L’extraction du pétrole

Le pétrole est récupéré (extrait) à l'aide de différentes méthodes qui dépendent surtout de facteurs géologiques.

Les premières initiatives d’extraction du pétrole dans les sables bitumineux remontent à la moitié du 20e siècle lorsque de l’eau chaude fut utilisée pour séparer le bitume du sable. Depuis, le processus a évolué et des méthodes sophistiquées permettent aujourd’hui d’extraire le pétrole des gisements de sables bitumineux.

Qu'est-ce que le pétrole brut ?

De couleur noire, brune ou orange, le pétrole brut est un composé complexe d’hydrocarbones incluant le carbone, l’hydrogène, le soufre, l’azote, l’oxygène et des métaux. Le pétrole s’est formé il y a des millions d’années à partir de restes animaux et végétaux piégés dans le sable et le limon et pressurisés par des couches de roche sédimentaire.

Le pétrole brut peut être léger, moyen ou lourd. Les pétroles légers et moyens s’écoulent naturellement à la surface terrestre et sont habituellement extraits du sol par forages et pompage verticaux, ce qui est le cas dans les installations extracôtières canadiennes. Une partie du pétrole léger est piégée dans des formations de roches non-poreuses et imperméables comme le schiste. Ce pétrole léger peut être récupéré avec le forage horizontal et la fracturation hydraulique. Le pétrole lourd a une consistance épaisse et s’écoule difficilement, et son extraction requiert souvent des technologies évoluées.

Les réserves canadiennes de pétrole de réservoir étanche incluent la formation Bakken, principalement en Saskatchewan, plusieurs gisements en Alberta comme Cardium et Viking, et les secteurs Montney et Duvernay en Alberta et en Colombie-Britannique.

Comment extrait-on le pétrole ?

Le pétrole est récupéré (extrait) à l'aide de différentes méthodes qui dépendent surtout de facteurs géologiques.

Pétrole classique

Le pétrole classique est extrait des gisements souterrains à l'aide de méthodes traditionnelles de forages et de pompages verticaux. Le pétrole classique est liquide à température atmosphérique, ce qui lui permet de s'écouler dans les puits et les pipelines contrairement au bitume (le pétrole des sables bitumineux) qui est trop épais pour s'écouler sans être chauffé ou dilué. Il est plus facile et moins coûteux d'extraire du pétrole classique et celui-ci nécessite moins de traitement après l'extraction. Le pétrole classique peut aussi bien être terrestre qu'extracôtier.

Pétrole non classique

Le pétrole non classique ne peut être récupéré avec les méthodes traditionnelles de forage et de pompage. Des techniques d'extraction avancées, comme l'exploitation minière des sables bitumineux et les opérations in situ, sont nécessaires pour récupérer le pétrole lourd qui ne s'écoule pas de lui-même. On appelle aussi non classique le pétrole piégé dans des formations qui rendent difficile son extraction, comme le pétrole léger de réservoir étanche, car des techniques alternatives sont nécessaires pour exploiter ces réserves souterraines. On trouve du pétrole léger de réservoir étanche dans la majeure partie du Bassin sédimentaire de l'Ouest du Canada (BSOC), et dans le centre et l'Est du Canada. Il est situé en profondeur sous la surface terrestre, principalement dans des formations rocheuses à faible perméabilité comme le sable, le grès et l'argilite. Son extraction nécessite le forage horizontal et la fracturation hydraulique.

Extraction de surface

La récupération du pétrole dans les sables bitumineux utilise deux méthodes principales: l’exploitation minière ou in situ, selon la profondeur des gisements de sables bitumineux.

L’exploitation minière à ciel ouvert est utilisée lorsque les gisements de sables bitumineux se trouvent à moins de 70 mètres (200 pieds) de la surface de la terre. Vingt pour cent des réserves de sables bitumineux sont suffisamment proches de la surface pour être exploitées. De grosses pelles ramassent le sable pétrolifère dans des camions de transport qui le transportent vers des concasseurs où de grosses mottes sont décomposées. Le sable pétrolifère est ensuite mélangé à de l’eau chaude et pompé par pipeline vers une usine appelée valorisation, où le bitume (pétrole) est séparé des autres composants tels que le sable, l’argile et l’eau.

Résidus des sables bitumineux

Les bassins de résidus sont courants dans tous les types d’exploitation minière à ciel ouvert dans le monde. Dans les sables bitumineux, les résidus – constitués d’eau, de sable, d’argile et de traces de pétrole – sont pompés vers des étangs où le sable et l’argile se déposent graduellement au fond. L’eau près du sommet est réutilisée dans le processus d’extraction et de séparation du bitume.

Une fois qu’un bassin de résidus n’est plus nécessaire, il est récupéré. Les sociétés de sables bitumineux qui ont des activités minières recherchent de nombreuses techniques pour solidifier les résidus plus rapidement afin que les étangs puissent être asséchés, re-surfacés avec du sol et plantés d’espèces d’arbres et d’arbustes locaux.

Développement à faible impact

Saviez-vous qu'environ 0,04% seulement de la forêt boréale du Canada a été perturbée par l'exploitation des sables bitumineux?

Récupération in situ

Le bitume plus profond doit être récupéré à l’aide de la technologie in situ. «In situ» signifie «en place», car le bitume est séparé du sable sous terre, directement dans le gisement lui-même. Ceci est accompli en chauffant le bitume afin qu’il devienne suffisamment fluide pour qu’il puisse être pompé à la surface.

Il existe plusieurs façons de chauffer le bitume sous terre. Les deux méthodes couramment utilisées – SAGD et CSS – utilisent de grands volumes d’eau et brûlent du gaz naturel pour créer de la vapeur qui est injectée dans le gisement de sables bitumineux. De nouvelles recherches mènent à des technologies qui réduisent ou éliminent les besoins en eau et en gaz naturel.

Drainage par gravité assisté par vapeur (SAGD)

Actuellement, la plupart des opérations in situ utilisent le drainage gravitaire assisté par vapeur (SAGD), qui utilise des paires de puits (deux puits, un puits d’injection et un puits de production, forés l’un au-dessus de l’autre) pour récupérer le bitume.

Le puits d’injection est foré verticalement dans le gisement, puis tourné à 90 degrés et foré horizontalement. Un deuxième puits, appelé puits de production, est foré plus profondément que le premier, parallèlement à la partie horizontale du premier puits. De la vapeur est injectée dans le gisement par le puits supérieur. Le bitume chauffé commence à descendre par gravité vers le deuxième puits. Les pompes du deuxième puits aspirent le bitume dans le puits et remontent à la surface. Plusieurs puits (parfois plus de 20) peuvent être forés à partir d’un seul emplacement de surface, ce qui réduit encore les perturbations de surface.

Stimulation cyclique de vapeur (CSS)

Cette méthode pompe de la vapeur dans un puits vertical pour faire tremper ou liquéfier le bitume, qui est ensuite pompé à la surface à travers le même puits. Cette technique est répétée jusqu’à ce que la majeure partie de l’huile soit éliminée.

Extraction de pétrole en mer

L’extraction de pétrole en mer au Canada est un processus unique par rapport à l’extraction de pétrole sur les côtes. Au départ, les entreprises peuvent commencer leur processus d’exploration en examinant les données géologiques et géophysiques existantes pour en savoir plus sur les réservoirs potentiels.

Ensuite, des levés sismiques sont effectués pour cartographier les structures géologiques sous le fond marin. Si une analyse des données sismiques révèle une structure géologique qui pourrait contenir des ressources pétrolières et gazières, une entreprise peut décider de forer un puits d’exploration. Des informations précises sont nécessaires avant d’investir dans le forage d’un puits d’exploration étant donné le coût élevé du forage en mer.

Avant de commencer le forage et l’extraction de pétrole en mer, les entreprises doivent demander les approbations appropriées auprès de l’organisme de réglementation pertinent au Canada atlantique.

Développement extracôtier

Si une entreprise décide qu’elle souhaite se lancer dans la production de pétrole et de gaz naturel en mer, l’étape suivante est le développement. La phase de développement extracôtier peut durer de cinq à 10 ans, selon la taille du projet.

Pendant la phase de développement, l’entreprise élabore une série de plans qui décrivent exactement comment elle produira le pétrole et le gaz naturel dans un réservoir particulier, les mesures de protection de l’environnement qui seront mises en place pour minimiser tout impact environnemental, les mesures de sécurité qui être utilisé sur le projet, et les avantages du projet pour les communautés concernées et la province dans son ensemble (y compris l’emploi, les revenus, les contrats, etc.).

Production pétrolière extracôtier

Enfin, la production démarre sur le projet pétrolier extracôtier. La production de pétrole et de gaz naturel en mer est un processus complexe en raison des défis liés à l’exploitation dans un environnement éloigné et parfois difficile. Les installations de production sont construites pour résister à l’environnement extracôtier et à ses défis, y compris le potentiel de glace de mer et d’icebergs dans certaines régions.

Mise à niveau et raffinage

Une partie du pétrole lourd et environ la moitié du bitume produit à partir des sables bitumineux sont valorisés pour créer du pétrole brut synthétique. L’huile synthétique est généralement pauvre en soufre et ne contient aucun résidu (composants très lourds). La valorisation peut avoir lieu dans ou à proximité de la zone de production.

La mise à niveau est généralement un processus en deux étapes:

  • Cokéfaction ou hydrocraquage – utilisé pour briser les molécules. La cokéfaction élimine le carbone, tandis que l’hydrocraquage ajoute de l’hydrogène.
  • Hydrotraitement – utilisé pour stabiliser l’huile et éliminer les impuretés telles que le soufre

La valorisation utilise des catalyseurs de température, de pression et chimiques pour craquer les grosses molécules complexes du bitume en molécules plus petites. L’ajout d’hydrogène ou l’élimination du carbone de l’huile crée des molécules d’hydrocarbures comme celles de l’huile légère. Le pétrole synthétique amélioré est ensuite raffiné, tout comme le pétrole brut conventionnel, pour produire de l’essence, du diesel, du carburéacteur et du mazout.

Plus de 30% de la production pétrolière canadienne est raffinée au Canada, le reste est exporté vers des raffineries aux États-Unis.