Exploration

 

Le Pétrole  Sur Wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Industrie_p%C3%A9troli%C3%A8re

Exploration Pour avoir du pétrole, il faut d'abord faire de l'exploration, c'est à dire rechercher les endroits où la topographie du sous sol permet de « piéger » l'or noir. Sans obéir à des lois physiques bien précises, l'existence de gisements de pétrole dans un endroit sont fonction de deux critères élémentaires : •

Les hydrocarbures (pétrole) doivent s'être formés dans des terrains propices que l'on qualifie de roche mère; ces terrains correspondent nécessairement à certaines phases de la sédimentation marines avec dépôts de matières organiques dont l'évolution physico-chimique conduit à la formation des hydrocarbures. Leur maturation se fait sur des périodes extrêmement longues (des millions d'années) mais les conditions de formation de ces hydrocarbures ayant existé à n'importe quelle époque de l'évolution du globe terrestre, par conséquent on trouve des hydrocarbures dans tous les terrains sédimentaires.

Cependant, certaines époques géologiques ont donné lieu, dans certaines zones, à des productions de matières organiques plus abondantes, et finalement, à des évolutions physico-chimiques plus élaborées que dans d'autres secteurs. La répartition des hydrocarbures dans les bassins sédimentaires est donc très hétérogène. •

Pour qu'il y ai ensuite gisement de pétrole, il faut que les hydrocarbures aient été, après leur formation, rassemblés, puis « piégés » dans des « réservoirs ».

On appelle « réservoir » un espace étanche en haut, bordé par de l'argile ou par des roches imperméables, plus ou moins grand dans lequel il y a une roche poreuse, comparable à une éponge. Cette roche est imprégnée de gaz et/ou de liquide (pétrole) et/ou d'eau salée. Formé en milieu marins dans la plupart des cas, les hydrocarbures sont toujours contenus dans des roches mères imprégnées d'eau; d'où une pression hydrostatique les refoulant vers le haut (les hydrocarbures sont plus légers que l'eau). Si au cours de cette migration vers le haut, ces hydrocarbures rencontrent, sur le chemin, une zone de roches imperméables, leur migration s'en trouvera stoppée. Un gisement de pétrole est donc constitué d'un réservoir à toit imperméable. La qualité du réservoir est caractérisée par sa porosité (plus la roche est poreuse, plus le volume du pétrole contenu est grand) et sa perméabilité (possibilité d'extraire le pétrole). L'exploration du pétrole consiste à étudier la géologie pétrolière. Cette exploration commence par l'établissement des cartes à l'aide de photos aériennes. La géologie pétrolière est l'ensemble des techniques permettant de prévoir  l'emplacement des gisements pétrolifères; elle se devise en deux branches : •

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L'étude géologique proprement dite, s'intéressant à la formation des hydrocarbures et autres caractéristiques des roches en tant que réservoirs (ou couvertures). L'étude des structures internes tendant à définir l'existence des « pièges » à partir des méthodes de surface ; c'est la géophysique que pratiquent des équipes parcourant les terrains à prospecter (à explorer) et dessinant des cartes structurales. Les moyens les plus sophistiqués sont mis en œuvre, la prospection étant affinée par un maillage sismique.

Ce maillage sismique consiste à obtenir des informations précises sur la profondeur et la disposition des formations  pétrolifères à l'aide des mesures au sismographe soit par réflexion soit par réfraction d'ondes de choc émises. L'ensemble des techniques ci-dessus aboutit au « prospect » c'est à dire au gisement « putatif » qu'il faut finalement vérifier sur le terrain par forage.

 

géologie : composition des terrains, utilisation de la sismographie et des explosions contrôlées, échantillonnage par  carottage

Forage Une plate-forme pétrolière

Le forage est la clé de toute prospection pétrolière dont il représente le principal et l'essentiel du coût (environ les 2/3). Ce coût dépend bien entendu de la localisation et de la profondeur du terrain. L'exploration offshore (en mer) coûte bien  plus (plusieurs fois) que la prospection onshore. Malgré les progrès des méthodes géologiques, la découverte, surtout de gros gisements, reste un événement rare. Dans le monde on compte en moyenne, une découverte pour 10 forages effectués, mais il faut 100 forages pour découvrir un seul gisement de 10 millions de tonnes /an. En matière d'exploration, l'économie est dominée par l'aspect aléatoire de la découverte qui exige d'établir au préalable des relations de choix sous forme probabiliste. Les techniques économiques à appliquer sont au demeurant fort simples, un fois comprise et acceptée cette « probabilisation » des « données ». derrick en Un appareil de forage est constitué d'un mât (ou derrick  en anglais) servant à descendre le train de tiges de forage, au  bout desquelles se trouve un trépan. trépan. Le train de tiges de forage est constitué d'un ensemble de tubes vissés les uns au  bout des autres, au fur et à mesure de sa descente au fond du puits. Le trépan découpe la roche au fond du puits, à la tête du forage. Un fluide (mélange à base d'eau et d'argiles d'argiles)) est injecté dans le puits pour contenir les bords du puits et remonter les déblais (cuttings (cuttings en anglais). D'autres outils sont également disponibles utilisant des fraises garnies de dents en diamant synthétique. Un forage peut se situer en mer, il se trouve alors sur une plate-forme une plate-forme pétrolière (voir l'article spécifique sur la conception, la construction, l'acheminement, le montage et la mise en exploitation des plates-formes). En principe, l'exploration-production en mer n'introduit pas de différences fondamentales avec les opérations terrestres. Pourtant si la facilité du mouvement rend la « sismique marine » très bon marché, le forage au contraire, qu'il soit opéré à l'aide des bateaux ou de plates-formes fixes ou mobiles coûte plusieurs fois (3 à 4 fois) le prix du plus cher des forages à terre. Même si l'on veut ignorer le problème pécuniaire, le forage en eau profonde se heurte aux limites actuelles de la technique qui grâce à l'invention des robots peut faire des progrès dans le future. Les techniques modernes de forages permettent de forer en déviation à partir d'un seul point, cela limite les dimensions des installations de surface en concentrant les puits (limite la déforestation ou la taille des plates-formes offshore). les  puits peuvent simplement déviés ou réellement horizontaux voire en U (U-shape). Optimisant ainsi la surface d'échange entre le puits et la roche réservoir, les puits horizontaux peuvent avoir des productivités cinq à dix fois supérieures aux  puits verticaux.

Extraction Puits de pétrole en  en Roumanie  Roumanie au début du  du XXe siècle

Une fois le gisement trouvé après forage, vient le temps de l'exploitation de la production. L'exploitation des champs  par rapport à l'exploration pourrait apparaître comme une opération quasi industrielle, en ce sens que la liaison entre investissements et production devrait être prévue avec une bonne précision. En réalité, il n'en est rien. La prévision de production d'un champs pétrolifère reste très incertaine, surtout juste après la découverte de ce champs dans les premiers stades de cette production. Elle ne prend une allure plus précise qu'après une  période de production effective. En effet, chaque gisement a ses caractéristiques propres de production qui exige un calage réel d'un grand nombre de paramètres avec des mesures ne pouvant être réalisées qu'au fur et à mesure du développement et de l'exploitation du gisement.

 

Il faut garder à l'esprit qu'un champs de pétrole s'étend sur des dizaines ou des centaines de kilomètres carrés. Les  paramètres tels que la pression exercée à la sortie des puits ainsi que la température du pétrole sont très variables sans  parler de la qualité des hydrocarbures, la structure des roches et leur perméabilité. Tous ces paramètres et bien d'autres vont déterminer à la fin les réserves récupérables d'un champs et de là la rentabilité des investissements. Ici il faut aussi préciser la notion de « réserves récupérables » qui nécessite des explications. En effet, on peut généralement, au premier stade de la production, récupérer qu'une faible fraction du pétrole contenu dans le gisement (de l'ordre de 30% en moyenne). En effet, au fur et à mesure de l'extraction du pétrole, la pression interne du gisement diminue et tend vers la pression atmosphérique. Pour pouvoir récupérer davantage, il faut augmenter sérieusement les investissements complémentaires dont l'économie est à mettre en balance. D'une manière générale cette récupération complémentaire consiste à injecter dans le gisement du gaz sous une pression supérieure à la pression interne du gisement. Cette opération nécessite la mise en place des compresseurs à haut débit. C'est ainsi qu'à Hassi R'Mel, on a installé une station de compression, ayant une dizaine de compresseurs à étage,  permettant d'atteindre une pression finale de 500 bars, pour la réinjection du gaz dans les puits. Comme il a été dit plus haut, un gisement peut s'étendre sur des centaines de kilomètres carrés, l'exploitation consiste à forer un certain nombre de puits, à les coiffer « d'Arbres de Noël » c'est à dire d'un dispositif de vannes, à relier ces « arbres de Noël » à un réseau de collecte de pipelines pour acheminer le pétrole à une (ou plusieurs) usines de traitement et de stockage. En effet, comme les caractéristiques du brut varient d'un puits à l'autre et qu'il faut maintenir une qualité commerciale aussi constante que possible du brut à commercialiser, de ce fait le débit de chaque puits est contrôlé par ordinateur afin de maintenir cette qualité commerciale. D'autre part le pétrole contenu dans le gisement est sous très haute pression (environ 500 bars au début de l'extraction du gisement) une certaine quantité de gaz s'est trouvé dissoute et à la sortie du puits la décompression permet à ce gaz de se libérer du pétrole lui-même. Aussi le traitement consiste entre autre à séparer ce gaz du pétrole extrait avant le stockage et la commercialisation de celui-ci. Par ailleurs, ce pétrole contient également de l'eau salée et des produits sulfurés en plus ou moins grande quantité qu'il faut dans certains cas les séparer avant de le mettre sur le marché. Pour certains champs comme à Abu Dhabi ou à Safaniya en Arabie Saoudite, on a même comme sous produit, du soufre, dû à ce que le brut en contient une grande quantité. Après traitement le pétrole est stocké dans des grands réservoirs à toit fixe ou à toit flottant. Le stockage des hydrocarbures se trouve en général à côté des ports de chargement pour être acheminé par voie maritime vers les pays consommateurs. historique des lieux de production dans le monde 1. Eu Euro rope pe (sto (stock ckss éépu puis isés és,, sau sauff een n Rus Russi sie) e) 2. USA USA (st (stoc ocks ks en voie voie d' d'ép épui uise seme ment nt)) 3. Moyen-Orient 4. Mer Mer du du No Nord, rd, Go Golfe lfe d du uM Meexique ique,, Amérique du Sud, Afrique de l'Ouest 5. autr autres es site sitess réc récen ents ts o ou uàv ven enir ir,, si site tess  potentiels (Canada, Arctique, Antarctique) mais consistant souvent en types de pétroles difficiles (souffrés, extra lourds) •

Champs pétrolifère de Burkburnett, Texas, 1919. •

Différentes modes d'extraction : remontée naturelle, injection de gaz, o d'air, d'eau, techniques avancées pour  récupérer les produits les plus lourds

 

taux de récupération faible (environ 60% des produits présents dans le gisement dans les meilleurs cas, 30% pour la plupart de gisements) techniques extrêmes pour optimiser la o  production chauffage et lavage de sable bitumineux o o

Dans la pratique, une fois qu'un gisement est découvert par forage et jugé exploitable, on détermine l'étendue de ce gisement, puis on commence à forer à plusieurs endroits un certain nombre de puits. Chaque puits foré est coiffé d'un Noël,, c'est un ensemble de vannes qui ferment le puits en attendant son exploitation. Arbre de Noël Les effluents du pétrole venant de chaque puits foré sont analysés en laboratoire pour déterminer les différentes caractéristiques physiques et chimiques telles que la densité, densité, la teneur en soufre, le pourcentage de chaque fraction de  produit, le  le  point point d'écoulement d'écoulement,, le point le point de trouble trouble,le ,le point  point d'inflammabilité d'inflammabilité,, la viscosité etc. Pour cela, on utilise différentes techniques d'analyse telles que la chromatographie en phase gazeuse, gazeuse, la  la distillation, distillation , la détermination de la teneur en soufre par la bombe la bombe,, la colorimétrie et bien d'autres techniques. Une fois ces caractéristiques connues, on va déterminer un mélange stable qui va servir de base pour sa commercialisation. Après cela, tous les puits forés sont raccordés en réseau qui tous, aboutissent à l'usine (ou des usines) de traitement puis à un ensemble de bacs de bacs de stockage. stockage. Ensuite, un système informatique automatique va commander l'ouverture et la fermeture des vannes de l'ensemble des puits forés (souvent plus d'une centaine) afin de toujours maintenir le mélange commercial stable dans le temps. De ce mélange commercial stable, on fait ensuite une analyse plus complète afin de fournir aux clients potentiels des éléments d'estimation. Si le pétrole contient un fort pourcentage de gaz et de produits légers, on procéde avant qu'il soit stocké, à un dégazage en le faisant passer par des unités de déméthaniseur , dé-éthaniseur , dépropaniseur , débutaniseur  débutaniseur et et  dépentaniseur . Si le gisement est à terre, loin des terminaux pétroliers, pétroliers, il va falloir construire un oléoduc afin d'acheminer ce pétrole vers un des terminaux. La taille de l'oléoduc dépend de la quantité journalière de pétrole à acheminer. En générale, l'oléoduc est équipé, de place en place, de  de  stations de pompage relais afin de maintenir une pression constante tout du long du trajet. Cet oléoduc va aboutir à un ensemble de stockage au terminal maritime avant que le pétrole soit vendu et chargé sur des tankers. Si le gisement est en mer, on dit qu'il est  est off shore et le gisement à terre est un gisement  gisement on shore.. shore