Liquéfaction du gaz naturel en mer

Total innove avec une solution de liquéfaction du gaz naturel en mer : le FLNG (pour Floating Liquefied Natural Gas). Cette usine GNL sur support flottant ouvre de nouvelles perspectives aux pays producteurs pour rentabiliser des gisements gaziers offshores, difficiles à exploiter de façon conventionnelle.

Capture d'une animation présentant le FLNG, navire constituant la nouvelle solution de liquéfaction du gaz naturel en mer mis au point par Total 



Conquérir de nouvelles ressources gazières

Interview vidéo d'Éric Jeanneau, Responsable du projet Floating LNG– Exploration-Production 

Interview vidéo d'Éric Jeanneau,
Responsable du projet Floating LNG
Exploration-Production (mars 2012)

Produire, traiter, liquéfier, stocker puis transférer le GNL sur des méthaniers : le processus est aujourd’hui bien connu et largement pratiqué. Mais lorsque l’opération est entièrement réalisée en mer, au plus près des gisements, elle devient un tour de force.

Rentabiliser des réserves gazières difficiles d’accès

Véritable rupture technologique, le FLNG (pour Floating Liquefied Natural Gas) est porteur de nouvelles opportunités pour les pays producteurs. Il ouvre l’accès aux réserves gazières trop éloignées des côtes ou de taille trop modeste. Des ressources dont on ne pouvait envisager une exploitation rentable, avec un long gazoduc et une usine de liquéfaction à terre. Selon le scénario le plus optimiste de l’institut Wood Mackenzie, la part du FLNG dans la satisfaction de la demande mondiale de GNL pourrait atteindre 5,5 % dès 2020 et dépasser 10 % à l’horizon 2025.

Pour un développement durable des pays producteurs

Point fort du FLNG : une empreinte environnementale particulièrement faible. En effet, il concentre en mer les opérations de liquéfaction du gaz naturel,  loin des zones d’habitation. Les pays producteurs font ainsi l’économie de complexes terrestres couvrant plusieurs centaines d’hectares, de kilomètres de gazoducs et de lourdes infrastructures marines.

Par ailleurs, le FLNG a été étudié pour favoriser les retombées économiques et le développement des pays producteurs. Les équipements du navire (topsides), ont été spécifiquement dimensionnés en fonction des capacités de leurs chantiers.

L’expertise d’un acteur majeur

Interview vidéo de Christophe Thomas, Responsable du département GNL – Exploration-Production 

Interview vidéo de Christophe Thomas,
Responsable du département GNL –
Exploration-Production (mars 2012)

La mise au point du FLNG de Total a nécessité l'intégration de tous ses savoir-faire de leader de l'offshore profond et d'acteur majeur de la filière GNL. Capitalisant sur son expérience dans ces deux domaines, Total a conçu son FLNG en donnant la priorité à la sécurité, la simplicité et l'opérabilité.

L'expérience du GNL et de l'offshore profond 

Usine de liquéfaction, Yemen LNG

L’usine de liquéfaction Yemen LNG, opérée par
Total.

Deuxième acteur mondial de la filière GNL, Total est présent dans près d’un tiers des sites de liquéfaction en production. En 2010, le Groupe a produit près de 6 % du volume mondial de GNL. Il déploie son savoir-faire de l’amont à l’aval de la chaîne : liquéfaction, transport par méthaniers, négoce international et regazéification du gaz naturel.

Le FPSO Pazflor, entré en production en 2011

Le FPSO Pazflor, entré en production en 2011.

Le FLNG de Total hérite également de plus de 15 ans d’expérience en matière de grands FPSO (Floating Production, Storage and Offloading). Le Groupe est, en effet, pionnier dans la conception, la construction et la conduite des opérations de ces unités, spécialisées dans l’exploitation des champs pétroliers de l’offshore profond. En 2012, Total occupe la première place des producteurs de grands fonds en Afrique de l’Ouest. Une position conquise par une innovation continue dans les technologies sous-marines. Dernier exemple en date : la mise en œuvre, en première mondiale, de la séparation gaz-liquides sous-marine sur le champ géant de Pazflor (Angola), entré en production en 2011.

Un processus certifié de capitalisation des expériences

Afin de s'assurer que le FLNG bénéficiait de toute l’expérience acquise sur les projets antérieurs, sa conception a été fondée sur un référentiel technique certifié ISO 9001. Une démarche qui a notamment permis de placer la sécurité, l’opérabilité et la maintenance au cœur de sa conception.

Par ailleurs, chaque innovation technique a fait l’objet d’un important programme de qualification technologique.

Intégration des savoir-faire

L'équipe transverse qui, pendant dix ans, a travaillé à la conception du FLNG, a été spécialement constituée afin de réunir l'ensemble des expertises indispensables. Total s’est aussi appuyé sur des partenaires industriels leaders dans leur spécialité :

  • Technip, pour le design des topsides ou le déchargement cryogénique en tandem,
  • STX France, pour le design de la coque,
  • GTT, pour le stockage du GNL,
  • SBM, pour le touret,
  • Principia, pour l’hydrodynamisme.

Des choix techniques issus de l'expérience

Capture d'une animation présentant un morceau de la coque du FLNG, navire constituant la nouvelle solution de liquéfaction du gaz naturel en mer

L’architecture de la coque, fondée sur le référentiel technique de Total en termes de conception des structures (épaisseur des aciers, marges de corrosion…), a été adaptée aux spécificités de la liquéfaction en mer.

Grue de levage sur le pont d'un navire en pleine mer

Dans un contexte « tout électrique » qui implique des équipements très lourds, la stratégie de manutention et de levage est déterminante. Habitué à ces problématiques sur ses FPSO, Total a aménagé le pont du navire de façon à pouvoir remplacer spécifiquement chaque module (topsides).

Plateforme de production Girassol et plateforme MSV Regalia

Le FLNG de Total intègre une stratégie anticipée d’IMRR (Inspection, maintenance, remplacement et réparation). Issue de l’expérience acquise sur les FPSO, elle est la clé de l’intégrité des installations et de la performance des opérations à long terme. Cette stratégie prévoit notamment l’intégration d’équipements de secours dans le design de base du FLNG, doublée d’un stockage à terre d’équipements prêts à installer.

La sécurité, une priorité absolue

Interview vidéo d'Élise Morand, Conception de la sécurité sur le FLNG – Exploration-Production (mars 2012) 

Interview vidéo d'Élise Morand, Conception de la
sécurité sur le FLNG – Exploration-Production
(mars 2012)

La sécurité n’admet aucun compromis dans telle usine flottante. Dans un espace restreint, sont en effet concentrés un quartier-vie et des opérations (liquéfaction, stockage, déchargement) mettant en jeu des inventaires importants de gaz inflammables. Le risque majeur est une explosion qui pourrait en entraîner d’autres par effet domino.

Identifier les risques pour mieux les prévenir

Total a donc réalisé un important travail d’identification des dangers de la liquéfaction flottante (analyse des retours d’expérience, étude systématique d’identification des dangers, étude de scénarios d’accidents, modélisation…) Cette démarche a permis d’établir une stratégie de prévention des risques et d’effectuer des choix technologiques déterminants. Objectif : obtenir un niveau de sécurité équivalent à celui qui prévaut sur les FPSO opérés par le Groupe.

Schéma de fonctionnement du cycle de liquéfaction à l'azote

Schéma de fonctionnement du cycle
de liquéfaction à l'azote

Le choix d’un procédé de liquéfaction à gaz inerte 

Les études ont montré que le cycle de liquéfaction à gaz inerte (l’azote) est beaucoup moins dangereux que les procédés alternatifs. En effet, toutes les autres solutions impliquent l'utilisation et le stockage de gros volumes d’hydrocarbures inflammables. Avec l'azote, les risques de fuite de produits dangereux sont moins importants et les opérations de dépressurisation moins délicates. Les scénarios d’accidents sont donc moins nombreux et leurs conséquences réduites.

Un quartier vie sécurisé 

Vue sur le quartier de vie du FPSO Dallia en Angola

Quartier vie du FPSO Dalia

L’implantation des modules du FLNG a été conçue pour mettre les hommes en sécurité. Le quartier-vie est installé à la proue afin de ne pas être situé sous le vent des installations. Il est éloigné de la zone de déchargement (où le risque de fuite de GNL est le plus élevé), de la torche ainsi que des installations de traitement du gaz (où règnent de fortes pressions). Enfin, il est isolé et protégé par des murs capables de résister aux incendies et aux explosions.

Le déchargement du GNL en tandem 

Pour transférer le GNL en mer à bord des méthaniers, Total a retenu le déchargement en tandem. Avec cette solution, le méthanier vient se placer à une centaine de mètres derrière le FLNG et non pas à couple (bord à bord), comme c’est le cas dans certains designs. Les opérations sont également facilitées par un ancrage sur touret (le navire peut pivoter autour d'un axe fixe) qui permet d’optimiser l’orientation du navire en fonction du vent.

Schéma du déchargement en tandem

Le déchargement en tandem limite les risques de
collision

Tout en ménageant une grande distance entre le quartier-vie et les opérations de déchargement, ce mode opératoire limite radicalement le risque de collision avec les méthaniers. Il est largement utilisé pour le transfert des liquides en mer du Nord car il permet d’assurer la continuité des opérations dans les conditions météorologiques les plus difficiles. Son adaptation au transfert d’un liquide cryogénique est une innovation majeure et un atout pour la sécurité à bord du FLNG.

Un flexible cryogénique innovant

Le flexible cryogénique aérien mis en œuvre pour le déchargement en tandem est l'aboutissement de dix années de travaux menés en partenariat avec Technip.
Il est constitué d’une conduite flexible cryogénique (acier inox plissé en accordéon) enrobée d’isolants à haute performance.
Le flexible a été qualifié et testé en conditions dynamiques avec du GNL en 2008.


Les défis d’un stockage flottant 

Cuve de méthanier à membrane

Cuve de méthanier à membrane

Pour son FLNG, Total a retenu la technologie du stockage à membrane de son partenaire GTT. Développée depuis quarante ans, sa robustesse est aujourd’hui éprouvée. Les cuves sont disposées sur deux rangées (au lieu d’une seule sur les méthaniers) afin de limiter les effets du roulis et du tangage du navire sur le GNL (sloshing). Une disposition qui permet également d’effectuer l’inspection et la maintenance d’une cuve sans impacter le reste des opérations.

Opérabilité et performance énergétique

Interview vidéo de Denis Chrétien, responsable
procédés GNL – Exploration-Production (mars
2012) 

Interview vidéo de Denis Chrétien, responsable
procédés GNL – Exploration-Production (mars
2012)

Arrivée retardée d’un méthanier, passage d’un cyclone, défaillance d’un équipement… En haute mer le FLNG doit pouvoir assurer la production dans les conditions les plus difficiles. Il doit aussi parfois s’arrêter et redémarrer rapidement. Total met en œuvre des technologies de liquéfaction et de génération de puissance qui permettent une grande souplesse opératoire.

Cycle à l’azote, le choix de la simplicité

Dans un cycle de liquéfaction à hydrocarbures, le produit réfrigérant est en partie liquide et en partie gazeux. Dans le cycle à gaz inerte, l’azote est toujours en phase vapeur et les boucles de liquéfaction ne contiennent donc aucun liquide. Un avantage particulièrement décisif dans le contexte de la liquéfaction flottante car :

  • Il simplifie les appoints de réfrigérant en supprimant la gestion des équilibres liquide/vapeur.
  • Il rend le procédé de liquéfaction moins sensible aux mouvements du bateau.
  • Il permet des redémarrages rapides du processus de liquéfaction et des changements de régime sans perte d’efficacité.

Le FPSO Akpo, mis en production en 2009
met en oeuvre un entraînement
« tout électrique ».


Un entraînement « tout électrique »

Pour la génération de puissance, la souplesse opératoire est renforcée par un entraînement « tout électrique ». Sur le FLNG de Total, une centrale électrique à gaz alimente les moteurs qui entraînent les compresseurs. Le choix de cette technologie, déjà mise en œuvre sur un FPSO (Akpo), permet :

  • D’ajuster la vitesse des compresseurs aux besoins de la production.
  • De redémarrer plus rapidement le cycle de liquéfaction.
  • De préserver l’alimentation de tous les équipements en cas de panne de l’un des générateurs électriques.

Une consommation énergétique optimisée

L’optimisation énergétique est un axe majeur de la stratégie environnementale de Total. Or, si le cycle à azote est considérablement plus sûr qu’un cycle à hydrocarbures, il est en revanche légèrement moins performant d’un point de vue énergétique. Sur le FLNG de Total, une étape de pré-refroidissement au CO2, intégrée au procédé, permet de ramener à 15 % la différence de consommation d’énergie entre les deux procédés. Ainsi réduit, cet écart de performance est largement compensé par les gains opérationnels et le niveau de sécurité offerts par le cycle à gaz inerte.

De nombreuses autres techniques sont également mises en œuvre pour optimiser la consommation d'énergie : refroidissement de l’air entrant dans les turbines, récupération de la chaleur des fumées d’échappement en sortie de turbines...

Utiliser l’eau froide des grandes profondeurs

Pour refroidir le gaz naturel, il est nécessaire de pomper de l’eau de mer au rythme de 20 000 m3 à l’heure. Problème : aujourd’hui, seule l’eau de surface peut être utilisée et sa température est entre 20 et 30 °C dans de nombreuses zones où le FLNG est appelé à opérer.

Dans les grandes profondeurs, à quelque 600 m sous la surface, l’eau est à une température de 4 °C seulement. Des travaux de recherche et développement sont actuellement en cours qui permettront, dans les prochaines années, d'utiliser cette eau beaucoup plus froide. Le refroidissement du gaz naturel nécessitera ainsi considérablement moins d'énergie.