Comment améliorer l'efficacité du traitement du gaz naturel et garantir la conformité tout au long de la chaîne de valeur

Le traitement du gaz naturel joue un rôle essentiel dans la fourniture de gaz prêt à être commercialisé, tout en garantissant la sécurité, l'efficacité et la conformité des opérations tout au long de la chaîne de valeur. Aujourd'hui, les installations de process fonctionnent dans des conditions de plus en plus complexes : la composition des gaz d'alimentation est plus variable, les exigences réglementaires se durcissent et l'efficacité énergétique ainsi que les performances en matière d'émissions font l'objet d'une surveillance plus étroite que jamais. Dans le même temps, de nombreuses installations doivent concilier ces exigences tout en exploitant des infrastructures vieillissantes et en se préparant à assumer de nouvelles fonctions dans le cadre de la transition énergétique, notamment le mélange d'hydrogène et la gestion du carbone.

Dans un contexte marqué par une pression croissante sur les coûts et une complexité grandissante des opérations gazières, l'excellence opérationnelle dans le traitement du gaz naturel est devenue un avantage concurrentiel indéniable. Les installations qui allient un contrôle fiable des process, des mesures précises et une visibilité en temps réel à toutes les étapes de la production peuvent préserver leurs marges, réduire les risques et garantir des performances à long terme.

Les installations qui parviennent systématiquement à atteindre un haut niveau d'efficacité opérationnelle sont mieux placées pour :

• Optimiser le débit de gaz naturel
• Réduire la consommation d'énergie
• Améliorer la planification de la maintenance
• Réduire les émissions de gaz à effet de serre
• Maintenir une qualité de produit stable
• Améliorer la fiabilité globale de l'installation

Le traitement du gaz est par nature très gourmand en énergie, notamment dans les process d'élimination des gaz acides, de déshydratation et de fractionnement. La hausse des coûts énergétiques et les objectifs de décarbonisation poussent les opérateurs à optimiser leur consommation d’énergie tout en maintenant le débit et en respectant les spécifications des produits ainsi que les exigences environnementales. Atteindre cet équilibre est un véritable défi, notamment dans les installations de traitement du gaz conçues pour des qualités de gaz d’alimentation ou des conditions d’exploitation différentes de celles rencontrées aujourd’hui.

Les systèmes à forte consommation d'énergie, tels que les compresseurs, les unités de régénération, les équipements de chauffage et de réfrigération, offrent d'importantes possibilités d'amélioration de l'efficacité énergétique. Il s'agit notamment de/d' :

• Optimiser la charge des compresseurs
• Réduire la variabilité des process
• Améliorer la récupération de chaleur
• Améliorer les performances de déshydratation
• Réduire au minimum les torchages et les rejets inutiles

En substance, les opérateurs réduisent la consommation d'énergie en faisant fonctionner le process dans des conditions plus proches de l'optimum, grâce notamment à un contrôle avancé des process (APC) et à des débits de circulation optimisés. L'intégration de la chaleur et la récupération d'énergie à partir des flux de process à haute température réduisent la consommation d'énergie, ce qui améliore directement les marges.

En recourant à l'intégration et à l'intensification des process avec un nombre réduit d'étapes, les opérateurs peuvent améliorer l'efficacité de manière structurelle et parvenir à un meilleur équilibre entre la récupération du produit et la consommation d'énergie. De plus, la surveillance et l'analyse en temps réel jouent un rôle majeur dans l'optimisation des process, car elles permettent un ajustement continu et une meilleure prévention des défaillances.

La composition des flux de gaz naturel présente une variabilité croissante, due à l'intégration de ressources non conventionnelles et à la dégradation de la qualité des gisements. Des concentrations plus élevées et des fluctuations des niveaux de CO₂, de H₂S, d'azote, d'eau et d'hydrocarbures lourds imposent une charge supplémentaire aux unités de traitement, de déshydratation et de fractionnement. Par conséquent, pour garantir un fonctionnement stable et une qualité constante des produits, il est nécessaire de disposer d'une plus grande flexibilité des process et d'informations en temps réel plus fiables sur la composition des gaz et le comportement des flux.

Les autorités réglementaires exercent une pression croissante sur les activités en amont et en milieu de chaîne afin de réduire les émissions de méthane, de limiter le torchage et d'améliorer la transparence du reporting sur les gaz à effet de serre. On attend de plus en plus des installations de traitement du gaz qu'elles fournissent des données continues et traçables sur les émissions, plutôt que de se baser sur des estimations ou des mesures périodiques. Cette évolution accroît la complexité opérationnelle, notamment lorsque la surveillance des émissions doit être intégrée dans les installations existantes et mise en conformité avec les réglementations régionales et internationales en constante évolution.

Le gaz naturel doit être traité afin d'éliminer les impuretés, d'assurer un transport en toute sécurité et de répondre aux normes de qualité requises pour une utilisation commerciale. À l'état brut, il contient de l'eau, des gaz acides tels que le H₂S et le CO₂, ainsi que des hydrocarbures plus lourds qui, s'ils ne sont pas traités, peuvent entraîner de la corrosion, des risques pour la sécurité ou des obstructions dans les conduites. Les principales étapes du process après l'extraction des réservoirs souterrains sont les suivantes :

1. Séparation (au niveau du puits ou à proximité) : Élimination de l'eau libre, des condensats, du sable et des matières solides du gaz naturel brut afin de protéger les équipements en aval. Le gaz est ensuite acheminé vers les installations de process via des réseaux de collecte qui captent le gaz brut provenant de nombreux puits grâce à un réseau de gazoducs.
2. Adoucissement du gaz : Les gaz acides tels que le sulfure d'hydrogène (H₂S) et le dioxyde de carbone (CO₂) sont éliminés, généralement à l'aide de systèmes à base d'amines, afin d'améliorer la sécurité, de prévenir la corrosion et de respecter les spécifications.
3. Déshydratation du gaz : La vapeur d'eau est éliminée (généralement à l'aide de la déshydratation au glycol ou de tamis moléculaires) afin d'éviter la formation d'hydrates, la corrosion et le gel pendant le transport et le traitement.
4. Récupération des hydrocarbures : Les liquides de gaz naturel (LGN), tels que l'éthane, le propane et le butane, sont séparés à l'aide de process de réfrigération ou cryogéniques afin d'accroître la valeur du produit..
5. Compression : La pression du gaz est augmentée afin de permettre son transport par gazoduc, son injection en stockage ou sa distribution aux utilisateurs en aval.
6. Mesure et contrôle qualité : Le débit, la pression, la température et la composition sont mesurés afin de garantir la précision des transactions commerciales, la conformité réglementaire et la fiabilité du fonctionnement.

Pour garantir le bon fonctionnement de ces process, les exploitants d'installations doivent surveiller en permanence les paramètres clés et les performances des process, tels que l'efficacité de l'élimination des gaz acides et de la déshydratation, afin d'éviter la production de gaz non conformes aux spécifications, d'assurer la stabilité du système et de protéger les équipements en aval. Ensemble, ces facteurs garantissent que le traitement du gaz naturel reste sûr, efficace et conforme aux normes, tout en fournissant un produit stable et commercialisable.

Une surveillance précise est essentielle à l'efficacité du traitement du gaz, car elle a une incidence directe sur la qualité des produits, la stabilité des process, la sécurité et la conformité réglementaire. Même de petites erreurs peuvent entraîner un gaz non conforme aux spécifications, une baisse du rendement et une augmentation des risques opérationnels. Parallèlement, les opérateurs doivent concilier des réglementations environnementales et de sécurité plus strictes avec la nécessité de maintenir le débit, ce qui exige une surveillance fiable des variables clés du process et un contrôle constant de celui-ci.

Dans les process complexes tels que la séparation des composants, la déshydratation et l'élimination des gaz acides, la fiabilité des mesures est essentielle pour éviter les pertes de rendement, la contamination des équipements ainsi que l'instabilité des process. Par ailleurs, les opérateurs doivent s'assurer que la qualité finale du gaz respecte les limites fixées par les tarifs des gazoducs et les accords contractuels. Ces exigences sont régies par des cadres réglementaires et des normes internationales telles que la norme ISO 13686 ou EN 16726 ainsi que les normes industrielles largement utilisées, notamment la norme ISO 6976 et ISO 12213 , AGA et GPA Directives relatives à la composition du gaz et au calcul énergétique, normes API pour l'échantillonnage et les méthodes ASTM pour la détermination du point de rosée et de la teneur en eau.

En fournissant des données de process claires et vérifiables, des mesures fiables réduisent l'incertitude, favorisent la conformité et permettent de prendre de meilleures décisions opérationnelles. Le respect des spécifications de qualité tout en garantissant la fiabilité des process requiert :

• Des mesures précises du débit, de la pression et de la température
• Une surveillance fiable de l'humidité, des gaz acides et du point de rosée
• Le suivi et la déclaration des émissions
• Un contrôle stable des process
• Une documentation continue des process

La maintenance prédictive prend de plus en plus d'importance dans le secteur du traitement du gaz naturel, les opérateurs cherchant à réduire les temps d'arrêt imprévus, à améliorer la fiabilité des installations et à optimiser les coûts de maintenance. En surveillant en permanence les conditions de fonctionnement et le comportement des équipements, elle permet de détecter rapidement des problèmes tels que la corrosion, l'encrassement ou la détérioration des équipements avant qu'ils n'affectent la production. Cela garantit un fonctionnement plus stable et contribue à maintenir une qualité constante du gaz. Parallèlement, des fonctionnalités intelligentes de diagnostic et de vérification, telles que celles offertes par la Heartbeat Technology, fournissent des informations en continu sur l'état des appareils et l'intégrité des mesures, facilitant ainsi la mise en œuvre de stratégies de maintenance conditionnelle. Cela contribue à renforcer la sécurité des opérations, à améliorer la conformité et à optimiser l'utilisation des ressources de maintenance.