Version 1'0 Bertrand Ricque 062005

1
Segments Exploration et Production

• Forage Offshore (Exploration)
• Semi-submersibles
• Barges sur vérins
• Barges de forage
• Plates-Formes Offshore (Production)
• Fixes
• Flottantes
• Sous-marines

2
Tendances Actuelles de l'Industrie

• Grâce aux automatismes, les données sont
  rassemblées, les calculs sont effectués et les
  rapports de production sont générés
  automatiquement. Le personnel est libéré pour
  réaliser des tâches de maintenance préventive et
  de dépannage.
• Les techniciens de maintenance peuvent dépanner,
  modifier et régler les automatismes à distance,
  ce qui élimine les dépenses de déplacement et les
  dépassements horaires.
• Les réductions de coûts en termes de matériel, de
  programmation, d'installation et de maintenance
  sont obtenues en consolidant divers éléments tels
  que calculs de débits, réglages analogiques,
  modules de visualisation, etc. dans les UC.

De nombreux critères ont induit une
automatisation accrue de la production offshore
au cours des dernières années

• Le passage de contrôles pneumatiques à des
  systèmes numériques distribués permet
  l'acquisition rapide et précise de données et la
  prise de décision avant une rupture d'équipement
  ou une catastrophe.
• Les opérateurs peuvent être déplacés onshore pour
  contrôler et superviser les plates-formes de
  production lorsque les conditions météorologiques
  imposent une évacuation des installations.

3
Tendances Futures de l'Industrie

• De nombreuses tendances émergent et sont
  susceptibles de générer des changements
  importants dans les activités d'exploration et de
  production dans le futur

• Les contraintes environnementales et les
  fluctuations de prix du brut ont amené certaines
  industries à délaisser le fioul au profit du gaz
  ou du charbon. L'exploration et la production de
  gaz naturel ne cesse de se développer pour
  satisfaire la demande.
• Les plate-formes à ancrages contrôlés se
  développent à mesure que la production en eaux
  profondes (plus de 300m) devient plus réalisable.
• L'implémentation de SCADA onshore et offshore se
  généralise afin de réduire les coûts
  d'exploitation des plate-formes.

4
Production de Pétrole et de Gaz Offshore

• Système Principal

Onshore
Offshore
Satellite deConcentration
Plate-forme de Production Centrale
Plate-Forme Ancrée
5
Composants d'une Installation Offshore

• Plate-forme de production centrale.
• Plate-forme de concentration.
• Plate-forme satellite.
• Système de communication avec le centre de
  contrôle Onshore.

6
Vue Synoptique du Procédé
lube oil cooler
pumps
fuel gas system
prime mover
generator
facilities
air compressors
artificial gas lift
natural gas pipeline common carrier
glycol dehydration
sales meter
company meter
compressors
wellhead 1
H.P. separation
Onshore based processing
multi-stage centrifugal pumping
company meter
L.P. separation
LACT unit
pipeline
wellhead 2
Test separation
return to separator
bad oil
multi-stage centrifugal pumping
onshore disposal
HP GROUP HEADER
NATURAL GAS
water treatment
TEST HEADER
CRUDE OIL
reclaimed oil to separators
LP GROUP HEADER
WATER
water overboard or reinjected
7
Plate-forme Centrale Sous-ensembles

• Débitmétrie des ventes et des transferts
  Inter-compagnies
• PLC (Application particulière)
• Calculateur de débit interfacé au système
  d'automatisation
• Groupes moto-alternateur
• Compresseurs d'air
• Distribution électrique (MCC) et supervision
• Pompage
• Interface opérateur

• Contrôle des ballasts et de tension des ancrages
• Procédé
• Têtes de puits
• Auxiliaires
• Déclenchement et protection
• Détection Feu et Gaz
• SCADA
• Séparateurs
• Déshydratation
• Compression du gaz

8
Contrôle Conventionnel de Plate-forme
Main Relay Control Panel
Remote Terminal Unit
Vers Onshore
- Déclenchement - Système de gestion d'alarmes -
Annonciation - Déclenchement du Procédé - Bouton
et voyants de by-pass opérateur - Interface au
RTU - Totalisateurs de débit - Veille feu et gaz
- Supervision de plate-forme - Test de puit -
Indicateurs analogiques locaux - Supervision en
mode cyclone - Calculs de débits - Contrôles à
distance
Wellhead Control Panel
Process Skid Panels
Motor Control Center
- Contrôle des vannes de sécurité en surface -
Supervision des équipements de sécurité de débits
des lignes - Contrôle hydraulique des vannes de
sécurité sous-marines
9
Système de Contrôle Automatisé de Plate-Forme de
Production
Interface Opérateur
1352 AC Variateur
PC Portable Programmation
Injection Gaz PLC - 5 / 40
Imprimante
D M A
ControlNet
PLC-5 / 60 Procédé Sécurité Primaire
PLC-5 / 20 Compresseur Gaz 1
PLC-5 / 20 Compresseur Gaz 2
PLC-5 / 20 Générateur 1
PLC-5 / 20 Générateur 2
PLC-5 / 20 Compresseur d'Air 1
PLC5 / 20 Compresseur d'Air 2
PLC-5 / 60 Procédé Sécurité Secondaire
Système Principal Onshore
10
Système de Contrôle pour Plate-Forme à Ancrages
Base de Données
Serveur de Maintenance
FH
Alarmes
Rapports
Ethernet
Serveur de Terminaux
Pont Routeur
Système d'Acquisition de Données
Station de Travail
Ethernet
Poste Opérateur
Multi-mediaAccess Center
Ethernet
Ethernet
Ethernet
Poste du Superviseur
Ethernet (LAN) Coaxial Fin
Boîtier de Distribution Fibre Optique
CENTRAL CONTROL ROOM EQUIPMENT SPACES/ROOMS
Ethernet
ControlNet
Well Test
ESD - FG
Tensioners
Power
Drilling
Marine
Contrôleurs
11
Avantages d'un Système Automatisé

• Les opérateurs ont une meilleure compréhension du
  procédé. Cela induit une réduction du temps
  nécessaire aux diagnostics et aux dépannages.
• L'information est concentrée plus rapidement et
  présentée plus clairement. Cela libère du temps
  pour les prises de décision et élimine les arrêts
  de production intempestifs.
• Il est plus facile de surveiller les équipements
  et de prédire les opérations de maintenance. Les
  arrêts non planifiés pour des interventions de
  maintenance sont réduits.
• Les données sont échantillonnées et les rapports
  sont générés automatiquement. L'opérateur est
  libéré pour éliminer les erreurs.
• Les opérations de contrôle, démarrage, arrêt,
  dépannage et modification peuvent être réalisée à
  distance permettant une plus grande disponibilité
  du procédé.

12
Plate-Forme à Ancrages

• Comprend la plupart des applications contenues
  dans une plate-forme centrale de production,.
• Contrôle des ballasts et de la tension des
  ancrages
• Sous-système indépendant contrôle des ballasts
  par remplissage ou vidange d'une série de
  compartiments pour stabiliser les 4 piliers de la
  plate-forme en compensant la profondeur des
  vagues.
• Contrôle de la tension des ancrages pour
  maintenir la plate-forme ancrée au fond de
  l'océan et correctement positionnée au-dessus des
  puits.
• Un système de contrôle dans chaque pilier est
  affecté à ces tâches.Les autres systèmes
  fonctionnent comme un tout ou communiquent avec
  un système maître qui détermine les actions à
  appliquer les ballasts et les ancrages de chaque
  pilier.
• La redondance est un point important car la perte
  du contrôle d'un seul pilier peut affecter
  gravement le positionnement de la plate-forme.

13
Contrôle des Ballasts et des Ancrages

• Le système de contrôle des ballasts et des
  ancrages doit réagir très rapidement aux
  conditions extérieures. Ce doit être un système
  indépendant. Le contrôle est totalement
  automatique.
• Les système redondants sont indispensables.
• Ces systèmes doivent généralement avoir des
  approbations marines locales.

14
Sous-système Contrôle du Procédé

• Têtes de puits
• Auxiliaires
• ESD , FG
• SCADA

15
Sous-système Contrôle du Procédé Têtes de
Puits, Auxiliaires
lube oil cooler
pumps
fuel gas system
prime mover
generator
facilities
air compressors
artificial gas lift
natural gas pipeline common carrier
glycol dehydration
sales meter
company meter
compressors
wellhead 1
H.P. separation
Onshore based processing
multi-stage centrifugal pumping
company meter
L.P. separation
LACT unit
pipeline
wellhead 2
Test separation
return to separator
bad oil
multi-stage centrifugal pumping
onshore disposal
HP GROUP HEADER
NATURAL GAS
water treatment
TEST HEADER
CRUDE OIL
reclaimed oil to separators
LP GROUP HEADER
WATER
water overboard or reinjected
16
Sous-système Contrôle du Procédé
Contrôle des Têtes de Puits

• Le contrôleur peut utiliser 2 méthodes pour
  réguler la pression des puits afin de contrôler
  le débit des puits dans le pipeline
• Laminage
• Pour les puits naturellement sous pression, le
  contrôleur régule par une vanne de laminage
  asservie au débit.
• Injection de Gaz
• Le contrôleur régule l'injection de gaz pour
  obtenir le débit désiré.
• De plus, le système peut contrôler des vannes
  d'arrêt ou d'isolement pneumatiques ou
  hydrauliques pour isoler les têtes de puits.

17
Sous-système Contrôle du Procédé
Contrôle des Auxiliaires

• Eau et effluents
• L'eau des séparateurs contient des hydrocarbures
  dissous et doit être traitée ou évacuée.
• Les plat-formes habitées ont besoin d'eau potable
  et doivent traiter leurs effluents avant rejet à
  l'océan ou dans des réservoirs de stockage. Le
  système doit contrôle les procédés d'osmose
  inverse et de dé ionisation.
• Le système doit gérer beaucoup d'applications de
  pompage, contrôle de pression et de débit.

18
Sous-système Contrôle du Procédé
Système de Sécurité et Anti-Incendie

• Système de Sécurité et Anti-Incendie
• Le système de sécurité (ESD) surveille toutes les
  conditions pouvant mener à des explosions, des
  marées noires ou des destructions d'équipements
  de production.
• Toute variable sortant de ses valeurs nominales
  et risquant de conduire à une situation
  dangereuse génère une alarme et est signalée aux
  opérateurs.
• Dans certains cas, la plate-forme ou le champ est
  isolé ou déclenché afin de contenir la
  propagation de la situation dangereuse.
• Les déclenchements peuvent être commandés
  manuellement depuis des boutons poussoirs
  répartis sur la plate-forme.

19
Système de Sécurité et Anti-Incendie
Contrôleurs Redondants
Système de Sécurité
Détection FG
Sous-systèmes d'Extinction
Contrôle/status
Contrôle/status
Système d'Isolement Hydraulique des Puits
Contrôle/status
Puits
20
Sous-système Contrôle du Procédé
Système de Sécurité et Anti-Incendie

• Un système de sécurité comprend 5 sous-ensembles
  
• Détection de gaz combustibles des détecteurs de
  gaz génèrent des alarmes ou des déclenchements.
  Les détecteurs multiples sont validés entre eux
  pour éliminer les déclenchements intempestifs.
• Détecteurs de flamme les flammes sont détectées
  par des détecteurs UV ou IR. Les détecteurs
  multiples sont validés entre eux pour éliminer
  les déclenchements intempestifs.
• Système d'extinction CO2, produits chimiques
  secs, mousse, gaz inertes ou eau sont utilisés
  pour l'extinction des différents types de feux.
• Déclenchement manuel et automatique
  normalement, le déclenchement d'une plate-forme
  est automatique. Il est toujours possible aux
  opérateurs d'inhiber des zones ou des équipements
  localement.
• Système d'alarmes centralisé peut être compris
  dans le système de sécurité, séparé ou bien
  réparti dans les différents contrôleurs.

21
Sous-système Contrôle du Procédé

• Système de Sécurité et Anti-Incendie
• Les automates sont particulièrement adaptés aux
  fonctions de sécurité en raison de leurs
  capacités de gestion des votes et de leur
  rapidité.
• Les automates ont établi une réputation de
  fiabilité. Ils sont utilisés depuis plus de 10
  ans offshore et onshore.
• Il est possible de concevoir des architectures
  redondantes pour augmenter la disponibilité.

22
SCADA pour Plate-Forme Offshore

• Salle de Contrôle Onshore
• Maître SCADA supervisant et contrôlant les
  plate-formes de production
• Concentration des données de production et
  télécommande

23
Sous-système Contrôle du Procédé
SCADA

• Fonctions d'un SCADA
• Concentration des données de status et de
  production depuis tous les sous-systèmes
• Transfert journalier des bilans de production
• Télécommande des plate-formes lors de mauvaises
  conditions atmosphériques
• Permettre l'exploitation de plate-formes
  inhabitées.

24
Sous-système Contrôle du Procédé Séparation
lube oil cooler
pumps
fuel gas system
prime mover
generator
facilities
air compressors
artificial gas lift
natural gas pipeline common carrier
glycol dehydration
sales meter
company meter
compressors
wellhead 1
H.P. separation
Onshore based processing
multi-stage centrifugal pumping
company meter
L.P. separation
LACT unit
pipeline
wellhead 2
Test separation
return to separator
bad oil
multi-stage centrifugal pumping
onshore disposal
HP GROUP HEADER
NATURAL GAS
water treatment
TEST HEADER
CRUDE OIL
reclaimed oil to separators
LP GROUP HEADER
WATER
water overboard or reinjected
25
Séparateurs Triphasés
RELIEF VALVE
SAFETY HEAD
MIST EXTRACTOR
GAS OUTLET
PRESSURE GAUGE
OIL-WATER INTERFACE
SECONDARY SEPARATION SECTION
INLET
BAFFLE
LIQUID LEVEL CONTROL
OIL
PRIMARY SEPARATION SECTION
WATER
DRAIN
CONTROL VALVE
LIQUID LEVEL CONTROL
OIL OUTLET
WATER OUTLET
INSTRUMENT GAS SUPPLY
CONTROL VALVE
26
Séparateurs HP et BP

• Le liquide brut (huile, gaz naturel, et eau) d'un
  groupe de puits en exploitation est dirigé vers
  les séparateurs HP, BP et de test depuis une
  clarinette (manifold).
• Chaque séparateur sépare les composants du
  liquide brut.
• Le système supervise et contrôle
• Le niveau entre le pétrole et l'eau afin de
  permettre la séparation physique par des
  chicanes.
• La pression dans les séparateurs

27
Séparateur de Test

• Le flux de chaque puits peut être dirigé vers un
  manifold qui alimente le séparateur de test.
• Le séparateur de test et l'instrumentation
  associée évaluent dans le temps les différents
  composants du liquide produit et déterminent la
  composition volumétrique de la production de
  chaque puits.
• Les données produites par le séparateur de test
  permettent de prédire le potentiel du champ et
  les ajustements nécessaires pour l'exploiter
  totalement.
• Le système contrôle
• Séquencement des vannes, niveaux des liquides,
• Mesure dynamique des débits,
• Stockage local de données.

28
Sous-système Contrôle du Procédé Déshydrateur
au Glycol
lube oil cooler
pumps
fuel gas system
prime mover
generator
facilities
air compressors
artificial gas lift
natural gas pipeline common carrier
glycol dehydration
sales meter
company meter
compressors
wellhead 1
H.P. separation
Onshore based processing
multi-stage centrifugal pumping
company meter
L.P. separation
LACT unit
pipeline
wellhead 2
Test separation
return to separator
bad oil
multi-stage centrifugal pumping
onshore disposal
HP GROUP HEADER
NATURAL GAS
water treatment
TEST HEADER
CRUDE OIL
reclaimed oil to separators
LP GROUP HEADER
WATER
water overboard or reinjected
29
Déshydrateur au Glycol
DRY GAS
STILL COLUMN
GLYCOL FILTER
GLYCOL CONTRACTOR
HEAT SOURCE
GLYCOL REBOILER
SURGE TANK
WET GLYCOL
WET GAS
GLYCOL HEAT EXCHANGER
FREE LIQUIDS
INLET SCRUBBER
GLYCOL PUMP
30
Déshydrateur au Glycol

• Le gaz naturel produit offshore est normalement
  séparé des liquides parasites et déshydraté avec
  du glycol avant d'être compressé et exporté.
• Une partie du gaz purifié est détournée pour
  servir de carburant pour la production
  d'électricité de la plate-forme.
• Les systèmes de contrôle des séparateurs
  triphasés et des déshydrateurs au glycol
  contrôlent
• Les vannes
• Les pressions
• Les températures
• Les niveaux

31
Sous-système Contrôle du Procédé Compresseurs
lube oil cooler
pumps
fuel gas system
prime mover
generator
facilities
air compressors
artificial gas lift
natural gas pipeline common carrier
glycol dehydration
sales meter
company meter
compressors
wellhead 1
H.P. separation
Onshore based processing
multi-stage centrifugal pumping
company meter
L.P. separation
LACT unit
pipeline
wellhead 2
Test separation
return to separator
bad oil
multi-stage centrifugal pumping
onshore disposal
HP GROUP HEADER
NATURAL GAS
water treatment
TEST HEADER
CRUDE OIL
reclaimed oil to separators
LP GROUP HEADER
WATER
water overboard or reinjected
32
Compresseurs à Piston à Etages
P / I
Suction Pressure Setpoint
HEAT EXCHANGER
P I P E L I N E
HEAT EXCHANGER
P / I
HEAT EXCHANGER
Constant Speed Prime Mover
Second Stage
First Stage
Third Stage
33
Compression Source d'Energie

• Le gaz naturel doit être compressé à une pression
  supérieure à la pression de fonctionnement du
  gazoduc afin d'assuré le débit requis.
• 3 types d'entraînements
• Moteur à explosion (gaz naturel ou diesel)
• Turbine à gaz
• Moteur électrique et variateur

34
Contrôle et Protection de Compresseurs
Système de Contrôle et de Protection
Surveillance de Vibrations
Détection Feu et Gaz
Contrôle du Carburant
Contrôle/status
Contrôle/status
Contrôle/status

• Capteurs de proximité et de déplacement
• Transducteurs sismiques - déplacement absolu
• Transducteur de mesure de vitesseet de
  référence de phase

Groupe Turbo-Compresseur
35
Sous-système Contrôle du Procédé Génération
d'Electricité
lube oil cooler
pumps
fuel gas system
prime mover
generator
facilities
air compressors
artificial gas lift
natural gas pipeline common carrier
glycol dehydration
sales meter
company meter
compressors
wellhead 1
H.P. separation
Onshore based processing
multi-stage centrifugal pumping
company meter
L.P. separation
LACT unit
pipeline
wellhead 2
Test separation
return to separator
bad oil
multi-stage centrifugal pumping
onshore disposal
HP GROUP HEADER
NATURAL GAS
water treatment
TEST HEADER
CRUDE OIL
reclaimed oil to separators
LP GROUP HEADER
WATER
water overboard or reinjected
36
Sous-système Contrôle du Procédé Débitmétrie
lube oil cooler
pumps
fuel gas system
prime mover
generator
facilities
air compressors
artificial gas lift
natural gas pipeline common carrier
glycol dehydration
sales meter
company meter
compressors
wellhead 1
H.P. separation
Onshore based processing
multi-stage centrifugal pumping
company meter
L.P. separation
LACT unit
pipeline
wellhead 2
Test separation
return to separator
bad oil
multi-stage centrifugal pumping
onshore disposal
HP GROUP HEADER
NATURAL GAS
water treatment
TEST HEADER
CRUDE OIL
reclaimed oil to separators
LP GROUP HEADER
WATER
water overboard or reinjected
37
Compresseurs d'Air
lube oil cooler
pumps
fuel gas system
prime mover
generator
facilities
air compressors
artificial gas lift
natural gas pipeline common carrier
glycol dehydration
sales meter
company meter
compressors
wellhead 1
H.P. separation
Onshore based processing
multi-stage centrifugal pumping
company meter
L.P. separation
LACT unit
pipeline
wellhead 2
Test separation
return to separator
bad oil
multi-stage centrifugal pumping
onshore disposal
HP GROUP HEADER
NATURAL GAS
water treatment
TEST HEADER
CRUDE OIL
reclaimed oil to separators
LP GROUP HEADER
WATER
water overboard or reinjected
38
Compresseurs d'Air

• Les compresseurs fonctionnent en mode lead-lag.
  Le compresseur 1 fournit tout ou presque l'air
  nécessaire. Le compresseur 2 fonctionne en
  secours et fournit l'appoint éventuel,
• L'automate contrôle
• Le décalage entre les deux compresseurs,
• Le démarrage et l'arrêt des compresseurs en
  fonction de la demande,
• Le déclenchement d'un compresseur sur manque
  d'huile de lubrification.