WO2019234343A1 - Underwater facility and method for cooling a fluid in a heat exchanger by circulating seawater - Google Patents

Underwater facility and method for cooling a fluid in a heat exchanger by circulating seawater Download PDF

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WO2019234343A1
WO2019234343A1 PCT/FR2019/051315 FR2019051315W WO2019234343A1 WO 2019234343 A1 WO2019234343 A1 WO 2019234343A1 FR 2019051315 W FR2019051315 W FR 2019051315W WO 2019234343 A1 WO2019234343 A1 WO 2019234343A1
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WO
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cooling
seawater
temperature
downstream
heat exchanger
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PCT/FR2019/051315
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French (fr)
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Bruno ROUYER
Fabrice BACATI
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Saipem S.A.
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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B36/00—Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
    • E21B36/001—Cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
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    • F28D1/0206—Heat exchangers immersed in a large body of liquid
    • F28D1/022—Heat exchangers immersed in a large body of liquid for immersion in a natural body of water, e.g. marine radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0475—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits having a single U-bend
    • F28D1/0476—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits having a single U-bend the conduits having a non-circular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend

Definitions

  • the present invention relates to a method and an underwater installation for cooling a fluid in an underwater heat exchanger, in particular resting at great depth at the bottom of the sea, by circulating a cooling liquid consisting of 'sea water.
  • the present invention relates more particularly to the general field of the cooling of hydrocarbon fluids in submarine hydrocarbon transport pipes, in particular gas or crude oil mainly containing an oily phase of hydrocarbons, water and gas, from subsea production wells, hereinafter referred to as production fluid.
  • production fluid in particular gas or crude oil mainly containing an oily phase of hydrocarbons, water and gas
  • production fluid subsea production wells
  • it relates to a bottom-to-surface underwater pipeline connecting the seabed to surface floating supports, but also to a fully underwater link connecting wellheads to wellheads. injection and associated equipment for cooling the production fluid.
  • This invention applies in fact more particularly to the development of gas or oil deposits in the deep sea, that is to say offshore oil installations, in which the surface equipment is generally located on floating structures, Wells being at the bottom of the sea.
  • the pipes concerned by the present invention more particularly include the pipes resting at the bottom of the sea connecting the well heads to risers called bottom-surface connection pipes going up to the surface but also to fully submarine pipes connecting production well heads to injection well heads.
  • the main application of the invention therefore relates to submerged or underwater pipelines or pipelines, and more particularly to great depths, beyond 300 m, up to 4000 m, and carrying fluids of very diverse productions and associated equipment for cooling the production fluid.
  • the production fluid can range from a gas containing more than 95% mole of methane and a few percent of ethane, propane and butane, to a gas containing very variable proportions of inert gases such as carbon dioxide. carbon and nitrogen, in a proportion ranging from less than 1 mol% to more than 80 mol%, through a rich gas containing less than 70 mol% of methane, more than 15 mol% of ethane, more than 7% mole of propane, more than 4% of butane and a few percent of heavier hydrocarbons containing more than 5 carbon atoms.
  • inert gases such as carbon dioxide.
  • carbon and nitrogen in a proportion ranging from less than 1 mol% to more than 80 mol%, through a rich gas containing less than 70 mol% of methane, more than 15 mol% of ethane, more than 7% mole of propane, more than 4% of butane and a few percent of heavier hydrocarbons containing more than 5 carbon atoms.
  • the production fluid may also be a liquid or multiphasic effluent from a petroleum deposit containing, besides the light hydrocarbons mentioned above, ranging from methane to butane, a significant proportion, up to more than 40 mol%, of hydrocarbon compounds. heavier ones consisting of 5 to more than 30 carbon atoms.
  • production fluids may also contain a variable proportion of production water, namely a water including up to more than one hundred grams per liter of salts, ranging from 0% by weight of production water at the beginning of treatment. a deposit with more than 80% weight of water at the end of treatment.
  • the temperature of such production fluids will be dependent on the conditions of the upstream deposit and the previous treatment steps, it is typically for example of the order of 50 ° C up to more than 150 ° C.
  • the pressure of such production fluids to be cooled may also vary over a wide range, depending on the treatment cases and the pressure variation of the upstream deposit during its operation, for example from more than 250 bar to a residual pressure of only a few bars.
  • the temperature of the seawater is relatively low (typically 4 ° C) and allows the production fluid to be cooled by heat exchange using heat exchangers placed at the bottom of the sea. sea.
  • the subsea heat exchangers installed at this day are said to be passive, that is to say that they use the natural convection of seawater which rises by chimney effect along tubes carrying the fluid to be cooled which tubes are not confined in a closed enclosure.
  • Subsea heat exchangers known as active that is to say forced convection
  • active that is to say forced convection
  • the seawater is directly sucked from the ambient marine environment to be circulated in said chamber before being discharged into the ambient marine environment in the warmed state following the transfer of heat load between the production fluid and the water of cooling sea circulating in the enclosure. This is an open circuit for circulating the cooling fluid.
  • Submarine modules of heat exchangers of the type known as "tube and shell heat exchangers” are known with a closed enclosure enclosing parallel tubes intended to convey the coolant and the production fluid and in particular with a network of superposed layers. parallel tubes connected.
  • said pin more compact and easy to install since the set of connections are on the same side, comprising a shell and a network of tubes in two parallel straight parts interconnected on one longitudinal side by a part forming a loop of a U (hairpin) all connections being made on the opposite free side la, lb as shown in Figure IA.
  • Such exchangers are in particular marketed by AIT-STEIN GROUP (FRANCE).
  • the underwater cooling methods and installations using known heat exchangers do not make it possible to control the temperature of the coolant or the production fluid to avoid the following disadvantages.
  • the processes and installations of W02013 / 004277 and US 9,719,698 are intended to regulate the amount of heat exchanged. But the control of the amount of heat exchanged is limited and the control of the skin temperature of the tubes (temperature at the contact between the tube and the production fluid or the coolant) exchangers is virtually impossible.
  • the operating temperatures obtained in the exchangers are undergone and result from their geometry, process conditions and ambient conditions.
  • Paraffins and asphaltenes remain attached to the wall and then require cleaning by scraping the inside of the pipe; on the other hand, hydrates are even more difficult, and sometimes impossible to absorb.
  • the formation temperatures of the solid hydrate or paraffin deposition phases are a function of the composition of the process fluid and its pressure. These temperatures are in general from 20 ° C to 50 ° C. More particularly, hydrate formation may occur at temperatures below about 25 ° C to 30 ° C.
  • the paraffin deposit may be more or less significant in a fairly wide temperature range, infrequently from more than 45 ° C to values more usually of the order of 30 ° C or less.
  • the object of the present invention is therefore to overcome these disadvantages in underwater heat exchanger installations using the principle of forced convection of seawater as a coolant.
  • an object of the present invention is to have sufficient time, in case of production stoppage, before the temperature of the production fluid falls below the threshold where the hydrates appear and significant deposits of paraffins. can cause plugs and stop for a long period.
  • This time can be used by the operator to restart his unit or make it safe by inhibiting the production fluid with inhibiting products such as methanol, glycol or monoethylene glycol (MEG abbreviated) and / or by moving it to areas without risk of clogging, using chemicals and / or inert substitutes, for example diesel or crude oil degassed ("dead crude oil").
  • the production can then be restarted following a usual procedure without first having to use specific operations exceptional to perform a cleaning of the installation in order to eliminate the closing points.
  • the invention aims to be used to cool all types of production fluids requiring a control of the cooling temperature and its maintenance above a determined threshold for a defined minimum time after stopping production.
  • the present invention provides an underwater installation for heat exchange between a production fluid and seawater of the ambient medium, using a submarine heat exchanger of the type called “Tube and shell heat exchanger” or “pin-like” type using a forced convection principle, combined with a semi-open loop circuit for modulating the heat load required for this heat exchange.
  • the present invention provides an underwater installation for cooling production fluid comprising at least one heat exchanger capable of being operated and lying at the bottom of the sea, connected to transfer lines of said production fluid respectively upstream. and downstream of said heat exchanger, characterized in that it furthermore comprises at least one external cooling circuit capable of circulating in a loop in at least one external cooling duct at least part of the cooling seawater leaving said exchanger between an outlet and an inlet of an internal circuit of coolant of the exchanger, with the aid of a circulation pump, preferably a pump resting at the bottom of the sea, the said external circuit cooling device comprising:
  • the underwater cooling system according to the invention thus makes it possible to control the temperatures of the production fluid at the outlet of the exchanger and of the cooling seawater upstream and downstream of the exchanger, and thus allows to adapt the cooling to the thermal power also called thermal load exchanged by the installation according to the invention between the cooling fluid and the production fluid which heat load can change over time if the flow and / or temperature of the production fluid varies as it will be explained later.
  • said devices for controlling and controlling said identical flow rate of the evacuation and the sea water supply are able to control the variation of said identical flow of the evacuation and the supply of seawater by said supply devices and respectively evacuation devices as a function of the variation of the flow of the production fluid and / or the temperature of the production fluid at the level of the upstream fluid transfer pipe. production supplying said heat exchanger.
  • the installation according to the present invention makes it possible to maintain the temperature of the cooling water above a floor value, in particular to maintain their skin temperature above a certain floor value for a certain period of time. in case of shutdown of the installation, imposing a minimum temperature in operation of the cooling seawater.
  • said pump is equipped with a variable speed drive and said devices for controlling and controlling said identical flow of the evacuation and the supply of seawater, include:
  • a first device for measuring the temperature capable of measuring the temperature of the cooling seawater downstream of the pump and upstream of the said heat exchanger connected to the said devices for discharging sea water in a manner automatically controlling said flow of the seawater discharged from said external cooling circuit downstream of the heat exchanger and upstream of said first bypass as a function of the temperature cooling seawater downstream of the pump and upstream of said heat exchanger, and
  • a second temperature measuring device capable of measuring the temperature of the production fluid in the downstream transfer line at the outlet of the exchanger connected to a device for varying the speed of said pump so as to automatically control the flow rate; cooling water at the outlet of said pump as a function of the temperature of the production fluid in the downstream transfer line at the outlet of the exchanger.
  • the circulation of the seawater in the cooling circuit is ensured by a circulation pump.
  • the pump is equipped with a speed variator that allows the production fluid cooling temperature to be regulated by adapting the cooling water circulation rate to the cooling thermal load required by the process operating conditions or vice versa to regulate the amount of heat exchanged by modulating the flow rate of the cooling water.
  • said ambient sea water supply devices and said cooling circuit are able to automatically suck up a flow of ambient seawater into said external cooling circuit at a said supply bypass , depending on the speed of the circulation pump to complete the flow of cooling water in said cooling circuit downstream of said supply bypass and upstream of said pump, identical to the flow of water from sea evacuated by said evacuation devices at an evacuation bypass.
  • the present invention makes it possible to adapt the cooling to the thermal load over time by implementing a semi-open or semi-closed loop circuit of the circulating cooling liquid inside the radiator grille.
  • the heat exchanger according to the following characteristics:
  • the cooling water (warmer) at the outlet of the exchanger can lower the temperature of the cooling water (warmer) at the outlet of the exchanger by expelling a portion of it to the sea through an evacuation valve, and realizing an equivalent cold water inlet through a suction strainer open to the ambient marine environment upstream of the inlet of the heat exchanger to maintain the water volume of the cooling circuit on the one hand and the temperature of the water at the inlet of the exchanger on the other hand.
  • the initial heating of the cooling water above said floor value can be done:
  • heat tracing By electric heating, in particular it is known to heat the pipes over all or part of their length through a plurality of electrical cables which are wound around the outer surface of the pipes to heat it by Joule effect.
  • This heating solution which is called “heat tracing” (or “heat tracing”), makes it possible to keep the hydrocarbon fluids transported in the subsea pipes at a temperature above a critical threshold all along their path.
  • the entire cooling circuit is thermally insulated from the surrounding environment by suitable heat insulation. This ensures that the temperature is maintained for a certain time during a shutdown of the unit and also guarantees a reduced time of initial temperature setting of the cooling system when it is started.
  • said external cooling ducts are thermally insulated, the insulation of the outer cooling pipe section between said pump and the inlet of said heat exchanger being greater than that of the other pipe sections of said external circuit cooling.
  • the so-called supply devices for the external cooling circuit in ambient seawater at the level of the said bypass feeders comprise a strainer preferably cooperating with an anti-return valve and a filter able to prevent the suction of solid objects, and
  • the so-called seawater evacuation devices of said external cooling circuit at an evacuation bypass comprise an adjustable flow evacuation valve and a complementary device upstream of said evacuation valve; adapted to allow a permanent leak of reduced flow cooling water to reduce the pressure when the expansion of the cooling seawater leaving the exchanger caused by its heating creates an overpressure.
  • This device for permanent leakage of the cooling water to the ocean is in particular through a hole or equivalent known device.
  • Regulation of the seawater temperature of the cooling circuit is done by adding cold seawater to the environment via an inlet line and the discharge of hot seawater from the cooling circuit. the ocean through a so-called regulating valve.
  • the cooling circuit further comprises at least one of the following additional devices:
  • the cooling water circulates in the shell of one or more heat exchangers of shell and tube type ("shell & tube”) or preferably hairpin ("hairpin”) in series or in parallel to cool the fluid of production circulating in the tubes of the exchanger.
  • shell & tube shell and tube type
  • hairpin hairpin
  • the type of "hairpin” hairpin heat exchanger is more particularly adapted to the service and may be provided by sellers usually used in the industry such as AIT STEIN GROUP for example.
  • said heat exchanger is a hairpin heat exchanger.
  • hairpin heat exchanger in a manner known to those skilled in the art, an exchanger comprising a U-shaped calender containing U-shaped tubes so that the inputs and outputs of a fluid to be cooled and coolant are all on the same longitudinal side of said exchanger at the ends not connected together branches U.
  • the present invention also provides a method for cooling a production fluid using an underwater cooling system according to the invention, in which the said installation is placed at the bottom of the sea, the said heat exchanger. heat being connected to upstream and downstream production fluid transfer lines and pipes of a said cooling circuit and the following steps are carried out in which:
  • a hot production fluid is sent to a temperature in said upstream transfer line for cooling it by heat exchange in said heat exchanger at a temperature of said first setpoint value determined in said downstream transfer line;
  • an initial heating of the cooling water is carried out before circulation of the production fluid to reach a said inlet temperature of said second determined setpoint value of the cooling water in the downstream cooling circuit.
  • said circulation pump and upstream of said heat exchanger after supplying and filling said cooling circuit in ambient seawater then circulation of cooling water in said closed circuit cooling circuit, the cooling devices evacuation being closed the rise in temperature being by progressive accumulation of the friction energy that the pump dissipates in the volume of seawater contained in the cooling circuit and / or by electric heating of at least a part of pipes of said cooling circuit, over all or part of their length preferably with the aid of a plurality of cables s electric wrapped around the pipes to heat it by Joule effect.
  • a flow of cooling seawater is evacuated from said cooling circuit by means of said evacuation devices at an evacuation bypass, and
  • the variation of the said identical flow rate of the evacuation and the supply of seawater by the said supply devices and respectively the evacuation devices is controlled according to the variation of the flow rate of the production fluid and or the temperature of the production fluid at the upstream production fluid transfer line supplying the said heat exchanger.
  • said production fluid is a hydrocarbon fluid comprising gas and / or crude oil from subsea production wells, said production fluid transfer line being preferably connected to a pipe underwater.
  • -marine bottom-surface link connecting the seabed to a surface floating support and / or underwater connection pipe with subsea injection wells.
  • said production fluid consists of hydrocarbons including methane, ethane, propane and butane and heavier hydrocarbon compounds consisting of 5 to more than 30 carbon atoms, and inert gas as carbon dioxide and / or nitrogen, as well as a variable proportion of water of production, namely a water including up to more than one hundred grams per liter of salts, which can range from 0% by weight of production water at the beginning of treatment of a deposit with more than 80% weight of water at the end of treatment, the temperature of said production fluid being between 50 ° C and 200 ° C.
  • said production fluid has a temperature of from 50 ° C to 150 ° C .
  • the seawater temperature of the ambient marine medium is 4 ° C to 20 ° C
  • the said first setpoint value of the temperature of the production fluid (Tl) in the downstream transfer line at the outlet of the exchanger being between 30 ° C and 60 ° C
  • said second setpoint temperature of the cooling seawater T2 downstream of the pump and upstream of said heat exchanger being between 25 ° C and 35 ° C. ° C.
  • the seawater inlet temperature is a function of the water depth at which the cooling loop is installed and can therefore be in a range of 4 ° C for a greater depth of water at higher temperatures for example 20 ° C for lower water depths.
  • the temperature of the cooling water (T3) after heat exchange at the outlet of said heat exchanger is between 30 ° C. and 50 ° C., preferably below 45 ° C.
  • the temperatures of the first and second setpoint values (Tl) and (T2) above are compatible with this value of the temperature of the cooling water after heat exchange at the outlet of said heat exchanger (T3) and make it possible to avoid: - limescale deposits and marine salts harmful to the proper functioning of the exchanger over time which limescale deposits may occur at skin temperatures above 45 ° C, and / or
  • the seawater inlet temperature is a function of the water depth at which the cooling loop is installed and can therefore be in a range of 4 ° C for a greater depth of water at higher temperatures for example 20 ° C for lower water depths.
  • the water temperature of the cooling loop will be chosen to satisfy both the target cooling temperature for the production fluid leaving the exchanger, for example between 30 ° C. and 40 ° C. for a production fluid. entering the exchanger at 60-80 ° C, in order to have a certain margin with regard to possible solid phase deposition as described above, and at the same time avoid a cooling water temperature that is too high, which could lead to the risk of limescale, especially on the internal tubes of the heat exchangers.
  • the temperature operating conditions of the cooling water loop must also result from the best compromise between the flow rate of cooling water circulation in the loop, the size required for the heat exchangers and the available thermal inertia in case system shutdown.
  • the adjustment of these temperatures can then be adjusted by the final choice of the instructions of the temperature regulators of the loop of the cooling water circuit.
  • the temperature of cold cooling water at the inlet of the heat exchangers may be between 25 ° C and 35 ° C
  • the temperature of the hot cooling water at the outlet of the heat exchangers may be between 30 ° C and 35 ° C. ° C and 50 ° C.
  • the thermal power (or thermal load) of the cooling installation is between 1 megawatt and 10 megawatts.
  • Higher thermal loads can be envisaged by using the required number of heat exchangers and / or by using several cooling loops operating in parallel.
  • the flow rate of the cooling water in the cooling circuit at the pump outlet and in the heat exchanger in operation is between 100 m 3 / hr at 1000 m 3 / hr, preferably from 300 to 600 m 3 / hr and the overall volume of cooling water contained in said cooling installation is 3 to 10 m 3 .
  • the flow rate and the volume of the cooling water in the cooling circuit loop will depend on the heat load to be discharged and the temperature operating conditions selected for sizing the system.
  • FIG. 1A showing a commercial hairpin heat exchanger
  • the underwater cooling unit 10 shown in FIG. 1 comprises a hairpin type heat exchanger 1 of the company AIT-STEIN GROUP (France) whose calacity capacity of the shell is 2 m 3 of coolant shown. in Figure IA.
  • the underwater cooling system comprises an external cooling circuit 2 allowing the circulation of sea water for loop cooling between the outlet 1b and the inlet 1a of the exchanger 1 with the aid of a circulation pump 3 with series:
  • the cooling water circulation pipe 2 comprises at the level of the said supply bypass DI between the said second pipe section 2-2 and the said third pipe section 2-3, a feed device 4 consisting of a strainer and non-return valve capable of automatically sucking the cold water to about 4 ° C aspirated from the marine environment after filtration in a filter 4a preventing the suction of various solid objects in the circuit 2. This suction occurs by the flow rate controlled by the speed of the pump and to fill the amount of cooling water d2 discharged at the outlet of the heat exchanger 1.
  • Said evacuation bypass D2 of the first section of pipe 2-1 to the discharge valve 5 comprises upstream of said discharge valve 5 a complementary leakage device 5a allowing permanent leakage of the cooling water to the ocean via an orifice or the like in order to avoid any overpressure caused by the expansion of the cooling seawater during its heating in the heat exchanger by heat exchange with the production fluid.
  • the discharge valve 5 of the cooling seawater heated at the outlet of the exchanger 1 is connected by a first connection cable 6a to a first temperature measuring device 6 able to measure the temperature of the water of cooling at said fourth pipe section 2-4 between the outlet of the pump 3 and the inlet of the exchanger 1.
  • a first temperature measuring device 6 able to measure the temperature of the water of cooling at said fourth pipe section 2-4 between the outlet of the pump 3 and the inlet of the exchanger 1.
  • a second temperature measuring device 7 is able to measure the temperature of the production fluid cooled at the outlet of the exchanger 1.
  • This second temperature measuring device 7 is connected by a second connection cable 7a to a variable speed drive 3a. of the pump motor 3 for automatically controlling the circulation flow rate of the cooling seawater in the loop circuit 2 as a function of the temperature of the cooled production fluid T1 at the outlet of the exchanger 1.
  • the said cooling circuit pipe sections are thermally insulated with a 130 mm insulating coating on the pipe for the said fourth pipe section 2-4 between the outlet of the pump 3 and the inlet of the heat exchanger 1 and a 50mm insulation coating on the pipe for other driving sections 2- 1,2-2 and 2-3.
  • the insulation is more important in this section 2-4 because it is the section of pipe in which the temperature of the water is the lowest so the closest to the lower limit below which it must not go down . This reinforced insulation makes it possible to reduce the rate of drop in temperature during long stops and / or for maintenance operations and thus to avoid the formation of hydrates in the production fluid.
  • thermal insulation of the cooling circuit all types of thermal insulation systems and materials can be used according to the temperature maintenance constraints to be respected, from conventional passive type insulation to the use of more sophisticated materials. like those with phase changes for example.
  • the cooling circuit 2 may be equipped with a flow calibration device 8 so that it does not exceed a predetermined limit value downstream of the exchanger 1 and the discharge bypass D2 before said D1 bypass.
  • the cooling circuit 2 may be equipped with a pressure sensor 9a between the pump 3 and the exchanger 1 and another pressure sensor 9b downstream of the evacuation bypass D2 to detect for example a pressure differential signaling a fouling of the exchanger 1 and / or a deficiency of the leakage device 5a and / or the flow limiter 8.
  • the production fluid transfer lines 11a, 11b and / or the cooling circuit 2 can be equipped with injection devices for various alternative chemicals or hydrate-forming inhibitors (solvent, MEG, etc.) which can be used for installation safety operations during long stops and / or for maintenance operations.
  • the underwater cooling installation 10 shown in FIG. 1 is implemented at the bottom of the sea at 2100 m depth in order to cool a multiphase fluid producing an underwater reservoir consisting of a multiphase fluid of hydrocarbons rich in CO2 and in production water, said hydrocarbons containing less than 40 mol% of methane, more than 3 mol% of ethane, more than 2 mol% of propane, more than 1% of butane and 1 to 5% of heavier hydrocarbons containing more than 5 carbon atoms.
  • This multiphasic fluid production is produced at a temperature T0 of about 85 ° C and feeds an underwater separation unit at a pressure of about 200 bar and a density of the gas fraction of about 300 kg / m3.
  • the cooling system of the gaseous fraction is configured to cool the gas at a temperature Tl of about 40 ° C at the outlet of exchangers (2 series heat exchangers are installed in this case) which allows to increase its density to about 400 kg / m 3 while avoiding the formation of hydrates or paraffins in the underwater pipe.
  • the temperature of heated cooling water T3 at the outlet of the heat exchangers must be limited to about 45 ° C to avoid the risk of scale deposits, especially on the inner tubes of the heat exchangers.
  • This configuration corresponds to a power or thermal load at heat exchangers of about 5 megawatts corresponding to the amount of heat (or heat transfer) exchanged by the installation according to the invention per unit of time that is found in operation by difference between the thermal energy of the cooling water discharged at the discharge valve 5 and the thermal energy of the supply ambient water 4.
  • the thermal power required to cool it will vary accordingly, including decrease also, which requires a variation, in particular a decrease in the flow rate of the cooling water d1 at the pump outlet and in the exchanger 1 and the flow rate d2 for discharging the cooling water at the discharge valve 5.
  • the initial temperature T2 of the seawater of the cooling circuit can be done by an electric heater installed on the cooling circuit or preferably by circulating the cooling water in a closed circuit with the circulation pump and accumulation progressive of the friction energy that it dissipates in the volume of sea water contained in the cooling circuit 2.

Abstract

The present invention concerns a method and an underwater facility (10) for cooling production fluid that comprises the implementation of a heat exchanger (1) on the sea bed (12), connected to pipes for transferring said production fluid (lia Mb) comprising an external cooling circuit (2) capable of circulating cooling seawater, by means of a circulation pump (3), comprising: • - devices (4, 4a) for supplying ambient seawater to said external cooling circuit (2) upstream from said circulation pump (3) at a supply branch (DI), and • - devices (5, 5a) for discharging seawater from said external cooling circuit (2) at a discharge branch (D2), downstream from the heat exchanger (1) and upstream from said supply branch (DI), and • - devices (3a, 6-6a, 7-7a) for controlling and commanding the variation of an identical flow rate (d2) of the discharge and supply of seawater capable of commanding the variation of said identical flow rate (d2) of the discharge and supply of seawater depending on a first setpoint value of the temperature of the production fluid (Tl) in the downstream transfer pipe (Mb) at the outlet of the exchanger (1) and/or a second setpoint value of the temperature of the cooling seawater (T2) downstream from the pump (3) and upstream from said heat exchanger (1).

Description

Installation sous-marine et procédé de refroidissement d'un fluide dans un échangeur de chaleur par circulation d'eau de mer.  Underwater installation and method of cooling a fluid in a heat exchanger by circulation of seawater.
Domaine et arrière-plan de l'invention Domain and background of the invention
La présente invention concerne un procédé et une installation sous- marine de refroidissement d'un fluide dans un échangeur de chaleur sous- marin, notamment reposant à grande profondeur au fond de la mer, par circulation d'un liquide de refroidissement consistant en de l'eau de mer. The present invention relates to a method and an underwater installation for cooling a fluid in an underwater heat exchanger, in particular resting at great depth at the bottom of the sea, by circulating a cooling liquid consisting of 'sea water.
La présente invention se rapporte plus particulièrement au domaine général du refroidissement des fluides d'hydrocarbures dans des conduites sous-marines de transport d'hydrocarbures, notamment du gaz ou du pétrole brut contenant majoritairement une phase huileuse d'hydrocarbures, de l'eau et du gaz, issus de puits de production sous-marins, ci-après dénommé fluide de production. Elle se rapporte plus particulièrement à une conduite sous-marine de liaison fond-surface reliant le fond de la mer à des supports flottant en surface mais également à une liaison entièrement sous-marine reliant des têtes de puits de productions à des têtes de puits d'injection et les équipements associés pour le refroidissement du fluide de production.  The present invention relates more particularly to the general field of the cooling of hydrocarbon fluids in submarine hydrocarbon transport pipes, in particular gas or crude oil mainly containing an oily phase of hydrocarbons, water and gas, from subsea production wells, hereinafter referred to as production fluid. In particular, it relates to a bottom-to-surface underwater pipeline connecting the seabed to surface floating supports, but also to a fully underwater link connecting wellheads to wellheads. injection and associated equipment for cooling the production fluid.
Cette invention s'applique en effet plus particulièrement aux développements de gisements de gaz ou pétrole en mer profonde, c'est à dire des installations pétrolières installées en pleine mer, dans lesquelles les équipements de surface sont en général situés sur des structures flottantes, les têtes de puits étant au fond de la mer. Les conduites concernées par la présente invention comprennent plus particulièrement les conduites reposant au fond de la mer reliant les têtes de puits à des risers appelés conduites de liaison fond-surface remontant vers la surface mais également à des conduites entièrement sous-marines reliant des têtes de puits de productions à des têtes de puits d'injection.  This invention applies in fact more particularly to the development of gas or oil deposits in the deep sea, that is to say offshore oil installations, in which the surface equipment is generally located on floating structures, Wells being at the bottom of the sea. The pipes concerned by the present invention more particularly include the pipes resting at the bottom of the sea connecting the well heads to risers called bottom-surface connection pipes going up to the surface but also to fully submarine pipes connecting production well heads to injection well heads.
L’application principale de l’invention concerne donc les conduites ou canalisations immergées, sous-marines ou subaquatiques, et plus particulièrement à grande profondeur, au-delà de 300 m, jusqu'à 4000 m, et véhiculant des fluides de productions très divers et les équipements associés pour le refroidissement du fluide de production.  The main application of the invention therefore relates to submerged or underwater pipelines or pipelines, and more particularly to great depths, beyond 300 m, up to 4000 m, and carrying fluids of very diverse productions and associated equipment for cooling the production fluid.
Le fluide de production pourra aller d'un gaz contenant plus de 95% mole de méthane et quelques pourcents d'éthane, propane et butane, à un gaz contenant des proportions très variables de gaz inertes comme le dioxyde de carbone et l'azote, dans une proportion pouvant aller de moins de 1% mole à plus de 80% mole, en passant par un gaz riche contenant moins de 70% mole de méthane, plus de 15% mole d'éthane, plus de 7% mole de propane, plus de 4% de butane et quelques pourcents d'hydrocarbures plus lourds contenants plus de 5 atomes de carbone. The production fluid can range from a gas containing more than 95% mole of methane and a few percent of ethane, propane and butane, to a gas containing very variable proportions of inert gases such as carbon dioxide. carbon and nitrogen, in a proportion ranging from less than 1 mol% to more than 80 mol%, through a rich gas containing less than 70 mol% of methane, more than 15 mol% of ethane, more than 7% mole of propane, more than 4% of butane and a few percent of heavier hydrocarbons containing more than 5 carbon atoms.
Le fluide de production pourra également être un effluent liquide ou multiphasique d'un gisement de pétrole contenant, outre les hydrocarbures légers mentionnés ci-dessus allant du méthane au butane, une proportion importante, jusqu'à plus de 40% mole, de composés hydrocarbures plus lourds constitués de 5 à plus de 30 atomes de carbone.  The production fluid may also be a liquid or multiphasic effluent from a petroleum deposit containing, besides the light hydrocarbons mentioned above, ranging from methane to butane, a significant proportion, up to more than 40 mol%, of hydrocarbon compounds. heavier ones consisting of 5 to more than 30 carbon atoms.
Ces fluides de production pourront également contenir une proportion variable d'eau de production, à savoir une eau incluant jusqu'à plus d'une centaine de gramme par litre de sels, allant de 0% poids d'eau de production en début de traitement d'un gisement à plus de 80% poids d'eau en fin de traitement.  These production fluids may also contain a variable proportion of production water, namely a water including up to more than one hundred grams per liter of salts, ranging from 0% by weight of production water at the beginning of treatment. a deposit with more than 80% weight of water at the end of treatment.
La température de tels fluides de production sera dépendante des conditions du gisement amont et des étapes de traitement précédentes, elle est typiquement par exemple de l'ordre de 50°C jusqu'à plus de 150°C. De même, la pression de tels fluides de production à refroidir pourra également varier dans une large plage, en fonction des cas de traitement et de la variation de la pression du gisement amont au cours de son exploitation, par exemple de plus de 250 bars à une pression résiduelle de quelques bars seulement.  The temperature of such production fluids will be dependent on the conditions of the upstream deposit and the previous treatment steps, it is typically for example of the order of 50 ° C up to more than 150 ° C. Similarly, the pressure of such production fluids to be cooled may also vary over a wide range, depending on the treatment cases and the pressure variation of the upstream deposit during its operation, for example from more than 250 bar to a residual pressure of only a few bars.
Ces produits pétroliers gazeux, liquides ou multiphasiques initialement produits chauds notamment de 50°C à 200°C requièrent dans certains cas un refroidissement avant transfert dans une dite conduite sous- marine de transfert afin d'obtenir des propriétés physiques acceptables pour le reste de l'unité de transfert, notamment pour garantir une densité minimum à l'aspiration d'une pompe de transfert dans le cas de fluide gazeux notamment une densité d'au moins 400 kg/m3, notamment de 400 kg/m3 à 800 kg/m3, ou être dans des conditions propices à la mise en œuvre de matériels ou conduites en matériaux particuliers sensibles à la température et ceci pour toutes les durées pluriannuelles d'opération malgré les changements de compositions et de débits du fluide de production à refroidir. These gaseous, liquid or multiphase petroleum products initially produced hot, in particular from 50 ° C to 200 ° C, require in certain cases a cooling before transfer in a said submarine transfer pipe in order to obtain acceptable physical properties for the rest of the water. transfer unit, especially to ensure a minimum density at the suction of a transfer pump in the case of gaseous fluid including a density of at least 400 kg / m 3 , in particular from 400 kg / m 3 to 800 kg / m 3 , or be in conditions conducive to the implementation of materials or pipes of particular temperature-sensitive materials and this for all the multi-year operating periods despite the changes in compositions and flow rates of the production fluid to be cooled .
Dans les grandes profondeurs sous-marines, la température de l'eau de mer est relativement basse (typiquement 4°C) et permet de refroidir par échange thermique le fluide de production à l'aide d'échangeurs de chaleur disposés au fond de la mer. Les échangeurs de chaleur sous-marins installés à ce jour sont dit passifs c'est-à-dire qu'ils utilisent la convection naturelle de l'eau de mer qui remonte par effet cheminée le long de tubes transportant le fluide à refroidir lesquels tubes ne sont pas confinés dans une enceinte fermée. In the great depths of the sea, the temperature of the seawater is relatively low (typically 4 ° C) and allows the production fluid to be cooled by heat exchange using heat exchangers placed at the bottom of the sea. sea. The subsea heat exchangers installed at this day are said to be passive, that is to say that they use the natural convection of seawater which rises by chimney effect along tubes carrying the fluid to be cooled which tubes are not confined in a closed enclosure.
Des échangeurs de chaleur sous-marins dits actifs c'est-à-dire à convection forcée sont en cours de développement en utilisant le principe dans lequel l'eau de mer est mise en circulation dans l'échangeur de chaleur par une pompe de circulation qui assure son passage au travers l'enceinte de l'échangeur de chaleur pour la mettre en contact et refroidir des tubes contenus dans l'enceinte fermée de l'échangeur, tubes dans lesquels circule le fluide de production à refroidir. L'eau de mer est directement aspirée du milieu marin ambiant pour être mise en circulation dans ladite enceinte avant d'être évacuée dans le milieu marin ambiant à l'état réchauffé suite au transfert de charge thermique entre le fluide de production et l'eau de mer de refroidissement circulant dans l'enceinte. Il s'agit d'un circuit ouvert de circulation du fluide refroidissement.  Subsea heat exchangers known as active, that is to say forced convection, are under development using the principle in which the seawater is circulated in the heat exchanger by a circulation pump which ensures its passage through the enclosure of the heat exchanger to bring it into contact and cool tubes contained in the closed chamber of the heat exchanger, tubes in which the production fluid to be cooled to circulate. The seawater is directly sucked from the ambient marine environment to be circulated in said chamber before being discharged into the ambient marine environment in the warmed state following the transfer of heat load between the production fluid and the water of cooling sea circulating in the enclosure. This is an open circuit for circulating the cooling fluid.
On connaît des modules sous-marins d'échangeurs thermiques du type dénommé « échangeurs à tubes et calandre » avec une enceinte fermée renfermant des tubes en parallèles destinés à véhiculer le liquide de refroidissement et le fluide de production et notamment avec un réseau des couches superposées de tubes parallèles reliés. On connaît en particulier des échangeurs dits en épingle plus compacts et facile à installer puisque l'ensemble des connexions sont du même côté, comprenant une calandre et un réseau de tubes en deux parties rectilignes parallèles reliées entre elles d'un côté longitudinal par une partie le formant une boucle d'un U (épingle à cheveux) l'ensemble des connexions se faisant sur le côté libre opposé la, lb tel que représenté sur la figure IA. De tels échangeurs sont en particulier commercialisés par AIT-STEIN GROUP (FRANCE).  Submarine modules of heat exchangers of the type known as "tube and shell heat exchangers" are known with a closed enclosure enclosing parallel tubes intended to convey the coolant and the production fluid and in particular with a network of superposed layers. parallel tubes connected. In particular known exchangers said pin more compact and easy to install since the set of connections are on the same side, comprising a shell and a network of tubes in two parallel straight parts interconnected on one longitudinal side by a part forming a loop of a U (hairpin) all connections being made on the opposite free side la, lb as shown in Figure IA. Such exchangers are in particular marketed by AIT-STEIN GROUP (FRANCE).
On connaît des procédés et installations sous-marines de refroidissement à l'aide d'échangeur de chaleur dans WO2013/004277 et US 9, 719,698 en utilisant l'eau de mer en convection forcée dans lesquels les tubes renfermant le fluide à refroidir ne sont pas isolés thermiquement du milieu marin ambiant et la circulation de l'eau de mer de refroidissement travaille en circuit ouvert comme décrit ci-dessus.  Underwater cooling methods and installations using heat exchangers are known in WO2013 / 004277 and US 9,719,698 using forced convective seawater in which the tubes containing the fluid to be cooled are not not thermally insulated from the ambient marine environment and the circulation of seawater cooling works in open circuit as described above.
Les procédés et installations sous-marines de refroidissement à l'aide d'échangeur de chaleur connus ne permettent pas de contrôler la température du liquide de refroidissement ou du fluide de production pour éviter les inconvénients suivants. Les procédés et installations de W02013/004277 et US 9,719,698 ont pour objectif de pouvoir réguler la quantité de chaleur échangée. Mais le contrôle de la quantité de chaleur échangée y est limité et le contrôle de la température de peau des tubes (température au niveau du contact entre le tube et le fluide de production ou le liquide de refroidissement) des échangeurs est pratiquement impossible. Les températures opératoires obtenues dans les échangeurs sont subies et résultent de leur géométrie, des conditions du procédé et des conditions du milieu ambiant. The underwater cooling methods and installations using known heat exchangers do not make it possible to control the temperature of the coolant or the production fluid to avoid the following disadvantages. The processes and installations of W02013 / 004277 and US 9,719,698 are intended to regulate the amount of heat exchanged. But the control of the amount of heat exchanged is limited and the control of the skin temperature of the tubes (temperature at the contact between the tube and the production fluid or the coolant) exchangers is virtually impossible. The operating temperatures obtained in the exchangers are undergone and result from their geometry, process conditions and ambient conditions.
Ces procédés et installations de WO2013/004277 et US 9,719,698 ne permettent pas de contrôler la température de peau des tubes afin de maintenir leur température de peau au-dessus d'une certaine valeur plancher afin d'éviter les dépôts solides de paraffine ou hydrates indésirables notamment sous forme de bouchons pour le fluide de production comme décrit ci-après ainsi que des dépôts de calcaire et/ou sels du côté de l'eau de mer de refroidissement.  These methods and installations of WO2013 / 004277 and US 9,719,698 do not allow the skin temperature of the tubes to be controlled in order to maintain their skin temperature above a certain floor value in order to avoid solid paraffin deposits or undesirable hydrates. in particular in the form of plugs for the production fluid as described below, as well as deposits of limestone and / or salts on the side of the cooling seawater.
Ces dépôts de calcaire et/ou sels marins sont nuisibles au bon fonctionnement de l'échangeur dans le temps et peuvent se produire à des températures de peau supérieures à 45°C de sorte qu'il est souhaitable de maintenir la température du liquide de refroidissement évacué après échange thermique à pas plus de 45°C voire pas plus de 40°C.  These deposits of limestone and / or marine salts are detrimental to the proper functioning of the exchanger over time and can occur at skin temperatures above 45 ° C so that it is desirable to maintain the temperature of the coolant evacuated after heat exchange at not more than 45 ° C or not more than 40 ° C.
En outre, de nombreux problèmes se posent au niveau du fluide de production à base d'hydrocarbures notamment en cas d'arrêt de production lorsque la température des produits pétroliers diminue très rapidement, conduisant à la formation d'hydrate et/ou de dépôt solides de paraffines sous forme de bouchons comme explicité ci-après. Dans ce type d'applications, lorsque la température des produits pétroliers diminue d'une valeur significative importante par rapport à leur température de production, si les produits pétroliers se refroidissent par exemple en dessous de 30°C à 60°C pour une température initiale de 70°C à 80°C alors que la température de l'eau environnante surtout à grande profondeur peut être largement inférieure à 10°C et atteindre 4°C, on observe en général :  In addition, there are many problems with the hydrocarbon-based production fluid, especially in the event of production stoppage, when the temperature of the petroleum products decreases very rapidly, leading to the formation of solid hydrate and / or deposition. paraffins in the form of caps as explained below. In this type of application, when the temperature of the petroleum products decreases by a significant amount relative to their production temperature, if the petroleum products cool down for example below 30 ° C to 60 ° C for an initial temperature from 70 ° C to 80 ° C while the surrounding water temperature especially at great depth can be much lower than 10 ° C and reach 4 ° C, we generally observe:
- une forte augmentation de la viscosité qui diminue alors le débit de la conduite,  a sharp increase in viscosity which then reduces the flow rate of the pipe,
- une précipitation de paraffine dissoute qui augmente alors la viscosité du produit et dont le dépôt peut diminuer le diamètre intérieur utile de la conduite,  a precipitation of dissolved paraffin which then increases the viscosity of the product and the deposition of which may reduce the useful inside diameter of the pipe,
- la floculation des asphaltènes induisant les mêmes problèmes, - la formation soudaine, compacte et massive d'hydrates de gaz qui se forment à forte pression et faible température, obstruant ainsi brusquement la conduite en formant des bouchons solides. flocculation of asphaltenes inducing the same problems, - the sudden, compact and massive formation of gas hydrates that form at high pressure and low temperature, thus clogging the pipe abruptly, forming solid plugs.
Paraffines et asphaltènes restent accrochés à la paroi et nécessitent alors un nettoyage par raclage de l’intérieur de la conduite ; en revanche, les hydrates sont encore plus difficiles, voire parfois impossibles à résorber.  Paraffins and asphaltenes remain attached to the wall and then require cleaning by scraping the inside of the pipe; on the other hand, hydrates are even more difficult, and sometimes impossible to absorb.
Ces dépôts solides de paraffines et/ou de formation d'hydrates pouvant créer des bouchons sont préjudiciables au bon fonctionnement de l'unité de refroidissement par échangeur de de chaleur.  These solid deposits of paraffins and / or formation of hydrates can create plugs are detrimental to the proper operation of the cooling unit by heat exchanger.
En pratique, les températures de formation des phases solides d'hydrates ou de dépôt de paraffine sont fonction de la composition du fluide de procédé et de sa pression. Ces températures sont en général de 20°C à 50°C. Plus particulièrement, la formation d'hydrate pourra intervenir pour des températures inférieures à environ 25°C à 30°C. Le dépôt de paraffine pourra être plus ou moins significatif dans une plage de température assez large, allant peu fréquemment de plus de 45°C à des valeurs plus usuellement de l'ordre de 30°C ou moins.  In practice, the formation temperatures of the solid hydrate or paraffin deposition phases are a function of the composition of the process fluid and its pressure. These temperatures are in general from 20 ° C to 50 ° C. More particularly, hydrate formation may occur at temperatures below about 25 ° C to 30 ° C. The paraffin deposit may be more or less significant in a fairly wide temperature range, infrequently from more than 45 ° C to values more usually of the order of 30 ° C or less.
Objet et résumé de l'invention Object and summary of the invention
Le but de la présente invention est donc de remédier à ces inconvénients dans les installations sous-marines d'échangeurs thermiques utilisant le principe de convection forcée d'eau de mer comme liquide de refroidissement. The object of the present invention is therefore to overcome these disadvantages in underwater heat exchanger installations using the principle of forced convection of seawater as a coolant.
Plus particulièrement, un but de la présente invention est de disposer d'un temps suffisant, en cas d'arrêt de la production, avant que la température du fluide de production ne passe sous le seuil où apparaissent les hydrates et des dépôts significatifs de paraffines pouvant provoquer des bouchons et son arrêt pour une période longue. Ce temps pourra être utilisé par l'opérateur pour redémarrer son unité ou la mettre en sécurité en inhibant le fluide de production avec des produits inhibiteurs tels que du méthanol, glycol ou mono éthylène glycol (MEG en abrégé) ou/et en le déplaçant vers des zones sans risque de bouchage, à l'aide de produits chimiques et/ou produits inertes de substitution, par exemple du diesel ou du pétrole brut dégazé (« dead crude oil »). La production pourra donc ensuite être redémarrée suivant une procédure usuelle sans avoir au préalable à utiliser des opérations spécifiques exceptionnelles pour effectuer un nettoyage de l'installation afin d'en éliminer les points de bouchage. More particularly, an object of the present invention is to have sufficient time, in case of production stoppage, before the temperature of the production fluid falls below the threshold where the hydrates appear and significant deposits of paraffins. can cause plugs and stop for a long period. This time can be used by the operator to restart his unit or make it safe by inhibiting the production fluid with inhibiting products such as methanol, glycol or monoethylene glycol (MEG abbreviated) and / or by moving it to areas without risk of clogging, using chemicals and / or inert substitutes, for example diesel or crude oil degassed ("dead crude oil"). The production can then be restarted following a usual procedure without first having to use specific operations exceptional to perform a cleaning of the installation in order to eliminate the closing points.
L'invention vise à être utilisée pour refroidir tous les types de fluides de production nécessitant un contrôle de la température de refroidissement et son maintien au-dessus d'un seuil déterminé pendant un temps minimum défini après l'arrêt de la production.  The invention aims to be used to cool all types of production fluids requiring a control of the cooling temperature and its maintenance above a determined threshold for a defined minimum time after stopping production.
Pour ce faire, la présente invention fournit une installation sous- marine d'échange de chaleur entre un fluide de production et de l'eau de mer du milieu ambiant, à l'aide d'un échangeur de chaleur sous-marin du type dénommé « échangeur à tubes et calandre » ou de type dit en épingle utilisant un principe de convection forcée, combiné à un circuit en boucle semi-ouvert permettant de moduler la charge thermique requise pour cet échange de chaleur.  To do this, the present invention provides an underwater installation for heat exchange between a production fluid and seawater of the ambient medium, using a submarine heat exchanger of the type called "Tube and shell heat exchanger" or "pin-like" type using a forced convection principle, combined with a semi-open loop circuit for modulating the heat load required for this heat exchange.
Plus précisément la présente invention fournit une installation sous- marine de refroidissement de fluide de production comprenant au moins un échangeur de chaleur apte à être exploité et reposer au fond de la mer, relié à des conduites de transfert du dit fluide de production respectivement en amont et en aval dudit échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un circuit externe de refroidissement apte à faire circuler en boucle dans au moins une conduite externe de refroidissement une partie au moins de l'eau de mer de refroidissement sortant du dit échangeur entre une sortie et une entrée d'un circuit interne de liquide de refroidissement de l'échangeur, à l'aide d'une pompe de circulation, de préférence une pompe reposant au fond de la mer, le dit circuit externe de refroidissement comprenant :  More specifically, the present invention provides an underwater installation for cooling production fluid comprising at least one heat exchanger capable of being operated and lying at the bottom of the sea, connected to transfer lines of said production fluid respectively upstream. and downstream of said heat exchanger, characterized in that it furthermore comprises at least one external cooling circuit capable of circulating in a loop in at least one external cooling duct at least part of the cooling seawater leaving said exchanger between an outlet and an inlet of an internal circuit of coolant of the exchanger, with the aid of a circulation pump, preferably a pump resting at the bottom of the sea, the said external circuit cooling device comprising:
- des dispositifs d'alimentation aptes à alimenter avec de l'eau de mer ambiant, ledit circuit externe de refroidissement en amont de ladite pompe de circulation au niveau d'une dérivation d'alimentation, et  feeders capable of feeding with ambient seawater, said external cooling circuit upstream of said circulation pump at a feed diversion, and
- des dispositifs d'évacuation aptes à évacuer une partie de l'eau de mer dudit circuit externe de refroidissement au niveau d'une dérivation d'évacuation, en aval de l'échangeur de chaleur et en amont de ladite dérivation d'alimentation, et  - Evacuation devices able to evacuate a portion of the seawater of said external cooling circuit at a discharge bypass, downstream of the heat exchanger and upstream of said supply bypass, and
- des dispositifs de contrôle et commande de la variation d'un débit identique de l'évacuation et de l'alimentation en eau de mer par les dits dispositifs d'alimentation et respectivement dispositifs d'évacuation aptes à commander la variation du dit débit identique de l'évacuation et de l'alimentation en eau de mer par les dits dispositifs d'alimentation et respectivement dispositifs d'évacuation en fonction d'une première valeur de consigne de la température du fluide de production dans la conduite aval de transfert en sortie de l'échangeur et/ou d'une deuxième valeur de consigne de la température de l'eau de mer de refroidissement en aval de la pompe et en amont du dit échangeur de chaleur. - Control and control devices for the variation of an identical flow of the evacuation and the supply of seawater by said supply devices and respectively evacuation devices able to control the variation of said identical flow rate evacuation and supply of seawater by said feeders and respectively evacuation devices according to a first set value of the temperature of the production fluid in the downstream transfer line at the outlet of the exchanger and / or a second set value of the water temperature seawater cooling downstream of the pump and upstream of said heat exchanger.
L'installation sous-marine de refroidissement selon l'invention permet ainsi le contrôle des températures du fluide de production en sortie de l'échangeur et de l'eau de mer de refroidissement en amont et en aval de l'échangeur, et ainsi permet d'adapter le refroidissement à la puissance thermique aussi dénommée charge thermique échangée par l'installation selon l'invention entre le fluide de refroidissement et le fluide de production laquelle charge thermique peut évoluer au cours du temps si le débit et/ou la température du fluide de production varie comme il sera explicité plus loin.  The underwater cooling system according to the invention thus makes it possible to control the temperatures of the production fluid at the outlet of the exchanger and of the cooling seawater upstream and downstream of the exchanger, and thus allows to adapt the cooling to the thermal power also called thermal load exchanged by the installation according to the invention between the cooling fluid and the production fluid which heat load can change over time if the flow and / or temperature of the production fluid varies as it will be explained later.
Dans un mode préféré de réalisation, les dits dispositifs de contrôle et commande du dit débit identique de l'évacuation et de l'alimentation en eau de mer, sont aptes à commander la variation du dit débit identique de l'évacuation et de l'alimentation en eau de mer par les dits dispositifs d'alimentation et respectivement dispositifs d'évacuation en fonction de la variation du débit du fluide de production et/ou de la température du fluide de production au niveau de la conduite amont de transfert de fluide de production alimentant ledit échangeur de chaleur.  In a preferred embodiment, said devices for controlling and controlling said identical flow rate of the evacuation and the sea water supply, are able to control the variation of said identical flow of the evacuation and the supply of seawater by said supply devices and respectively evacuation devices as a function of the variation of the flow of the production fluid and / or the temperature of the production fluid at the level of the upstream fluid transfer pipe. production supplying said heat exchanger.
Plus particulièrement, l'installation selon la présente invention permet de maintenir la température de l'eau de refroidissement au-dessus d'une valeur plancher, notamment pour maintenir leur température de peau au- dessus d'une certaine valeur plancher pendant un certain temps en cas d'arrêt de l'installation, en imposant une température minimale en opération de l'eau de mer de refroidissement.  More particularly, the installation according to the present invention makes it possible to maintain the temperature of the cooling water above a floor value, in particular to maintain their skin temperature above a certain floor value for a certain period of time. in case of shutdown of the installation, imposing a minimum temperature in operation of the cooling seawater.
Plus particulièrement, la dite pompe est équipée d'un variateur de vitesse et les dits dispositifs de contrôle et commande du dit débit identique de l'évacuation et de l'alimentation en eau de mer, comprennent :  More particularly, said pump is equipped with a variable speed drive and said devices for controlling and controlling said identical flow of the evacuation and the supply of seawater, include:
- un premier dispositif de mesure de la température apte à mesurer la température de l'eau de mer de refroidissement en aval de la pompe et en amont du dit échangeur de chaleur connecté au dit dispositifs d'évacuation de l'eau de mer de manière à commander automatiquement le dit débit de l'eau de mer évacuée dudit circuit externe de refroidissement en aval de l'échangeur de chaleur et en amont de ladite première dérivation en fonction de la température de l'eau de mer de refroidissement en aval de la pompe et en amont du dit échangeur de chaleur, et a first device for measuring the temperature capable of measuring the temperature of the cooling seawater downstream of the pump and upstream of the said heat exchanger connected to the said devices for discharging sea water in a manner automatically controlling said flow of the seawater discharged from said external cooling circuit downstream of the heat exchanger and upstream of said first bypass as a function of the temperature cooling seawater downstream of the pump and upstream of said heat exchanger, and
- un deuxième dispositif de mesure de la température apte à mesurer la température du fluide de production dans la conduite aval de transfert en sortie de l'échangeur connecté à un dispositif de variation de la vitesse de la dite pompe de manière à commander automatiquement le débit de l'eau de refroidissement en sortie de la dite pompe en fonction de la température du fluide de production dans la conduite aval de transfert en sortie de l'échangeur.  a second temperature measuring device capable of measuring the temperature of the production fluid in the downstream transfer line at the outlet of the exchanger connected to a device for varying the speed of said pump so as to automatically control the flow rate; cooling water at the outlet of said pump as a function of the temperature of the production fluid in the downstream transfer line at the outlet of the exchanger.
La circulation de l'eau de mer dans le circuit de refroidissement est assurée par une pompe de circulation. La pompe est équipée d'un variateur de vitesse qui permet de réguler la température de refroidissement du fluide de production en adaptant le débit de circulation d'eau de refroidissement à la charge thermique de refroidissement requise par les conditions de fonctionnement du procédé ou vice versa de réguler la quantité de chaleur échangée en modulant le débit de circulation de l'eau de refroidissement.  The circulation of the seawater in the cooling circuit is ensured by a circulation pump. The pump is equipped with a speed variator that allows the production fluid cooling temperature to be regulated by adapting the cooling water circulation rate to the cooling thermal load required by the process operating conditions or vice versa to regulate the amount of heat exchanged by modulating the flow rate of the cooling water.
Plus particulièrement encore, les dits dispositifs d'alimentation en eau de mer ambiant et le dit circuit de refroidissement sont aptes à aspirer automatiquement un débit d'eau de mer ambiant dans ledit circuit externe de refroidissement au niveau d'une dite dérivation d'alimentation, en fonction de la vitesse de la pompe de circulation pour compléter le débit d'eau de refroidissement dans le dit circuit de refroidissement en aval de la dite dérivation d'alimentation et en amont de la dite pompe, identique au débit d'eau de mer évacué par les dits dispositifs d'évacuation au niveau d'une dérivation d'évacuation.  More particularly, said ambient sea water supply devices and said cooling circuit are able to automatically suck up a flow of ambient seawater into said external cooling circuit at a said supply bypass , depending on the speed of the circulation pump to complete the flow of cooling water in said cooling circuit downstream of said supply bypass and upstream of said pump, identical to the flow of water from sea evacuated by said evacuation devices at an evacuation bypass.
Plus particulièrement encore, la présente invention permet d'adapter le refroidissement à la charge thermique au cours du temps en mettant en œuvre un circuit en boucle semi-ouvert ou semi-fermé du liquide de refroidissement de circulation à l'intérieur de la calandre de l'échangeur de chaleur selon les caractéristiques suivantes :  Even more particularly, the present invention makes it possible to adapt the cooling to the thermal load over time by implementing a semi-open or semi-closed loop circuit of the circulating cooling liquid inside the radiator grille. the heat exchanger according to the following characteristics:
- une mise en température initiale de l'eau de refroidissement au- dessus d'une valeur plancher et un circuit d'eau de mer de refroidissement en boucle à l'extérieur de l'échangeur de chaleur semi ouvert avec une isolation thermique du circuit en boucle de refroidissement par rapport au milieu ambiant plus froid ;  an initial heating of the cooling water above a floor value and a loop cooling seawater circuit outside the semi-open heat exchanger with a thermal insulation of the circuit in a cooling loop with respect to the cooler environment;
- l'évacuation d'une partie de l'eau de mer de refroidissement en sortie de l'échangeur et une entrée équivalente d'eau froide en amont de l'échangeur ainsi que - le contrôle de la température de l'eau de refroidissement à l'entrée de l'échangeur, et le contrôle de la vitesse de la pompe et du débit d'eau du circuit de refroidissement. the evacuation of a portion of the cooling seawater at the outlet of the exchanger and an equivalent inlet of cold water upstream of the exchanger, and - the control of the temperature of the cooling water at the inlet of the exchanger, and the control of the speed of the pump and the water flow of the cooling circuit.
Ainsi, en opération, on peut en baisser la température de l'eau de refroidissement (plus chaude) en sortie de l'échangeur en expulsant une partie de celle-ci à la mer au travers d'une vanne d'évacuation, et en réalisant une entrée équivalente d'eau froide au travers d'une crépine d'aspiration ouverte sur le milieu marin ambiant en amont de l'entrée de l'échangeur de chaleur pour conserver le volume d'eau du circuit de refroidissement d'une part et la température de l'eau à l'entrée de l'échangeur d'autre part.  Thus, in operation, it can lower the temperature of the cooling water (warmer) at the outlet of the exchanger by expelling a portion of it to the sea through an evacuation valve, and realizing an equivalent cold water inlet through a suction strainer open to the ambient marine environment upstream of the inlet of the heat exchanger to maintain the water volume of the cooling circuit on the one hand and the temperature of the water at the inlet of the exchanger on the other hand.
La mise en température initiale de l'eau de refroidissement au-dessus de ladite valeur plancher peut se faire :  The initial heating of the cooling water above said floor value can be done:
- par circulation du liquide de refroidissement (eau de mer) dans le dit circuit en boucle en circuit fermé avec la pompe de circulation avant la mise en service de la production de fluide de production par accumulation progressive de l'énergie de frottement que la pompe dissipe dans le volume d'eau de mer contenu dans le circuit de refroidissement ; et/ou  - By circulation of the coolant (seawater) in the said loop circuit in a closed circuit with the circulation pump before commissioning the production fluid production by progressive accumulation of the friction energy than the pump dissipates in the volume of seawater contained in the cooling circuit; and or
- par chauffage électrique, en particulier il est connu de chauffer les conduites sur tout ou partie de leur longueur grâce à une pluralité de câbles électriques qui sont enroulés autour de la surface externe des conduites pour la chauffer par effet Joule. Cette solution de chauffage, qui est appelée « chauffage tracé » (ou « heat tracing » en anglais), permet de maintenir les fluides d'hydrocarbures transportés dans les conduites sous-marines à une température supérieure à un seuil critique sur tout leur trajet.  - By electric heating, in particular it is known to heat the pipes over all or part of their length through a plurality of electrical cables which are wound around the outer surface of the pipes to heat it by Joule effect. This heating solution, which is called "heat tracing" (or "heat tracing"), makes it possible to keep the hydrocarbon fluids transported in the subsea pipes at a temperature above a critical threshold all along their path.
L'ensemble du circuit de refroidissement est isolé thermiquement du milieu ambiant par un calorifugeage adapté. Ceci garantit le maintien en température pendant un certain temps lors d'un arrêt de l'unité et garantit également un temps réduit de mise en température initiale du système de refroidissement lors de son démarrage. De préférence, les dites conduites externes de refroidissement sont isolées thermiquement, l'isolation de la section de conduite externe de refroidissement entre la dite pompe et l'entrée dudit échangeur de chaleur étant plus importante que celle des autres sections de conduites du dit circuit externe de refroidissement.  The entire cooling circuit is thermally insulated from the surrounding environment by suitable heat insulation. This ensures that the temperature is maintained for a certain time during a shutdown of the unit and also guarantees a reduced time of initial temperature setting of the cooling system when it is started. Preferably, said external cooling ducts are thermally insulated, the insulation of the outer cooling pipe section between said pump and the inlet of said heat exchanger being greater than that of the other pipe sections of said external circuit cooling.
Plus particulièrement encore, selon d'autres caractéristiques de l'installation selon l'invention :  More particularly, according to other characteristics of the installation according to the invention:
- les dits dispositifs d'alimentation du circuit externe de refroidissement en eau de mer ambiant au niveau de la dite dérivation d'alimentation comprennent une crépine coopérant de préférence avec un clapet anti retour et un filtre apte à empêcher l'aspiration d'objets solides, et the so-called supply devices for the external cooling circuit in ambient seawater at the level of the said bypass feeders comprise a strainer preferably cooperating with an anti-return valve and a filter able to prevent the suction of solid objects, and
- les dits dispositifs d'évacuation de l'eau de mer dudit circuit externe de refroidissement au niveau d'une dérivation d'évacuation comprennent une vanne d'évacuation à débit réglable, et un dispositif complémentaire en amont de la dite vanne d'évacuation apte à permettre une fuite permanente de l'eau de mer de refroidissement à débit réduit pour réduire la pression lorsque la dilatation de l'eau de mer de refroidissement en sortie de l'échangeur causée par son réchauffement crée une surpression. Ce dispositif de fuite permanent de l'eau de refroidissement vers l'océan se fait notamment via un orifice ou dispositif connu équivalent. La régulation de la température de l'eau de mer du circuit de refroidissement se fait par l'appoint d'eau de mer froide du milieu ambiant via une ligne d'entrée et la décharge d'eau de mer chaude du circuit de refroidissement à l'océan au travers d'une dite vanne de régulation.  the so-called seawater evacuation devices of said external cooling circuit at an evacuation bypass comprise an adjustable flow evacuation valve and a complementary device upstream of said evacuation valve; adapted to allow a permanent leak of reduced flow cooling water to reduce the pressure when the expansion of the cooling seawater leaving the exchanger caused by its heating creates an overpressure. This device for permanent leakage of the cooling water to the ocean is in particular through a hole or equivalent known device. Regulation of the seawater temperature of the cooling circuit is done by adding cold seawater to the environment via an inlet line and the discharge of hot seawater from the cooling circuit. the ocean through a so-called regulating valve.
Plus particulièrement encore, le circuit de refroidissement comprend en outre au moins l'un des dispositifs complémentaires suivants :  More particularly, the cooling circuit further comprises at least one of the following additional devices:
- un dispositif de calibration du débit pour que le débit d'eau de mer de refroidissement dans le circuit de refroidissement en aval de l'échangeur de chaleur et/ou de la dite dérivation d'évacuation ne dépasse une valeur limite déterminée, et  a calibration device for the flow rate so that the cooling seawater flow rate in the cooling circuit downstream of the heat exchanger and / or of said evacuation bypass does not exceed a determined limit value, and
- un premier capteur de pression en aval de la dite pompe et en amont du dit échangeur de chaleur et un deuxième capteur de pression en amont de la dite dérivation d'alimentation et en aval de la dite dérivation d'évacuation.  a first pressure sensor downstream of said pump and upstream of said heat exchanger and a second pressure sensor upstream of said supply bypass and downstream of said exhaust bypass.
L'eau de refroidissement circule dans la calandre d'un ou de plusieurs échangeurs de chaleur de type à calandre et tube («shell & tube») ou de préférence en épingle («hairpin») en série ou en parallèle pour refroidir le fluide de production circulant dans les tubes de l'échangeur. Le type d'échangeur de chaleur en épingle « hairpin » est plus particulièrement adapté au service et pourra être fourni par des vendeurs usuellement utilisés dans l'industrie tel que AIT STEIN GROUP par exemple.  The cooling water circulates in the shell of one or more heat exchangers of shell and tube type ("shell & tube") or preferably hairpin ("hairpin") in series or in parallel to cool the fluid of production circulating in the tubes of the exchanger. The type of "hairpin" hairpin heat exchanger is more particularly adapted to the service and may be provided by sellers usually used in the industry such as AIT STEIN GROUP for example.
De préférence donc, le dit échangeur de chaleur est un échangeur de chaleur en épingle. On entend ici par « échangeur de chaleur en épingle », de façon connue de l'homme de l'art, un échangeur comprenant une calandre en forme de U renfermant des tubes en forme de U de sorte que les entrées et sorties d'un fluide à refroidir et du fluide de refroidissement se fassent toutes d'un même coté longitudinal du dit échangeur aux extrémités non reliées entre elles des branches des U. Preferably therefore, said heat exchanger is a hairpin heat exchanger. Here, the term "hairpin heat exchanger", in a manner known to those skilled in the art, an exchanger comprising a U-shaped calender containing U-shaped tubes so that the inputs and outputs of a fluid to be cooled and coolant are all on the same longitudinal side of said exchanger at the ends not connected together branches U.
La présente invention fournit également un procédé de refroidissement d'un fluide de production à l'aide d'une installation sous-marine de refroidissement selon l’invention, dans lequel on dispose la dite installation au fond de la mer, le dit échangeur de chaleur étant relié à des conduites de transfert de fluide de production en amont et en aval et à des conduites d'un dit circuit de refroidissement et on réalise les étapes suivantes dans lesquelles :  The present invention also provides a method for cooling a production fluid using an underwater cooling system according to the invention, in which the said installation is placed at the bottom of the sea, the said heat exchanger. heat being connected to upstream and downstream production fluid transfer lines and pipes of a said cooling circuit and the following steps are carried out in which:
- on envoie un fluide de production chaud à une température dans la dite conduite amont de transfert pour le refroidir par échange thermique dans le dit échangeur de chaleur à une température de dite première valeur de consigne déterminée dans la dite conduite aval de transfert,  a hot production fluid is sent to a temperature in said upstream transfer line for cooling it by heat exchange in said heat exchanger at a temperature of said first setpoint value determined in said downstream transfer line;
- en faisant circuler dans le dit circuit externe de refroidissement et dans le dit échangeur de chaleur, un débit d'eau de mer, à l'aide de la dite pompe de circulation, la dite eau de mer entrant dans le dit échangeur de chaleur à une température d'entrée de dite deuxième valeur de consigne déterminée.  by circulating in said external cooling circuit and in said heat exchanger, a flow of seawater, with the aid of said circulation pump, said seawater entering said heat exchanger; at an input temperature of said second setpoint value determined.
Plus particulièrement, on réalise une mise en température initiale de l'eau de refroidissement avant circulation du fluide de production pour atteindre une dite température d'entrée de dite deuxième valeur de consigne déterminée de l'eau de refroidissement dans le circuit de refroidissement en aval de la dite pompe de circulation et en amont du dit échangeur de chaleur, après alimentation et remplissage du dit circuit de refroidissement en eau de mer ambiante puis circulation de l'eau de refroidissement dans le dit circuit de refroidissement en circuit fermé, les dispositifs d'évacuation étant fermés la montée en température se faisant par accumulation progressive de l'énergie de frottement que la pompe dissipe dans le volume d'eau de mer contenu dans le circuit de refroidissement et/ou par chauffage électrique d'une partie au moins des conduites du dit circuit de refroidissement, sur tout ou partie de leur longueur de préférence à l'aide d'une pluralité de câbles électriques enroulés autour des conduites pour la chauffer par effet Joule.  More particularly, an initial heating of the cooling water is carried out before circulation of the production fluid to reach a said inlet temperature of said second determined setpoint value of the cooling water in the downstream cooling circuit. of said circulation pump and upstream of said heat exchanger, after supplying and filling said cooling circuit in ambient seawater then circulation of cooling water in said closed circuit cooling circuit, the cooling devices evacuation being closed the rise in temperature being by progressive accumulation of the friction energy that the pump dissipates in the volume of seawater contained in the cooling circuit and / or by electric heating of at least a part of pipes of said cooling circuit, over all or part of their length preferably with the aid of a plurality of cables s electric wrapped around the pipes to heat it by Joule effect.
Plus particulièrement encore, en opération, lorsque le dit fluide de production est en circulation dans les dites conduites de transfert et dans le dit échangeur de chaleur, pour maintenir une dite température d'entrée de dite deuxième valeur de consigne déterminée de l'eau de refroidissement dans le circuit de refroidissement en aval de la dite pompe de circulation et en amont du dit échangeur de chaleur, et/ou pour maintenir une température de dite première valeur consigne déterminée dans la dite conduite aval de transfert, on réalise les étapes dans lesquelles : More particularly still, in operation, when the said production fluid is circulating in the said transfer lines and in the said heat exchanger, to maintain a said inlet temperature of the said second set point value of the water of cooling in the cooling circuit downstream of said circulation pump and upstream of said heat exchanger, and / or to maintain a temperature of said first set value determined in said downstream transfer line, the steps are carried out in which:
- on évacue dudit circuit de refroidissement un débit d'eau de mer de refroidissement à l'aide de dits dispositifs d'évacuation au niveau d'une dérivation d'évacuation, et  a flow of cooling seawater is evacuated from said cooling circuit by means of said evacuation devices at an evacuation bypass, and
- on aspire concomitamment, un débit identique d'eau de mer du milieu ambiant dans le circuit de refroidissement à l'aide des dits dispositifs d'alimentation au niveau d'une dérivation d'alimentation.  at the same time, an identical flow of seawater is aspirated from the ambient medium in the cooling circuit by means of the said supply devices at a feed diversion.
Plus particulièrement, on contrôle et commande la variation de débits dans ledit circuit de liquide de refroidissement et le dit échangeur à l'aide des dits des dispositifs de contrôle et commande en fonction d'une première valeur de consigne de la température du fluide de production dans la conduite aval de transfert en sortie de l'échangeur et/ou d'une dite deuxième valeur de consigne de la température de l'eau de mer de refroidissement en aval de la pompe et en amont du dit échangeur de chaleur.  More particularly, it controls and controls the flow rate variation in said coolant circuit and said exchanger using said control devices and control according to a first set value of the temperature of the production fluid. in the downstream transfer line at the outlet of the exchanger and / or a second setpoint of the temperature of the cooling seawater downstream of the pump and upstream of said heat exchanger.
Plus particulièrement encore, on commande la variation du dit débit identique de l'évacuation et de l'alimentation en eau de mer par les dits dispositifs d'alimentation et respectivement dispositifs d'évacuation en fonction de la variation du débit du fluide de production et/ou de la température du fluide de production au niveau de la conduite amont de transfert de fluide de production alimentant le dit échangeur de chaleur.  More particularly, the variation of the said identical flow rate of the evacuation and the supply of seawater by the said supply devices and respectively the evacuation devices is controlled according to the variation of the flow rate of the production fluid and or the temperature of the production fluid at the upstream production fluid transfer line supplying the said heat exchanger.
Plus particulièrement encore, on commande automatiquement la variation des dits débits dans ledit circuit de liquide de refroidissement et le dit échangeur à l'aide des dits dispositifs de contrôle et commande et les étapes comprenant :  More particularly, the variation of said flow rates in said coolant circuit and the said exchanger is automatically controlled by means of the said control and command devices and the steps comprising:
- la mesure de la température de l'eau de mer de refroidissement en aval de la pompe et en amont du dit échangeur de chaleur avec un premier dispositif de mesure de la température connecté aux dits dispositifs d'évacuation de l'eau de mer, de manière à commander automatiquement ledit débit de l'eau de mer évacuée dudit circuit externe de refroidissement en aval de l'échangeur de chaleur et en amont de ladite première dérivation en fonction de la température de l'eau de mer de refroidissement en aval de la pompe et en amont du dit échangeur de chaleur, et  measuring the temperature of the cooling seawater downstream of the pump and upstream of said heat exchanger with a first device for measuring the temperature connected to said devices for discharging seawater, so as to automatically control said flow of seawater discharged from said external cooling circuit downstream of the heat exchanger and upstream of said first bypass as a function of the temperature of the cooling seawater downstream of the the pump and upstream of said heat exchanger, and
- la mesure de la température du fluide de production dans la conduite aval de transfert en sortie de l'échangeur avec un deuxième dispositif de mesure connecté à un dispositif de variation de la vitesse de la dite pompe de manière à commander automatiquement le débit de l'eau de refroidissement en sortie de la dite pompe en fonction de la température du fluide de production dans la conduite aval de transfert en sortie de l'échangeur. the measurement of the temperature of the production fluid in the downstream transfer line at the outlet of the exchanger with a second measuring device connected to a device for varying the speed of the said pump so as to automatically control the flow rate of the 'cooling water at the outlet of said pump as a function of the temperature of the production fluid in the downstream transfer line at the outlet of the exchanger.
Plus particulièrement encore, le dit fluide de production est un fluide d'hydrocarbures comprenant du gaz et/ou du pétrole brut issu de puits de production sous-marins, la dite conduite de transfert du fluide de production étant de préférence reliée à une conduite sous-marine de liaison fond-surface reliant le fond de la mer à un support flottant en surface et/ou à une conduite sous-marine de liaison avec des puits sous-marins d'injection.  More particularly, said production fluid is a hydrocarbon fluid comprising gas and / or crude oil from subsea production wells, said production fluid transfer line being preferably connected to a pipe underwater. -marine bottom-surface link connecting the seabed to a surface floating support and / or underwater connection pipe with subsea injection wells.
Plus particulièrement encore, le dit fluide de production est constitué d'hydrocarbures dont le méthane, l'éthane, le propane et le butane et des de composés hydrocarbures plus lourds constitués de 5 à plus de 30 atomes de carbone, et du gaz inerte comme le dioxyde de carbone et/ou l'azote, ainsi qu'une proportion variable d'eau de production, à savoir une eau incluant jusqu'à plus d'une centaine de gramme par litre de sels, pouvant aller de 0% poids d'eau de production en début de traitement d'un gisement à plus de 80% poids d'eau en fin de traitement, la température du dit fluide de production étant comprise entre 50°C et 200°C.  More particularly, said production fluid consists of hydrocarbons including methane, ethane, propane and butane and heavier hydrocarbon compounds consisting of 5 to more than 30 carbon atoms, and inert gas as carbon dioxide and / or nitrogen, as well as a variable proportion of water of production, namely a water including up to more than one hundred grams per liter of salts, which can range from 0% by weight of production water at the beginning of treatment of a deposit with more than 80% weight of water at the end of treatment, the temperature of said production fluid being between 50 ° C and 200 ° C.
Plus particulièrement encore, le dit fluide de production présente une température étant de 50°C à 150°C.; la température de l'eau de mer du milieu marin ambiant est de 4°C à 20°C, la dite première valeur de consigne de la température du fluide de production (Tl) dans la conduite aval de transfert en sortie de l'échangeur étant comprise entre 30°C et 60°C et la dite deuxième valeur de consigne de la température de l'eau de mer de refroidissement T2 en aval de la pompe et en amont du dit échangeur de chaleur étant comprise entre 25°C et 35°C. La température d'admission d'eau de mer est fonction de la profondeur d'eau à laquelle est installée la boucle de refroidissement et peut donc être comprise dans une plage de 4°C pour une grande profondeur d'eau à des températures plus élevées, par exemple 20°C pour de plus faibles profondeurs d'eau.  More particularly, said production fluid has a temperature of from 50 ° C to 150 ° C .; the seawater temperature of the ambient marine medium is 4 ° C to 20 ° C, the said first setpoint value of the temperature of the production fluid (Tl) in the downstream transfer line at the outlet of the exchanger being between 30 ° C and 60 ° C and said second setpoint temperature of the cooling seawater T2 downstream of the pump and upstream of said heat exchanger being between 25 ° C and 35 ° C. ° C. The seawater inlet temperature is a function of the water depth at which the cooling loop is installed and can therefore be in a range of 4 ° C for a greater depth of water at higher temperatures for example 20 ° C for lower water depths.
Plus particulièrement encore, la température de l'eau de refroidissement (T3) après échange thermique en sortie dudit échangeur de chaleur est entre 30°C et 50°C de préférence inférieure à 45°C.  Even more particularly, the temperature of the cooling water (T3) after heat exchange at the outlet of said heat exchanger is between 30 ° C. and 50 ° C., preferably below 45 ° C.
Les températures des première et deuxième valeurs de consignes (Tl) et (T2) ci-dessus sont compatibles avec cette valeur de la température de l'eau de refroidissement après échange thermique en sortie dudit échangeur (T3) et permettent d'éviter : - des dépôts de calcaire et sels marins nuisibles au bon fonctionnement de l'échangeur dans le temps lesquels dépôts de calcaire peuvent se produire à des températures de peau supérieures à 45°C, et/ou The temperatures of the first and second setpoint values (Tl) and (T2) above are compatible with this value of the temperature of the cooling water after heat exchange at the outlet of said heat exchanger (T3) and make it possible to avoid: - limescale deposits and marine salts harmful to the proper functioning of the exchanger over time which limescale deposits may occur at skin temperatures above 45 ° C, and / or
- la formation d'hydrate et/ou dépôt solides de paraffines sous forme de bouchons dans les dites conduites de transfert notamment en cas d'arrêt de production comme explicité ci-avant.  the formation of hydrate and / or solid deposition of paraffins in the form of plugs in the said transfer lines, especially in the event of production stoppage as explained above.
La température d'admission d'eau de mer est fonction de la profondeur d'eau à laquelle est installée la boucle de refroidissement et peut donc être comprise dans une plage de 4°C pour une grande profondeur d'eau à des températures plus élevées, par exemple 20°C pour de plus faibles profondeurs d'eau. La température de l'eau de la boucle de refroidissement sera choisie pour satisfaire à la fois la température de refroidissement visée pour le fluide de production en sortie de l'échangeur, par exemple entre 30°C et 40°C pour un fluide de production entrant dans l'échangeur à 60-80°C, afin d'avoir une certaine marge en regard des possibles dépôt de phase solide comme décrit plus haut, et en même temps éviter une température d'eau de refroidissement trop élevée, ce qui pourrait conduire à des risques de dépôt calcaire, notamment sur les tubes internes des échangeurs de chaleur.  The seawater inlet temperature is a function of the water depth at which the cooling loop is installed and can therefore be in a range of 4 ° C for a greater depth of water at higher temperatures for example 20 ° C for lower water depths. The water temperature of the cooling loop will be chosen to satisfy both the target cooling temperature for the production fluid leaving the exchanger, for example between 30 ° C. and 40 ° C. for a production fluid. entering the exchanger at 60-80 ° C, in order to have a certain margin with regard to possible solid phase deposition as described above, and at the same time avoid a cooling water temperature that is too high, which could lead to the risk of limescale, especially on the internal tubes of the heat exchangers.
Les conditions opératoires de température de la boucle d'eau de refroidissement doivent en outre résulter du meilleur compromis entre le débit de circulation d'eau de refroidissement dans la boucle, la taille nécessaire pour les échangeurs de chaleur et l'inertie thermique disponible en cas d'arrêt du système. Le réglage de ces températures pourra ensuite être ajusté par le choix final des consignes des régulateurs de températures de la boucle du circuit d'eau de refroidissement. Par exemple, la température d'eau de refroidissement froide à l'entrée des échangeurs de chaleur pourra être comprise entre 25°C et 35°C, et la température d'eau de refroidissement chaude en sortie des échangeurs de chaleur être comprise entre 30°C et 50°C.  The temperature operating conditions of the cooling water loop must also result from the best compromise between the flow rate of cooling water circulation in the loop, the size required for the heat exchangers and the available thermal inertia in case system shutdown. The adjustment of these temperatures can then be adjusted by the final choice of the instructions of the temperature regulators of the loop of the cooling water circuit. For example, the temperature of cold cooling water at the inlet of the heat exchangers may be between 25 ° C and 35 ° C, and the temperature of the hot cooling water at the outlet of the heat exchangers may be between 30 ° C and 35 ° C. ° C and 50 ° C.
Plus particulièrement encore, la puissance thermique (ou charge thermique) de l'installation de refroidissement est comprise entre 1 mégawatt et 10 mégawatts. Des charges thermiques plus importantes pouvant être envisagées en utilisant le nombre requis d'échangeurs de chaleur et/ou en utilisant plusieurs boucles de refroidissement fonctionnant en parallèle.  More particularly, the thermal power (or thermal load) of the cooling installation is between 1 megawatt and 10 megawatts. Higher thermal loads can be envisaged by using the required number of heat exchangers and / or by using several cooling loops operating in parallel.
Plus particulièrement encore, le débit de circulation de l'eau de refroidissement dans le circuit de refroidissement en sortie de pompe et dans l'échangeur de chaleur en opération est compris entre 100 m3/hr à 1000 m3/hr, de préférence de 300 à 600 m3/hr et le volume global d'eau de refroidissement contenu dans la dite installation de refroidissement est de 3 à 10 m3. More particularly, the flow rate of the cooling water in the cooling circuit at the pump outlet and in the heat exchanger in operation is between 100 m 3 / hr at 1000 m 3 / hr, preferably from 300 to 600 m 3 / hr and the overall volume of cooling water contained in said cooling installation is 3 to 10 m 3 .
Le débit de circulation et le volume de l'eau de refroidissement dans la boucle du circuit de refroidissement dépendront de la charge thermique à évacuer et les conditions opératoires de température sélectionnées pour le dimensionnement du système.  The flow rate and the volume of the cooling water in the cooling circuit loop will depend on the heat load to be discharged and the temperature operating conditions selected for sizing the system.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite de manière illustrative et non limitative, en référence à  Other characteristics and advantages of the present invention will emerge more clearly on reading the description which will follow, given in an illustrative and nonlimiting manner, with reference to
- la figure IA montrant un échangeur de chaleur en épingle du commerce, et FIG. 1A showing a commercial hairpin heat exchanger, and
- la figure 1 représentant un schéma d'une installation sous-marine selon l'invention. - Figure 1 showing a diagram of an underwater installation according to the invention.
A) Exemple d'installation selon l'invention.  A) Example of installation according to the invention.
L'installation sous-marine de refroidissement 10 représentée sur la figure 1 comprend un échangeur de chaleur 1 du type en épingle de la société AIT-STEIN GROUP (France) dont la capacité volumique de la calandre est de 2 m3 de liquide de refroidissement montré sur la figure IA.  The underwater cooling unit 10 shown in FIG. 1 comprises a hairpin type heat exchanger 1 of the company AIT-STEIN GROUP (France) whose calacity capacity of the shell is 2 m 3 of coolant shown. in Figure IA.
L'installation sous-marine de refroidissement selon l'invention comprend un circuit externe de refroidissement 2 permettant la circulation d'eau de mer de refroidissement en boucle entre la sortie lb et l'entrée la de l'échangeur 1 à l'aide d'une pompe de circulation 3 avec en série:  The underwater cooling system according to the invention comprises an external cooling circuit 2 allowing the circulation of sea water for loop cooling between the outlet 1b and the inlet 1a of the exchanger 1 with the aid of a circulation pump 3 with series:
- une première section 2-1 de conduite de circulation de l'eau de mer de refroidissement à un débit dl entre la sortie lb de l'échangeur 1 et une dérivation d'évacuation D2 vers une vanne 5 d'évacuation de l'eau de mer de refroidissement du circuit 2 dans le milieu marin ambiant, et  a first section 2-1 of cooling sea water flow line at a flow rate d1 between the outlet lb of the exchanger 1 and a drainage bypass D2 to a valve 5 for discharging the water of circuit 2 cooling in the ambient marine environment, and
- une deuxième section 2-2 de conduite de circulation de l'eau de refroidissement à un débit dl-d2 entre (a) la dite dérivation d'évacuation D2 vers la vanne d'évacuation 5 et (b) une dérivation d'alimentation Dl vers un dispositif d'alimentation 4 en eau froide à environ 4°C du milieu marin, la dite dérivation d'alimentation Dl étant en amont de l'entrée de la pompe 3, et  a second section 2-2 of a cooling water circulation duct at a flow rate dl-d2 between (a) said evacuation bypass D2 towards the evacuation valve 5 and (b) a supply bypass D1 to a supply device 4 in cold water at about 4 ° C of the marine environment, said supply bypass Dl being upstream of the inlet of the pump 3, and
- une troisième section 2-3 de conduite de circulation de l'eau de refroidissement à un débit dl entre (a) la dite dérivation d'alimentation Dl vers le dit dispositif d'alimentation 4 et (b) l'entrée de la pompe 3, et  a third section 2-3 of circulation duct for the cooling water at a flow rate d1 between (a) said supply bypass Dl towards said supply device 4 and (b) the inlet of the pump 3, and
- une quatrième section 2-4 de conduite de circulation de l'eau de mer de refroidissement à un débit dl entre la sortie de la pompe 3 et l'entrée la de l'échangeur 1. La conduite 2 de circulation de l'eau de mer de refroidissement comprend au niveau de la dite dérivation d'alimentation DI entre la dite deuxième section de conduite 2-2 et la dite troisième section de conduite 2-3, un dispositif d'alimentation 4 constitué d'une crépine et clapet anti-retour aptes à aspirer automatiquement l'eau froide à environ 4°C aspirée du milieu marin après filtration dans un filtre 4a empêchant l'aspiration d'objets solides divers dans le circuit 2. Cette aspiration se produit de par le débit de circulation commandée par la vitesse de la pompe et pour combler la quantité d'eau de refroidissement d2 évacuée en sortie de l'échangeur de chaleur 1. a fourth section 2-4 of cooling water circulation pipe at a flow rate d1 between the outlet of the pump 3 and the inlet 1a of the exchanger 1. The cooling water circulation pipe 2 comprises at the level of the said supply bypass DI between the said second pipe section 2-2 and the said third pipe section 2-3, a feed device 4 consisting of a strainer and non-return valve capable of automatically sucking the cold water to about 4 ° C aspirated from the marine environment after filtration in a filter 4a preventing the suction of various solid objects in the circuit 2. This suction occurs by the flow rate controlled by the speed of the pump and to fill the amount of cooling water d2 discharged at the outlet of the heat exchanger 1.
La dite dérivation d'évacuation D2 de la première section de conduite 2-1 vers la vanne d'évacuation 5 comprend en amont de ladite vanne d'évacuation 5 un dispositif complémentaire de fuite 5a permettant une fuite permanente de l'eau de refroidissement vers l'océan via un orifice ou équivalent afin d'éviter toute surpression causée par la dilatation de l'eau de mer de refroidissement lors de son chauffage dans l'échangeur par échange thermique avec le fluide de production.  Said evacuation bypass D2 of the first section of pipe 2-1 to the discharge valve 5 comprises upstream of said discharge valve 5 a complementary leakage device 5a allowing permanent leakage of the cooling water to the ocean via an orifice or the like in order to avoid any overpressure caused by the expansion of the cooling seawater during its heating in the heat exchanger by heat exchange with the production fluid.
La vanne d'évacuation 5 de l'eau de mer de refroidissement réchauffée en sortie de l'échangeur 1 est reliée par un premier câble de connexion 6a à un premier dispositif de mesure de température 6 apte à mesurer la température de l'eau de refroidissement au niveau de la dite quatrième section de conduite 2-4 entre la sortie de la pompe 3 et l'entrée de l'échangeur 1. Ainsi, il est possible de piloter automatiquement la quantité d'eau de mer refroidie d2 à évacuer par la dite vanne d'évacuation 5 en fonction de la température de l'eau de mer de refroidissement T2 au niveau de la dite quatrième section de conduite 2-4 en aval de la pompe 3 et en amont de l'échangeur 1.  The discharge valve 5 of the cooling seawater heated at the outlet of the exchanger 1 is connected by a first connection cable 6a to a first temperature measuring device 6 able to measure the temperature of the water of cooling at said fourth pipe section 2-4 between the outlet of the pump 3 and the inlet of the exchanger 1. Thus, it is possible to automatically control the amount of chilled seawater d2 to be evacuated by the said discharge valve 5 as a function of the temperature of the cooling seawater T2 at the level of the said fourth section of pipe 2-4 downstream of the pump 3 and upstream of the exchanger 1.
Un deuxième dispositif de mesure de température 7 est apte à mesurer la température du fluide de production refroidi en sortie de l'échangeur 1. Ce deuxième dispositif de mesure de température 7 est relié par un deuxième câble de connexion 7a à un variateur de vitesse 3a du moteur de la pompe 3 permettant de piloter automatiquement le débit de circulation de l'eau de mer de refroidissement dans le circuit en boucle 2 en fonction de la température du fluide de production refroidi Tl en sortie de l'échangeur 1.  A second temperature measuring device 7 is able to measure the temperature of the production fluid cooled at the outlet of the exchanger 1. This second temperature measuring device 7 is connected by a second connection cable 7a to a variable speed drive 3a. of the pump motor 3 for automatically controlling the circulation flow rate of the cooling seawater in the loop circuit 2 as a function of the temperature of the cooled production fluid T1 at the outlet of the exchanger 1.
Les dites sections de conduite du circuit de refroidissement sont isolées thermiquement avec un revêtement isolant de 130 mm sur la conduite pour la dite quatrième section de conduite 2-4 entre la sortie de la pompe 3 et l'entrée de l'échangeur 1 et un revêtement isolant de 50mm sur la conduite pour les autres sections de conduite 2- 1,2-2 et 2-3. L'isolation est plus importante dans cette section 2-4 car c'est la section de conduite dans laquelle la température de l'eau est la plus basse donc la plus proche de la limite inférieure au-dessous de laquelle elle ne doit pas descendre. Cette isolation renforcée permet de diminuer la vitesse de baisse de la température lors de longs arrêts et/ou pour des opérations de maintenance et ainsi éviter la formation d'hydrates dans le fluide de production. The said cooling circuit pipe sections are thermally insulated with a 130 mm insulating coating on the pipe for the said fourth pipe section 2-4 between the outlet of the pump 3 and the inlet of the heat exchanger 1 and a 50mm insulation coating on the pipe for other driving sections 2- 1,2-2 and 2-3. The insulation is more important in this section 2-4 because it is the section of pipe in which the temperature of the water is the lowest so the closest to the lower limit below which it must not go down . This reinforced insulation makes it possible to reduce the rate of drop in temperature during long stops and / or for maintenance operations and thus to avoid the formation of hydrates in the production fluid.
Pour l'isolation thermique du circuit de refroidissement, tous les types de systèmes et matériaux de calorifugeage thermique peuvent être utilisés suivant les contraintes de maintien en température à respecter, depuis une isolation de type passif conventionnel jusqu'à l'utilisation de matériaux plus élaborés comme ceux à changement de phases par exemple.  For the thermal insulation of the cooling circuit, all types of thermal insulation systems and materials can be used according to the temperature maintenance constraints to be respected, from conventional passive type insulation to the use of more sophisticated materials. like those with phase changes for example.
Le circuit de refroidissement 2 peut être équipé d'un dispositif de calibration du débit 8 pour que celui-ci ne dépasse une valeur limite déterminée en aval de l'échangeur 1 et de la dérivation d'évacuation D2 avant la dite dérivation Dl.  The cooling circuit 2 may be equipped with a flow calibration device 8 so that it does not exceed a predetermined limit value downstream of the exchanger 1 and the discharge bypass D2 before said D1 bypass.
Le circuit de refroidissement 2 peut être équipé d'un capteur de pression 9a entre la pompe 3 et l'échangeur 1 et un autre capteur de pression 9b en aval de la dérivation d'évacuation D2 pour détecter par exemple un différentiel de pression signalant un encrassement de l'échangeur 1 et/ou une déficience du dispositif de fuite 5a et/ou du limiteur de débit 8.  The cooling circuit 2 may be equipped with a pressure sensor 9a between the pump 3 and the exchanger 1 and another pressure sensor 9b downstream of the evacuation bypass D2 to detect for example a pressure differential signaling a fouling of the exchanger 1 and / or a deficiency of the leakage device 5a and / or the flow limiter 8.
Les conduites de transfert de fluide de production l ia, 11b et/ou le circuit de refroidissement 2 peuvent être équipés de dispositifs d'injection de divers produits chimiques de substitution ou inhibiteurs de formation d'hydrates (solvant, MEG, etc.) pouvant être utilisés pour les opérations de mises en sécurité de l'installation lors de longs arrêts et/ou pour des opérations de maintenance.  The production fluid transfer lines 11a, 11b and / or the cooling circuit 2 can be equipped with injection devices for various alternative chemicals or hydrate-forming inhibitors (solvent, MEG, etc.) which can be used for installation safety operations during long stops and / or for maintenance operations.
B) Exemple de procédé de mise en œuvre de l'installation de l'exemple AB) Example of a method for implementing the installation of Example A
L'installation sous-marine de refroidissement 10 représentée sur la figure 1 est mise en œuvre au fond de la mer à 2100 m de profondeur afin de refroidir un fluide multiphasique de production d'un gisement sous-marin consistant en un fluide multiphasique d'hydrocarbures riche en C02 et en eau de production les dits hydrocarbures contenant moins de 40% mole de méthane, plus de 3% mole d'éthane, plus de 2% mole de propane, plus de 1% de butane et 1 à 5% d'hydrocarbures plus lourds contenants plus de 5 atomes de carbone. Ce fluide multiphasique de production est produit à une température T0 d'environ 85°C et alimente une unité de séparation sous-marine à une pression d'environ 200 bars et à une densité de la fraction gazeuse d'environ 300 kg/m3. The underwater cooling installation 10 shown in FIG. 1 is implemented at the bottom of the sea at 2100 m depth in order to cool a multiphase fluid producing an underwater reservoir consisting of a multiphase fluid of hydrocarbons rich in CO2 and in production water, said hydrocarbons containing less than 40 mol% of methane, more than 3 mol% of ethane, more than 2 mol% of propane, more than 1% of butane and 1 to 5% of heavier hydrocarbons containing more than 5 carbon atoms. This multiphasic fluid production is produced at a temperature T0 of about 85 ° C and feeds an underwater separation unit at a pressure of about 200 bar and a density of the gas fraction of about 300 kg / m3.
Afin de faciliter l'acheminement en surface depuis le fond de la mer de la fraction liquide dans une conduite de transfert fond-surface, et la réinjection sous-marine de la fraction gazeuse, l'installation de refroidissement de la fraction gazeuse selon la présente invention est configurée pour refroidir le gaz à une température Tl d'environ 40°C en sortie d'échangeurs (2 échangeurs en série sont installées dans ce cas) ce qui permet d'augmenter sa densité à environ 400 kg/m3 tout en évitant la formation d'hydrates ou paraffines dans la conduite sous-marine. In order to facilitate the surface routing from the seabed of the liquid fraction in a bottom-surface transfer line, and the underwater reinjection of the gaseous fraction, the cooling system of the gaseous fraction according to the present invention The invention is configured to cool the gas at a temperature Tl of about 40 ° C at the outlet of exchangers (2 series heat exchangers are installed in this case) which allows to increase its density to about 400 kg / m 3 while avoiding the formation of hydrates or paraffins in the underwater pipe.
La température d'eau de refroidissement réchauffée T3 en sortie des échangeurs de chaleur doit être limitée à environ 45°C pour éviter des risques de dépôt calcaire, notamment sur les tubes internes des échangeurs de chaleur.  The temperature of heated cooling water T3 at the outlet of the heat exchangers must be limited to about 45 ° C to avoid the risk of scale deposits, especially on the inner tubes of the heat exchangers.
Avec une capacité en volume d'eau de refroidissement d'environ 3m3 des échangeurs de chaleur, les conditions opératoires de température maximale limite d'eau de refroidissement T3 en sortie des échangeurs et la température minimale Tl du gaz de production refroidi de 40°C, peuvent être satisfaites avec : With a volume capacity of cooling water of about 3 m 3 of the heat exchangers, the operating conditions of maximum limiting cooling water temperature T 3 at the outlet of the exchangers and the minimum temperature T 1 of the production gas cooled by 40 ° C. C, can be satisfied with:
- une température d'eau de refroidissement en sortie de la pompe 3 et avant l'entrée dans le premier échangeur Tl portée à 30°C,  a cooling water temperature at the outlet of the pump 3 and before entering the first heat exchanger T1 raised to 30 ° C.,
- un volume de conduite de circuit de refroidissement 2 d'environ 2m3 portant le volume global d'eau de refroidissement contenu dans la boucle de refroidissement à environ 5 m3 soit pour des conduites de 8.625" d'une longueur totale d'environ 60 m, a volume of cooling circuit duct 2 of approximately 2 m 3 carrying the overall volume of cooling water contained in the cooling loop at approximately 5 m 3 or for ducts of 8.625 "with a total length of approximately 60 m,
- un débit dl de circulation de l'eau de refroidissement en sortie de pompe 3 et dans l'échangeur 1 d'environ 500m3/hr en opération, et a flow dl for circulating the cooling water at the pump outlet 3 and in the exchanger 1 at about 500 m 3 / hr in operation, and
- un débit d2 d'évacuation de l'eau de refroidissement en sortie du deuxième changeur et d'alimentation en eau froide concomitante en aval de la pompe 3 d'environ 150m3/hr. a flow rate d2 for discharging cooling water at the outlet of the second changer and a concomitant cold water supply downstream of the pump 3 of approximately 150 m 3 / hr.
Cette configuration correspond à une puissance ou charge thermique au niveau des échangeurs de chaleur d'environ 5 mégawatts correspondant à la quantité de chaleur (ou transfert thermique) échangée par l'installation selon l'invention par unité de temps que l'on retrouve en opération par différence entre l'énergie thermique de l'eau de refroidissement évacuée au niveau de la vanne d'évacuation 5 et l'énergie thermique de l'eau ambiante d'alimentation 4. En production, au cours du temps, si le débit dO et/ou la température T0 du gaz de production varie, notamment en pratique diminue, la puissance thermique requise pour le refroidir va varier d'autant, notamment diminuer aussi, ce qui requiert une variation, notamment diminution du débit de l'eau de refroidissement dl en sortie de pompe et dans l'échangeur 1 et du débit d2 d'évacuation de l'eau de refroidissement au niveau de la vanne d'évacuation 5. This configuration corresponds to a power or thermal load at heat exchangers of about 5 megawatts corresponding to the amount of heat (or heat transfer) exchanged by the installation according to the invention per unit of time that is found in operation by difference between the thermal energy of the cooling water discharged at the discharge valve 5 and the thermal energy of the supply ambient water 4. In production, over time, if the flow rate dO and / or the temperature T0 of the production gas varies, especially in practice decreases, the thermal power required to cool it will vary accordingly, including decrease also, which requires a variation, in particular a decrease in the flow rate of the cooling water d1 at the pump outlet and in the exchanger 1 and the flow rate d2 for discharging the cooling water at the discharge valve 5.
En pratique si le débit dO du gaz de production envoyé dans l'échangeur diminue (à température T0 inchangée) tant que le débit d'évacuation de l'eau de refroidissement d2 n'a pas été diminué, on va constater une diminution de la température du gaz de production en sortie de l'échangeur. Cette diminution est détectée par le deuxième capteur de température 7 qui commande une diminution de la vitesse de la pompe 3 et donc du débit d'eau de refroidissement dl en sortie de pompe 3 et dans l'échangeur 1. Ainsi si le débit dO du gaz est divisé par n, la puissance thermique requise et le débit d'eau de refroidissement en circulation en sortie de pompe et dans l'échangeur dl seront divisés par n. Accessoirement, il faudra aussi adapter le débit d'évacuation de l'eau de refroidissement d2 en sortie de l'échangeur en même proportion.  In practice, if the flow rate dO of the production gas sent into the exchanger decreases (at temperature T0 unchanged) as long as the discharge rate of the cooling water d2 has not been decreased, a decrease in temperature of the production gas at the outlet of the exchanger. This reduction is detected by the second temperature sensor 7 which controls a decrease in the speed of the pump 3 and thus the cooling water flow d1 at the pump outlet 3 and in the exchanger 1. Thus, if the flow rate dO of the The gas is divided by n, the required thermal power and the circulating cooling water flow at the pump outlet and in the exchanger dl will be divided by n. Incidentally, it will also adjust the discharge rate of cooling water d2 output of the exchanger in the same proportion.
Si c'est la température T0 du gaz de production qui varie en cours du temps (à débit de gaz inchangé); cela va se traduire par une variation de la température de l'eau de refroidissement dans le circuit de refroidissement détectée au niveau du premier capteur de température 6 qui commandera une variation du débit d'évacuation de l'eau de refroidissement d2 au niveau de la vanne d'évacuation 5. Accessoirement, on détectera une variation de la température du gaz de production Tl en sortie de l'échangeur au niveau du deuxième capteur 7 qui commandera une variation de la vitesse du moteur pour faire varier le débit d'eau de refroidissement dl en sortie de pompe dans l'échangeur 1 afin de rétablir une température de sortie adéquate du gaz de production en sortie de l'échangeur.  If it is the temperature T0 of the production gas which varies over time (with unchanged gas flow); this will result in a variation of the temperature of the cooling water in the cooling circuit detected at the level of the first temperature sensor 6 which will control a variation of the discharge rate of the cooling water d2 at the level of the 5. Incidentally, a variation of the temperature of the production gas T1 at the outlet of the exchanger will be detected at the level of the second sensor 7 which will control a variation of the speed of the engine to vary the flow of water from cooling dl at the pump outlet in the exchanger 1 in order to restore an adequate outlet temperature of the production gas at the outlet of the exchanger.
La mise en température initiale T2 de l'eau de mer du circuit de refroidissement peut se faire par un chauffage électrique installé sur le circuit de refroidissement ou de préférence par circulation de l'eau de refroidissement en circuit fermé avec la pompe de circulation et accumulation progressive de l'énergie de frottement qu'elle dissipe dans le volume d'eau de mer contenu dans le circuit de refroidissement 2.  The initial temperature T2 of the seawater of the cooling circuit can be done by an electric heater installed on the cooling circuit or preferably by circulating the cooling water in a closed circuit with the circulation pump and accumulation progressive of the friction energy that it dissipates in the volume of sea water contained in the cooling circuit 2.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation sous-marine de refroidissement (10) de fluide de production comprenant au moins un échangeur de chaleur (1) apte à être exploité et reposer au fond de la mer, relié à des conduites de transfert du dit fluide de production (lia, 11b) respectivement en amont (l ia) et en aval (11b) dudit échangeur de chaleur (1), au moins un circuit externe de refroidissement (2) apte à faire circuler en boucle dans au moins une conduite externe de refroidissement (2-1, 2-2, 2-3, 2-4) une partie au moins de l'eau de mer de refroidissement sortant du dit échangeur entre une sortie (lb) et une entrée (la) d'un circuit interne de liquide de refroidissement de l'échangeur, à l'aide d'une pompe de circulation (3), de préférence une pompe reposant au fond de la mer, le dit circuit externe de refroidissement (2) comprenant : 1. Underwater installation for cooling (10) production fluid comprising at least one heat exchanger (1) capable of being operated and lying at the bottom of the sea, connected to transfer lines of said production fluid (lia , 11b) respectively upstream (11a) and downstream (11b) of said heat exchanger (1), at least one external cooling circuit (2) able to circulate in a loop in at least one external cooling duct (2). -1, 2-2, 2-3, 2-4) at least a portion of the cooling seawater leaving the said exchanger between an outlet (1b) and an inlet (1a) of an internal circuit of liquid cooling the exchanger, using a circulation pump (3), preferably a pump resting at the bottom of the sea, said external cooling circuit (2) comprising:
- des dispositifs d'alimentation (4,4a) aptes à alimenter avec de l'eau de mer ambiant, ledit circuit externe de refroidissement (2) en amont de ladite pompe de circulation (3) au niveau d'une dérivation d'alimentation (Dl), et  - Supply devices (4,4a) able to supply with ambient seawater, said external cooling circuit (2) upstream of said circulation pump (3) at a feed diversion (Dl), and
- des dispositifs d'évacuation (5,5a) aptes à évacuer une partie de l'eau de mer dudit circuit externe de refroidissement (2) au niveau d'une dérivation d'évacuation (D2), en aval de l'échangeur de chaleur (1) et en amont de ladite dérivation d'alimentation (Dl), et  - evacuation devices (5,5a) able to evacuate a portion of the seawater of said external cooling circuit (2) at a discharge bypass (D2), downstream of the heat exchanger heat (1) and upstream of said supply bypass (D1), and
- des dispositifs de contrôle et commande (3a, 6-6a, 7-7a) de la variation d'un débit identique (d2) de l'évacuation et de l'alimentation en eau de mer par les dits dispositifs d'alimentation (4, 4a) et respectivement dispositifs d'évacuation (5, 5a) aptes à commander la variation du dit débit identique (d2) de l'évacuation et de l'alimentation en eau de mer par les dits dispositifs d'alimentation (4, 4a) et respectivement dispositifs d'évacuation (5, 5a) en fonction d'une première valeur de consigne de la température du fluide de production (Tl) dans la conduite aval de transfert (11b) en sortie de l'échangeur (1) et/ou d'une deuxième valeur de consigne de la température de l'eau de mer de refroidissement (T2) en aval de la pompe (3) et en amont du dit échangeur de chaleur (1)  control and command devices (3a, 6-6a, 7-7a) for the variation of an identical flow rate (d2) of the evacuation and the supply of seawater by the said feed devices ( 4, 4a) and respectively evacuation devices (5, 5a) able to control the variation of said identical flow rate (d2) of the evacuation and the supply of sea water by said supply devices (4, 4a) and respectively evacuation devices (5, 5a) as a function of a first set value of the temperature of the production fluid (Tl) in the downstream transfer line (11b) at the outlet of the exchanger (1) and / or a second setpoint of the temperature of the cooling seawater (T2) downstream of the pump (3) and upstream of said heat exchanger (1)
caractérisée en ce que la pompe de circulation (3) est équipée d'un variateur de vitesse (3a) et les dispositifs de contrôle et commande (3a, 6-6a, 7-7a) du dit débit identique (d2) de l'évacuation et de l'alimentation en eau de mer, comprennent : - un premier dispositif de mesure de la température (6) apte à mesurer la température de l'eau de mer de refroidissement (T2) en aval de la pompe (3) et en amont du dit échangeur de chaleur (1) connecté (6a) aux dits dispositifs d'évacuation de l'eau de mer (5, 5a) de manière à commander automatiquement le dit débit (d2) de l'eau de mer évacuée dudit circuit externe de refroidissement (2) en aval de l'échangeur de chaleur (1) et en amont de ladite première dérivation (Dl) en fonction de la température de l'eau de mer de refroidissement (T2) en aval de la pompe (3) et en amont du dit échangeur de chaleur (1), et characterized in that the circulation pump (3) is equipped with a speed variator (3a) and the control and control devices (3a, 6-6a, 7-7a) of said identical flow rate (d2) of the disposal and supply of seawater, include: a first temperature measuring device (6) capable of measuring the temperature of the cooling seawater (T2) downstream of the pump (3) and upstream of said connected heat exchanger (1) (6a ) to said seawater evacuation devices (5, 5a) so as to automatically control said flow (d2) of the seawater discharged from said external cooling circuit (2) downstream of the exchanger of heat (1) and upstream of said first bypass (D1) as a function of the temperature of the cooling seawater (T2) downstream of the pump (3) and upstream of said heat exchanger (1) , and
- un deuxième dispositif de mesure de la température (7) apte à mesurer la température du fluide de production (Tl) dans la conduite aval de transfert (11b) en sortie de l'échangeur (1) connecté (7a) à un dispositif de variation (3a) de la vitesse de la dite pompe de manière à commander automatiquement le débit (dl) de l'eau de refroidissement en sortie de la dite pompe en fonction de la température du fluide de production (Tl) dans la conduite aval de transfert (11b) en sortie de l'échangeur (1).  a second temperature measuring device (7) capable of measuring the temperature of the production fluid (Tl) in the downstream transfer line (11b) at the outlet of the exchanger (1) connected (7a) to a device for variation (3a) of the speed of said pump so as to automatically control the flow (dl) of the cooling water at the outlet of said pump as a function of the temperature of the production fluid (Tl) in the downstream pipe of transfer (11b) at the outlet of the exchanger (1).
2. Installation sous-marine de refroidissement (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les dits dispositifs de contrôle et commande (3a, 6-6a, 7-7a) du dit débit identique (d2) de l'évacuation et de l'alimentation en eau de mer, sont aptes à commander la variation du dit débit identique (d2) de l'évacuation et de l'alimentation en eau de mer par les dits dispositifs d'alimentation (4, 4a) et respectivement dispositifs d'évacuation (5, 5a) en fonction de la variation du débit (dO) du fluide de production et/ou de la température (T0) du fluide de production au niveau de la conduite amont de transfert de fluide de production (lia) alimentant le dit échangeur de chaleur (1)· 2. Underwater cooling installation (10) according to claim 1, characterized in that said control and control devices (3a, 6-6a, 7-7a) of said identical flow (d2) of the evacuation and of the seawater supply, are able to control the variation of the said identical flow rate (d2) of the evacuation and the supply of seawater by the said feed devices (4, 4a) and respectively devices evacuation device (5, 5a) according to the variation of the flow rate (dO) of the production fluid and / or the temperature (T0) of the production fluid at the level of the upstream production fluid transfer line (11a) supplying said heat exchanger (1) ·
3. Installation sous-marine de refroidissement (10) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les dits dispositifs d'alimentation (4, 4a) en eau de mer ambiant du dit circuit de refroidissement sont aptes à aspirer automatiquement un débit (d2) d'eau de mer ambiant dans ledit circuit externe de refroidissement (2) au niveau d'une dite dérivation d'alimentation (Dl), en fonction de la vitesse de la pompe de circulation pour compléter le débit (dl) d'eau de refroidissement dans le dit circuit de refroidissement en aval de la dite dérivation d'alimentation (Dl) et en amont de la dite pompe (3), identique au débit d'eau de mer (d2) évacué par les dits dispositifs d'évacuation (5,5a) au niveau d'une dérivation d'évacuation (D2). 3. Subsea cooling system (10) according to one of claims 1 and 2, characterized in that said devices (4, 4a) in ambient seawater of said cooling circuit are able to suck automatically a flow (d2) of ambient seawater in said external cooling circuit (2) at a said supply bypass (D1), depending on the speed of the circulation pump to complete the flow ( dl) cooling water in said cooling circuit downstream of said supply bypass (D1) and upstream of said pump (3), identical to the flow of seawater (d2) evacuated by said evacuation devices (5,5a) at an evacuation bypass (D2).
4. Installation sous-marine de refroidissement (10) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les dites conduites externes de refroidissement (2-1, 2-2, 2-3, 2-4) sont isolées thermiquement, l'isolation de la section de conduite externe de refroidissement (2-4) entre la dite pompe (3) et l'entrée dudit échangeur de chaleur (1) étant plus importante que celle des autres sections de conduites (2-2, 2-3, 2-4) du dit circuit externe de refroidissement (2). 4. Subsea cooling installation (10) according to one of claims 1 to 3, characterized in that said external cooling ducts (2-1, 2-2, 2-3, 2-4) are isolated thermally, the insulation of the external cooling pipe section (2-4) between said pump (3) and the inlet of said heat exchanger (1) being greater than that of the other pipe sections (2-2 , 2-3, 2-4) of said external cooling circuit (2).
5. Installation sous-marine de refroidissement (10) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que : Underwater cooling installation (10) according to one of claims 1 to 4, characterized in that:
- les dits dispositifs d'alimentation (4, 4a) du circuit externe de refroidissement (2) en eau de mer ambiant au niveau de la dite dérivation d'alimentation (Dl) comprennent une crépine coopérant de préférence avec un clapet anti retour (4) et un filtre (4a) apte à empêcher l'aspiration d'objets solides, et  said supply devices (4, 4a) of the external cooling circuit (2) in ambient seawater at said supply bypass (D1) comprise a strainer cooperating preferably with an anti-return valve (4). ) and a filter (4a) adapted to prevent the suction of solid objects, and
- les dits dispositifs d'évacuation (5, 5a) de l'eau de mer dudit circuit externe de refroidissement (2) au niveau d'une dérivation d'évacuation (D2) comprennent une vanne d'évacuation à débit réglable (5), et un dispositif complémentaire en amont de la dite vanne d'évacuation apte à permettre une fuite permanente de l'eau de mer de refroidissement à débit réduit pour réduire la pression lorsque la dilatation de l'eau de mer de refroidissement en sortie de l'échangeur causée par son réchauffement crée une surpression.  - said seawater discharge devices (5, 5a) of said external cooling circuit (2) at an exhaust bypass (D2) comprise an adjustable flow discharge valve (5) , and a complementary device upstream of said evacuation valve capable of permitting permanent leakage of the cooling water at a reduced flow to reduce the pressure when the expansion of the cooling seawater at the outlet of the exchanger caused by its warming creates an overpressure.
6. Installation sous-marine de refroidissement (10) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le circuit de refroidissement (2) comprend en outre au moins l'un des dispositifs complémentaires suivants : Underwater cooling system (10) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cooling circuit (2) further comprises at least one of the following additional devices:
- un dispositif de calibration du débit (8) pour que le débit d'eau de mer de refroidissement dans le circuit de refroidissement en aval de l'échangeur (1) et/ou de la dite dérivation d'évacuation (D2) ne dépasse une valeur limite (dl) déterminée, et  a flow calibration device (8) for the flow of cooling seawater in the cooling circuit downstream of the exchanger (1) and / or of said evacuation bypass (D2) does not exceed a limit value (dl) determined, and
- un premier capteur de pression (9a) en aval de la dite pompe (3) et en amont du dit échangeur de chaleur (1) et un deuxième capteur de pression (9b) en amont de la dite dérivation d'alimentation (Dl) et en aval de la dite dérivation d'évacuation (D2). a first pressure sensor (9a) downstream of said pump (3) and upstream of said heat exchanger (1) and a second pressure sensor (9b) upstream of said supply bypass (D1) and downstream of said evacuation bypass (D2).
7. Installation sous-marine de refroidissement (10) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le dit échangeur de chaleur est un échangeur de chaleur en épingle. 7. Underwater cooling system (10) according to one of claims 1 to 6, characterized in that said heat exchanger is a hairpin heat exchanger.
8. Procédé de refroidissement d'un fluide de production à l'aide d'une installation sous-marine de refroidissement (10) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel on dispose la dite installation (10) au fond de la mer (12), le dit échangeur de chaleur (1) étant relié à des conduites de transfert de fluide de production en amont (l ia) et en aval (11b) et à des conduites d'un dit circuit externe de refroidissement et on réalise les étapes suivantes dans lesquelles : 8. Process for cooling a production fluid using an underwater cooling system (10) according to one of claims 1 to 7, wherein the said installation (10) is arranged at the bottom of the sea (12), said heat exchanger (1) being connected to production fluid transfer lines upstream (11a) and downstream (11b) and to pipes of said external cooling circuit and the following steps are carried out in which:
- on envoie un fluide de production chaud à une température T0 dans la dite conduite amont de transfert (lia) pour le refroidir par échange thermique dans le dit échangeur de chaleur (1) à une température de première valeur de consigne déterminée (Tl) dans la dite conduite avale de transfert (11b),  a hot production fluid is sent to a temperature T0 in said upstream transfer line (11a) for cooling it by heat exchange in said heat exchanger (1) at a temperature of a first determined setpoint value (Tl) in said downstream transfer pipe (11b),
- en faisant circuler dans le dit circuit externe de refroidissement (2) et dans le dit échangeur de chaleur (1), un débit (dl) d'eau de mer, à l'aide de la dite pompe de circulation (3), la dite eau de mer entrant dans le dit échangeur de chaleur à une température d'entrée de consigne déterminée (T2).  - by circulating in said external cooling circuit (2) and in said heat exchanger (1), a flow (dl) of seawater, using said circulation pump (3), said seawater entering the said heat exchanger at a determined setpoint inlet temperature (T2).
9. Procédé de refroidissement selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on réalise une mise en température initiale de l'eau de refroidissement avant circulation du fluide de production pour atteindre une dite température d'entrée de deuxième valeur de consigne déterminée (T2) de l'eau de refroidissement dans le circuit de refroidissement en aval de la dite pompe de circulation (3) et en amont du dit échangeur de chaleur (1), après alimentation et remplissage du dit circuit de refroidissement (2) en eau de mer ambiante puis circulation de l'eau de refroidissement dans le dit circuit de refroidissement en circuit fermé les dispositifs d'évacuation (5, 5a) étant fermés, la montée en température se faisant par accumulation progressive de l'énergie de frottement que la pompe dissipe dans le volume d'eau de mer contenu dans le circuit de refroidissement et/ou par chauffage électrique d'une partie au moins des conduites (2-1 à 2-4) du dit circuit de refroidissement, sur tout ou partie de leur longueur de préférence à l'aide d'une pluralité de câbles électriques enroulés autour des conduites pour la chauffer par effet Joule. 9. Cooling method according to claim 8, characterized in that an initial temperature setting of the cooling water before circulation of the production fluid to achieve a said input temperature of determined second set value (T2 ) cooling water in the cooling circuit downstream of said circulation pump (3) and upstream of said heat exchanger (1), after feeding and filling said cooling circuit (2) with water of ambient sea and circulation of the cooling water in the said cooling circuit in closed circuit the evacuation devices (5, 5a) being closed, the rise in temperature being done by progressive accumulation of the friction energy that the pump dissipates in the volume of seawater contained in the cooling circuit and / or by electric heating at least part of the pipes (2-1 to 2-4) of said cooling circuit , over all or part of their length preferably by means of a plurality of electric cables wound around the pipes to heat it by Joule effect.
10. Procédé de refroidissement selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'en opération, lorsque le dit fluide de production est en circulation dans les dites conduites de transfert (lia, 11b) et dans le dit échangeur de chaleur (1), pour maintenir une dite température d'entrée de deuxième valeur de consigne déterminée (T2) de l'eau de refroidissement dans le circuit de refroidissement en aval de la dite pompe de circulation (3) et en amont du dit échangeur de chaleur (1), et/ou pour maintenir une température de dite première valeur de consigne déterminée (Tl) dans la dite conduite aval de transfert (11b), on réalise les étapes dans lesquelles : 10. A method of cooling according to one of claims 8 or 9, characterized in that in operation, when said production fluid is circulating in said transfer lines (11a, 11b) and in said heat exchanger (1), for maintaining a said predetermined second setpoint temperature (T2) of the cooling water in the cooling circuit downstream of said circulation pump (3) and upstream of said cooling exchanger. heat (1), and / or to maintain a temperature of said first determined setpoint value (Tl) in said downstream transfer line (11b), the steps are carried out in which:
- on évacue dudit circuit de refroidissement (2) un débit (d2) d'eau de mer de refroidissement à l'aide de dits dispositifs d'évacuation (5, 5a) au niveau d'une dérivation d'évacuation (D2), et  a flow (d2) of cooling seawater is evacuated from said cooling circuit (2) by means of said evacuation devices (5, 5a) at an evacuation bypass (D2), and
- on aspire concomitamment, un débit identique (d2) d'eau de mer du milieu ambiant dans le circuit de refroidissement (2) à l'aide des dits dispositifs d'alimentation (4, 4a) au niveau d'une dérivation d'alimentation (Dl).  at the same time, an identical flow rate (d2) of seawater is aspirated from the ambient medium in the cooling circuit (2) by means of the said supply devices (4, 4a) at a bypass of power supply (D1).
11. Procédé de refroidissement selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on contrôle et commande la variation de débits dans ledit circuit de liquide de refroidissement et le dit échangeur (dl, d2) à l'aide des dits dispositifs de contrôle et commande (3a, 6-6a, 7-7a) en fonction d'une première valeur de consigne de la température du fluide de production (Tl) dans la conduite avale de transfert (11b) en sortie de l'échangeur (1) et/ou d'une deuxième valeur de consigne de la température de l'eau de mer de refroidissement (T2) en aval de la pompe (3) et en amont du dit échangeur de chaleur (1). 11. Cooling method according to claim 10, characterized in that control and control the flow variation in said coolant circuit and said exchanger (dl, d2) using said control devices and control (3a, 6-6a, 7-7a) as a function of a first set value of the temperature of the production fluid (Tl) in the downstream transfer line (11b) at the outlet of the exchanger (1) and / or a second setpoint value of the cooling seawater temperature (T2) downstream of the pump (3) and upstream of said heat exchanger (1).
12. Procédé de refroidissement selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu'on commande la variation du dit débit identique (d2) de l'évacuation et de l'alimentation en eau de mer par les dits dispositifs d'alimentation (4, 4a) et respectivement dispositifs d'évacuation (5, 5a) en fonction de la variation de la température (T0) du fluide de production au niveau de la conduite amont de transfert de fluide de production (l ia) alimentant le dit échangeur de chaleur (1). 12. Cooling method according to one of claims 10 or 11, characterized in that it controls the variation of said identical flow (d2) of the evacuation and the supply of seawater by said devices. supply (4, 4a) and respectively evacuation devices (5, 5a) as a function of the variation of the temperature (T0) of the production fluid at the level of the upstream production fluid transfer line (l ia) feeding the said heat exchanger (1).
13. Procédé de refroidissement selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on commande automatiquement la variation de débits dans ledit circuit de liquide de refroidissement et le dit échangeur à l'aide des dits dispositifs de contrôle et commande (3a, 6-6a, 7-7a) et les étapes comprenant : 13. The method of cooling according to claim 12, characterized in that it automatically controls the flow variation in said circuit coolant and the said exchanger using the said control and control devices (3a, 6-6a, 7-7a) and the steps comprising:
- la mesure de la température de l'eau de mer de refroidissement (T2) en aval de la pompe (3) et en amont du dit échangeur de chaleur (1) avec un premier dispositif de mesure de la température (6) connecté (6a) aux dits dispositifs d'évacuation de l'eau de mer (5, 5a), de manière à commander automatiquement ledit débit (d2) de l'eau de mer évacuée dudit circuit externe de refroidissement (2) en aval de l'échangeur de chaleur (1) et en amont de ladite première dérivation (Dl) en fonction de la température de l'eau de mer de refroidissement (T2) en aval de la pompe (3) et en amont du dit échangeur de chaleur (1), et  measuring the temperature of the cooling seawater (T2) downstream of the pump (3) and upstream of the said heat exchanger (1) with a first connected temperature measuring device (6) ( 6a) said seawater discharge devices (5, 5a), so as to automatically control said flow (d2) of the seawater discharged from said external cooling circuit (2) downstream of the heat exchanger (1) and upstream of said first bypass (D1) as a function of the cooling seawater temperature (T2) downstream of the pump (3) and upstream of said heat exchanger (1). ), and
- la mesure de la température du fluide de production (Tl) dans la conduite aval de transfert (11b) en sortie de l'échangeur (1) avec un deuxième dispositif de mesure connecté (7a) à un dispositif de variation (3a) de la vitesse de la dite pompe de manière à commander automatiquement le débit (dl) de l'eau de refroidissement en sortie de la dite pompe en fonction de la température du fluide de production (Tl) dans la conduite aval de transfert (11b) en sortie de l'échangeur (1).  measuring the temperature of the production fluid (Tl) in the downstream transfer line (11b) at the outlet of the exchanger (1) with a second measuring device connected (7a) to a variation device (3a) of the speed of said pump so as to automatically control the flow (dl) of the cooling water at the outlet of said pump as a function of the temperature of the production fluid (Tl) in the downstream transfer line (11b) in outlet of the exchanger (1).
14. Procédé de refroidissement selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que le dit fluide de production est un fluide d'hydrocarbures comprenant du gaz et/ou du pétrole brut issu de puits de production sous- marins, la dite conduite de transfert du fluide de production étant de préférence reliée à une conduite sous-marine de liaison fond-surface reliant le fond de la mer à un support flottant en surface et/ou à des conduites entièrement sous- marines reliant des têtes de puits de production à des têtes de puits d'injection. 14. Cooling method according to one of claims 8 to 13, characterized in that said production fluid is a hydrocarbon fluid comprising gas and / or crude oil from subsea production wells, the said a production fluid transfer line preferably being connected to a bottom-surface underwater line connecting the seabed to a surface floating support and / or to entirely submarine lines connecting wellheads; production at injection well heads.
15. Procédé de refroidissement selon l'une des revendications 8 à 14, caractérisé en ce que le dit fluide de production est constitué d'hydrocarbures dont le méthane, l'éthane, le propane et le butane et des composés hydrocarbures plus lourds constitués de 5 à plus de 30 atomes de carbone, et du gaz inerte comme le dioxyde de carbone et/ou l'azote, ainsi qu'une proportion variable d'eau de production, à savoir une eau incluant jusqu'à plus d'une centaine de gramme par litre de sels, pouvant aller de 0% poids d'eau de production en début de traitement d'un gisement à plus de 80% poids d'eau en fin de traitement, la température du dit gaz de production étant comprise entre 50°C et 200°C. 15. The method of cooling according to one of claims 8 to 14, characterized in that said production fluid consists of hydrocarbons including methane, ethane, propane and butane and heavier hydrocarbon compounds consisting of 5 to more than 30 carbon atoms, and inert gas such as carbon dioxide and / or nitrogen, as well as a variable proportion of production water, namely water including up to more than 100 gram per liter of salts, which can range from 0% weight of production water at the start of treatment of a deposit to more than 80% by weight of water at the end of treatment, the temperature of said production gas being between 50 ° C and 200 ° C.
16. Procédé de refroidissement selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit fluide de production présente une température étant de 50°C à 200°C ; la température de l'eau de mer du milieu marin ambiant est de 4°C à 20°C, la dite première valeur de consigne de la température du fluide de production (Tl) dans la conduite aval de transfert (11b) en sortie de l'échangeur (1) étant comprise entre 30°C et 60°C et la dite deuxième valeur de consigne de la température de l'eau de mer de refroidissement (T2) en aval de la pompe (3) et en amont du dit échangeur de chaleur (1) étant comprise entre 25°C et 35°C. 16. Cooling method according to claim 15, characterized in that said production fluid has a temperature of 50 ° C to 200 ° C; the seawater temperature of the ambient marine medium is 4 ° C to 20 ° C, the said first setpoint value of the temperature of the production fluid (Tl) in the downstream transfer line (11b) at the outlet of the exchanger (1) being between 30 ° C and 60 ° C and said second setpoint temperature of the cooling seawater (T2) downstream of the pump (3) and upstream of the said heat exchanger (1) being between 25 ° C and 35 ° C.
17. Procédé de refroidissement selon la revendication 16, caractérisé en ce que la température de l'eau de refroidissement (T3) après échange thermique en sortie dudit échangeur de chaleur est entre 30°C et 50°C de préférence inférieure à 45°C. 17. Cooling method according to claim 16, characterized in that the temperature of the cooling water (T3) after heat exchange at the outlet of said heat exchanger is between 30 ° C and 50 ° C, preferably below 45 ° C. .
18. Procédé de refroidissement selon l'une des revendications 8 à 17, caractérisé en ce que la puissance thermique (ou charge thermique) de l'installation de refroidissement (10) est comprise entre 1 mégawatt et 10 mégawatts. 18. The method of cooling according to one of claims 8 to 17, characterized in that the thermal power (or thermal load) of the cooling system (10) is between 1 megawatt and 10 megawatts.
19. Procédé de refroidissement selon l'une des revendications 8 à 18, caractérisé en ce que le débit de circulation de l'eau de refroidissement dans le circuit de refroidissement en opération est compris entre 100 m3/hr à 1000 m3/hr, de préférence de 300 à 600 m3/hr et le volume global d'eau de refroidissement contenu dans la dite installation de refroidissement (10) est de 3 à 10 m3. 19. Cooling method according to one of claims 8 to 18, characterized in that the flow rate of the cooling water in the cooling circuit in operation is between 100 m 3 / hr to 1000 m 3 / hr preferably from 300 to 600 m 3 / hr and the overall volume of cooling water contained in said cooling installation (10) is 3 to 10 m 3 .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112483052A (en) * 2020-12-21 2021-03-12 吉林大学 Device and method for inhibiting generation of wellbore hydrate by circulating seawater

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112261837A (en) * 2020-10-16 2021-01-22 北京国电富通科技发展有限责任公司 Seawater data cabin water cooling system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008147219A2 (en) * 2007-06-01 2008-12-04 Fmc Kongsberg Subsea As Subsea cooler
WO2010002272A1 (en) * 2008-07-03 2010-01-07 Aker Subsea As Subsea heat exchanger
WO2013002644A1 (en) * 2011-06-30 2013-01-03 Aker Subsea As Subsea compression assembly
WO2013004277A1 (en) 2011-07-01 2013-01-10 Statoil Petroleum As Subsea heat exchanger and method for temperature control
WO2015144693A1 (en) * 2014-03-25 2015-10-01 Vetco Gray Scandinavia As A subsea heat exchanger arrangement and a method for improving heat dissipating efficiency in a subsea heat exchanger
US9719698B2 (en) 2011-04-15 2017-08-01 Kongsberg Oil & Gas Technologies As Subsea cooling apparatus, and a separately retrievable submersible pump module for a submerged heat exchanger

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008147219A2 (en) * 2007-06-01 2008-12-04 Fmc Kongsberg Subsea As Subsea cooler
WO2010002272A1 (en) * 2008-07-03 2010-01-07 Aker Subsea As Subsea heat exchanger
US9719698B2 (en) 2011-04-15 2017-08-01 Kongsberg Oil & Gas Technologies As Subsea cooling apparatus, and a separately retrievable submersible pump module for a submerged heat exchanger
WO2013002644A1 (en) * 2011-06-30 2013-01-03 Aker Subsea As Subsea compression assembly
WO2013004277A1 (en) 2011-07-01 2013-01-10 Statoil Petroleum As Subsea heat exchanger and method for temperature control
WO2015144693A1 (en) * 2014-03-25 2015-10-01 Vetco Gray Scandinavia As A subsea heat exchanger arrangement and a method for improving heat dissipating efficiency in a subsea heat exchanger

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112483052A (en) * 2020-12-21 2021-03-12 吉林大学 Device and method for inhibiting generation of wellbore hydrate by circulating seawater
CN112483052B (en) * 2020-12-21 2023-11-10 吉林大学 Device and method for inhibiting generation of shaft hydrate by circulating seawater

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