injection d'eau

LE PROCESS

INJECTION DEAU

MANUEL DE FORMATION COURS EXP-PR-PR150

Rvision 0.2

Exploration et ProductionLe Process

Injection deau

Support de Formation: EXP-PR-PR150-FR Dernire Rvision: 07/06/2007 Page 2 de 98

LE PROCESS

INJECTION DEAU

SOMMAIRE

1. OBJECTIFS .....................................................................................................................5 2. LES FONCTIONS DE LINJECTION DEAU....................................................................6

2.1. LIMPORTANCE DE LINJECTION DEAU ...............................................................6 2.2. LE BUT DE LINJECTION DEAU .............................................................................7 2.3. LE PRODUIT FINI .....................................................................................................8

2.3.1. Qualit deau requise par la formation ................................................................8 2.3.2. La source deau ..................................................................................................8

2.4. EXEMPLE DINJECTION DEAU ............................................................................13 2.5. EXERCICES ...........................................................................................................14

3. FONCTIONNEMENT DE LINJECTION DEAU.............................................................15 3.1. MISE EN UVRE ET CONTRAINTES...................................................................15 3.2. LES TUDES CONCEPTUELLES..........................................................................16 3.3. ARCHITECTURE D'UNE CHANE DE TRAITEMENTS..........................................17

3.3.1. Eaux de surface................................................................................................18 3.3.2. Eaux de nappes profondes...............................................................................19 3.3.3. Eaux de production...........................................................................................20

3.4. Succession des fonctions........................................................................................21 3.4.1. Relevage et chloration : ....................................................................................21 3.4.2. Filtration............................................................................................................22 3.4.3. Dsoxygnation ................................................................................................26

3.4.3.1. Dsaration physique : ..............................................................................27 3.4.3.2. Dsaration Chimique................................................................................28

3.4.4. Filtration de scurit .........................................................................................31 3.4.5. Puits injecteurs. ................................................................................................32 3.4.6. Injections de produits inhibiteurs de corrosion et de bactricides.....................33

3.5. LA CHAINE DE TRAITEMENT ...............................................................................34 3.6. LES EQUIPEMENTS SPECIFIQUES .....................................................................35

3.6.1. Pompes de relevage.........................................................................................35 3.6.2. Chloration .........................................................................................................35

3.6.2.1. Action du chlore .........................................................................................35 3.6.2.2. Production du chlore ..................................................................................36 3.6.2.3. Dosage.......................................................................................................37 3.6.2.4. Injection de chlore ......................................................................................37

3.6.3. Filtration............................................................................................................37 3.6.3.1. La filtration des eaux dinjection .................................................................37 3.6.3.2. Action du filtre sur une suspension ............................................................38

3.6.4. Matriels de filtration des eaux dinjection ........................................................38 3.6.4.1. Les filtres prcouche ...............................................................................39 3.6.4.2. Filtres plateaux horizontaux ....................................................................41 3.6.4.3. Filtres cadres verticaux : .........................................................................41


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3.6.4.4. Filtre bougies suspendues : ....................................................................42 3.6.4.5. Filtre de scurit :.......................................................................................43 3.6.4.6. Les filtres cartouches rgnrables en back flow....................................45 3.6.4.7. Les filtres cartouches jetables .................................................................47 3.6.4.8. Les hydrocyclones .....................................................................................48

3.6.5. Pompage HP ....................................................................................................49 3.6.6. Rseau de distribution ......................................................................................49

3.7. EXERCICES ...........................................................................................................51 4. LES DIFFERENTS TYPES DINJECTION DEAU.........................................................52

4.1. CONCEPTION DES INSTALLATIONS ...................................................................52 4.1.1. La formation rceptrice .....................................................................................52 4.1.2. Rgime d'injection.............................................................................................52 4.1.3. Positionnement des puits injecteurs .................................................................53

4.2. QUALIT D'EAU REQUISE PAR LA FORMATION ET SOURCE DEAU...............54 4.2.1. Objectifs fonctionnels des traitements ..............................................................54 4.2.2. Importance des choix initiaux............................................................................55 4.2.3. Les principaux procds et quipements spcifiques.......................................55

4.3. EXERCICES ...........................................................................................................57 5. REPRESENTATION ET DONNEES..............................................................................58

5.1. PLAN DE CIRCULATION DES FLUIDES (PCF/PFD).............................................58 5.2. PIPING & INSTRUMENTATION DIAGRAM (PID) ..................................................60 5.3. DIMENSIONNEMENT.............................................................................................63

5.3.1. Exemple typique ...............................................................................................63 5.3.2. Dimensionnement.............................................................................................64

5.4. EXERCICES ...........................................................................................................65 6. LINJECTION DEAU ET LE PROCESS........................................................................66

6.1. LOCALISATION ET CRITICITE ..............................................................................66 6.2. PROCESS ASSOCIES ...........................................................................................67

7. PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT .....................................................................69 7.1. NORMAL OPERATING...........................................................................................69

7.1.1. Objectifs de lexploitation des installations........................................................69 7.1.2. Moyens de contrle ..........................................................................................69

7.1.2.1. Chloration...................................................................................................69 7.1.2.2. Contrle bactrien......................................................................................70 7.1.2.3. Contrle de dsoxygnation.......................................................................70 7.1.2.4. Contrle de filtration ...................................................................................70 7.1.2.5. Contrles Corrosion ...................................................................................72

7.1.3. Suivi des paramtres ........................................................................................72 7.1.3.1. Perte de charge sur filtration principale......................................................72 7.1.3.2. Teneur en oxygne aval tour......................................................................73

7.1.4. Autres suivis .....................................................................................................73 7.1.5. Lutte antibactrienne ........................................................................................74 7.1.6. Lutte anti corrosion ...........................................................................................74

7.2. SECU OPERATING ................................................................................................81 7.2.1. Water injection safety aspects ..........................................................................81

7.2.1.1. Chemical safety..........................................................................................81 7.2.1.2. General Safety ...........................................................................................82

7.3. CAPACITES MAXI / MINI........................................................................................84


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7.3.1. Comparaison technico-conomiques Domaines dapplication.......................84 7.3.2. Critres de choix...............................................................................................84 7.3.3. Pour les faibles dbits < 500m3/j et essais.......................................................84 7.3.4. Pour les gros dbits >1000m3 /j : .....................................................................84

7.4. EXERCICES ...........................................................................................................85 8. CONDUITE DUNE UNITE DINJECTION DEAU .........................................................86

8.1. EXEMPLE DE SEQUENCE DE DEMARRAGE ......................................................86 8.2. EXEMPLE DE SEQUENCE DARRET....................................................................88 8.3. EXERCICES ...........................................................................................................89

9. TROUBLESHOOTING...................................................................................................90 9.1. LES SULFATES......................................................................................................90

9.1.1. Incompatibilit eau de gisement / eau de mer ..................................................90 9.1.2. La desulfatation ................................................................................................91

9.2. EXERCICES ...........................................................................................................94 10. GLOSSAIRE ................................................................................................................95 11. SOMMAIRE DES FIGURES ........................................................................................96 12. SOMMAIRE DES TABLES ..........................................................................................98


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1. OBJECTIFS


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2. LES FONCTIONS DE LINJECTION DEAU

2.1. LIMPORTANCE DE LINJECTION DEAU Dans un gisement ptrolier, les fluides qui occupent les vides de roche ou "pores" : l'eau, l'huile ou le gaz, sont en quilibre statique sous l'action des forces de pression, de gravit et de capillarit. La mise en production, par l'intermdiaire de puits producteurs, induit un mouvement des fluides en place, qui se traduit par un transfert des pores vers la surface. Il apparat alors des forces d'inertie (faibles) et de frottements visqueux. Ce mouvement des fluides ncessite des phnomnes physiques moteurs. Les moteurs naturels, ou faisant potentiellement partie du gisement sont :

les expansions monophasiques de la roche magasin et des fluides : gaz, huile sous-sature, eau, accompagnant une baisse de pression,

l'expansion des gaz dissous dans l'huile, si la pression devient infrieure au point

de bulle,

l'expansion d'un aquifre sous-jacent l'accumulation,

l'expansion d'un "gas cap",

l'imbibition (l'eau chasse l'huile). Sauf dans le cas des gaz ou de la prsence d'un aquifre actif (aliment par l'extrieur), les taux de rcupration naturelle obtenus sont faibles (20 25 %). De plus, la pression baissant, la production ralentit inexorablement. Si l'on peut aider les fluides s'lever dans les tubings (activation par pompage ou gas-lift), laisser se dplter un gisement prsente des inconvnients majeurs en termes de rcupration. L'injection d'eau ou de gaz dans le gisement permet de "maintenir la pression". Il s'agit de rcupration assiste parfois appele rcupration secondaire. L'injection d'eau (prleve dans une autre source que le gisement lui-mme), ou la rinjection de l'eau associe au brut aprs sparation, constitue le procd de rcupration assiste le plus utilis (80 % 85 % de l'huile supplmentaire produite).


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L'injection d'eau sera le plus souvent dcide dans les cas suivants :

gisement d'huile faible nergie : huile sous-sature, aquifre peu actif ou de volume ngligeable,

gisement d'huile peu permable ou de grandes dimensions (carts de pression

trop importants),

gisement d'huile de configuration gomtrique telle que les entres naturelles d'eau, laissent des zones importantes non balayes.

2.2. LE BUT DE LINJECTION DEAU Optimiser la production et augmenter la rcupration par :

le maintien de pression,

le balayage de l'huile en place.

Figure 1: Cycle de l'eau


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2.3. LE PRODUIT FINI

2.3.1. Qualit deau requise par la formation La possibilit d'injecter long terme de l'eau dans une formation ptrolire dpend de nombreux facteurs et se traduit par l'"injectivit".

Injectivit = f[P,Q,II(k.h., Kre,,B...)...] P : pression (diffrence fond de puits-couche) Q : dbit II : index d'injectivit h : paisseur de la couche Kre : permabilit relative l'eau k : permabilit moyenne dans l'aire de drainage m : viscosit P et T B : facteur formation de l'eau La qualit de l'eau a une influence sur l'index d'injectivit. Pour quil reste constant, toutes choses gales par ailleurs, il convient que l'eau injecte ne soit pas colmatant pour la liaison couche trou et la formation, et qu'elle n'induise ni ractivit d'argiles, ni phnomne de "souring". En d'autre terme, l'eau doit tre compatible.

2.3.2. La source deau On distingue gnralement 3 types d'eau suivant leurs provenances :

les eaux de surface : mer, lacs, rivires, marigots...

les eaux de nappes profondes

les eaux de production : gisement, dessalage, condensation... dont les caractristiques sont regroupes schmatiquement dans le tableau ci-aprs :


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O2 CO2 CH4 MES

solides

Matires organiques disperses

Organismes vivants

Bactries

SRB

Sels

Rivires et lacs

*** ** V

** V * ** *

Marigots Lagunes

*** TR *** V

*** V *** *** **

Mer profonde

** * V

** V ** *** ***

Phratique

* ** V * **

Profonde

** V

** V

* V

** V

Eau de gisement

** +H2S

** ** V HC * V

*** V

Eau de

dessalage

** +H2S ** ** V HC

* V

*** V

Eau de

condensation

** +H2S *** HC

*** : Satur ou trs forte concentration ** : Teneur moyenne * : Teneur faible

TR : Traces V : Variable HC : Hydrocarbures

Table 1: Caractristiques de diffrentes sources d'eau

Le choix de la source d'eau doit tre effectu avec le plus grand soin. Une source d'eau plus difficile d'accs ne doit pas tre exclue sur ce seul critre. Si une eau brute a dj presque toutes les qualits requises, il n'y a plus de traitement hormis le soutirage et le pompage. En offshore, l'eau de mer, difficile traiter, peut tre parfois remplace par de l'eau de nappe qui ne ncessite pas ou peu de traitement.


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Figure 2: Composition de leau de mer

Figure 3: Reprsentation graphique de la composition de l'eau de mer


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Dissolved Ion River Water Ocean Water

Bicarbonate (HCO3- / CO3--) 48,7% 0,4%

Calcium (Ca++) 12,4% 1,2%

Silica (SiO++) 10,8%

Sulfate (SO4--) 9,3% 7,7%

Chloride (Cl-) 6,5% 55,0%

Sodium (Na+) 5,2% 30,6%

Magnesium (Mg++) 3,4% 3,7%

Potassium (K+) 1,9% 1,1%

Nitrate (NO3-) 0,8%

(Fe,Al)2O3 0,8%

Table 2: Comparatif entre l'eau de rivire et l'eau de mer Sea Water

The quantity of suspended solids in Sea Water depends on location, depth, coastal and weather influence.

The nature of suspended solids

in Sea Water is essentially organic

When selecting a water intake,

the depth at which the water should be pumped must be properly selected to minimise the Total Suspended Solids content

Figure 4: Suspended solids counts in North Sea water at various depths


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Figure 5: Biological activity at various depths La figure ci-dessous est tir des tudes de l'Universit de Tulsa sur le thme "Subsurface disposal of industrial wastes" (E.C. Donaldson et F.S. Manning), et du courrier de Johnson (n spcial sur l'injection des effluents grande profondeur).

Figure 6: Capacit dinjection en fonction des permabilits


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2.4. EXEMPLE DINJECTION DEAU

Figure 7: Modlisation d'une unit de traitement d'eau d'injection avec dsulfatation


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Figure 8: Architecture d'un systme d'injection d'eau

Chane classique avec dessulfatation

2.5. EXERCICES


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3. FONCTIONNEMENT DE LINJECTION DEAU

3.1. MISE EN UVRE ET CONTRAINTES Le choix de l'injection d'eau implique :

Une bonne connaissance du rservoir et de l'aquifre, donc un minimum d'historique de production. Si l'injection d'eau est simultane la mise en production, il convient de tenir compte de la marge d'incertitude (dbit-pression) dans la conception des installations.

Une dfinition aussi prcise que possible de la qualit de l'eau requise par la

formation, en terme de compatibilit ionique, teneur en MES, granulomtrie des particules solides et pouvoir colmatant. Donc, ncessit d'tudes et d'essais sur des chantillons d'eau de gisement et des chantillons de terrain (carottes).

La disposition d'un approvisionnement en eau suffisant, en quantit, qualit et

rgularit.

La ralisation de puits injecteurs, judicieusement placs et quips des moyens de liaisons couche-trou adapts la formation, aux qualits d'eaux et aux conditions hydrauliques.

La ralisation des installations de surface ncessaires au traitement de l'eau, sa

distribution et son injection, et la prise en compte de ces installations dans l'exploitation du champ.

Procd de rcupration assiste le plus important dans le monde, l'injection d'eau doit tre l'une des proccupations majeures des exploitants, tant au niveau conception que conduite des installations.


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3.2. LES TUDES CONCEPTUELLES La mise en oeuvre du procd "injection d'eau" sur un site ptrolier ncessite un ensemble d'tudes interdpendantes et pluridisciplinaires, et la synthse des travaux de plusieurs quipes de spcialistes. Le fluide "process" tant l'eau, le projet aura pour objectif de prlever une certaine quantit d'eau dans une source convenable, de la traiter pour atteindre certains critres de qualit, et enfin, de l'injecter dans la formation. Une organisation spcifique est ncessaire, parfois difficile dfinir, les socits ptrolires tant classiquement structures pour l'extraction et le traitement des hydrocarbures liquides ou gazeux. En bref, on peut rpartir les tches de la manire suivante :

les quipes gisement ont la responsabilit de la dfinition des objectifs atteindre en terme de quantit et qualit d'eau, de lieu d'injection, et de calendrier,

les exploitants ont en charge la dfinition des moyens mettre en oeuvre pour la

ralisation de ces objectifs. Schmatiquement, ceci revient tablir un "cahier des charges" en rpondant aux questions : quoi ? combien ? o ? quand ?, et concevoir une installation industrielle rpondant au cahier des charges, c'est--dire la question comment ?


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3.3. ARCHITECTURE D'UNE CHANE DE TRAITEMENTS

L'architecture de la chane de traitements d'eau d'injection dpend de la source d'eau et des performances attendues. Les diffrentes fonctions et procds utiliss sont interdpendants, ce qui impose, entre autres, une succession logique des traitements.

Figure 9: Architecture de la chane de traitement d'eau d'injection de Girassol


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3.3.1. Eaux de surface

Figure 10: Chane dinjection deau de mer L'architecture ci-dessus est schmatiquement celle d'une chane d'injection d'eau de mer, type Golfe de Guine, actuelle. Note sur la chloration : Oxydant puissant, le chlore ou ses drivs, o le chlore a un degr d'oxydation de -1, a une triple fonction :

antifouling ( antisalissures destine empcher les organismes marins de se fixer),

aide la filtration (la destruction des organisme marin facilitera dautant plus la

filtration en val de linjection du chlore),

bactricide. Son action est proportionnelle sa concentration et au temps de contact. La premire est limite pour des raisons de corrosion, le second par la dsoxygnation. Les eaux de surface sont de qualit trs variable et sont quasi satures en oxygne dissous. On vitera les trs fortes teneurs en MES, les quipements de filtration utiliss tant des "clarificateurs".


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3.3.2. Eaux de nappes profondes

Figure 11: Chane d'injection d'eau de nappes profondes

La plupart du temps, les nappes profondes produisent de l'eau sans oxygne, et le rgime de production permet l'absence de MES. Dans certains cas, la prsence de CO2 est source de corrosivit et il peut y avoir prsence de bactries anarobies (pollution des puits qui sont alors traiter). C'est la source d'eau qui ncessite le moins de traitements.


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3.3.3. Eaux de production

Figure 12: Chane des eaux de production Le problme majeur est celui du colmatage par les MES associes l'huile.


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3.4. Succession des fonctions Les diffrentes fonctions et quipements qui composent la chane de traitement ne peuvent tre placs dans un ordre quelconque. Dans le cas de l'eau de mer, qui constitue l'essentiel de nos installations, les fonctions de traitement se succdent de la faon suivante :

Relevage et chloration

Filtration

Dsoxygnation

Filtration de scurit

3.4.1. Relevage et chloration : La chloration place en amont permet d'assurer la fonction antifouling et procure le temps de contact maximal pour les fonctions aide la filtration et bactricide.

Figure 13: Relevage et chloration


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Figure 14: Rseau chloration (Girassol)

3.4.2. Filtration La filtration est place en amont des tours de dsoxygnation, les quipements de filtration protgent les tours des dpts de MES et plancton, et sont indpendants des fluctuations de dbit aval tour. La filtration multi-mdia consiste en une succession de plusieurs types de filtration (avec ou sans pression), afin d'liminer les matires solides, les impurets en suspension et les composants dissous (tels que Fe, Mn, As, NH4, BDOC, Cl2). L'eau passe travers plusieurs lits de mdia tels que le sable fin, l'anthracite (filtration des sdiments)., le charbon actif ou le dioxyde de manganse. Pendant la filtration, les impurets sont piges dans les espaces entre les grains du mdia et galement sur la surface suprieure du lit. Rgulirement, le filtre est nettoy en inversant le sens d'coulement. Pendant ce processus, le lit est tendu et libre toutes les impurets piges qui sont alors vacues ; le filtre peut nouveau tre utilis.


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Figure 15: Vue clate dun filtre multimdia

Figure 16: Filtres diatomes


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Figure 17: Principe de fonctionnement filtre d'eau multimdia

Figure 18: Filtre d'eau diatomes


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Types

Seuils ( 75) Avantages Inconvnients

A sable

15 8

seul

avec flocation

Technologie prouve

Accepte fortes charges

Bonnes performances

Investissement modr

Lourds et encombrants

Floculation dlicate

Contamination bactrienne

Interventions sur le lit lourdes

A prcouche

30 1

selon prcouche

(grade) Nota : peuvent descendre 0.2 ppm mais non utiliss en injection deau

Excellente qualit deau

Poids et encombrement moyens

Grande flexibilt

Faible cot des adjuvants

Risques de rupture des prcouches

Ncessite filtres de scurit

Manipulation des terres de

diatome pnible

Bougies rgnrables en back flow

200

30

selon media

Lger et petit

Pseudo-continu

Grande facilit dintervention (type carters indpendants)

Maintenance plus lourde car pices mobiles

Performances moyennes

Mdia mtalliques seuls

utilisables

Cartouches jetables

60 1

selon media

Nota : peuvent descendre 0.1 ppm mais non utiliss en injection deau

Excellente qualit deau

Petits et simples

Investissement faible

Cot dexploitation colossal pour de gros dbits

Changement des cartouches

astreignant

Table 3: Avantages et inconvnients des diffrents types de filtres


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3.4.3. Dsoxygnation

Tour de lavage du gaz : dsaration de leau par stripping

Figure 19: Logigramme de la dsoxygnation

Principe de la dsoxygnation physique:

la pression totale Pt d'un mlange est gale la somme des pressions que chaque gaz exercerait s'il tait seul.

la concentration d'un gaz dans un liquide est proportionnelle la pression partielle de ce

gaz au-dessus de l'interface liquide - gaz.


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Pour diminuer la concentration d'un gaz dans le liquide il suffit de diminuer sa pression partielle:

soit en diminuant Pt, c'est le dgazage sous vide

soit en diminuant la concentration du gaz

dans le mlange gazeux, c'est le dgazage par injection de gaz (stripping)

Figure 20: Tour de dsaration de leau par stripping

3.4.3.1. Dsaration physique : Le procd le plus communment utilis est le stripping en colonne plateaux soit par gaz, soit sous vide, soit mixte suivant les possibilits locales. Lorsque ce genre dunit est bien rgl, il permet de rduire la teneur en oxygne jusqu des valeurs de lordre de 5 ppb et de manire normale 100 ppb. Des valeurs de 0.5 ppm indique un mauvais fonctionnement de stripping. Ce systme implique linjection systmatique danti-oxygne, injection quil sera utile de commander automatiquement par lintermdiaire dun analyseur doxygne. Il est en outre, utile de signaler leffet bnfique sur la dsaration quoffre le procd dinjection de gaz dans la ligne deau. Cette technique peut tre envisage dans certains cas. Le systme de dsaration par stripping au gaz peut entraner des prcipitations de CO3Ca si le gaz de stripping ne contient pas de CO2 (ncessit alors dacidifier lgrement leau de mer lentre de la tour de stripping ou dinjecter un anti dpt. Lexcs de CO2 peut, au contraire, confrer leau strippe un caractre corrosif que lon inhibera par injection dinhibiteur de corrosion ou (mieux) de bactricide pouvoir inhibiteur de corrosion (ammonium quaternaire ou amine par exemple). Lutilisation de gaz contenant de H2S doit tre proscrite (risque de corrosion localise trs leve et impossibilit pratique dinhiber ce genre dattaque, lheure actuelle). En effet, la prsence de traces doxygn rsiduel en mme temps que dH2S confre un pouvoir trs agressif leau, les sulfites (catalyss par des ions mtalliques incompatibles avec le S) sont alors inefficaces et linjection dun inhibiteur de corrosion aggrave le caractre localis de la corrosion (diminution des surfaces attaques mais acclration de la vitesse dattaque des plages anodiques).


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Des problmes ont exist avec seulement 20 ppm dH2S dissous et 1 ppm dO2. Sorienter alors vers un stripping sous vide. Outre les risques de Prcipitation du CO3Ca, le stripping sous vide est, frquemment, le sige de moussages qui rduisent notablement son efficacit. Il faudra prvoir un dispositif dinjection danti mousse lentre de la tour. Lanti mousse devra tre un produit soluble dans leau, type poly glycol par exemple. Mais, il faudra viter dutiliser les silicones, pourtant plus actifs, en raison de leur insolubilit et surtout du risque de dgradation en silice collode fort pouvoir colmatant. Utiliser de prfrence des poly glycols.

3.4.3.2. Dsaration Chimique La dsaration chimique se fait par raction chimique de rducteurs sur loxygne. Parmi les nombreux produits rducteurs les plus commodes utiliser sont les sulfites de sodium et bisulfites dammonium catalyss. Ce produit augmente le pH ce qui peut tre bnfique pour la stabilise des carbonates. Leur action est galement trs spcifique suivant la qualit de leau traiter, certains substances contenues dans leau peuvent bloquer totalement les mcanismes de rduction. Des essais de slection sont impratifs dans les conditions dutilisation, en particulier, la dtermination de la vitesse de raction permettra de dfinir (et de limiter) le volume des capacits ncessaires. Une mthode indirecte de dsaration chimique dj mentionne est le relevage deau de mer dans un puits aliment travers des couches rductrices. Elle nest presque jamais totale et ncessite un complment par sulfite. Dans tous les cas, labsence doxygne favorise la prolifration des bactries anarobie donc des sulfatorductrices.


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Figure 21: Tour de dsoxygnation par stripping de gaz

Figure 22: Tour de dsoxygnation sous vide


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Principe de fonctionnement de la pompe vide: Le liquide auxiliaire et le gaz pntrent sparment dans la pompe :

Le gaz par lorifice daspiration

Le liquide auxiliaire par un orifice situ au point bas de la pompe

Figure 23: Pompe vide La description du fonctionnement de cette pompe est ralise dans le cours quipement pompes . Le gaz et le liquide sont rejets simultanment par lorifice de refoulement et spars dans un rservoir de recyclage Le gaz schappe du rservoir par lorifice suprieur, le liquide auxiliaire peut retourner la pompe pour alimenter lanneau liquide

Figure 24: Principe fonctionnement pompe vide


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3.4.4. Filtration de scurit La filtration de scurit est place le plus en aval possible, mais dans la partie basse pression de l'installation, les filtres de scurit jouent un rle de fusible en cas de dfaillance de la filtration principale et ont un rle de protection des pompes H.P.

Figure 25: Filtre de scurit

Figure 26: Cartouches de filtres


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3.4.5. Puits injecteurs.

Figure 27: Puits injecteurs et lignes d'injection


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Figure 28: Exemple de compltion d'un puits injecteur

3.4.6. Injections de produits inhibiteurs de corrosion et de bactricides Les injections de produits inhibiteurs de corrosion ou bactricides seront effectues en aval des filtres de scurit car ces produits seraient arrts sur les filtres. Facteurs dimensionnants : Sans tenir compte des cots d'exploitation qui seront cerns pour complter cette tude, au niveau des investissements, les paramtres importants sont :

la puissance installe : de 2,4 3,6 MF/MW install,

le supportage des installations : de 60 100 MF/m2 (offshore : 50 130 m d'eau),

l'importance des traitements ncessaires pour atteindre les spcifications de qualit d'eau.


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Le paramtre de dimensionnement majeur est le dbit qui a un impact sur tous les composants. Le cahier des charges doit tre clair et prcis pour cerner les cots d'investissements ds le dbut du projet. Ces lments d'valuation ne sont que des ordres de grandeur, issus de nos propres installations ou tablis partir d'offres de fournisseurs.

3.5. LA CHAINE DE TRAITEMENT A partir dune source deau, il faut injecter dans la formation ptrolire, par lintermdiaire de puits injecteurs et selon un chancier prvu, des quantits deau compatible avec la formation rceptive et aux meilleurs cots dinvestissement et dexploitation. Les quipements composant la chane de traitements deau doivent assurer les fonctions de :

Captage de leau

Transfert de leau du point de prlvement aux puits injecteurs, en assurant les pertes de charge dues aux quipements de traitement.

Filtration pour assurer la comptabilit mcanique avec la formation (non-

colmatage durant la dure dexploitation.

Lutte contre la corrosion.

Lutte anti-bactrienne.

Pompage haute pression pour linjection.

Distribution de leau traite.

Injection par les puits munis des quipements de fond et de surface adapte. Ne font lobjet de traitements proprement dits que les fonctions de filtration, lutte contre la corrosion et lutte anti-bactrienne. Rappelons que les traitements nont pour objet que de rendre leau compatible avec la formation rceptrice. Selon la qualit de leau brute, cest dire le choix de la source deau, ces traitements seront ou non indispensables, et auront une importance variable. En ce qui concerne la lutte anti-corrosion, elle na pour objet que de protger les installations qui actuellement ne sont pas toutes rsistantes la corrosion. Loxygne dissous dans leau est un facteur de corrosion trs important et classiquement un traitement de dsoxygnation est install pour les eaux ares


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3.6. LES EQUIPEMENTS SPECIFIQUES

3.6.1. Pompes de relevage Les pompes de relevage de type suspendu (moteur en surface) sont immerges dans des riser dbouchant une profondeur deau choisie aprs des chantillonnages diverses cotes. En gnral, pour des profondeurs moyennes, la cote optimale se situe mi-distance entre le fond et surface. La mtallurgie des pompes est prvue rsistant la corrosion par leau de mer are et chlore 5 ppm. Aprs de nombreux checs (percement, cisaillement, etc..), les risers en acier revtu de rilsan ont t remplacs par des composites (fibre de verre, poxy) boulonns inox noy.

3.6.2. Chloration

3.6.2.1. Action du chlore Le chlore, oxydant puissant, est une bndiction pour le traiteur deau. Dans le traitement des eaux dinjection, la chloration assure trois fonctions fondamentales :

Anti-fouling : Il protge les quipements immergs (pompe, riser), et le circuit primaire jusquaux filtres des accrochages et des prolifrations dorganismes marins qui se fixent sur les parois et obturent les canalisations.

Aide la filtration : Par son action oxydante sur la matire organique disperse,

le chlore dtruit les mucilages et les amas organiques forte teneur en eau, qui sont particulirement colmatants. Cest un floculant des collodes. Il ny aurait pas de filtration fine possible de matire industrielle gros dbit sans chloration pralable.

Bactricide : Le chlore est connu comme un bactricide trs puissant des

concentrations faibles (quelques ppm). En ralit, un driv du chlore en solution aqueuse, lacide hychloreux HClO, leffet bactricide le plus marqu. La concentration en acide hychloreux pour la mme dose de chlore ou dhypochlorite dpend essentiellement du pH.


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Remarque

Le chlore actif un degr doxydation + et non

Laction du chlore est la fois proportionnelle au temps de contact et la concentration.

Une faible concentration pendant un long temps de contact quivaut une forte

concentration avec un temps de contact bref.

3.6.2.2. Production du chlore Lapport de chlore peut se faire par du chlore liquide (bouteille), de l'oxyde de chlore (CLO2), de leau de javel ou du chlore solide (ATCC). En off-shore, nous avons la chance de pouvoir produire le chlore par lectrolyse de leau de mer. A lanode 2 x Cl- Cl2 + e- A la cathode Na++ e- Na En prsence deau Cl2 + OH- Cl- + (HClO) Na + H2OH H2 + NaOH Globalement, on peut crire: 2 NaCl + 2 H2O 2 NaOH + Cl2 + 2 H2 Cette lectrolyse est ralise dans des appareils appels lectrochlorateur qui restituent une solution dhypochlorite de sodium leau de mer. La consommation lectrique de ces appareils est de 6 8kW /kg de chlore produit.

Figure 29: Electro

chlorateur


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3.6.2.3. Dosage Le dosage du chlore inject dans leau brute est fonction de la qualit de matire organique oxydable. Le dosage ncessaire loxydation des matires organiques est dtermin par la mesure du break point qui tient compte de la formation de drivs ammoniaqus du chlore qui sont eux-mmes des oxydants. Mais le chlore est galement trs corrosif et sa concentration doit tre limite quelques dizime de ppm pour ne pas corroder les aciers. Remarque : En ralit, dans les installations actuelles le chlore est limin en grande partie au niveau des tours de dsaration. La partie rsiduelle est limine par oxydation du sulfate utilis comme rducteur doxygne.

3.6.2.4. Injection de chlore Linjection du chlore se fait au-dessous de la pompe de relevage (1 2 m au-dessous de laspiration) par lintermdiaire dun flexible ou dun tuyau rigide fix au riser. Il est important que linjection ne soit pas effectue au-dessus de la pompe qui est une zone morte, et que linjection du chlore soit arrte simultanment la pompe de relevage. Dans le cas contraire, la concentration en chlore peut dpasser la tolrance corrosion et entraner des dommages graves.

3.6.3. Filtration

3.6.3.1. La filtration des eaux dinjection Une suspension peut tre caractrise par deux facteurs intrinsques (qui ne dpendent que de leau considre) : Une concentration en matires non dissoutes et solides reprsentes par une mesure normalise, les MES (Matires En Suspension).


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La rpartition granulomtrique des matires en suspension qui peut tre exprime en fraction pondrale ou en nombre de particules par unit de volume et par classes de diamtres quivalents. Remarque : Diamtre quivalent = diamtre dune sphre ayant mme volume ou mme surface ou mme surface projete que les particules considres de forme non rgulire. La taille des particules solides liminer pour une injection deau est du mme ordre de grandeur que les dimensions des seuils de pores des formations rceptrices soit de 1 quelques dizaines de microns. Cette filtration est donc du domaine de la charge en MES (< 30mg/l) et cette filtration est une clarification.

3.6.3.2. Action du filtre sur une suspension Un filtre est un sparateur liquides - solides, qui permet dliminer une fraction des particules solides, par rtention sur ou au sein dun corps poreux, appel mdia filtrant, lors du passage dune suspension, travers ce mdia. Le rsultat est une modification de la courbe granulomtrique des matires en suspension et une diminution de la teneur en solides (MES). Corrlativement, le pouvoir colmatant de la suspension se trouve modifi. Le pouvoir colmatant nest pas un paramtre intrinsque la suspension. Cest une valeur relative au milieu poreux travers. Une eau boueuse peut avoir un pouvoir colmatant nul vis vis dune grille, alors quune eau claire peut avoir le pouvoir colmatant lev vis vis dune membrane microporeuse. Seuil absolu de filtration : Cest le diamtre quivalent de la plus grosse particule pouvant traverser le mdia. Correspond pratiquement compter zro particules suprieures ou gales x (m). Pratique industrielle en injection deau : > 75 m

3.6.4. Matriels de filtration des eaux dinjection Les installations dinjection deau traitent de gros dbit, en gnral plusieurs milliers de m3/jour, et le plus souvent doivent avoir une marche continue. La filtration de par la ncessit deffectuer priodiquement une rgnration ou en changeant des mdias filtrants est discontinue.


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Il sera donc toujours ncessaire de prvoir plusieurs appareils, lun pouvant tre rgnr pendant que les autres assurent la filtration de lensemble du dbit. Parmi lensemble des filtres clarificateurs industriels existants sur le march, on distingue trois grandes familles de filtres qui sont adaptables travers les mdias. Il est noter que ne sont utiliss que les filtres ferms et sous pression. Dans tous les cas, le filtre cre une perte de charge qui sert forcer leau travers le mdia. La distinction se fait moins entre filtration de surface et filtration en profondeur quen fonction des mdias filtrants et des systmes de rgnration.

3.6.4.1. Les filtres prcouche Assez largement utiliss dans les industries non ptrolires (chimie agroalimentaire), Ces filtres utilisent un mdia filtrant constitu par un gteau (cake) de matriaux granulaires (adjuvant de filtration) dpos avant le cycle de filtration sur un support. Ce support est gnralement une toile textile ou mtallique dont le vide de maille est relativement grossier (< 60 m en injection deau). Les adjuvants utiliss en injection deau sont les terres de diatomes et les filtres sont souvent dits terre de diatomes ou diatomite. Les diatomes sont des algues brunes unicellulaires dont la membrane cellulosique la proprit de fixer la silice de leau et forme une frustule de silice hydrate. Ces frustules ont des tailles de 4 50 microns, et prsentant des formes extrmement diverses. Aprs fossilisation, les dpts importants une roche lgre et trs poreuse : la terre de diatomes. Aprs traitement (calcination, broyage, classement), les diatomites se prsentent sous forme dune poudre fine, qui permet la formation de gteux dune trs grande porosit, et de forte permabilit. Les densits de gteau sont de lordre de 0.3 g/cm3. Principe de fonctionnement :

Dpose de la prcouche : Une suspension haute charge de terre de diatomes (T.D) est force travers la toile support. Les mailles de la toile sont rapidement obstrues par des ponts de particules enchevtres qui empchent les, autres particules de traverser. Il se forme une couche (gteau cake) homogne, et de trs forte porosit et permabilit mais dont les diamtres de pores sont trs fins.


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Leffluent devient clair, il y a sparation de la suspension de terres de diatomes. Lopration de dpose de la prcouche est alors termine.

Remarques :

Pour favoriser laccrochage de la prcouche au support et la stabilit des ponts obstruant les mailles, on peut raliser un dpt de fibres longues (amiante, cellulose, coton) soit pralablement mlange cette dernire.

Pour amliorer les seuils de filtration obtenus, on peut galement constituer des

multicouches, en superposant des couches de grades diffrents.

Certains adjuvants comportent en plus des terres de diatomes, des produits haute capacit de rtention dhydrocarbure, ce qui permet au filtre dliminer des traces dhuile qui pourraient tre contenues par brute.

Filtration Nourrissage :

Aprs la dpose de ou des prcouches, le flux de suspension est remplac par le flux deau brute traiter. Vu la faible taille des pores de la prcouche, la filtration est principalement une filtration de surface, et il y a formation dun cake des matires en suspension limines. Gnralement, ce cake na pas la permabilit de la prcouche et peut mme tre quasi impermable. On injecte donc en contenu dans leau traiter une suspension de terres de diatomes, gnralement dun grade grossier. Ces particules de diatomites sont intgres au cake form en lui donnant une porosit plus importante et une permabilit acceptable.

Rgnration :

Lopration de rgnration se fait par tombe de la prcouche et du cake de MES et, nettoyage des supports. Il ne peut donc y avoir encrassement du mdia, puisquil est limin chaque cycle. Selon la technologie du filtre, la tombe se fait par contre courant, par force centrifuge, ou par lavage sous pression des supports. Lappareil est ensuite prt recevoir une nouvelle prcouche par un nouveau cycle de filtration.


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Type de matriels :

Les diffrents types de filtres prcouche se dterminent en fonction de la forme et de la disposition des supports.

3.6.4.2. Filtres plateaux horizontaux Ces appareils sont constitus dun empilement de plateaux circulaires creux et horizontaux. Le tout est enferm dans un cylindre vertical le corps . La face suprieure de chaque plateau est munie dune toile support de prcouche. Leau brute est admise dans le corps du filtre et leau filtre est vacue par laxe central creux qui traverse tous les plateaux. Lavantage de ce type de filtre plateaux horizontaux est une bonne tenue de la prcouche, leffet de la pesanteur ayant tendance maintenir maintenir la prcouche. Seules les faces suprieures sont utilises et la surface de filtration est faible par rapport lencombrement du filtre. La rgnration est effectue le plus souvent par contre courant deau et mise en rotation rapide des plateaux, le filtre vide.

3.6.4.3. Filtres cadres verticaux : La disposition des plateaux est identique, mais lempilement cylindrique est horizontal. Ce qui permet dquiper les deux faces des plateaux en toiles supports. Lencombrement extrieur est par consquent rduit pour une mme surface de filtration, mais les prcouches sont plus sensibles la tombe . La rgnration est effectue par une mise en rotations lentes des cadres et les jets deau sous pression, tangentielles aux surfaces de toile. Cest ce type de filtre que nous avons retenu pour les applications industrielles de linjection deau.


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3.6.4.4. Filtre bougies suspendues : Le corps du filtre est un bidon dans lequel est amnag un plafond auquel sont suspendues les bougies. Ces bougies sont constitues dun matriau poreux ou sont quipes sur leur surface externe de toile supports. Les bougies gnralement cylindriques sont quipes dune vacuation centrale de leau filtre qui dbouche dans la partie suprieure du bidon. Ces filtres prsentent lavantage dune grande surface de filtration pour un faible encombrement extrieur. Mais, lors de la dpose des prcouches, on observe que la rpartition est moins uniforme que dans le cas des filtres cadres. De plus, ces filtres sont excessivement sensibles aux vibrations de par la conception mme des bougies suspendues. Cest ce qui les rend impropres un usage sur plate-forme. Choix des terres de Diatomes :

Le grade de ladjuvant de filtration est en fonction du seuil de filtration dsir. Plus la granulomtrie est fine, meilleur est le seuil de filtration. Cependant, les ponts de terres de diatomes sur les mailles des toiles supports sont dautant plus fragiles que la granulomtrie est fine. Pour atteindre des seuils trs fins (de lordre du micron), on a intrt travailler en deux couches de terres de diatomes (voire trois couches). En effet, il faut respecter un cart faible de granulomtrie dune couche la suivante pour viter que le mlange des deux couches ne conduise une prcouche de faible permabilit. Les terres de diatomes utilises pour le nourrissage seront toujours de granulomtrie relativement leve ou moyenne. Des essais au laboratoire et en petit pilote sur le site sont indispensables pour optimiser le choix des terres de diatomes et la charge ncessaire par unit de surface. La charge moyenne est de 0.7 1.4 kg/m de support, ce qui conduit une paisseur de prcouche initiale de 2.5 5 mm.


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Dpose des prcouches :

Bac de prparation des prcouches :

Volume : au moins les 3/4 du volume du filtre. Rapport hauteur : diamtre : de 1 1.5.

Pompe de circulation :

Dbit : pour la vitesse de filtration maximale + 10% Pression : 10 bars

Vitesse de filtration :

Notre exprience en eau de mer nous conduit prconiser une vitesse de filtration de 1.6 2.2 m/h-1. Une vitesse plus leve peut tre admise sur les autres filtres lors de la rgnration dun filtre, mais ne doit pas dpasser 3.2 m/h.

Pertes de charge :

Initiale : environ 0.4 bars.

Finale : environ 2 bars.

La perte de charge en fin de cycle de filtration est en fonction de la permabilit du cake form. Le nourrissage permet de maintenir cette permabilit de manire allonger au maximum le cycle de filtration. Le taux de nourrissage est variable avec leau traiter et se dtermine par des essais.

3.6.4.5. Filtre de scurit : Les terres de diatomes sont des lments extrmement abrasifs et des agents colmatant. Le risque principal dutilisation des prcouches est la rupture accidentelle des prcouches et lenvoi dun bouchon de terres de diatomes dans leau filtre. Par ailleurs, il subsiste une lgre fuite de terres de diatomes dans leau traite. Il est donc ncessaire davoir en aval des filtres prcouches un filtre de scurit. Ce filtre de scurit ne doit en aucune manire tre un filtre finisseur. Son seuil de filtration sera donc choisi suprieur celui des prcouches.


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Figure 30: Filtre diatomine


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3.6.4.6. Les filtres cartouches rgnrables en back flow Principe de fonctionnement : Ce sont des filtres de surface, dont les mdias filtrants sont gnralement des toiles mtalliques ou textiles supportes par un cylindre perfor. Lensemble support-mdia est appel cartouche ou bougie. Un systme mcanique permet de placer lamont de chaque bougie latmosphre, induisant une circulation du fluide inverse de la filtration. Cette circulation inverse pour but de faire tomber le cake des matires en suspension retenu sur le mdia et de lliminer. Ce back flow de rgnration ncessite donc une certaine pression en aval des bougies et est asservie soit la diffrence de pression amont aval, soit une temporisation ou les deux la fois. La rgnration peut tre rendue plus efficace :

Par une dformation du mdia lors du back flow qui fissure et dtache le cake.

Par la libration dune capacit dair comprim dans le circuit aval qui provoque un -coup de pression.

Dans tous les cas, le point cl de ces appareils est la rgnration fonction de ladhrence du cake sur le mdia filtrant.

Types de matriels : Il existe deux grands types de matriel, selon que les cartouches sont carter indpendant ou groupes dans un bidon unique.

A carters indpendants : Les bougies sont constitues par un support cylindrique perfor, obtur une extrmit et dispos axialement dans un carter galement cylindrique. Le mdia est constitu dune chaussette textile que lon enfile sur le support, et qui y est maintenu par un collier ou par une toile mcanique solidement maintenue. La mise en back-flow est faite pour la suppression de ladmission de leau brute et louverture du carter sur le rseau de purge. La pression aval filtre assure le dbit de la rgnration.


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Figure 31: filtres cartouches rgnrables en back flow carters spars

A carter Commun : Toutes les bougies du filtre sont disposes dans un bidon en gnral cylindrique. Elles sont galement formes dun cylindre mtallique. Un deuxime support est appliqu sur le mdia pour le maintenir contre le support.

Figure 32: filtres cartouches rgnrables en back flow carter commun Leau brute est admise lintrieur des cartouches et leau filtre est collecte dans le bidon dans lespace externe des bougies. Un patin tournant, appliqu sur le plateau dadmission permet la mise en communication de lintrieur des cartouches (amont) avec le rseau de purge, par paquets de deux six bougies. La rgnration est beaucoup moins efficace que dans le type carters indpendants. Par ailleurs, des mdias textiles fins peuvent tre poinonnes sur les trous du support. Lavantage essentiel de ce type de matriel est son faible encombrement.


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Rgnration : Dans le cas des carters communs, outre la perte de charge aval filtre purge, on ne peut jouer que sur la vitesse de rotation du patin tournant dans une plage de 10 30 tr/min. Des vitesses suprieures entranant une usure prmature du patin. Dans le cas des carters indpendants, on peut jouer la fois sur la frquence des rgnrations et sur la dure du rgnrateur, ce qui permet un contrle complet de lopration par lexploitant. Dans tous les cas, seuls des essais en conditions relles permettent loptimisation des paramtres de rgnration.

3.6.4.7. Les filtres cartouches jetables Trs ancien, le filtre cartouche a eu un grand dveloppement. Sa simplicit et sa facilit de mise en uvre lont fait utiliser dans un grand nombre dapplications. Principe de fonctionnement :

Les cartouches sont des cylindres creux dont les parois constituent le mdia filtrant. Le fluide filtrer passe radicalement de lextrieur lintrieur du cylindre ou le filtrat est collect. La filtration seffectue en surface uniquement si le mdia est une membrane ou galement lgrement en profondeur si le mdia est une surface paisse. La dimension des cartouches a t standardise, quoique tous les fabriquant ne soient pas aux normes, mais en particulier les longueurs sont de 10 ou des multiples de 10 . Les filtres sont de simples bidons gnralement cylindriques dans lequel on dispose de une plusieurs centaines de cartouches et munis des quipements internes ncessaires la sparation dun espace en relation avec lintrieur des cartouches constituant lavant du filtre. Il ny a aucun dispositif de rgnration. Le cycle de filtration est arrt lorsque la perte de charge atteint des valeurs telles que la rsistance mcanique de la cartouche pourrait ne plus tre suffisante et que le dbit deau traite est trop faible. Il existe sur le march un trs grand nombre de cartouches jetables dont on peut distinguer deux grands types :


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Le type feutre ou bobine constitue par une paisseur de matriaux poreux obtenus par un entassement de fibres rgulier ou non, ou par un frittage de matriaux granulaires.

Le type pliss, le mdia est une membrane plisse axialement pour

augmenter la surface de filtration, supporte par une cage qui forme lossature de la cartouche.

Types de matriel :

Il ny a quun seul type de matriel constitu par un bidon ou carter pouvant recevoir une ou plusieurs cartouches, et rsistant des pressions de service diverses.

3.6.4.8. Les hydrocyclones Bien que ntant pas des filtres au sens propre, les hydrocyclones sont des sparateurs liquide-solide (dans ce cas) quil est quelquefois avantageux dutiliser en injection deau. Leur domaine daction est limit aux eaux charges de particules minrales, et pour des seuils de filtration levs. Il est impratif deffectuer des essais de cyclonage avant de choisir un hydrocyclone la place dun filtre. Principe de fonctionnement :

Un hydrocylone comporte une partie cylindrique et une partie tronconique. Ladmission se fait tangentiellement dans la partie cylindrique ou leau acquiert un mouvement circulaire. Le rayon de giration du courant est progressivement rduit par la partie tronconique. Cest le vortex primaire au sein duquel les particules sont soumises une force centrifuge qui les rassemble le long de la paroi. La remonte de leau seffectue par laxe/ Vortex secondaire ou le rayon de giration est fortement rduit ce qui accrot considrablement la vitesse. Les particules les plus fines sont alors expulses vers le Vortex primaire. On peut atteindre des seuils de 20m avec des particules de silex dans leau douce 20c.


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Avantages :

Les principaux avantagent des multi hydrocyclones sont le faible encombrement et labsence de pices mobiles.

3.6.5. Pompage HP Les Problmes de pompage sont traits ailleurs. Signalons que pour linjection deau les pompes centrifuges sont prfres aux pompes alternatives et que se gnralise lemploi des turbo pompes vitesse variable.

3.6.6. Rseau de distribution Installations trs classiques : Manifold pipelines ou sea-lines. Remarquons que lon a trait leau qui la qualit requise au niveau des pompes HP, et quil convient de prendre toutes les prcautions pour prserver cette qualit dans le rseau. En particulier, on doit viter de polluer leau par les produits de corrosion qui sont trs colmatant. Lutilisation des conduites en matriaux compacts ou de sea lines type COFLEXIP est recommande.


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Figure 33: Chane de traitement deau dinjection


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3.7. EXERCICES


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4. LES DIFFERENTS TYPES DINJECTION DEAU

4.1. CONCEPTION DES INSTALLATIONS

4.1.1. La formation rceptrice Pour mettre en oeuvre le procd injection d'eau, il faut pouvoir injecter les quantits requises, que cette eau circule et balaye l'huile, et ce, durant toute la dure de l'exploitation du champ, et au moindre cot. Le type de formation rservoir, ses qualits ptrophysiques, en particulier la permabilit, et le rgime hydraulique envisag, conditionnent pour une grande part la qualit que doit avoir l'eau d'injection pour ne pas colmater le systme microporeux travers. On distingue classiquement deux grands types de rservoirs :

Formations carbonates : qui peuvent tre fissures vacuolaires avec des permabilits suprieures 300 mD, ou compactes avec de trs faibles permabilits de quelques mD.

Ces formations carbonates sont en gnral facilement rgnrables par des traitements acides ou mme simplement par dgorgement.

Formations grseuses : pour lesquelles, part la permabilit, la caractristique

essentielle est la "consolidation" qui peut tre apprcie par des mesures "sonic" ou des "sand failure test".

Dans ces formations, les traitements de restauration sont parfois difficiles et peuvent conduire des endommagements irrversibles. Les volumes et les pressions appliques font l'objet de limitations impratives.

4.1.2. Rgime d'injection Selon la nature de la formation rceptrice, la configuration gomtrique du gisement, le point d'injection et la structure de la compltion du puits injecteur, on peut envisager une injection en rgime de fracturation ou en rgime matriciel. En terme de compatibilit mcanique, la qualit d'eau requise diffrera fortement d'un rgime l'autre. Il convient de se poser la question, sans a priori, car parfois, les difficults de traitement pour l'obtention des spcifications relatives au rgime matriciel sont telles que les cots


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d'exploitation dpassent rapidement les investissements de pompage et des puits haute pression. Il est noter que l'injection d'eau frache dans une formation peut conduire des fracturations par chocs thermiques qui favorisent l'injectivit. Ce dernier point est l'tude ainsi que la possibilit d'injecter dans certaines formations sans traitement, une eau de mer faible teneur en MES ("injection sauvage").

4.1.3. Positionnement des puits injecteurs

Injection priphrique (dite groupe)

Dans le cas de rservoirs fort pendage, il sera intressant dinjecter leau dans laquifre prs de linterface huile/eau de manire bnficier des forces de pesanteur pour un dplacement de type piston.

Injection rpartie ou disperse

Dans le cas de rservoir quasi horizontal et de grandes dpressions, on ne peut se servir de la pesanteur pour balayer lhuile et les injecteurs deau seront disperss dans la zone huile.


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4.2. QUALIT D'EAU REQUISE PAR LA FORMATION ET SOURCE DEAU

4.2.1. Objectifs fonctionnels des traitements Rappelons le but d'une injection d'eau pour le maintien de pression et le balayage de l'huile en place : Injecter en certains points du rservoir des quantits dfinies d'une eau ayant une qualit compatible avec la formation, au meilleur cot et durant toute la dure de l'exploitation du champ. Pour atteindre cet objectif gnral, il est ncessaire de remplir un certain nombre d'objectifs fonctionnels. Objectifs mcaniques de transfert de l'eau de sa source la circulation dans la formation :

captage et mise en pression suffisante pour le fonctionnement des diffrents quipements,

pompage dit haute pression ncessaire l'injection proprement dite,

distribution (transport) de l'eau traite vers les puits injecteurs,

injection dans le rservoir par des puits injecteurs.

Objectifs spcifiques de traitements pour une qualit d'eau requise par la formation :

modification de la composition ionique (sels dissous) ou des quilibres (P, T, pH...),

rduction du pouvoir colmatant et limination des matires en suspension,

lutte antibactrienne pour viter le "souring".

Objectifs de protection des installations :

antifouling (dveloppement d'organismes fixs),

anticorrosion pour protger les installations,

lutte antibactrienne pour viter la corrosion.


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Si les deux premiers groupes de traitements sont obligatoires pour un rgime d'injection donn, les objectifs de protection ne sont ncessaires qu'en fonction de la corrodabilit des matriaux utiliss pour les quipements. Il convient, nanmoins, de souligner que la corrosion des matriaux induit la gnration de produits de corrosion, parfois insolubles, qui sont souvent trs colmatant et dtriorent la qualit de l'eau. Les prolifrations bactriennes gnrent galement des mucus et geles trs colmatant. Outre la protection des installations, la lutte anticorrosion participe la qualit de l'eau, donc son injectivit.

4.2.2. Importance des choix initiaux Les choix du rgime d'injection, de la source d'eau, de matriaux incorrodables ont une importance fondamentale, quant la complexit des traitements mis en oeuvre et donc au cot de l'exploitation et de la maintenance des installations. Les exigences nouvelles d'automatisation des installations, pour des conduites distance, de fiabilit des quipements et de rduction des poids et encombrements pour l'offshore profond, vont toutes dans le sens d'une simplification des traitements. Le choix d'une source d'eau de bonne qualit et non corrosive et le choix des matriaux n'impliquant pas de traitements prventifs lourds, permettent la suppression de certains quipements et simplifient l'exploitation.

4.2.3. Les principaux procds et quipements spcifiques La chane de traitement d'une installation d'injection d'eau dpend essentiellement des qualits d'eaux, brutes et traites, et des contraintes locales. Les objectifs atteindre ont t lists au paragraphe prcdent. Les procds spcifiques, susceptibles d'assurer ces objectifs et utiliss dans cette application, font l'objet du tableau ci-aprs o un regroupement des fonctions a t effectu. Ces fonctions, associes aux fonctions classiques de relevage, pompage, distribution et injection, ncessitent l'emploi de techniques dont la mise en oeuvre fait l'objet de rgles de l'art. En ce qui concerne les eaux de rinjection, donc les eaux de production utilises pour le maintien de pression, une fonction essentielle est le dshuilage qui fait l'objet du manuel thmatique "Guide de Conception et de Conduite des Installations de Traitement des Eaux de Rejet en Production". Les concentrations en H.C. admissibles, sont en gnral de 10 40 ppm en rgime matriciel, ce qui est du mme ordre de grandeur que les contraintes lgislatives. La difficult provient essentiellement de la prsence simultane d'H.C. et de MES, crant de hauts pouvoirs colmatant.


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Fonctions

Objectifs - Traitement Procds - Equipement

Chloration

Antifouling : fixation dorganismes vivants

Aide la filtration : destruction mucus,

organiques, floculation

Electrochlorinateurs

Chlore liquide

Oxyde de chlore

Eau de javel

Filtration Elimination matires en suspension

Diminution du pouvoir colmatant

Filtres profonds : sable, grenat, anthracite

Filtres prcouches

Filtres cartouches (regnrbles ou

jetables)

Hydrocyclones

Dsoxygnation Elimination de loxygne dissous pour la

protection anticorrosion des quipements

Tour vide

Tour de stripping au gaz

Injection de rducteurs chimiques

Dsoxygnation catalytique

Filtration de scurit

Protection pompes HP et puits en cas dincident sur la filtration principale

Cartouches rgnrables ou jetables

Filtre rgnration automatique

Inhibition anticorrosion

Protection complmentaire des installations de surface et quipements

de puits

Injection dun inhibiteur de corrosion compatible avec leau et les autres

traitements

Dsulfatation

Eviter lincompatibilit chimique eau de mer eau de gisement Membranes Nanofiltration (SRU)

Lutte antibactrienne

Strilisation de leau pour viter le colmatage de la formation, la corrosion des quipements et le souring du

gisement

Chloration (rappel)

Injection de bactricides

Strilisation par rayonnement UV

Revtements et anodes solubles

Table 4: Objectifs et procds des diffrents traitements deau dinjection


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4.3. EXERCICES


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5. REPRESENTATION ET DONNEES Nous dcrirons dans ce chapitre comment est reprsent un traitement dinjection deau du point de vue PROCESS sur les principaux documents mis la disposition de lexploitant.

Plan de circulation des Fluides (PCF/PFD) : ce document dit lors de la phase projet, prsente sous format simplifi, les principales lignes et capacits process ainsi que leurs paramtres de fonctionnement principaux.

Pipping & Instrumentation Diagram (PID) : ce document dit lors de la phase projet, prsente sous format beaucoup plus complexe que le PCF, toutes les lignes et capacits process ainsi que tous leurs paramtres de fonctionnement.

Systme Numrique de Contrle et de Commande (SNCC) ou (Digital Command System DCS) : cest le systme qui permet de piloter un puits (entre autres) distance. Localis en salle de contrle, il permet laccs diffrentes vues du process.

5.1. PLAN DE CIRCULATION DES FLUIDES (PCF/PFD)

Figure 34: PCF de la chane de traitement deau d'injection de Girassol (Angola)


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Figure 35: PCF d'une chane gnrale de traitement d'eau d'injection


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5.2. PIPING & INSTRUMENTATION DIAGRAM (PID)

Exploration et Production Le Process

Injection deau

Support de Formation: EXP-PR-PR150-FR Dernire Rvision: 07/06/2007 Pag

Figure 36 : Exemple de PID dune injection deau


Injection deau

Support de Formation: EXP-PR-PR150-FR Dernire Rvision: 07/06/2007 Pag

Figure 37: Vue gnrale SNCC chane de traitement deau d'injection


Injection deau


5.3. DIMENSIONNEMENT

5.3.1. Exemple typique

Filtrationfine

IF 702

Tours vide

CA 704 A/B

Filtration multimdiaIF 703 A/../P

Filtrationprimaire

IF 901A/B/C

Relevage GX 901 A/.../E

SRUA//H

4 LIGNES &14 PUITS

INJECTEURS

Pompes dinjection

GX 703A/B/C

220 800

m3/j

Relevage GX 902 A/B

13 200

m3/j

Electrochlorination

UB 901

EAU DE LAVAGEVERS DESSALEURS

EAU

DE

MER

BOUCLE DE REFROIDISSEMENT

UTILITES CRITIQUES

Pompes vide

GX 704A/B/C

Pompes d alimentation

GX 701A/../E

7 390 m3/j

114 300 m3/j

Filtrationfine

IF 702

Tours vide

CA 704 A/B

Filtration multimdiaIF 703 A/../P

Filtrationprimaire

IF 901A/B/C

Relevage GX 901 A/.../E

SRUA//H

4 LIGNES &14 PUITS

INJECTEURS

Pompes dinjection

GX 703A/B/C

220 800

m3/j

Relevage GX 902 A/B

13 200

m3/j

Electrochlorination

UB 901

EAU DE LAVAGEVERS DESSALEURS

EAU

DE

MER

BOUCLE DE REFROIDISSEMENT

UTILITES CRITIQUES

Pompes vide

GX 704A/B/C

Pompes d alimentation

GX 701A/../E

7 390 m3/j

114 300 m3/j

Figure 38: Exemple d'architecture de chane de traitement deau d'injection GIRASSOL


Injection deau


5.3.2. Dimensionnement

Figure 39: Dmarche analytique pour le choix / dimensionnement dune chane traitement

deau dinjection


Injection deau


Figure 40: Diagramme d'tude dinjection d'eau

5.4. EXERCICES


Injection deau


6. LINJECTION DEAU ET LE PROCESS

6.1. LOCALISATION ET CRITICITE Toutes les fonctions sont essentielles pour la production si lon considre quelles sont ncessaires pour raliser les spcifications requises du produit en sortie. Dans la chane dexploitation des hydrocarbures, la chane de traitement deau dinjection participe au maintien de pression du rservoir ainsi qu son balayage. Et de ce fait, lintgrit de la fonction est critique pour la production car mme si elle intervient souvent quelques temps aprs le dmarrage de lexploitation du gisement elle participe activement une rcupration des hydrocarbures en place et permet par ce biais dutiliser les eaux de production.

Figure 41: L'injection d'eau et le process


Injection deau


6.2. PROCESS ASSOCIES Les additifs sont tous les produits chimiques qui sont injects tout au long de la chane de traitement. Linjection de chlore a t vue dans le chapitre chloration.

Floculant et poly lectrolyte :

Dans le cas dune filtration sur sable, il est le plus souvent ncessaire dinjecter un coagulant minimal et un floculant. Ces injections se font in line et sont suivies par des mlangeurs statiques. Le choix des produits utiliss dpend de la qualit de leau traiter et de la nature des matires en suspension liminer et est un paramtre dcisif pour lefficacit de la filtration.

Anti mousse :

Injects en amont des tours vide, ces produits sont injecter avec prcision car ils sont souvent (Silicones ) des colmatants efficaces.

Anti oxygne :

Voir, Dsoxygnation chimique

Bactricides :

Ils sont injecter le plus souvent en aval des filtres car ils sy arrtent pour la plupart.

Inhibiteurs de corrosion :

Parfois ncessaires, mais ils induisent toujours une baisse de la qualit de leau et, dans la mesure du possible, ils sont viter.

Points de contrle (analyseurs) : Ils permettent dassurer le suivi du bon fonctionnement de linstallation (du non colmatage des filtres, de la bonne quantit dinjection des produits chimiques, etc)


Injection deau


Reajustement injection Observations

Plateforme Type additif Additif Point dinjection Frquence Dbit effluent Consigne Dbit

inject Oui Non

COREXIT 7669 dilu Entre CA 701

Demarrer aux besoins

5 ppm / Q eau entre tour

Anti-mousse AM 2774 Entre DS 301 Demarrer aux besoins 5 PPM / HA Arrt

BACTIREP 3902

Dpart pipe 10 huile TAP -> DJENO 1 batch / 15 jours

400 pm / EAU (1230 ltr / 0,5 hrs)

Bactricide BACTIREP

4018 Entre CA 701 ou pipe

eau 1 batch / 15 jours 400 pm / EAU (415

ltr / 0,5 hrs)

Refoulement GX 301 A/B/C Continu 30 ppm / Q eau Eau TAP + TAFP + TAFE

EC 1149 A Dpart pipe gaz TAT /

YAQ 1 batch / 7 jours 20 ltr. Inhibiteur de

corrosion

EC 1186 A Dpart pipe eau TAT -> TCHIBELI Continu 20 ppm / Q eau

IDOS 162 Aspiration GX 301 ABC Continu 5 ppm / Q eau Anti-dpots

B 113 Entre DA 803 + SIDEM Continu 15 ppm / Q eau

Antioxygne NORUST SC 46 Bas de tour Continu 20 ppm / O2 / eau

TEG Rseau Gas-lift Appoint ponctuel

Soude Entre DA 803 Continu 20 ltr./jour

MDA Rseau Gas-lift Appoint ponctuel

T

A

P

Mthanol Rseau Gas-lift Appoint ponctuel

Table 5: Exemples de consignes dinjection de produits chimiques


Injection deau

Support de Formation: EXP-PR-PR150-FR

Dernire Rvision: 07/06/2007 Page 69 de 98

7. PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT

7.1. NORMAL OPERATING

7.1.1. Objectifs de lexploitation des installations Les installations ayant t ralises pour produire une certaine quantit deau, avec une certaine qualit, les objectifs de lexploitant sont :

de sassurer que la qualit deau est correcte.

de sassurer que les diffrents quipements fonctionnent correctement. Les deux objectifs sont lis, si linstallation est bien conue, le bon fonctionnement des installations induit une bonne qualit deau. Corrlativement, lexploitant doit faire part du fonctionnement de son unit.

7.1.2. Moyens de contrle

7.1.2.1. Chloration Les dosages de chlore libre sont effectus classiquement laide de trousses de chantier type HACH ou CHEMETS de sensibilit adapte. Depuis peu, des capteurs de chlore libre sont disponibles et placs on line remplacent avantageusement les mesures par prlvements. Lutilisation dun capteur on line permet dasservir lintensit de llectrochlorateur la mesure de chlore, en fonction dun seuil fix par lexploitant. Remarque :

Priodiquement des chantillons deau chlors sortie lectrochlorateur sont analyser pour apprcier le fonctionnement de lappareil qui doit fournir une quantit de chlore lie lamprage dlectrolyse.


Injection deau



7.1.2.2. Contrle bactrien Ces contrles sont raliser au moins une fois par semaine en fin de chane de traitement (aspiration des pompes HP) et si possible la mme frquence aux ttes de puits injecteurs. Ils consistent en lensemencement de TEST-KITS qui seront mis en incubation au laboratoire. Des contrles plus pousss entre et sortie de certains quipements peuvent tre effectus pour localiser un foyer dinfection.

7.1.2.3. Contrle de dsoxygnation Trs importants, ces contrles sont raliser frquemment sils sont faits off line par prlvement. Lemploi de sonde oxygne on line permet de dceler instantanment un disfonctionnement des tours de dsaration ou des systmes dinjection de sulfate ou dantimousse. Dans le cas de tour a vide, une mesure (en continu si possible) des vides aux deux ou trois tages est galement une indication prcieuse pour lexploitant. Il convient galement priodiquement darrter linjection de sulfite pour valuer lefficacit de la tour.

7.1.2.4. Contrle de filtration Pour mesurer lefficacit contractuelle dun filtre micronique, il convient de dnombrer les particules solides dans la suspension en aval et un amont de lappareil. On utilise un compteur de particules. La mesure effectue off line est dlicate et demande du personnel spcialis et entran. Nest pas pris en compte le pouvoir colmatant dans ce type de mesure. Pour une eau donne et une installation donne, une mesure adapte dindice de colmatage est reprsentative de la qualit deau pour linjection et du bon fonctionnement des installations. Par exemple, pour les installations traitant leau de mer et utilisant des filtres prcouches, nous avons prconis la mesure dite indice de colmatage 20 litres (IC20), ralise :

Par filtre type millipore ou ultipore 0.45m 0.7 m.


Injection deau



Pression amont constante : 2 bars.

Canne chantillonnage au milieu de la veine liquide avec un sifflet 45 vers lamont.

Cette mesure nest pas reprsentative du colmatage de la formation mais elle est un indice global de qualit deau. Pour les eaux diffrentes de leau de mer aval prcouches, il convient de dfinir des mesures galement faciles mettre en uvre par les oprateurs et qui ont une valeur relative. Par exemple, sur leau de mer brute, les IC20 sont irralisables, on peut utiliser IC3 mais la mesure est mal adapte. Example : (Congo)

Les limites suivantes ont t dtermines :

1 < IC20 < 1.1 - Exellent

1.1 < IC20 < 1.25 - Trs bon

1.25 < IC 20 1.6 ou 1.7 => rfections des prcouches. Ces valeurs obtenues sont de 1.05 1.20 sauf en dbut de cycle ou ces valeurs sont plus levs ( 1.25 1.30). La stabilisation est obtenue au bout de quelques dizaines de minutes.

Remarques :

Le contrle du nourrissage lente de chaque filtre se fait par mesure de MES.

Un contrle optique sur les filtres servant aux IC20 est effectu au laboratoire pour dterminer un ventuel largage de diatomite.

P.S. : Le suivi de la Delta P rduite en fonction du temps (courbe sur DCS en salle de contrle) est gnraliser pour un suivi efficace des filtres prcouche.


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7.1.2.5. Contrles Corrosion

Vitesse de corrosion mesure sur coupon

Un bon emplacement est la ligne aval de la tour de dsoxygnation. Le coupon est retir tous les mois.

Corrosion instantane

Par appareil portable (ex : CORRATER) et sondes en place par dispositif spcial.

Ex : eau de mer brute chlore : 1 2 mm/ an.

Concentration en fer

Ralises par des mesures de types CHEMETS, ces mesures permettent de dtecter lattaque dun quipement.

Remarque : Pour la corrosion bactrienne se reporter aux TEST-KITS.

7.1.3. Suivi des paramtres Pour une installation donne, en fonctionnement rgulier, les paramtres essentiels de conduite sont :

Lvolution de la perte de charge sur les filtres.

La teneur en oxygne en aval de la dsoxygnation.

7.1.3.1. Perte de charge sur filtration principale Du dbut du cycle de filtration sa fin, la perte de charge augmente et est reprsentative du colmatage du filtre. Ces valuations doivent tre rgulires et proportionnelles au dbit passant sur le filtre. Si la perte augment

injection d'eau

Documents

linjection deau

source deau

qualit deau requise

exemple dinjection deau

pr150 rvision

eaux de surface

eaux de production

eaux de nappes profondes