Procédé de séparation du pétrole, du gaz et de l'eau

Le pétrole brut provenant du puits est généralement un mélange de pétrole, de gaz et d'eau. Pour traiter le pétrole et ses constituants, ces trois composants sont séparés dans un premier temps. Selon que le brut contient ou non du gaz, une séparation diphasique ou triphasique est nécessaire.

Les puits à forte teneur en gaz présentent également une pression élevée. Cette pression est réduite dans l'installation de séparation, au moyen de séparateurs dits à haute pression et de séparateurs à moyenne ou basse pression. Il s'agit d'un procédé continu : le liquide et le gaz sont introduits en permanence à l'entrée du séparateur. Le gaz est évacué par le haut, tandis que le mélange pétrole-eau se sépare sous l'effet de la gravité et de produits chimiques. Ce mélange contient aussi une émulsion qui pose également des problèmes ; la question de l'émulsion et sa solution sont abordées dans un chapitre distinct. Le pétrole, plus léger que l'eau, monte tandis que l'eau descend. Lorsque les liquides atteignent l'extrémité du séparateur, le pétrole et l'eau sont évacués séparément. Ce procédé paraît assez simple, mais il est en réalité difficile à mettre en œuvre. Il faut ajouter beaucoup de produits chimiques et parfois apporter de la chaleur pour accélérer la séparation et obtenir des liquides aussi purs que possible.

La séparation diphasique fonctionne comme la séparation triphasique, mais aucun gaz n'est présent à éliminer. Elle peut être continue, comme décrit ci-dessus, ou réalisée par lots. Dans ce dernier cas, le brut est introduit dans de très grands réservoirs, où il reste pendant une durée déterminée. Pendant ce temps, la gravité sépare le pétrole, l'émulsion et l'eau. L'eau, la plus lourde, se trouve au fond, et le pétrole, le plus léger, en haut. L'émulsion occupe la zone intermédiaire : constituée d'un mélange de pétrole et d'eau, elle a donc une densité intermédiaire entre celles du pétrole et de l'eau.

Après un certain temps, généralement plusieurs heures, le brut est séparé et pompé vers les étapes suivantes. Le temps de séjour dans le réservoir est déterminé par l'expérience, car au-delà, même un stockage plus long ne permet plus d'améliorer la séparation. Ici encore, les difficultés sont plus importantes qu'il n'y paraît. La qualité du pétrole livré peut varier selon la situation des puits. La teneur en eau peut être plus ou moins élevée, etc. Il faut donc ajouter beaucoup de produits chimiques pour accélérer le procédé, mais aussi pour obtenir plus rapidement une meilleure séparation et des composants plus purs.

La séparation électrostatique sert également à séparer les phases d'un brut contenant une plus faible proportion d'eau. À l'intérieur du séparateur, un réseau de fils applique un champ électrostatique au liquide. Ce champ électrique à haute tension accélère la séparation et permet d'obtenir une eau et un pétrole plus purs. Ces équipements présentent toutefois un inconvénient : le champ électrique doit être adapté à la qualité et à la composition du brut entrant. Si le brut change rapidement, des impuretés se déposent sur le réseau et le champ électrique s'effondre. Le procédé doit alors être arrêté, et un nettoyage est nécessaire avant de le redémarrer. Le maintien du champ électrique consomme également beaucoup d'énergie. Enfin, le séparateur électrostatique nécessite lui aussi encore beaucoup de produits chimiques.

Dans de nombreux séparateurs de ce type, Merus a montré une amélioration de tous les objectifs de séparation : la séparation est améliorée de 10 % ou plus ; le temps de séparation est réduit jusqu'à 50 % ; le pétrole et l'eau sont plus purs ; l'utilisation des produits chimiques est optimisée, avec des besoins réduits de 10 à 30 % ; les effondrements du champ électrique sont beaucoup moins fréquents. Par ailleurs, de nombreux séparateurs fonctionnent à leur capacité maximale. Lorsque la proportion d'eau dans le brut augmente, il faut traiter toujours plus de liquide pour produire la même quantité de pétrole brut. En améliorant l'efficacité tout en raccourcissant le temps de séparation, davantage de liquide peut traverser ces installations. Il est très difficile de donner un délai de retour sur investissement pour cette application, car il varie d'une installation à l'autre. En ne tenant compte que des économies de produits chimiques, ce délai ne serait que de quelques jours.