Industrie pétrolière
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Extraction

Puits de pétrole en Roumanie au début du XXe siècle

Evaluation

Une fois le gisement détecté de façon formelle par le forage, on procède à un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de tests permettant d'évaluer le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) découvert, avec entre autres :

  • prélèvement d'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) de la roche-réservoir par carottage, afin de mesurer sa porosité, sa perméabilité, etc.
  • prélèvement d'échantillon du fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des...) au fond du gisement, afin de mesurer sa composition, sa densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme...), sa viscosité, etc.
  • identification des différentes couches productrices ; il arrive fréquemment que le gisement se présente en plusieurs couches superposées potentiellement productrices
  • essai de production : on laisse le puits produire pendant quelques heures (L'heure est une unité de mesure  :), ce qui permet de mesurer les différentes proportions eau/gaz/pétrole, en ayant une idée des débits.

Dans le cas d'un gisement de grande taille (certains champs font des dizaines de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...) de diamètre), on peut procéder à plusieurs forages exploratoires afin de chiffrer les réserves.

Ces informations permettent de dresser un plan de développement du gisement, qui comprendra le nombre de puits à forer, le type de récupération envisagé, les débits de fluides, le coût des installations annexes (oléoducs, sites de traitement, etc) ; en face, on tentera également d'évaluer les recettes, avec un prix du baril estimatif, un accord de partage avec le pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la...) propriétaire, etc.

C'est l'équilibre financier entre ces aspects qui détermine la prise de décision. Ce plan est remis à jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par...) au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) et à mesure de la vie (La vie est le nom donné :) du champ, en fonction de son comportement réel.

Récupération primaire

Un gisement pétrolier (Un pétrolier est un navire citerne servant à transporter le pétrole ainsi que ses dérivés (essence). Pour le transport d'autres liquides, les navires ont d'autres appellations :...) est en équilibre à la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) de fond, qui peut atteindre plusieurs centaines de bars ; au début de la vie du puits, le pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de cette énergie fossile est l’un des piliers de l’économie industrielle contemporaine, car le pétrole fournit la...) parvient spontanément à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...), propulsé par plusieurs facteurs qui peuvent éventuellement se cumuler, mais qui faiblissent rapidement ; cette période est appelée "récupération primaire", et ne permet d'obtenir, selon les cas, que 5 à 40 % du pétrole en place. Un puits en cours de récupération primaire ne nécessite plus aucun équipement de surface, si ce n'est le fameux "arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres. Les arbres acquièrent...) de noël", ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être...) de vannes surmontant le puits, et permettant essentiellement de fermer le puits en surface, ainsi que le séparateur (voir ci-dessous) et la torchère si nécessaire. Les autres modes de récupération, secondaire et tertiaire, sont appelés "récupération assistée".

Traitement des fluides

Les fluides qui parviennent en surface comportent fréquemment, en plus du pétrole :

  • de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), qu'il s'agisse d'eau de gisement, ou d'eau injectée (voir ci-dessous)
  • du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un...)

Ces deux composants doivent être séparés du pétrole, par passage dans un séparateur ; selon la taille du puits et les composants de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) gazeuse, il peut être utile d'y adjoindre une installation de traitement de gaz, permettant une séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) plus fine des différents hydrocarbures présents, du CO2 et de l'H2S le cas échéant. L'eau peut être perdue, ou réinjectée dans le puits ; le gaz, s'il est en trop petite quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...), est brûlé sur place ("torché"). Cette dernière pratique est de plus en plus critiquée à cause de l'effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des...) consécutif, et les compagnies pétrolières font des efforts pour la limiter.

Récupération secondaire

Au-delà de cette période, le puits ne produit plus suffisamment, et on met en oeuvre des techniques permettant de réaugmenter la pression de fond pour continuer l'exploitation ; ceci exige l'installation d'équipements complémentaires :

Oil well scheme.svg
  • pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) immergée en fond de puits, c'est l'image classique des pompes "têtes de cheval (Le cheval (Equus ferus caballus ou equus caballus) est un grand mammifère herbivore et ongulé appartenant à l'une des sept espèces de la famille des équidés. Il a...)", voir schéma ci-contre
  • injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) d'eau : cette technique est de plus en plus courante ; elle nécessite une compréhension précise de la physionomie du gisement, et de l'eau disponible en grandes quantités ; cette technique est évidemment fréquemment employée dans l'exploitation en mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.).
  • injection du gaz de formation : il est fréquent que le pétrole soit produit en association avec du gaz, ce dernier en trop petite quantité pour être vendu ; il est alors brûlé à la torche (Une torche est un instrument qui se présente sous la forme d’un bâton que l’on enflamme à une extrémité pour pouvoir éclairer.). Cette pratique est de plus en plus critiquée, et le gaz peut être réinjecté dans le gisement pour maintenir la pression et continuer l'exploitation
  • injection de CO2, d'azote : à partir d'une source à proximité, on injecte l'un de ces gaz dans le gisement, de la même manière que ci-dessus ; cette méthode implique de séparer le gaz miscible quand il parvient en surface, pour le réinjecter. L'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote...) est généralement obtenu par séparation cryogénique ; ce gaz a l'avantage d'être pratiquement inerte (Inerte est l'état de faire peu ou rien.), donc non corrosif pour l'équipement d'exploitation. Le CO2 peut être d'origine naturelle, ou venir d'une installation industrielle, ce qui permet de procéder à de l'enfouissement de CO2 par la même occasion. Il est généralement gratuit, mais corrosif.

Ces méthodes sont employées couramment sur les gisements suffisamment importants ; elles permettent d'atteindre un taux de récupération de l'ordre de 25% à 35% du pétrole en place.

Récupération tertiaire

La récupération tertiaire désigne un ensemble de techniques très diverses, qui visent entre autres à diminuer la viscosité du fluide de formation, ou à améliorer la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de « vaporisation »...) à l'intérieur du gisement. La mise en oeuvre de l'une ou l'autre méthode dépend des caractéristiques du gisement, mais également des ressources disponibles localement. On peut citer :

  • injection de CO2 : cette technique emploie du CO2 comme ci-dessus, mais l'injection se fait dans la phase liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) de la formation ; le CO2, en se mélangeant avec le liquide, diminue sa viscosité, et améliore son écoulement vers le puits de production ; on peut également employer de l'azote
  • injection de vapeur : le gaz produit en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) que le pétrole est brûlé en surface, et les produits de la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) sont injectés dans la formation
  • injection de surfactants : elle permet de mieux balayer l'ensemble du gisement, malgré l'existence de chemins préférentiels ("fingering")
  • injection de gaz non miscibles

Ces méthodes peuvent être utilisées séparément, successivement ou simultanément.

Signalons également d'autres méthodes qui, employées ponctuellement, contribuent à améliorer le taux de récupération :

  • fracturation hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les champs d'investigation qu'elle propose regroupent plusieurs domaines :), acidification
  • nettoyage du sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches dont la dimension est comprise entre 0,063 et 2 mm.) s'accumulant peu à peu à proximité du tubing
  • forage horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la verticale. Une ligne horizontale va « de la gauche vers la...) dans le gisement

Ressources et réserves

La ressource est définie comme la quantité de pétrole totale présente dans les gisements ; les réserves désignent la quantité de pétrole récupérable. Pour un gisement donné, cette dernière valeur peut évoluer, au fur et à mesure d'une meilleure connaissance du gisement, et de l'éventuelle application de méthodes plus performantes. En revanche, la ressource totale ne peut varier.

Près de 40 % des réserves sont exploitées de manière primaire par simple pompage (Le pompage est un phénomène aérodynamique qui intervient dans un compresseur. Il s'agit d'une instabilité aérodynamique qui donne naissance...), moins de 60 % sont exploitées en injectant de l'eau ou du gaz, et seulement 2 % utilisent des méthodes de récupération tertiaire. Les taux de récupération varient ainsi de moins de 10 % à plus de 70 %. Le taux moyen mondial de récupération des gisements actuellement en production est estimé à 35 %.

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