Exploration et production du pétrole

Pétrole, exploration et production du
Il y a dans l'industrie pétrolière un diction selon lequel « le pétrole se trouve dans la tête des hommes », parce que même à l'aide des techniques scientifiques les plus poussées, il faut une bonne mesure d'interprétation créative pour découvrir les gisements cachés. Tant qu'un puits n'est pas foré, la présence de gaz ou de pétrole demeure théorique, et c'est ce qui explique la présence de nombreux puits secs dans les régions où l'on exploite pourtant déjà du pétrole. Une fois qu'un gisement est découvert, sa valeur dépend encore de l'homme. En effet, la prospection et l'exploitation sont coûteuses et elles ne rapportent que si les gens ont suffisamment besoin de pétrole ou de gaz pour accepter d'en payer le prix.

On connaît depuis des siècles l'existence du pétrole, mais les forages pétroliers n'ont commencé qu'au milieu du XIX^e siècle, au moment où une pénurie d'huile de baleine coïncide avec l'invention d'un procédé de raffinage qui permet de transformer « l'huile de roche » en pétrole lampant (voir GESNER, ABRAHAM). Depuis, la demande en gaz et en pétrole a connu des hauts et des bas, dont les conséquences se sont fait sentir sur les prix et la prospection.

Géologie et géophysique
Le relief de la terre offre souvent au géologue de terrain des indices au sujet du sous-sol. Parfois, ces indices sont évidents, comme un suintement de pétrole, un dégagement de gaz ou un affleurement de ROCHES SÉDIMENTAIRES ou de FOSSILES visible sur une couche rocheuse inclinée dans une montagne. Cette couche rocheuse peut avoir été jadis un fond marin qui a été plié, incliné et exposé à la suite des mouvements constants de la croûte terrestre pendant des millions d'années (voir TECTONIQUE DES PLAQUES).

Il s'agit d'un indice important, car ces couches rocheuses repliées ou un peu inclinées cachent souvent des gisements de pétrole ou de gaz. Par contre, les pièges à pétrole et à gaz qui servent de réservoir se trouvent souvent à des milliers de mètres sous la surface, et il arrive qu'ils soient recouverts d'une plaine. Les photographies aériennes et les cartes topographiques sont utiles pour déterminer la composition du sous-sol, et la géophysique appliquée l'est encore plus pour établir des cartes des structures du sous-sol.

La géophysique est l'étude des propriétés physiques des roches, comme le magnétisme, la résistivité et la radioactivité. Parmi les instruments utilisés par le géophysicien, on note le magnétomètre et le gravimètre, qui permettent d'identifier les types de roches. Ces deux instruments ont sans cesse été améliorés depuis leur invention dans les années 1800. Les roches sédimentaires profondément enfouies sont souvent très denses, et leur teneur en FER et en autres matières détectables au magnétomètre est élevée. Le gravimètre mesure également les fluctuations du champ de gravité dues à la présence de roches différentes et aide à localiser certains types de roches sous la surface.

Un autre instrument, le sismographe, permet presque au géophysicien d'obtenir une image des formations rocheuses souterraines. Cet instrument utilise le principe de la propagation des ondes sonores. Ces dernières sont générées par de petite charge de dynamite ou par des méthodes de percussion ou de vibration. Au cours de leur déplacement vers le bas à travers divers types de roches, elles sont successivement et partiellement réfléchies vers la surface. L'intensité et la vitesse des ondes réfléchies renseignent le géophysicien sur le type et la structure des roches qu'elles ont traversées. En surface, les ondes sonores sont enregistrées par des géophones. Ces appareils très sensibles sont connectés à des ordinateurs qui produisent des « images », c'est-à-dire des sismogrammes qui révèlent au géophysicien la composition de la structure des roches situées en profondeur.

Exploration
La seule façon de connaître avec certitude ce qui se trouve dans ces roches est de forer un puits. Même avec l'utilisation des techniques modernes de la géophysique et de la GÉOLOGIE, le forage demeure une opération risquée. En effet, les chances de succès des forages d'exploration effectués dans une région où il n'y a jamais eu aucun forage sont plutôt faibles. Sur 7 ou même 10 puits d'exploration, un seul trouvera des réserves de pétrole ou de gaz assez importantes pour être commercialisées. Pour être rentable, un puits doit produire suffisamment de gaz ou de pétrole pour justifier les coûts de forage et de mise en exploitation. Sur les terrains pétrolifères dont la richesse est indéterminée, les premiers puits d'exploration ne sont que des essais qui ne visent pas à trouver du gaz ou du pétrole. Par contre, après l'analyse d'échantillons et de débris de roches prélevés, ils permettent d'obtenir des renseignements précieux sur la nature des roches et la probabilité d'y trouver du pétrole ou du gaz.

Lorsque les puits d'exploration indiquent la présence de quantités exploitables de pétrole ou de gaz, des puits de développement sont forés afin de déterminer les dimensions et le potentiel du champ. Les chances de succès des forages de développement sont plus élevées, puisque 6 ou 7 forages sur 10 réussissent. Toutefois, le facteur de risque subsiste, parce que la quantité de pétrole ou de gaz peut être insuffisante pour justifier l'exploitation ou la technologie nécessaire peut être trop coûteuse.

Les cycles de forte expansion et de ralentissement qui caractérisent la prospection pétrolière au Canada ne reflètent en rien les quantités de pétrole ou de gaz qui restent à découvrir et à exploiter. Ils dépendent plutôt de l'équilibre entre l'offre et la demande. Par exemple, le champ pétrolifère NORMAN WELLS, dans les Territoire du Nord-Ouest, découvert en 1920, était considéré trop éloigné pour susciter l'intérêt dans le Sud du Canada. On ne raffinait sur le site que le pétrole nécessaire pour répondre à la demande locale. Au milieu des années 70, le développement à grande échelle de Norman Wells est devenu rentable en raison de la diminution des réserves de pétrole et de la hausse des prix.

La technologie a également des effets sur les activités de prospection. Par exemple, l'exploitation intensive de grandes quantités de pétrole lourd dans la région de LLOYDMINSTER n'a pu se faire qu'avec l'amélioration des techniques d'extraction.

Forage
Le romantisme qui entoure le forage est peut être lié au facteur de risque ou encore à l'image fautive présentée par le cinéma et la télévision qui montrent des hommes costauds manipulant de l'équipement lourd, des éruptions incontrôlées et des puits qui explosent, alors que de nos jours, le forage est axé sur des technologies de pointe. Le savoir-faire est plus important que la force musculaire. De plus, le perfectionnement de l'équipement et des connaissances ont pratiquement éliminé les risques d'éruption incontrôlée.

Au début de l'exploration pétrolière au Canada, les puits ne sont pas forés, ils sont plutôt creusés à l'aide d'un système de forage au câble. L'installation de forage au câble comporte un lourd trépan à l'extrémité affûtée qui est suspendu à une poulie ou à un câble. C'est par le pilonnage constant du trépan sur le sol que l'on creuse le trou. Vers la fin des années 20, la plupart des installations utilisent de l'équipement de forage rotatif qui permet de creuser plus profondément et plus rapidement.

De nos jours, le forage s'effectue à l'aide d'un trépan fixé à l'extrémité de sections de tubes d'acier. Chaque section d'environ 9 m est vissée à la section précédente. Le trépan, la masse-tige (qui alourdit le trépan) et les sections de tubes forment le « train de tiges », dont la rotation est assurée par une table de rotation. Le trépan en rotation coupe et broie les formations rocheuses tout en étant lubrifié et refroidi par la « boue de forage », un mélange d'eau ou d'huile, d'argile et de produits chimiques.

Les installations de forage conçues pour les puits très profonds (jusqu'à 5000 m) sont beaucoup plus lourdes, plus imposantes et plus solides que celles utilisées pour forer à moins de 1000 m. Pour le forage en mer, les installations de forage sont généralement fixées sur des barges ou des plates-formes qui sont remorquées d'un puits à un autre. Certaines plates-formes de forage sont construites sur des navires automoteurs spécialement conçus.

Complétion d'un puits
Les foreurs surveillent constamment la progression du forage pour être en mesure de décider rapidement d'abandonner ou d'achever un puits. Pendant le forage, on analyse les débris de roche pour déceler des traces d'hydrocarbures. D'autres évaluations et analyses sont également réalisées. Si les résultats indiquent qu'il s'agit d'un puits sec, on lui injecte du ciment et on l'abandonne. Toutefois, si les résultats semblent positifs, on procède à la complétion du puits.

La première étape de la complétion est l'installation d'une colonne de production, c'est-à-dire qu'on fixe solidement un tube d'acier jusqu'au fond du puits. L'installation de forage est ensuite remplacée par une plate-forme de maintenance montée sur camion. La colonne de production est perforée pour permettre la circulation des liquides et des gaz issus de la production dans le puits. Les perforations permettent également d'accéder à la formation de production si des activités de complétion supplémentaires sont entreprises.

Grâce aux techniques de complétion devenues rentables, en raison du prix du pétrole et du gaz ou de l'amélioration de la technologie, on peut maintenant obtenir une production intéressante en exploitant des formations dont le potentiel était considéré comme étant minimal il y a quelques années. La fracturation est la technique de complétion la plus courante. Selon ce procédé, on injecte des matières sous haute pression dans le puits pour créer des fissures dans la roche-réservoir et permettre au pétrole ou au gaz de circuler plus facilement.

Production
À mesure que la valeur du pétrole brut, du gaz naturel et des produits dérivés augmente, il devient important d'optimiser les méthodes d'extraction. Seulement 25 p. 100 du pétrole contenu dans un gisement typique peut être extrait à l'aide des moyens naturels ou des techniques de récupération primaires. Les techniques d'extraction assistées permettent d'augmenter les quantités extraites de nombreux réservoirs. La méthode par injection d'eau est la plus utilisée. Elle consiste à injecter de l'eau dans la roche-réservoir pour pousser le pétrole vers le puits. Grâce à ces techniques, le taux d'extraction peut dépasser 80 p. 100 de la réserve de pétrole.

Le gaz naturel monte en général à la surface sous l'effet de sa propre pression. C'est pourquoi la tête d'un puits de gaz n'est en général qu'une série d'étrangleurs et de vannes qui servent à régler le débit. Ce genre de tête de puits s'appelle « arbre de Noël ». Le pétrole brut, qui contient généralement une certaine quantité de gaz naturel ou de gaz associés, est parfois poussé à la surface par la pression naturelle qu'il subit, mais dans la plupart des puits de pétrole brut au Canada, le pétrole doit être poussé ou pompé jusqu'à la surface. Les appareils de pompage sont connus sous plusieurs noms : chevalet de pompage, tête de cheval et balancier.

Transport
Dans un pays aussi vaste que le Canada, le transport du pétrole et du gaz des régions productrices vers les régions consommatrices représente un secteur important de l'industrie pétrolière. Dans les provinces productrices de l'Ouest canadien, les longs trains de wagons-citernes font partie du paysage. Ils transportent une variété de produits comme l'asphalte (produite à partir du brut lourd et utilisée pour goudronner les routes), le propane, le butane et d'autres liquides ou gaz dérivés du pétrole brut ainsi que du gaz naturel. Plusieurs de ces wagons-citernes se dirigent vers les centres industriels de l'Est du pays, où les produits et les sous-produits du pétrole sont utilisés dans un grand nombre de procédés de FABRICATION INDUSTRIELLE (voir INDUSTRIE CHIMIQUE).

Avant les années 50, le chemin de fer et le transport routier étaient les seuls moyens disponibles pour transporter le pétrole et le gaz au Canada. Maintenant, le transport du pétrole et du gaz jusqu'aux régions consommatrices est effectué par PIPELINES. Au même titre que les chemins de fer qui ont joué un rôle important dans le développement du Canada, les pipelines sont devenus partie intégrante de la croissance industrielle à partir de la seconde moitié du XX^e siècle.

Raffinage
L'essence, le carburant diesel et le carburéacteur sont les produits pétroliers les plus connus, mais on retrouve de tout dans la liste des produits dérivés, des insecticides jusqu'aux shampooings, sans oublier les plastiques. Les procédés de fabrication de ces produits sont souvent complexes, mais tous reposent sur la séparation des composants du pétrole brut nécessaires à la fabrication de sous-produits utiles qui se présentent sous forme solide, liquide ou gazeuse.

Le raffinage commence par le chauffage du pétrole brut jusqu'à son point d'ébullition. Au cours de ce processus de distillation, les divers composants sont vaporisés et condensés séparément en fonction de leur point d'ébullition pour produire des hydrocarbures de base. L'essence, le pétrole lampant, le carburant diesel et le carburéacteur proviennent du distillat moyen, tandis que les lubrifiants, les cires et l'asphalte sont produits à partir des résidus.

Certains produits sont obtenus par mélange puis améliorés à l'aide d'additifs chimiques au cours de procédés de raffinage secondaires conçus pour leur conférer les caractéristiques voulues. Les raffineries peuvent aussi produire de l'huile de chauffage, du mazout lourd et des charges d'alimentation destinées à l'INDUSTRIE PÉTROCHIMIQUE.

Réglementation
La mise en marché du pétrole brut, du gaz naturel et de leurs produits dérivés est complexe. Différents règlements fédéraux et provinciaux régissent les divers aspects de la production et de la vente. Bien que les provinces régissent le pétrole et le gaz produits à l'intérieur de leurs frontières, les prix du pétrole et du gaz, le transport, les ventes à l'intérieur du pays et l'exportation relèvent du gouvernement fédéral. Les gouvernements partagent les revenus provenant des compagnies productrices par l'intermédiaire des taxes fédérales et provinciales et des redevances provinciales.

La propriété du pétrole et du gaz, en particulier dans le cas des réserves sous-marines, le droit au partage des revenus et la réglementation sont des sujets de discorde entre les gouvernements fédéral et provinciaux (voir POLITIQUE ÉNERGÉTIQUE). Le transport du pétrole et du gaz entre les provinces ainsi que l'exportation du gaz et de l'électricité sont régis par l'OFFICE NATIONAL DE L'ÉNERGIE.

Auteur ANNE MCNAMARA

Liens supplémentaires
Petro-Canada
Petro-Canada est l'une des principales sociétés pétrolières et gazières intégrées du Canada. Ce site présente un aperçu des principaux secteurs d'activités, notamment ceux de l'exploration, de la production et du marketing du pétrole et du gaz aussi bien au Canada que dans le monde. Présente également des renseignements sur la gouvernance d'entreprise, les relations avec les investisseurs, les programmes d'investissement dans la collectivité, qui permettent le financement partiel d'organismes sans but lucratif dans divers secteurs.

La tour de forage de l'Alberta
Cette exposition multimédia du Musée canadien des civilisations retrace l'histoire de l'exploitation du pétrole en Alberta.

L'Impériale
Chef de file de l'industrie pétrolière depuis plus d'un siècle, l'Impériale est l'une des plus grandes entreprises canadiennes. Vous trouverez dans cette section l'historique de la compagnie, des détails sur ses activités d'exploitation, des versions en ligne de ses publications comme le magazine primé La Revue de l'Impériale et des renseignements sur le soutien de longue date qu'elle accorde à des causes importantes.

Le pétrole et du gaz naturel de l'Arctique
Site d'information sur le pétrole et du gaz naturel de l'Arctique. Par Ressources naturelles Canada.