tpe forage

Le forage Recherche d'hydrocarbure Introduction : Le pétrole surnommé « l'or noir « est une énergie fossile étant utilisé principalement dans la pétrochimie. Ce dernier est une décomposition sédimentaire de matières organiques à base de carbone. A l'état brute, il n'est pas vraiment intéressent économiquement car il doit être raffiné (transformé) après avoir était extra des puits pétroliers. Le pétrole est la source d'énergie la plus utilisée par l'homme bien qu'elle soit non renouvelable. Cette « or noir « ne se trouvant pas par hasard, les entreprises pétrolières sont dans l'obligation de faire des repérages aérien et/ou sismique pour confirmer que le lieu renferme bien une roche mère. Après confirmation de la présence d'hydrocarbure, et évaluation de la rentabilité du puits et de la capacité de sa couche réservoir, le forage peut commencer avec le 1er puits d'exploration. Une fois le gisement atteint, les travaux et les tests de productions sont mis en place. Le pétrole est extrait dans un premier temps grâce au débit naturel du à la pression du gisement. Pour continuer avec une hydro fracturation, nécessaire pour améliorer le débit accompagné par des injections de liquides plus lourds que le pétrole. Il existe d'autre façon d'extraire le pétrole si le débit naturel est insuffisant. Ex : pompe de fond, « tête de cheval « etc ... I/Avant le forage A/Recherche et étude du gisement Qu'est-ce qu'un gisement ? Un gisement de pétrole représente une accumulation géologique d'hydrocarbure sous différente forme: -gazeuse -liquide -solide Le gisement pétrolier peut être liquide mais ce liquide contiendra une certaine quantité de gaz qui se séparera de l'état liquide lors de la dépressurisation. Ces gisements ne sont exploités qu'à 50% de leur capacité maximum avec une moyenne de 30%. Solution : Augmenter le taux de récupération serait le seul moyen d'accroitre la production de manière plus rapide. Première approche: Tout d'abord pour trouver un gisement pétrolier, les spécialistes choisissent une zone qui pourrait intéresser les géologues. La recherche du terrain consiste à découvrir les puits pétroliers à partir d'ondes sismiques. Ces dernières sont provoqués soit par des vérins, des explosifs ou même par des canons a air (sur plateforme) qui sont ensuite enregistrées en surface pour analysé les couches et faire les diagraphies. Une fois cette zone trouvée, ils effectuent des photos aériennes ainsi que des photos géologiques qui leur permettront d'identifier et de délimiter le terrain à partir des informations récoltées. Cette zone est un milieu sédimentaire avec un volume suffisant d'hydrocarbure évalué par le paléontologue responsable de la recherche, de plus elle ne doit pas avoir subit de trop fortes déformations tectoniques. Différente études sont incontournables pour maximisé la réussite et la rentabilité du puits. L'étude géologique : Une fois les analyses enregistrés, les chercheurs les interprêtes en faisant une carte géologique en 3D. Le paléhontologue en chef dirige les discutions et les débats avec les géologues, après maintes heures de travail, ils situent le 1er puits verticale d'exploration. Après cette étude faite, le maitre d'oeuvre choisit l'entrepreneur de forage. L'étude du puits de forage : Elle consiste a déterminé: - la profondeur théorique du puits. - les diamètres de forage - les diamètres de cuvelages +diagraphie électrique - les zones à risques - les différents types de fluide de forage à utiliser - le moment précis le montage de la tète de puits - par phase les outils de forage a utilisé B/ formation du site d'extraction Formation on shore (terrestre) : Sur terrain accessible, tous les matériaux sont transportés par camion (max 50 tonnes) comme le mat de forage qui sera assemblée sur place ou bien les pompes de forages qui sont expédié déjà assemblés. Sur terrain difficile, montagneux ou en Alaska par exemple l hélicoptère est principalement utilisé pour des charges moyennement lourde (max 2tonnes). Formation offshore (en mer) : Utilisation du type de plateforme en fonction de la profondeur de l eau. Tripode : max 120mètres d eaux, pouvant forer sur une profondeur de 5000mètres. Semi-submersible : 120 a 2000mètres d'eau, pouvant forer sur une profondeur de 10 000mètres. Bateau de forage à positionnement dynamique : Dernière génération pouvant atteindre une tranche d'eau de 5000mètres pouvant forer jusqu'à 10000mètres. Son atout principal étant sa mobilité qui lui permet d'éviter le danger atmosphérique. II/le forage : Différentes méthodes: Le début des opérations change selon le milieu (terrestre ou sur plateforme pétrolière) mais le puits d'exploration est toujours vertical pour n'importe quelle situation. Ceci va ensuite aboutir avec un forage sans ou très peu de déviation (max : 2°) ou si besoin avec un forage en déviation. Ensuite l'opération continue avec un forage de gros diamètre qui va diminuer au fur et à mesure de la profondeur forée pour atteindre son objectif. Le forage rotary : Méthode la plus ancienne, elle consiste à faire tourner le train de sonde entier par une puissance mécanique entrainé électriquement, moin utilisé de nos jours car elle ne permet pas de manoeuvre. Forage à tête rotative : Seul la tête de forage qui tourne, elle est entrainé par un moteur hydraulique ou électrique. C'est la méthode classique utilisé dans la plupart des forages. Turbo forage : Similaire à la méthode précédente, sa différence étant que sa tête est entrainée par une turbine actionnée par la boue de forage. Il est utilisé principalement lors d'un puits en déviation. Forage a air : Forage sous pression, l'air remplace la boue. Il est utilisé dans les zones très fracturés car il y aurait trop de perte de boue. III/extraction de « l'or noir « A/procédés de récupération Pourquoi optimiser la production? Et comment? Optimiser la production des sites d'extraction est le challenge pour les ingénieurs depuis toujours. Comme dis dans la définition du gisement, augmenter le taux de récupération permettrai de récupérer le plus de pétrole possible en moins de temps possible et donc d'être plus rentable pour les entreprises. Sachant qu'il n y a environ que 35% du gisement exploité, le reste est abandonné alors qu'il pourrait être récupéré pour éviter une nouvelle recherche d'un gisement et de la création d'un autre site qui coute plus d'argent et est bien sur plus long. Cette amélioration se fait par l'évolution des techniques dans tous les domaines du procédés, optimalisation de l'implantation des puits, améliorations des outils (ex : le trépan -> les matériaux change selon l'époque qui montre bien l'évolution des techniques), bonne gestion de la production entière des gisements, augmenter sa durée de vie, etc... Les ingénieurs procèdent généralement de trois manières différentes : primaire, secondaire, tertiaire. Chacune de ces méthodes à sa caractéristique bien définit. Méthode primaire: Elle consiste à régler le débit de pression libéré par les gisements pour raison de sécurité ou pour éviter de récupérer soit que du gaz ou l'eau qui a était injectée. Elle permet de rester en condition d'écoulement monophasique. Cette méthode permet de récupérer 5-10% de pétrole s'il est lourd et environ 25% s'il est léger. Méthode secondaire: Cette technique permet de continuer la production du pétrole lorsque que la pression du gisement n'est devenu trop faible ce qui indique la fin de la méthode primaire. Elle consiste à stabiliser la pression par l'injection de fluides comme de l'eau ou du gaz de façon particulière (l'eau doit être traité et différent gaz utilisé pour soit déplacer le pétrole soit pour remonter la pression). Cette méthode représente 2/3 de la récupération totale de "l'or noir". Méthode tertiaire : La méthode tertiaire est la technique la plus avancé et nouvelle à ce jour. Elle vise à pousser le pétrole vers les puits de production plus rapidement, ainsi qu'à augmenter sa fluidité ou bien a diminuer la perméabilité de plusieurs couches qui nuit à un balayage complet de la zone. Pour cela rendre possible, cette méthode consiste à faire une injection de vapeur, de CO2, ou bien même de polymères. Une extraction avec tant d'incertitudes Bien qu'il y ait une grande évolution des techniques de recherche, de forage et d'extraction, de nombreuses incertitudes et de craintes reste à ce jour présent dans ces domaines. Les travaux de sismiques, les simulations, malgré ces procédés il y a toujours présence de zone d'ombre. Dans la plus part du temps, les ingénieurs déterminent le gisement lors de la fin des opérations quand ce dernier est pratiquement épuisé. Le but étant de réduire ces incertitudes et donc de réduire les conséquences possibles. Tous les chercheurs sont sur le même projet : effacer les plages d'incertitudes qui peuvent être la perméabilité des couches, ou bien leur porosité ou l'optimisation de l'implantation des puits etc... Pour finir, les incertitudes peuvent avoir des effets mineur ou majeur et affecter la récupération du pétrole. La seule solution étant de réduire ces incertitudes en optimisant au maximum la récupération. 1/une méthode vieille comme le monde! La tête de cheval: Cette technique est la première à réussir et garantir l'extraction du pétrole sans perte et avec un débit continu. Elle est également appelée chevalet de pompage ou bien pompe a balancier. La tête de cheval est constitué d'un moteur qui créer un mouvement de rotation faisant descendre l'extrémité d'une poutre métallique relié à une pompe à l'intérieur du puits. Cette technique est primaire est ne comporte pas de complexité, de plus elle est peu couteuse et travaille en continu mais demande une main d'oeuvre permanente, ayant un faible débit elle est utilisé que pour les petits gisements. 2/l'hydro fracturation, une révolution La méthode qui révolutionna le débit des puits pétrolier, ouvrant la porte au monde moderne. Elle est la méthode la plus utilisé à notre époque, elle consiste à fissurer la roche grâce à une injection d'eau de sable ou même de produits chimiques à haute pression pour puiser les gisements de pétrole ancien qui était non rentable et de nouveaux gisements qui n'étaient inexploitable car n'ayant qu'un faible débit naturel et de moyens trop modestes ils étaient inimaginable. 3/injection de CO2, une bonne affinité La méthode d'injection est la plus courante car elle peut se familiarisé avec beaucoup de milieu étant la forme évolué de la récupération secondaire. L'eau et l'air sont les deux les plus utilisés dans ce domaine mais le CO2 a fait son entrée. Le CO2 est une ressource dure à ce procuré surtout en grande quantité. Généralement il est impossible de ce procurer du CO2 à l'endroit même de l'extraction, c'est pourquoi la mise en oeuvre de ce procédé suppose qu'il faut amener des stocks énormes de CO2 et donc d'augmenter les coups économiques secondaires. Bien qu'il possède cet inconvénient il possède des caractéristiques très utiles pour l'extraction, plus que l'air ou l'eau. Il permet de diminuer les forces capillaires des pores de la roche, il diminue la viscosité et augmente le volume du pétrole ce qui rend la production bien plus facile, plus fluides et donc plus rentable. 4/Pour les gisements délicats Les méthodes thermiques: La méthode thermique est l'une des techniques les plus évolués à ce jour. Elle permet d'extraire le pétrole lors de situation critique ou pour une rentabilité maximal. Comme son l'indique "thermique" elle utilise beaucoup d'énergie et donc utiliser que pour les plus gros gisements. Elle consiste à chauffer le pétrole en injectant de la vapeur d'eau pour le fluidifier. Fluidifier le pétrole permet de réduire sa viscosité et donc d'augmenter son débit d'écoulement. Le pétrole peut être très visqueux, épais et s'écoule trops lentement pour être rentable. En plus de réduire la viscosité du pétrole, la vapeur d'eau permet aussi de déplacer le pétrole. Cette technique est encore très récentes et donc peut utiliser ou autoriser dans certains pays, Mais d'après une étude approfondie, cette méthode permettrai de récupérer du pétrole de centaines de gisements jusqu'à la inexploitable et donc d'augmenter de plusieurs décennies l'exploitation du pétrole et tout se qui en découle. 5/Un procédé prometteur Oxydation et combustion in situ: Cette technique est encore trop récente et donc en phase de test. Son principe étant de réchauffer la roche en faisant bruler une partie du pétrole directement dans le gisement. Grâce à une combustion alimentée par une injection d'air, les fractions les plus lourdes du pétrole commencent à bruler. La température dans le gisement bondit de 600°C - 800°C ce qui pousse l'huile vers le puits d'extraction. Pour le moment, 50% de toute l'extraction faites par ce procédé ont eu un succès technique et juste la moitié de ces 50% donc 1/4 des extractions à était rentable. Elle n'est utilisée que sous présence de bruts (pétrole) lourds car si le pétrole est trop léger, il n'y aura pas d'allumage spontané entre l'huile et l'air--> combustion incomplète + oxydation partielle. Bien qu'il y ai beaucoup d'inconvénients pour le moment sur ce projet, les chercheurs l'optimisent car elle ouvre la porte à de nombreux gisements pouvant être extrait que de cette manière. IV/ évolution ... A/ Des techniques de recherches D'abord les géologues dressaient une carte du sous-sol à partir des informations obtenues en surface par examen des affleurements et dans les airs par photogéologie Ensuite est venu la sismique réflexion, système qui permet d'obtenir une échographie 2D des couches géologiques prospectées. Cette technique a ensuite été adaptée pour les forages offshores. Pour passer à une image en 3D on augmente les angles de production des ondes sismiques Beaucoup plus onéreuse, l'imagerie sismique 3D est aussi beaucoup plus précise et permet de visualiser les volumes des gisements. Ces techniques sont en constante évolution et sont de plus en plus précises. B/ Des outils de forages 1/ Le trépan : Désormais constitué de diamants et de carbure de tungstène, ils peuvent supporter 300 tours minute et heures durent environ 40h. Ils étaient, auparavant constitué d'acier. 2/