Presentation bruno goffe_gaz_schiste

Gaz de schistes Gaz de roche mère

Gaz de Shale Gaz non conventionnels

Bruno Goffé

Affleurement de couches contenant du gaz de schiste (Fontaine ardente de Gua dans le Dauphiné)

Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013

Terminologie Schiste, shale, roche mère, conventionnel, non conventionnel?

– Schiste (français) et Schist (anglais) réfère géologiquement à une roche sédimentaire métamorphisée à plus de 200 °C, qui ne contient plus (ou peu) de méthane mais peut être riche en carbone (Anthracite-graphite). Mais usuellement en français le mot schiste est aussi utilisé pour toutes les roches sédimentaires de couleur sombre à grains très fins présentant un débit planaire.

– Shale (mot uniquement anglais) réfère à une roche sédimentaire argileuse riche en carbone organique qui peut contenir de l’huile ou du gaz. Sa traduction littérale en français est pélite.

– Roche mère réfère à la roche à l’origine de la formation des pétroles et des gaz

– Conventionnel et non conventionnel référent aux technologies d’exploitation des matières premières

Pratiquement, en français « gaz de schiste » peut être utilisé dans le sens commun, tandis que géologiquement et technologiquement les expressions

«gaz de roche-mère» et « gaz non conventionnel » sont les bonnes.



Formation des Hydrocarbures

Coupe dans la partie externe de la

terre

Le pétrole et le gaz naturel se forment

dans les bassins sédimentaires entre 1000 et 6000m de

profondeur


Origine du Pétrole et du Gaz naturel (formation de roches-mères)

Forêts inondées

Enfouissement et dégradation des végétaux dans des marécages

Compaction et altération chimique

Un profond enfouissement génère du

charbon et du gaz

Lacs ou mer

plancton

Plancton mort coule

Boues riches en matière organique

L’enfouissement génère du

Pétrole et du gaz


Formation des Hydrocarbures Sous l’effet de l’augmentation la pression et de la température avec la profondeur, la roche-mère produit des hydrocarbures (Huiles, gaz) et un résidu insoluble appelé Kérogène. Huiles et gaz peuvent s’échapper de la roche-mère et migrer à travers des roches perméables jusqu’à qu’ils soient arrêtés par des roches imperméables formant une « couvertures ». Les hydrocarbures s’accumulent alors dans la roche poreuse pour former un réservoir. S’ils ne sont pas arrêtés lors de leur migration ces hydrocarbures peuvent s’échapper à la surface . Le kérogène reste dans la roche-mère.

+

Coupes verticales dans un bassin pétrolier

Gaz de schiste: méthane (gaz shale) Gaz de houille: méthane (coalbed methane) Gaz de mine: méthane Huiles de schistes: hydrocarbures souvent lourds (oil shale)


Les différents types de gisements de gaz

Gisements non conventionnels

roches poreuses et perméables

roches poreuses et imperméables

Gaz de mine : exploitation existante nord de la France


Relations entre sources de matières organiques

profondeur et température

lacustre

marins

terrestre


Kerogène

Huile +

Gaz +

http://monash.edu/

Ref : http://www.ihrdc.com/

Le gaz de schiste en quelques mots • Le gaz de schiste est un gaz naturel le plus souvent enfoui

à très grande profondeur (1500 à 3000 m), dans des roches compactes et imperméables. Ses réserves sont considérables et bien réparties dans le monde : on estime qu'elles pourraient fournir 120 à 150 ans de la consommation actuelle de gaz naturel.

• En Europe, les réserves de gaz de shale sont estimées entre 3 000 à 12 000 milliards de m3 (entre 75 et 300 ans de consommation annuelle de la France).

• L’évaluation de ces réserves fait actuellement débat (par

exemple en Pologne: entre 30 et 440 ans de consommation du pays, Exxon a arrêté l’exploration).


Dans le monde


Dans le monde


Source IEA WO 2011

Les ressources de gaz de shale et gaz de charbon en Europe

Source: Le Monde, 21/12/2012

Shale (oil+gas) Charbon


En France exemple du Bassin Parisien


Source BRGM

Du charbon à très grande profondeur (6000m) dans le socle?

L’état de la connaissance académique: huile de shale

Nombre annuel de publications scientifiques ayant pour sujet « shale oil » ou « oil shale » dans le catalogue « Web of Science » entre 1975 et 2012. Leur nombre annuel est influencé par les cours du pétrole.

3759 publications, 1975-2012


L’état de la connaissance académique: gaz de charbon

Nombre annuel de publications scientifiques ayant pour sujet « coalbed + methane » dans le catalogue « Web of Science » entre 1975 et 2012.



L’état de la connaissance académique: gaz de shale

Nombre annuel de publications scientifiques ayant pour sujet « shale gas » ou « gas shale » dans le catalogue « Web of Science » entre 1975 et 2012. Leur nombre augmente fortement depuis 2007 (données au 31 Décembre 2012). Une grande partie de la connaissance est « privée » (compagnies pétro-gazières)



Technologies d’exploitation des gaz de shale


La fracturation Hydraulique

Inventée en 1949

Plus d’un million de puits

Toutes applications

En 1990 elle est associée au forage horizontal

Schéma d’un forage horizontal utilisant une fracturation hydraulique

Source: Induced seismicity potential in energy technologies, National Research Council of the National Academies; The national Academies Press Washington, 2012

Les fractures sont en jaune (cf agrandissement). Le forage appelé « domestic well » donne une échelle comparative des profondeurs d’exploitation pour l’eau. Les profondeurs indiquées sont les moyennes observées pour les USA (les profondeurs et distances de 2000 et 10000 pieds correspondent à environ 600 et 3000 m).


25% du gaz est produit la première année

James E. Mason, Hydrogen Research Institute, Farmingdale, NY, Oil & Gas journal

Production à Fayetteville (USA)

5 puits

en m

illio

ns

de

pie

ds

cub

e


Les impacts environnementaux

Technique de fracturation hydraulique par puits horizontaux et enjeux environnementaux associés à la production de gaz de schiste. Image de fond : Schlumberger.


Les impacts environnementaux spécifiques aux gaz de schiste

- Mise en contact avec un aquifère profond du fait du réseau de fissures existant.

- Mise en contact avec un aquifère profond du fait d’une fracturation progressant vers la surface.

- Consommation d’eau - Emploi du procédé à une

très grande échelle avec multiplication des puits.

X


- Mauvaise étanchéité du tubage (casing) au passage d’un aquifère

- Fuite de surface (arrive aussi pour les gisements conventionnels!)

- Traitement des eaux de forage (lixiviation, réinjection souterraine, filière de traitement en surface)

- Remplacement d’additifs dangereux par des équivalents moins nocifs (REACH)


Les impacts environnementaux non spécifiques aux gaz de schiste

Fracturation hydraulique: la consommation d’eau Shale (USA) Profondeur

(m) Porosité (%) Carbone

organique (%)

Profondeur aquifère (m)

Eau consommée

m3/puits

Barnett 1980-2591 4-5 4,5 366 8700

Fayetteville 304-2135 2-8 4-10 152 11000

Haynesville 3200-4115 8-9 0,5-4 122 10200

Marcellus 1220-2590 10 3-12 259 14400

GWPC and ALL Consulting, 2009

Pour comparaison: Un golf haut de gamme de 18 trous en France consomme en moyenne 5.000 m3/jour, (eau apportée, ref : rapport

OPECST, Sénat 2003)

ce qui correspond à la production nécessaire à la satisfaction des besoins d'une collectivité de 12.000 habitants

ce qui correspond à la moitié des besoins en eau d’un puits de shale gaz


Modifié d’après Arthur et al. 2009 (2009 SPE Americas E&P Environmental & Safety Conference, San Antonio, TX, SPE 121038)

polyacrylamide Acide Chlorydrique

glutaraldéhyde

quinoléine

isopropanol

hydroxyéthylcellulose

Ethylene glycol

La contamination chimique…les additifs

Une dizaine de produit parmi 750 références vendues par 2500 sociétés aux USA

Du bénin au dangereux

carbonates

sables

Gomme de guar

La contamination chimique… le sous-sol

Indépendamment des additifs injectés, les substances naturelles associées aux fluides des gisements de gaz peuvent être remontées en surface.

Les Schistes à gaz sont aussi des ressources minières !


Le fluide de formation (saumure)

Les Gaz (méthane, éthane, sulfure d’hydrogène, Hydrogène, hélium)

Eléments en trace (mercure, plomb, arsenic, lithium, fer, …)

Élément en trace radio-actif (Radium, Thorium, Uranium)

Matière organique (acides, aromatiques polycycliques volatils et semi volatils),

Fuites de méthane observées : Origines possibles

1- Méthane biogénique: généré par la respiration des microorganismes dans les couches plus superficielles

2- Méthane géogénique: flux naturel dans les zones de failles de fortes pressions

3- Méthane exploité : fuites induites par les activités de fracturation Différentiation possible des origines par la signature chimique et isotopique


Nature des chemins de migration - fracturation existante - fracturation induite - fuite entre puits de production ou puits voisins

Migration des gaz différente de la Migration des fluides - chemins d’écoulement différents - processus de transport différents (vitesse de migration)

plate-forme de forage (Horn River Basin), 14 puits forés Durée de la mise en place ~1 an 1/2

Occupation des sols (aux USA)

Zone d’exploitation dans le Wyoming (Jonah Field)

J. SARTORE/National Geographic Stock

Densité des infrastructures aux USA : 3.5 « plates-formes » / km2

En moyenne 6 puits par plate-forme, max actuel 40

Source: [Wood et al.,

2011; rapport, Université

de Manchester,

Angleterre]

plateformes

La densité des forages

1-1,5 km (extensible 4 km)

Exemple de projet à 16 drains 6,4 x1,7 km

• Sismicité induite: elle est faible car les volumes d’eau injectés sont plutôt faibles et les injections sont de courtes durées (quelques heures à quelques jours). La magnitude est très faible (négative = chute d’un objet lourd).

• La sismicité induite est différente de la sismicité déclenchée, possiblement plus forte.

Coupe au travers d’un puits de stimulation montrant six épisodes d’hydrofracturation et la sismicité induite (magnitude -1,0 to -2,5) en moins de 24 heures.

Warpinski et al., 2005

Le Risque sismique


Carte de la sismicité induite aux USA à l’occasion de diverses injections de fluide

Source: Induced seismicity potential in energy technologies, National Research Council of the National Academies; The national Academies Press Washington, 2012


Relation entre les magnitudes maximales recensées des séismes créés ou probablement créés par des injections de fluides pour la production d’énergie aux USA et la quantité de fluide injecté pour différentes applications Source: Induced seismicity potential

in energy technologies, National Research Council of the National Academies; The national Academies Press Washington, 2012


Ou en est la recherche

• Mais des recommandations exprimées dans le Rapport de l’Alliance pour l’Energie ANCRE « Programme de Recherche sur l'Exploitation des Hydrocarbures de Roches Mères »


Aucun programme de recherche public en France sur ce sujet

Recommandations


Connaître la ressource

Améliorer et Controller les techniques existantes

Développer des technologies alternatives

Impliquer le citoyen

Définir et appliquer les réglementations

Mettre en place un site pilote de recherche

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