Depuis
l’exploration jusqu'à la fermeture d’un puit de pétrole,
tout un arsenal de technologies et de mesures est déployé
afin d’optimiser l’exploitation du pétrole.
Le pétrole
Aujourd’hui le pétrole
est à la base d’une multitude de produits finis nécessaires
à la bonne marche de notre économie.
L’essence est un des produits majeurs issu du pétrole Parmi
les principaux autres produits citons le gasoil, le kérosène
le mazout et les lubrifiants mais aussi les produits issus de la pétrochimie
tels les peintures, le caoutchouc synthétique, les détergents,
les plastiques, les antiseptiques, et les cosmétiques.
Naissance du pétrole
Le pétrole que nous
trouvons aujourd'hui provient de matières organiques. Cette matière
s’est déposée il y a des millions d'années.
Ceci s’est produit dans les eaux peu profondes telles que des lacs,
des marais, et des mers, où l’eau circulait faiblement. Une
partie des vestiges d'animaux et de plantes microscopiques atteignirent
le fond où ils s’enterrèrent dans la boue. Du fait
de la faible circulation de l'eau, le niveau d'oxygène au fond
de l’eau était faible. Les bactéries ont donc exploité
l'oxygène de ces vestiges organiques emprisonnés et les
ont graduellement décomposés en substances riches en carbone
et en hydrogène.
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Cette argile organique riche a ensuite été comprimée
sous forme de schiste dur sous le poids accumulé d’autres
sédiments. Sous le poids de milliers de mètres de sédiments,
une hausse de la pression et de la température s’est produite.
Quand la température a atteint environ 65 ºC (150 ºF),
le carbone et les substances riches en hydrogène se sont regroupés
chimiquement pour former des centaines de types différents de molécules
d'hydrocarbure, sous forme de chaînes bien structurées d'atomes
de carbone avec des atomes d'hydrogène associés.
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Le processus de conversion atteint son maximum dans la plage de 110 ºC
(225 ºF) à 180 ºC (350 ºF). Au-dessus de cette température,
les molécules lourdes à longue chaîne sont décomposées
en molécules plus petites et légères, tel le gaz
méthane. Aux températures au-dessus de 260 ºC (500
ºF), le matériau organique est carbonisé et ne peut
donner naissance à du pétrole.
Ou le trouve t-on ?
Depuis le début de l'exploration
pétrolière, les géologues constatent qu’un
dépôt de pétrole n’est pas dû au hasard.
On trouve des dépôts aux endroits où se combinent
les éléments géologiques nécessaires à
l’apparition d’un gisement de pétrole.
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Ces éléments
sont :
1. une roche mère de pétrole et de gaz,
2. une couche poreuse et perméable de roche réservoir,
3. un piège qui fait barrage au déplacement du fluide.
Chacune de ces trois conditions doit être présente. Si l'une
d’elles est absente, il n’y aura pas de gisement de pétrole.
Cette combinaison spécifique se produit presque exclusivement dans
des zones nommées bassins sédimentaires.
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Courtesy
of Schlumberger |
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On trouve du pétrole
dans d'anciens bassins sédimentaires. Ces régions sont identifiées
en rouge sur la carte. Les hydrocarbures ne sont pas distribués
uniformément autour du monde. Les onze pays de l'OPEP à
eux seuls représentaient 40 % de la production mondiale de pétrole
brut en 2000
(Source: Annual Statistical Supplement for 2000, the International
Energy Agency, IEA).
Comment le découvre
t-on ?
Dans les premiers temps de
l’exploration pétrolière, la recherche était
très dangereuse. On creusait des puits de reconnaissance «
au hasard ». De nos jours, les géologues appliquent la géoscience
et les technologies modernes à la recherche pétrolière.
Le but de la prospection pétrolière
est de découvrir des formations rocheuses pouvant être d’éventuels
pièges à pétrole. Celle-ci ne sont pas évidente
a detecter. D’abord, on explore de grandes surfaces par avion ou
au moyen de photos prises par satellites. Des experts étudient
ensuite ces photographies pour déterminer les formations susceptibles
de contenir des pièges à pétrole. Ces études
de base permettent au départ de limiter le champ de la recherche
et de poursuivre ensuite par des explorations détaillées
dans des zones plus restreintes. Ces explorations détaillées
consistent en des études sismiques.
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Construction d’un puit
La construction d’un
puits se fait en plusieurs étapes. Dans un premier temps, on effectue
le forage et la diagraphie du puits. Puis on procède au «
cuvelage » et à la cimentation. Chaque étape de forage,
« cuvelage » et cimentation s’effectue graduellement,
en plusieurs fois. Puis, on met en place le tubage et les packers de production.
Enfin, on procède aux perforations dans le « cuvelage »
pour permettre la circulation du pétrole dans le tubage.
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Forage
Sondeuse rotative
La majorité des appareils
de forage actuels sont des sondeuses rotatives. Un avantage de la sondeuse
rotative est qu’elle opère dans des formations tendres comme
l’argile ou les sables meubles. Une sondeuse par battage ne le permet
pas. L’argile et le sable retomberaient dans le puits et bloqueraient
le trépan.
Le trépan et la façon
dont il est actionné sont les principales différences entre
les deux systèmes. La sondeuse rotative utilise un trépan
rotatif avec des rangées de dents qui pénètrent la
roche L’appareil de forage racle les morceaux de roche au fur et
à mesure de la rotation du trépan. Le trépan est
fixé sur une tige de forage formée par plusieurs joints
de conduite. On ajoute des joints à la tige de forage à
mesure que le trou gagne en profondeur.
Courtesy of Schlumberger
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Diagraphie
La diagraphie est un ensemble
de techniques qui consistent à collecter et enregistrer en temps
réel des informations géologiques sur les entrailles de
la terre.
La diagraphie permet, en final, de confirmer les études exécutées
précédemment. Parfois elles sont pertinentes et alors nous
pouvons identifier les hydrocarbures, ou bien elles ne sont pas à
la hauteur de nos espérances. Un seul puits d’exploration
sur sept est exploité comme puits de production.
La recherche a beaucoup évolué depuis que les frères
Schlumberger ont réalisé, en 1927, la première diagraphie
électrique. Il en existe aujourd’hui bien des versions différentes,
chacune ayant sa propre spécialité et son propre champ d’application.
Les principaux types sont : la diagraphie au câble et la diagraphie
en cours de forage (LWD pour Logging While Drilling). La diagraphie au
câble est utilisée dans un trou de forage ouvert et cuvelé.
La LWD s’exécute, comme son nom l’indique, en cours
de forage.
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Outils de diagraphie
Plusieurs sortes d’outils
de diagraphie sont disponibles. Certains mesurent et enregistrent la façon
dont les formations répondent au courant électrique ; d’autres
mesurent les attributs radioactifs de la roche ou la vitesse à
laquelle le son voyage à travers une formation. Grâce à
ces différentes méthodes, différents aspects du puits
peuvent être évalués, par exemple, la porosité,
l’indicateur de schiste, la perméabilité, la pression
et les propriétés mécaniques de la roche.
Courtesy of Schlumberger
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Une diagraphie est exécutée
dans un laboratoire portable sur un camion, pour des forages sur terre
et dans une cabine de diagraphie portable, pour des forages en mer. On
descend des outils dans le puits par un câble. Une fois le fond
atteint, ils sont lentement remontés. Les propriétés
des formations sont mesurées en cours de remontée. Les outils
transmettent les données instantanément aux ordinateurs
en laboratoire. Les données sont traitées par des ordinateurs
en temps réel et interprétées par des experts. Une
fois réunies, elles donnent finalement des diagraphies qui indiquent
la présence de pétrole ou de gaz. Une diagraphie peut aussi
être exécutée en cours de forage. Cette méthode
procure aux opérateurs des informations qui permettent d’adapter
plus précisément le forage aux différentes formations
rocheuses. Toutes les informations collectées sont transmises à
la surface pour y être analysées. Une diagraphie par câble
doit être exécutée après le forage en complément
de celui-ci.
Cuvelage et cementation
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Tubage
Perforation
Courtesy of Schlumberger
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Stimulation d’un puit
Durant la vie d’un puits,
qui peut être de vingt ans, différents problèmes peuvent
se produire : réduction de la perméabilité, de la
pression dans le réservoir et à la tête de puits,
eau en quantité trop abondante dans le pétrole produit,
etc. Pour résoudre ces problèmes, il existe plusieurs solutions
: injection d’acide, injection d’eau, installation de pompes,
injection de gaz et complétion intelligente.
Courtesy of Schlumberger
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Production
La production s'effectue en
plusieurs opérations. Dans un premier temps, il est nécessaire
d’amener le pétrole à la surface. Ensuite, le puits
doit être entretenu et réparé durant son cycle de
vie. Enfin, les fluides à l’intérieur du puits étant
un mélange de pétrole, de gaz, et d’eau, ils doivent
être séparés avant les traitements ultérieurs.
L’eau est évacuée, et le pétrole et le gaz
sont traités, mesurés et testés avant d’être
transportés. Il est très important de surveiller le puits
et de connaître l’activité dans le réservoir.
L’extraction du pétrole affecte les couches du réservoir
et, pour optimiser la production, ces changements doivent être connus.
Pour ce faire, une diagraphie des événements à l’intérieur
du cuvelage est effectuée régulièrement. Cette diagraphie
fournit des informations sur les problèmes et sur les changements
qui se produisent
Courtesy of Schlumberger
Courtesy of Schlumberger
Bibliographie
Le pétrole : des pores
au pipeline, Cecilia Persson, Publié par : SRPC Doc-TBT Group
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