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L'impression 3D
Des premières pour l'industrie pétrolière

Un projet présenté par Hugues Greder, David Hurst, Edwige Ravry, Oladapo Lawal et François-Xavier Merle

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David Hurst

Offshore Profond

Connue par le grand public sous l’appellation d’impression 3D, la fabrication additive désigne les procédés de fabrication assistés par ordinateur par ajout de matière, via l’empilement de couches successives. Total innove en recourant à cette technologie pour des équipements opérationnels, une première audacieuse au sein de notre industrie.

Des solutions sur mesure

Nous avons commencé à recourir à la fabrication additive pour un "outil de barbotage au méthanol" destiné aux installations offshore d’Akpo, au Nigeria. Cet outil, imprimé en polyamide, a été utilisé en mars 2018 sur les modules sous-marins par 1300m de fond pour parvenir à raccorder la ligne d'export de gaz du FPSO Egina à celle d’Akpo. Une formation d’hydrates dans le module de connexion (ITA) empêchait leur raccordement et menaçait la date de mise en service du FPSO. Après plusieurs tentatives infructueuses pour enlever le bouchon et accéder à la connexion, cet outil cylindrique de barbotage a été conçu sur-mesure pour injecter du méthanol aux endroits précis où s’étaient formés les hydrates à l’intérieur du bouchon, et les dissoudre par macération.

Nous avons en parallèle conçu quatre inducteurs en titane, installés en février 2018 sur des pompes de transfert destinées au développement du gaz à condensats à très haute pression de Culzean, au large d’Aberdeen. Ces pompes présentaient un risque élevé de cavitation. La fabrication d’impulseurs modifiés aurait retardé de 24 semaines leur réception à Singapour. Pour éviter ce délai, nous avons conçu et imprimé en 3D quatre petits inducteurs à placer dans l'axe de la roue de chaque pompe, en partenariat avec le fournisseur norvégien Eureka. Ces inducteurs en alliage de titane évitent la cavitation en réduisant la hauteur d'aspiration, sans réduire les performances.

De nombreux avantages

Tout en laissant une grande liberté quant à la conception, la mise en œuvre de l’impression 3D a accéléré les opérations et réduit les coûts :

  • 10 jours : c’est la durée depuis la conception de l’outil de barbotage d’Akpo jusqu’à sa mise à disponibilité à Port Harcourt. La fabrication additive de l’outil par Hutchinson n’a pris que 36 heures et permis de réduire son poids de moitié par optimisation topologique. L'opération de barbotage a été menée en mer sans arrêt de de production d’Akpo. Le bouchon pressurisé a pu être retiré après 4 heures d’intervention et le gazoduc du FPSO raccordé sans retard sur le planning prévu. Le montant global de l’intervention a été dix fois moins cher qu’un remplacement conventionnel de l’assembleur ITA, sachant que ce type de solution aurait coûté plus de 10 M€.
  • L'impression 3D des inducteurs de Culzean a permis d'optimiser leur forme en triple hélice, par rapport au fraisage conventionnel. Les pièces ont été livrées et installées en deux semaines, sans retard dans la mise en service des installations. Leur coût s'est élevé à moins de 23 000 €, une économie de 200 k€ par rapport à toute autre solution alternative qui aurait également engendré des soucis de planning et de gestion de projet.

Vers une simplification de nos approvisionnements

La fabrication additive est donc sur le point de bouleverser toute la supply chain de notre industrie grâce à ses atouts techniques, logistiques, économiques et environnementaux :

  • Réduction des contraintes et des coûts de conception ;
  • Accélération du cycle de développement de l'outillage et réduction drastique des délais d'exécution ;
  • Stockage numérique avec impression à la demande sur site réduisant le stockage physique de pièces détachées et son coût élevé ;
  • Amélioration des performances ;
  • Maintenance rapide et réparations in situ limitant les baisses de production et le temps non productif des appareils de forage ;
  • Equipements plus légers et plus compacts pour le réaménagement et la mise à niveau de projets brownfields ;
  • Amélioration de l’empreinte carbone par fabrication locale et réduction des matières premières.

Si les processus de certification actuels freinent le recours à grande échelle de la fabrication additive, nous collaborons étroitement avec les organismes compétents pour adapter ces processus à la fabrication simultanée objet/matière. Notamment en concevant des prototypes et en lançant des pilotes sur le terrain. Nous avons également créé un réseau interne pour diffuser la fabrication additive et développer des liens avec d’autres secteurs industriels (l’aérospatiale en particulier). Cette initiative a déjà permis de lancer plusieurs autres projets : nouveaux outils subsea ; impression 3D de pièces de forage, de roues de pompe, de crépines de production en céramique, etc...

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