Forage pour gaz de schiste

Exploitation gazière et respect de l’environnement

Dossier : Gaz et transition énergétiqueMagazine N°725 Mai 2017
Par Jean-Marc SCEMAMA (84)
Par Nora BRAHMI

Répon­dre aux exi­gences des marchés de l’én­ergie, de plus en plus élevées et sou­vent très spé­ci­fiques implique d’innover en per­ma­nence. Les solu­tions doivent per­me­t­tre de min­imiser l’impact envi­ron­nemen­tal de l’exploration. L’avenir passe par des tech­nolo­gies numériques qui per­me­t­tent un con­trôle en con­tinu des installations. 

L’his­toire de l’exploitation gaz­ière est jalon­née par une série de défis qui ont été relevés un à un. Il y a d’abord eu Lacq avec un gaz très sul­furé et sous haute pres­sion et apparem­ment impos­si­ble à extraire : il a fal­lu inven­ter la pre­mière con­nex­ion étanche en milieu très corrosif. 

« La fin du “gaz facile” implique d’explorer des zones de plus en plus difficiles d’accès »

La valeur de cette inno­va­tion se con­firmera rapi­de­ment par son util­i­sa­tion sur le champ géant de Groningue. La fin du « gaz facile » implique d’explorer des zones de plus en plus dif­fi­ciles d’accès et dans des con­di­tions de plus en plus extrêmes, tout en opti­misant les coûts. 

Les puits vont devenir plus pro­fonds, plus déviés, avec des tubu­laires soumis à des con­traintes mécaniques et des tem­péra­tures tou­jours plus importantes. 

Pour tir­er par­ti des gise­ments de la mer du Nord, il faut des instal­la­tions encore plus per­for­mantes, avec des con­nex­ions capa­bles de résis­ter à des pres­sions allant jusque 1 000 bars. En 2008, l’histoire con­tin­ue et amène le développe­ment de con­nex­ions – aus­si résis­tantes que le tube – garan­tis­sant l’étanchéité sous des tem­péra­tures allant jusque 250 °C.

Cette élé­va­tion du niveau de per­for­mance mécanique a aus­si pour con­séquence la garantie d’un meilleur respect de l’environnement.

REPÈRES

Leader mondial des solutions tubulaires premium destinées principalement aux marchés de l’énergie (pétrole et gaz, énergie électrique), Vallourec a accompagné l’industrie gazière depuis 1952 en développant des solutions répondant aux défis successifs qui se sont présentés : Lacq, Groningue, mer du Nord, gisements de gaz de schiste…
Le groupe inscrit aujourd’hui ses activités dans une démarche de développement durable en proposant des solutions qui permettent une exploitation responsable des ressources et en améliorant sa propre efficacité énergétique.

DES PROGRÈS QUI PROFITENT À D’AUTRES SECTEURS

Ces tech­nolo­gies dévelop­pées sur les aciers et les con­nex­ions filetées sont aus­si trans­posées aux tubes util­isés dans les champs de pét­role et gaz sous-marins pour le trans­port du pét­role et gaz depuis le fond de l’eau jusqu’à la sur­face (les ris­ers).

Ces tubes doivent pou­voir être assem­blés rapi­de­ment en sur­face pour être con­nec­tés aux instal­la­tions sous-marines et garan­tir les plus hauts niveaux d’étanchéité (2 000 bars) pour assur­er l’intégrité des instal­la­tions et la pro­tec­tion de l’environnement.

Ils doivent aus­si résis­ter aux courants marins qui exer­cent de fortes sol­lic­i­ta­tions dynamiques et répétées pen­dant toute la péri­ode d’utilisation, qui dur­era générale­ment plusieurs années. 

LES DÉFIS DES GAZ DE SCHISTE

Dans les années 2000, le développe­ment expo­nen­tiel des gaz de schiste aux États- Unis a créé des défis nou­veaux con­cer­nant le for­age qui ne se mesure pas en dizaines ou cen­taines de puits comme dans les opéra­tions dites con­ven­tion­nelles, mais en dizaine de milliers. 

CHAMPS SOUS-MARINS

Le développement des champs sous-marins profonds (deep water) en dessous de la croûte de sel (champs pré-salifères dits presalts) au large des côtes du Brésil a également constitué un incroyable défi à relever. Il a ainsi fallu créer pour Petrobras des connexions et des grades d’aciers très spécifiques, et développer à terre et sur les plateformes offshores un ensemble de services permettant d’optimiser la performance opérationnelle et de s’assurer de l’intégrité des solutions tubulaires jusqu’au moment de leur assemblage dans ces puits complexes.

L’intégrité de toute la chaîne doit être respec­tée pour assur­er la sécu­rité de ces très nom­breux puits. Cet impératif induit cer­taines con­traintes sur les équipements tubu­laires du puits. 

Ces puits ont une longue par­tie hor­i­zon­tale, sou­vent com­prise entre 1 000 et 2 500 m, qui imposent aux tubes de résis­ter à la cour­bu­re, au cou­ple pour la rota­tion de la colonne pen­dant l’installation et de présen­ter un encom­bre­ment faible. Le tubu­laire de pro­duc­tion doit résis­ter à une pres­sion plus impor­tante pen­dant la phase de frac­tura­tion hydraulique. 

Enfin, la très forte den­sité de puits néces­saires pour extraire ces hydro­car­bu­res piégés dans les schistes appelle à lim­iter autant que pos­si­ble les coûts de for­age et donc de réduire la quan­tité de tubu­laires autant que pos­si­ble et la largeur du forage. 

DEUX ANS DE DÉVELOPPEMENTS INTENSES

Il nous a fal­lu moins de deux ans pour répon­dre à ces nou­veaux besoins en dévelop­pant des nuances d’aciers spé­ci­fiques et plus économiques qui s’ajustent au mieux aux con­traintes de cor­ro­sion et de résis­tance en pres­sion demandées par les for­ages de gaz de schiste. 

En par­al­lèle, des con­nex­ions adap­tées – notam­ment conçues pour rester étanch­es lors des injec­tions d’eau sous haute pres­sion néces­saire à la frac­tura­tion hydraulique et opti­miser la résis­tance mécanique (cou­ple, ten­sion) tout en gar­dant un encom­bre­ment min­i­mum – vont être conçues et testées. 

Ces solu­tions intè­gres, robustes et très com­péti­tives ont été, et sont encore, large­ment util­isées dans la « révo­lu­tion du gaz et pét­role de schiste » en Amérique du Nord depuis 2008. 

DES SOLUTIONS RESPECTUEUSES DE L’ENVIRONNEMENT

Actuelle­ment, l’industrie para­pétrolière conçoit des solu­tions inno­vantes pour min­imiser l’impact envi­ron­nemen­tal de l’exploration et de la pro­duc­tion du gaz tout en aug­men­tant sa pro­duc­tiv­ité. Le vis­sage des tubu­laires de for­age a jusqu’à présent néces­sité l’emploi de graiss­es spé­ci­fiques comme lubrifiant. 

“ Il nous a fallu moins de deux ans pour répondre à ces nouveaux besoins ”

Mais, récem­ment ont été mis­es en œuvre des tech­nolo­gies per­me­t­tant le vis­sage sans graisse. Cette source de pol­lu­tion est donc sup­primée et les déter­gents pour la net­toy­er ne sont plus néces­saires. Les vol­umes d’eau pour ôter la graisse sont dès lors économisés. 

Les plus strictes régle­men­ta­tions envi­ron­nemen­tales sont égale­ment respec­tées. De plus, sur la plate­forme de for­age les gains de temps sont sig­ni­fi­cat­ifs en inspec­tion et vis­sage des con­nex­ions : par exem­ple, pour un for­age en off­shore pro­fond le gain est de 10 % de la valeur des tubes. 


Le développe­ment expo­nen­tiel des gaz de schiste aux États-Unis a créé des défis nou­veaux con­cer­nant le for­age qui se mesure en dizaine de mil­liers de puits.

TECHNOLOGIES NUMÉRIQUES

La nou­velle vague d’amélioration de la per­for­mance opéra­tionnelle et envi­ron­nemen­tale des solu­tions tubu­laires de for­age sera en par­tie fondée sur les nou­velles tech­nolo­gies numériques et sur l’exploitation des don­nées depuis les usines où sont dévelop­pées ces solu­tions jusqu’aux puits où ces solu­tions sont installées. 

Ces tech­nolo­gies doivent per­me­t­tre d’atteindre des niveaux de per­for­mance encore supérieurs tout en veil­lant à garan­tir l’intégrité des puits. Elles per­me­t­tront par exem­ple d’optimiser le design des puits et l’utilisation des pro­duits, et donc d’augmenter le débit de pét­role et de gaz pro­duit tout en réduisant les investissements. 

Par ailleurs, la mobil­i­sa­tion des don­nées et des exper­tis­es sur tout le cycle de vie des solu­tions tubu­laires vont per­me­t­tre d’accroître encore la per­for­mance opéra­tionnelle et envi­ron­nemen­tale de ces équipements qui véhicu­lent le gaz depuis le réser­voir jusqu’aux unités de traitement.

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