. Cela a permis de conserver la tuyauterie, les systèmes de lubrification, les garnitures mécaniques, les paliers et les interfaces de chantier existants.

Augmentation de la productivité
À l'aide de la cartouche de rechange, Sulzer a mis en œuvre la nouvelle conception du fût et l'a renvoyée à la plate-forme où elle a remplacé l'une des pompes opérationnelles. L'ensemble du processus de retrait et d'installation du nouveau canon n'a duré que 2 à 3 jours, y compris la mise en service. La cartouche d'origine qui avait été retirée a été ramenée au centre d'ingénierie de Sulzer où elle a subi le même processus de révision de conception.

Le suivi de ce plan de mise en œuvre a permis de garantir que les opérations sur la plate-forme n'étaient pas affectées par le projet de réduction, éliminant les coûts de production perdus et minimisant la quantité de travail à effectuer sur la plate-forme. Les cartouches améliorées ont permis d'augmenter le débit de 25% par rapport à la conception originale des quatre pompes, la capacité d'injection totale augmentant de 30%.

Ce projet était également extrêmement rentable. Comparé à un projet d'acquisition de nouveaux équipements de pompage pour effectuer la même tâche, le programme de rémunération a permis à l'opérateur de la plate-forme d'économiser un total de 150 millions de dollars, tout en évitant toutes les perturbations qu'une nouvelle installation entraînerait.

Assistance continue
Les installations de production de pétrole et de gaz sont motivées par la performance et la fiabilité des équipements, qui peuvent être améliorées par l'expertise en ingénierie et l'expérience de conception. En travaillant avec un partenaire d'ingénierie tel que Sulzer qui dispose d'un réseau mondial de centres de service ainsi que de décennies d'expérience dans la conception de pompes, en particulier dans les secteurs offshore et pétrolier et gazier, les opérateurs de plateformes peuvent optimiser leurs activités.

Les projets Rerate offrent l'opportunité d'augmenter la disponibilité, la fiabilité et donc la productivité. Dans certaines applications, il est possible d'améliorer l'efficacité, ce qui réduit les coûts énergétiques ainsi que l'empreinte carbone de l'entreprise. Quel que soit l'objectif, en ce qui concerne les performances de la pompe, le projet de modernisation doit toujours être considéré comme l'une des principales options.