Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Les hydrocarbures de roche-mère font partie de la famille des hydrocarbures non conventionnels. Ce sont les hydrocarbures qui sont restés piégés dans la couche où ils se sont formés, la roche mère. La matière organique contenue dans cette roche va durant son enfouissement au cours des temps géologiques se transformer en hydrocarbures liquides (pétrole de schiste) ou gazeux (gaz de schiste). Pour produire ces hydrocarbures dans une roche peu poreuse et quasiment imperméable, il est indispensable d’utiliser massivement deux techniques déjà employées dans la production conventionnelle : le forage horizontal et la fracturation hydraulique. Malgré l’amélioration constante de ces techniques, la production d’un puits est relativement faible et décline rapidement. Le nombre d’installations de production doit être important induisant un impact environnemental et des risques industriels qu’il est possible de minimiser en utilisant les standards de la profession. Le développement très récent des gaz et pétrole de schiste aux USA, les bouleversements économiques que cette production a engendré pose la question de leur avenir dans l’approvisionnement mondial en hydrocarbures. S’il est encore trop tôt pour en évaluer les ressources à l’échelle du monde, ils pourraient cependant prolonger l’approvisionnement en hydrocarbures permettant d’assurer une transition énergétique économiquement supportable .
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Roland VIALLY : Ingénieur de recherche - IFP Énergies Nouvelles Direction Géosciences, Rueil-Malmaison
INTRODUCTION
Depuis quelques années, le développement de la production d'hydrocarbures de roche-mère (pétrole et gaz de schiste) a considérablement modifié le paysage énergétique des États-Unis.
Les hydrocarbures de roche-mère sont les hydrocarbures liquides ou gazeux qui sont restés piégés dans la couche argileuse, riche en matière organique (la roche-mère), où ils se sont formés par augmentation de pression et de température au cours de leur enfouissement durant les temps géologiques. Une partie des hydrocarbures formés dans la roche-mère est expulsée, et, si les conditions géologiques sont favorables, iront former des gisements conventionnels. La partie restante constitue les hydrocarbures de roche-mère. Ce sont donc des hydrocarbures dont le mode de formation et la composition chimique sont identiques aux hydrocarbures conventionnels mais ils sont contenus dans une roche très peu poreuse et quasiment imperméable rendant impossible leur production par des méthodes classiques. Ils sont donc classés parmi la grande famille des hydrocarbures non conventionnels au même titre que les sables bitumineux du Canada et les huiles lourdes et extra-lourde du Venezuela.
La production de ces hydrocarbures fait massivement appel à deux techniques déjà couramment employées dans le monde pétrolier : le forage horizontal et la fracturation hydraulique. Le forage horizontal permet de traverser sur de grandes distances (1 à 2 km) la couche contenant les hydrocarbures de roche-mère et la fracturation hydraulique a pour but de créer une fracturation artificielle qui va permettre aux hydrocarbures présents d'être drainés en direction du puits. Du fait du caractère particulier de ces argiles, le rayon de drainage et la productivité des puits sont relativement faibles nécessitant la multiplication des installations. C'est ce nombre important de puits de production qui explique une empreinte environnementale plus forte que dans le cas d'un gisement conventionnel. Cette empreinte se marque dans l'occupation des sols, la gestion de la ressource en eau et les risques de pollutions des aquifères et de l'air. Tous les développements en cours visent à réduire cette empreinte sur l'environnement et bien évaluer les risques.
Le développement rapide et dans de grandes proportions de ces hydrocarbures de roche-mère, sous forme liquide (pétrole de schiste) ou gazeuse (gaz de schiste), a montré qu'il était possible de les produire à des coûts compétitifs. Aux États-Unis, la production massive de gaz de schiste a permis une très sensible baisse du coût du méthane, et la production de pétrole de schiste a permis de retrouver leur maximum de production atteinte au début des années 1970. Toutes les roches-mères suffisamment enfouies pour avoir généré des hydrocarbures liquides ou gazeux sont donc des objectifs potentiels pour cette production. Les ressources dans le sous-sol sont donc considérables mais il faut largement pondérer ces chiffres par un taux de récupération faible et un nombre important de sites de production. S'il est encore trop tôt pour définir l'importance des hydrocarbures de roche-mère dans le futur mix énergétique, il est cependant raisonnable de penser que dans de nombreux bassins sédimentaires, une production notable pourra être réalisée permettant d'assurer une transition énergétique économiquement supportable.
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MOTS-CLÉS
Hydrocarbures non conventionnels Pétrole et gaz de schiste Exploitation d'hydrocarbures Production d'hydrocarbures Forages horizontaux Fracturation hydraulique Evaluation des ressources
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Empreinte environnementale d'exploitation
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4. Exploitation des hydrocarbures de roche-mère
4.1 Forages horizontaux et fracturation hydraulique
L'exploitation des hydrocarbures de roche-mère se heurte à des problèmes techniques et économiques.
Le point commun de tous les hydrocarbures de roche-mère est d'être contenu dans des roches très peu perméables. Leur extraction doit donc être stimulée par rapport aux gisements conventionnels afin de drainer efficacement la roche qui les retient en augmentant artificiellement leur perméabilité.
Lors de l'exploitation de ces hydrocarbures, on ne peut espérer qu'ils migrent naturellement vers le puits. La quantité d'hydrocarbures produite sera si faible que le prix du forage ne sera même pas amorti. Pour rendre économique la production de ce type de ressource, il faut donc stimuler la production et extraire du puits plus d'hydrocarbures qu'il n'en sortirait naturellement. On cherche donc, d'une part, à augmenter la surface de contact entre le puits et la roche et, d'autre part, à créer un chemin de migration du gaz vers les parois du puits.
Pour augmenter la surface de contact puits/roche, on recourt à des forages horizontaux qui permettent de drainer au mieux les couches de roche-mère, elles-mêmes le plus souvent horizontales. Pour créer les chemins de migration qui permettent aux hydrocarbures contenus dans la roche d'atteindre le puits, on génère ou on réactive des microfissures dans la roche en injectant un fluide – de l'eau dans l'immense majorité des cas – sous pression dans le puits : c'est la fracturation hydraulique (figure 13) .
La mise en pression du fluide crée ou réactive des fissures dans la roche et, pour éviter que les fissures ne se referment quand l'injection cesse, le fluide injecté contient des agents de soutènements (proppant ), en général du sable très fin. Pour réaliser cette fracturation, on procède par étapes (multistage fracking ) :
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on isole des petites zones du puits ;
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on réalise la fracturation ;
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on déplace le dispositif d'injection dans le puits.
Le nombre de fracturation unitaire dépend...
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Exploitation des hydrocarbures de roche-mère
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - World energy outlook. - International Energy Agency (2010).
-
(2) - World energy outlook. - International Energy Agency (2012).
-
(3) - * - BP Statistical Review of World Energy, juin 2013 http://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/statistical-review/statistical_review_of_world_energy_2013.pdf
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(4) - HUBBERT (M.K.) - Nuclear energy and the fossil fuels. - Drilling and Production Pratice, American Petroleum Institute (1956).
-
(5) - HUREAU (G.), VIALLY (R.) - Le renouvellement Gua (des réserves de pétrole et de gaz. - Fiche Panorama (2013) http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/publications/notes-de-synthese-panorama/panorama-2014
-
(6) - VIALLY (R.) - Les hydrocarbures non conventionnels : évolution ou révolution ? - Fiche Panorama (2012) http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/publications/notes-de-synthese-panorama/panorama-2014
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ANNEXES
Réglementation européenne Reach (Registration, évaluation, authorization and restriction of chemicals ) http://www.developpement-durable.gouv.fr/REACH,30375.html
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
West Virginia Surface Owner's Right Organization (WVSORO) http://www.wvsoro.org
Well Fargo Bank http://www.wellsfargo.com
Statoil http://www.statoil.com
Range Resources http://www.rangeresources.com
Haliburton http://www.halliburton.com
Gasfrac http://www.gasfrac.com/
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