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Les techniques alternatives à la fracturation hydraulique pour l'exploration et l'exploitation des hydrocarbures non conventionnels (Rapport d'étape)

5 juin 2013 : Les techniques alternatives à la fracturation hydraulique pour l'exploration et l'exploitation des hydrocarbures non conventionnels (Rapport d'étape) ( rapport de l'opecst )

B. LA STIMULATION PAR D'AUTRES PROCÉDÉS PHYSIQUES

D'après Total, la fracturation par explosif serait, d'un strict point de vue technique, une voie envisageable, ne nécessitant ni eau ni additifs. Elle a fait l'objet de procédés commercialisés.

Deux autres pistes explorées doivent être mentionnées au moins à titre prospectif. Il s'agit de procédés électriques et thermiques.

1. La fracturation par arc électrique

Il s'agit de passer d'une sollicitation statique de la roche à une sollicitation dynamique, afin de fragmenter le matériau en sorte de créer un réseau très dense - plutôt que très étendu - de fissures. Cette technique a notamment été étudiée au laboratoire des fluides complexes et leurs réservoirs de l'Université de Pau et des Pays de l'Adour.

Le chargement appliqué à la roche est une onde de pression générée par une décharge électrique entre deux électrodes placées dans le puits de forage, rempli d'eau. La durée de cette onde est de l'ordre de la centaine de microsecondes. Cette onde est transmise à la roche par le fluide présent dans le puits. Elle crée une microfissuration dont la densité décroît lorsqu'on s'éloigne de ce puits.

APPLICATIONS DE CHOCS ÉLECTRIQUES DANS UN PUITS PÉTROLIER

Source : thèse de Wen Chen sur la fracturation électrique des géomatériaux (2010)

Total, qui a commandé des recherches sur la fracturation par arc électrique et déposé deux brevets à ce sujet en mars 2011, considère que ce n'est pas pour le moment une alternative viable à la fracturation hydraulique à base d'eau, notamment car elle ne permet de stimuler que la proximité immédiate du puits. Cette technique aurait toutefois un intérêt pour d'autres applications.

Si l'électro-fracturation permet de se passer de produits chimiques, elle implique la gestion d'installations électriques en surface. Ses conséquences sur l'environnement restent à étudier.

2. La fracturation par procédé thermique

Des procédés de chauffage ont déjà été utilisés par l'industrie pétrolière pour améliorer le taux de récupération des huiles ou pour accélérer la maturation de la matière organique (dans le cas des schistes bitumineux par exemple).

La fracturation par effet thermique consiste à chauffer le matériau afin de déshydrater la roche, ce qui conduit à une rétractation et donc à une fissuration de celle-ci. L'espace libéré par l'eau augmente la porosité et donc la perméabilité de la roche. L'expulsion de l'eau favorise celle des hydrocarbures. Par ailleurs, le chauffage a pour effet d'augmenter la maturation du kérogène ou de favoriser la transformation d'hydrocarbures liquides et visqueux en composés gazeux légers.

Les verrous scientifiques à lever avant d'utiliser à grande échelle cette technologie sont considérables, s'agissant notamment des réponses à apporter aux enjeux environnementaux.

AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DES PRINCIPALES TECHNIQUES ALTERNATIVES

À LA FRACTURATION HYDRAULIQUE À BASE D'EAU

Principe

Avantages

Inconvénients

Multi-drain : forer une multitude de petits drains latéraux à partir d'un puits pour augmenter la surface de contact

Faible usage d'eau

Absence d'additifs

Le nombre de drains à forer serait trop élevé dans le cas des HNC

Flambage : enlever un volume de roche pour créer par effondrement limité en profondeur des fractures

Faible usage d'eau

Absence d'additifs

Pas de retour d'expérience

Découpe : créer mécaniquement des fissures dans la roche

Faible usage d'eau

Absence d'additifs

Au stade de la R&D

Explosifs conventionnels : Mise à feu d'un ergol qui libère du gaz à haute pression, ce qui permet la fracturation de la roche

Absence d'eau

Absence d'additifs

Méthode commercialisée (groupe Expro)

Difficulté de stimuler un large volume de réservoir

Risques d'explosion en surface

Toxicité des résidus

Fracturation électrique

-Arc : créer une onde acoustique dans le puits à proximité du réservoir, à l'aide d'un arc électrique

-Autre procédé dit HPP : envoyer des pulses de pression à partir du puits pour désagréger la roche

Faible usage d'eau

Absence d'additifs

Au stade de la R&D

Ne permet de stimuler que la proximité immédiate du puits donc insuffisamment efficace

Fracturation au méthanol ou au diesel

Pas d'usage d'eau

Faible nombre d'additifs

Technique opérationnelle

Risques en surface (déversement, explosion)

Risque de contamination en cas de perte d'étanchéité du puits

Stimulation au propane 

Pas d'usage d'eau

Faible nombre voire absence d'additifs

Peu ou pas de réaction avec le substrat

Technique opérationnelle

Infrastructures supplémentaires en surface

Risques en surface (explosion)

Risque de contamination en cas de perte d'étanchéité du puits

Usage d'hélium cryogénisé comme fluide de base : forte expansion du gaz lors de son réchauffement dans le sous-sol

Pas d'usage d'eau

Au stade de la R&D

Coûts

Approvisionnement

Ne permet pas l'emploi de proppant

Usage d'azote comme fluide de base

Pas d'usage d'eau

Faible nombre d'additifs

Déjà appliqué

Restriction de profondeur

Faible volume de réservoir stimulé

Ne permet pas l'emploi de proppant

Besoin de fortes capacités de compression

Usage de CO2 comme fluide de base

Pas d'usage d'eau

Faible nombre d'additifs

Déjà appliqué

Faible volume de réservoir stimulé

Possible limitation de température

Coût du CO2

Dégagement de CO2

Usage de glycol

Risque de réaction avec le substrat (H2S par exemple)

Usage de mousse (émulsion stable entre eau et un gaz : CO2 ou azote)

Réduire la quantité d'eau

Améliore le transport du proppant

Meilleure pénétration dans la formation

Besoin d'additifs (surfactants...)

Besoin en transports plus importants

Infrastructures plus importantes

Nécessite l'usage de CO2 (émissions)

Coût du CO2

Risque de réaction du CO2 avec le substrat (H2S par exemple)

Besoin de fortes capacités de compression (azote)

Risques associés à un stockage de gaz en surface.

(d'après : Total)