La fracturation hydraulique ou la fracturation hydraulique en géotechnique est l'exploitation de la pression d'un fluide, généralement de l'eau, pour créer puis propager une fracture dans une couche de roche dans le sous-sol. La fracturation hydraulique est effectuée après le forage dans une formation rocheuse contenant des hydrocarbures (pétrole ou gaz naturel).
L'objectif est d'augmenter la perméabilité. Avec l'amélioration de la perméabilité, la production de pétrole ou de gaz contenu dans le sous-sol est améliorée et son taux de récupération est augmenté.
Les fractures hydrauliques des roches peuvent être d'origine naturelle ou humaine; ils sont créés et agrandis par la pression du fluide contenu dans la fracture. Les fractures hydrauliques naturelles les plus courantes sont les digues et les couches de torons, en plus des fissures de glace dans les zones à climat froid.
Les fractures d'origine humaine sont profondément induites à des niveaux précis de roche dans les champs de pétrole et de gaz. Ils sont répandus par pompage de fluide sous pression, puis maintenus ouverts en introduisant du sable, du gravier, des microsphères céramiques comme matériau de remplissage perméable.
De cette façon, les fractures créées ne peuvent pas être fermées lorsque la pression de l'eau tombe.
Fake applications
La technique de fracturation hydraulique est utilisée pour augmenter ou restaurer la vitesse d'extraction de fluides tels que le pétrole, le gaz et l'eau, y compris les dépôts non conventionnels tels que le charbon ou les roches bitumineuses.
La fracturation hydraulique permet l'extraction d'hydrocarbures à partir de roches perméables (par exemple, du calcaire compact, donc du grès et de l'argile cimentés), dont elle s'écoulerait autrement en quantités telles qu'elle permettrait l'extraction à un taux économiquement viable. L'utilisation de la cambriolage rend moins onéreuse l'obtention d'énergie fossile en rendant moins cher l'obtention de combustibles fossiles.
Par exemple, la fracturation permet l'extraction de gaz naturel des roches bitumineuses, un matériau extrêmement imperméable.
Les fractures induites augmentent la perméabilité de la roche autour du puits, augmentant le débit d'extraction.
Bien que la principale utilisation industrielle de la fracturation hydraulique soit de stimuler l'extraction de combustibles fossiles, de pétrole et de gaz naturel, elle est également utilisée:
- dans la construction de puits d'eau.
- préparer des roches pour le forage minier
- faire des procédés pour réduire les pertes (généralement les fuites d'hydrocarbures)
- éliminer les fuites en les injectant dans des formations rocheuses appropriées
- comme méthode de mesure des contraintes dans la croûte terrestre.
Méthodologie de fracturation hydraulique
Une fracture hydraulique est créée en pompant le fluide de fracturation dans le puits de forage, avec suffisamment de pression pour surmonter le gradient de fracture de la roche. Cela provoque une ou plusieurs fissures dans lesquelles le fluide pénètre, provoquant une expansion supplémentaire.
Pour garder la fissure ouverte après l'interruption du fluide de pompage, un matériau solide est ajouté. Ce matériau est appelé agent de support. Ce matériau est normalement composé de granules sélectionnés de sable de quartz ou de microsphères céramiques.
Ce matériau ajouté dans les fractures causées par la fracturation empêche la fermeture complète à la perte de pression, préservant un passage hautement perméable pour le fluide combustible fossile à extraire.
Le forage d'un trou produit des éclats de roche et des débris qui peuvent glisser dans les fissures et les pores de la paroi du trou de forage, scellant partiellement la fosse et réduisant la perméabilité - la fracturation hydraulique peut rétablir un débit d'extraction adéquat du Dépôt.
Pour cette raison, il s'agit d'une mesure standard adoptée dans tous les puits forés dans des roches peu perméables, et environ 90% de tous les puits de gaz naturel aux États-Unis utilisent la fracturation hydraulique pour produire du gaz à un prix compétitif.
Le fluide injecté dans les puits de fracturation peut être de l'eau, du gel, de la mousse ou du gaz comprimé, comme de l'azote, du dioxyde de carbone ou de l'air ordinaire. Différents types de matériaux d'entretien solides sont également utilisés: généralement du sable, mais aussi du sable enduit de résine ou des sphérules en céramique.
Pour détecter la taille et l'orientation des fractures causées, une surveillance microsismique est effectuée lors du pompage de la fracture, de l'installation de réseaux de géophones dans les puits adjacents. En cartographiant les microsismes dus à la croissance des fractures, nous pouvons déduire la géométrie approximative des fractures. D'autres informations importantes sur les contraintes induites dans les roches sont obtenues en plaçant des matrices inclinométriques.
L'équipement de fracturation standard utilisé dans les champs pétroliers comprend un mélangeur dynamique, une ou plusieurs pompes à haute pression et à haut débit (généralement des pompes triples ou quintuples) et une unité de surveillance sismique.
Les autres matériaux nécessaires sont les réservoirs, les tuyaux haute pression, les unités d'additifs et les manomètres pour contrôler la pression, le débit et la densité du fluide pendant l'injection. Les valeurs de pression et de débit du fluide varient fortement dans les différentes phases: l'injection démarre à basse pression et le débit est également de 265 litres par minute.
En phase de stress, la pression monte à 100 MPa et le débit diminue progressivement.
Avantages et inconvénients de la fracturation
Aspects économiques
L'un des grands avantages de cette technique est qu'elle permet d'exploiter des réserves de gaz qui étaient auparavant considérées comme inaccessibles. Ces sites offrent de grands avantages aux pays, aux communautés locales et à l'industrie. De plus, les différents pays contribuent à atteindre une plus grande indépendance énergétique avec les avantages géostratégiques successifs.
lutter contre le changement climatique
Initialement, cette technique a reçu le soutien de différents secteurs, y compris des groupes environnementaux. Cela est dû au fait que la combustion de gaz émet moins de CO 2 que la combustion de charbon ou de pétrole. Cependant, des recherches ultérieures ont remis en question les avantages de cette technique dans la lutte contre le changement climatique. D'une part, le gaz naturel propriétaire (CH 4 ) est un puissant gaz à effet de serre et sa filtration directe dans l'atmosphère pendant le processus d'extraction est très dangereuse.
En revanche, la course à l'exploitation de ces sites pourrait, selon les commentaires des experts, stagner dans le développement de sources d'énergie renouvelables réellement propres telles que l'énergie solaire photovoltaïque, l'énergie éolienne, la géothermie ou l'énergie. hydraulique.
En outre, d'autres experts affirment que, si la combustion de gaz est plus propre que la combustion de combustibles fossiles traditionnels, l'augmentation mondiale de la consommation d'énergie entraînerait irrémédiablement un changement climatique.
Impact sur les eaux souterraines
L'un des problèmes découlant de la fracturation hydraulique est la contamination possible des puits et des aquifères qui fournissent de l'eau potable à la population. L'industrie soutient que les barrières de ciment introduites dans les perforations empêchent le passage possible de substances nocives vers les couches souterraines où se trouve l'eau potable.
Cependant, plusieurs enquêtes de Duke University et de l'EPA (United States Environmental Protection Agency) ont montré la présence de méthane, de solvants chimiques et d'autres substances, dans des échantillons d'eau prélevés près des perforations.
Impact sur les eaux de surface
Au cours du processus de fracturation, une partie considérable du mélange d'eau, de produits chimiques et de sable injecté dans le trou de forage revient à la surface. De plus, dans ce processus, l'eau transporte des substances piégées en profondeur vers la surface.
Ces déchets sont très polluants et peuvent provoquer des catastrophes environnementales en cas de fuites dans les rivières et les dépôts d'eau de surface.
L'exemple classique de cette contamination possible s'est produit dans la rivière Dunkard Creek en septembre 2009. Une invasion d'algues microscopiques a tué une grande partie de la vie indigène de la rivière. Par la suite, on a appris que plusieurs sociétés avaient illégalement déversé de l'eau de divers centres de forage.
L'une des alternatives proposées était de traiter ces eaux dans des stations d'épuration traditionnelles. Cependant, plusieurs experts ont souligné que ces usines ne seraient pas prêtes à purifier complètement ces eaux, notamment en ce qui concerne le nettoyage des substances (radio) radioactives.
Histoire de la fracturation
La technique d'amélioration de la productivité d'un puits de pétrole par fracturation remonte aux années 1860, alors qu'en Pennsylvanie, avec l'utilisation de la nitroglycérine, la production de certains puits forés dans des roches solides a été améliorée.
La technologie de fracturation en appliquant une pression sur la roche à l'aide de fluide hydraulique, pour stimuler l'approvisionnement en pétrole des champs moins productifs, a été produite aux États-Unis en 1947 par la Stanolind Oil and Gas Corporation sur le terrain à Hugoton au Kansas.
La première entreprise à breveter une technique de fracturation hydraulique a été l'entreprise Haliburton Well Cementing Oil en 1949. Cette pratique, compte tenu de l'augmentation de la production qu'elle a provoquée, s'est rapidement répandue pour la première fois dans l'ensemble de l'industrie pétrolière américaine. Etats-Unis puis dans le monde entier.
Risques environnementaux liés à la fracturation
La fracturation hydraulique fait l'objet d'une surveillance internationale en raison des préoccupations concernant les risques de contamination chimique des eaux souterraines et de l'air. Dans certains pays, l'utilisation de cette technique a été suspendue voire interdite.
En mars 2014, la revue Endocrinology a publié un article sur les activités minières au Colorado, intitulé "Activités des récepteurs d'œstrogènes et d'androgènes pour les produits chimiques de fracturation hydraulique et les surfaces et les eaux souterraines dans une région à forte densité de forage" ... Les chercheurs ont analysé les eaux du comté de Garfield, au Colorado, où les puits de gaz de schiste sont très présents.
L'échantillonnage a montré que même la présence de «niveaux modérés» de produits chimiques dans les fluides utilisés pour la fracturation avait le potentiel d'interférer avec la fonction hormonale normale. L'un des collaborateurs de l'étude, Christopher Kassotis, soutient que des niveaux élevés de fonction hormonale altérée sont liés à l'infertilité, au cancer et aux lésions à la naissance.
Risques sismiques liés à la fracture hydraulique
La micro-fracturation hydraulique des techniques sédimentaires peut, dans certains cas, générer une microsismicité induite très localisée. L'intensité de ces micro-tremblements de terre est généralement assez limitée, mais il peut y avoir des problèmes locaux de stabilité du sol lorsque les sédiments sont superficiels.
