L’exploitation du gisement d’hydrocarbures
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Après les différentes phases de l’exploration, de nouvelles études déterminent la rentabilité du au cours du temps, le nombre et le type de forages souhaitables, les installations les plus adaptées. L’extraction commence ensuite, soit par naturelle, soit en mettant en jeu des techniques de .
© GONZALEZ THIERRY - TotalEnergies - Exploitation de gaz à 6000 mètres sous les Andes à Incahuasi en Bolivie
Comment sont forés les puits de production : verticaux ou horizontaux ?
Les gisements d'hydrocarbures peuvent s'étendre sur de très vastes surfaces, allant de quelques kilomètres carrés à plus de 100 kilomètres carrés. Pour exploiter ces réservoirs souterrains, les ingénieurs forent des puits selon différentes configurations. On distingue deux grandes familles : les puits verticaux traditionnels et les puits horizontaux.
- Le puits vertical existe depuis le XIXe siècle. Comme son nom l'indique, il est creusé à la verticale, directement au-dessus du réservoir. Sa surface de contact (les perforations) avec le gisement reste limitée : elle correspond uniquement à l'épaisseur de la couche contenant des hydrocarbures, généralement quelques dizaines de mètres. Pour extraire l'ensemble des ressources d'un gisement, il faut donc forer plusieurs puits verticaux.
- Le puits horizontal utilise des techniques de forage plus récentes et plus complexes. Après avoir été creusé verticalement, il s'incurve progressivement pour se prolonger horizontalement dans le réservoir. Cette configuration offre une surface de contact plus importante avec le gisement. Résultat : il faut moins de puits pour exploiter le même gisement. Les compagnies pétrolières privilégient donc cette solution chaque fois que la géométrie, la profondeur et l'emplacement du gisement le permettent. C’est l’une des raisons pour lesquelles les puits horizontaux sont aujourd’hui largement privilégiés lorsqu’ils sont techniquement réalisables.
Quel que soit son type, chaque puits est consolidé par un métallique inamovible, lui-même équipé d'un tube de production qui peut être remplacé en cas d'encrassement (tube de production bouché) ou de (tube de production percé).
Une fois les puits forés et sécurisés, reste à déterminer comment les hydrocarbures remonteront jusqu’à la surface.
Comment les hydrocarbures remontent-ils : naturellement ou avec assistance ?
Pour que les hydrocarbures remontent à la surface, la pression dans le gisement doit être suffisante pour faire remonter les hydrocarbures à la surface. Selon les caractéristiques du gisement, deux situations se présentent :
- La récupération naturelle : Lorsque la pression du gisement est suffisamment élevée, les hydrocarbures se dirigent naturellement vers le puits et remontent d'eux-mêmes jusqu'à la surface. On parle alors de gisement éruptif et de production par déplétion naturelle (ou « drainage naturel »).
- La récupération assistée : Si la pression du gisement devient insuffisante ou si le pétrole est trop visqueux (ou « lourd ») pour remonter facilement, on utilise des techniques d'assistance. Deux méthodes principales existent : l’activation artificielle et l'injection de fluides.
Deux grandes familles de solutions existent pour aider le gisement à produire : l’activation artificielle du puits et l’injection de fluides dans le réservoir.
- L’activation artificielle fait appel à différents systèmes. Les pompes à tiges (reconnaissables à leur balancier en surface, aussi appelé « tête de cheval ») actionnent un piston situé au fond du puits par un mouvement de va-et-vient. Une autre solution consiste à installer des pompes submersibles électriques (ESP) directement au fond du puits au plus proche au-dessus des perforations : ces pompes immergées véhiculent le pétrole vers la surface. On peut aussi injecter du gaz naturel dans le puits via le tubage pour entraîner les hydrocarbures à la surface : c'est le procédé de « gas lift » (ou activation par gaz).
- L'injection de fluides (eau ou gaz) dans le gisement permet de maintenir et/ou d'augmenter la pression de celui-ci, poussant ainsi les hydrocarbures vers les perforations. Dans le cas de pétroles très visqueux, l'injection de vapeur d'eau ou de certains solvants chimiques fluidifie le pétrole et améliore sa mobilité dans le gisement proche des perforations et dans le tube de production.
Quels sont les besoins en eau lors de la production d’hydrocarbures ?
Exergue chiffre en rouge Dans les exploitations pétrolières utilisant l'injection d'eau comme méthode de récupération assistée, on estime généralement qu'il faut injecter dans le réservoir de 1 à 3 barils d'eau pour produire 1 de pétrole.
Les réservoirs de pétrole peuvent contenir une quantité variable d’eau en fonction de la nature de ceux-ci. Cette eau, naturellement mélangée au pétrole, est appelée « eau de production ». Lors des opérations d'extraction, elle est séparée du pétrole puis peut-être réinjectée dans le réservoir via des puits injecteurs dédiés pour maintenir une pression suffisante et faciliter l’extraction d’hydrocarbures.
Si ce recyclage n'est pas possible, l'eau de production est traitée et filtrée avant d'être restituée au milieu naturel. Des tests écotoxicologiques permettent de vérifier que sa composition respecte les seuils réglementaires afin de préserver l’écosystème.
L’eau d’injection peut également être issue de différentes sources, telles que :
- L'eau de mer, notamment dans les exploitations offshore. Mais pas seulement : par exemple en Arabie saoudite, environ 10⁶ m³/j d'eau de mer sont traités et acheminés sur 300-400 km pour être injectés dans le réservoir du champ pétrolier de Ghawar ;
- L'eau des rivières et des estuaires ;
- L'eau des aquifères, les eaux usées domestiques et industrielles.
Ces différentes techniques permettent d’adapter l’exploitation à chaque gisement, d’optimiser la production et de prolonger la durée de vie du réservoir.
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