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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.

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 forage 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.

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.

Le Source: Carte de NGI des schistes / ressources en Amérique du Nord

L’extraction dans les sables bitumineux

La récupération du pétrole des sables bitumineux fait appel à deux méthodes : l’exploitation minière ou les opérations in situ, selon la profondeur à laquelle se trouve le gisement de sables bitumineux.

Exploitation minière en surface

L’exploitation minière en surface est utilisée pour les gisements de sables bitumineux situés à moins de 70 mètres (200 pieds) de profondeur. Ving pour cent des réserves de sables bitumineux se trouvent suffisamment près de la surface pour choisir cette méthode. De grandes pelleteuses ramassent les sables bitumineux pour les placer sur des camions géants qui les transportent vers des concasseurs où les plus gros blocs sont brisés. Les sables bitumineux sont alors mélangés avec de l’eau chaude et pompés dans un pipeline vers une usine de valorisation, où le bitume (pétrole) est séparé des autres composantes dont le sable, l’argile et l’eau.

Les bassins de résidus sont souvent utilisés dans l’exploitation minière de par le monde. Dans le cas des sables bitumineux, les résidus (eau, sable, argile et restes de pétrole) sont pompés dans des bassins au fond desquels le sable et l’argile coulent progressivement. L’eau de la surface est réutilisée pour l’exploitation minière et la séparation du bitume.

Quand les bassins de résidus ne sont plus nécessaires, ils sont remis en état. Les producteurs des sables bitumineux font des recherches sur les techniques de solidification rapide afin d’assécher plus rapidement les bassins de résidus, les remettre à niveau avec le sol, et replanter des espèces locales d’arbres et d’arbustes.

Développement à faible impact

Saviez-vous que seulement environ 0,03% de la forêt boréale du Canada a été perturbée par l'exploitation des sables bitumineux?

Opérations in situ

Les gisements de bitume situés en profondeur doivent être récupérés avec des technologies in situ. On les appelle « in situ » ou « sur les lieux » parce que le bitume est séparé du sable en souterrain, directement dans le gisement. Cela se fait en chauffant le bitume afin de le rendre suffisamment liquide pour qu’il soit pompé vers la surface.

Il existe plusieurs façons de chauffer le bitume en souterrain. Les deux méthodes les plus courantes (DGMV et CSS) utilisent de grandes quantités d’eau, en grande partie recyclée, et la combustion au gaz naturel pour créer de la vapeur qui est injectée dans le gisement de sables bitumineux. Des recherches récentes portent sur des technologies permettant de réduire ou d’éliminer le besoin d’eau et de gaz naturel.

Le drainage par gravité au moyen de la vapeur (DGMV)

La plupart des opérations in situ font actuellement appel au drainage par gravité au moyen de la vapeur (DGMV), qui consiste à forer des paires de puits superposés (les uns pour l’injection et les autres pour la production) afin de récupérer le bitume.

Le puits d’injection est foré verticalement dans le gisement, puis courbé à 90 degrés et foré horizontalement. Un second puits, le puits de production, est foré plus en profondeur et en parallèle du premier puits. De la vapeur est injectée dans le gisement par le puits supérieur, et le bitume chaud se déplace par effet de gravité vers le puits inférieur. Celui-ci est équipé de pompes qui remontent le bitume vers la surface. De nombreux puits (parfois plus de 20) peuvent être forés à partir du même emplacement de surface, réduisant d’autant plus les perturbations en surface.

La stimulation cyclique par la vapeur d’eau (CSS)

Cette méthode consiste à pomper de la vapeur dans un puits vertical pour humidifier ou liquéfier le bitume, qui est alors pompé à la surface par le même puits. La technique est répétée jusqu’à ce que la majeure partie du pétrole soit récupérée.

Extraction du pétrole extracôtier

L’extraction de pétrole au large des côtes du Canada est un processus très différent de l’extraction terrestre du pétrole. Les producteurs commencent leur prospection en étudiant les données géologiques et géophysiques pour repérer des gisements potentiels.

Ensuite, des relevés sismiques sont effectués pour dresser la carte des structures géologiques situées sous les fonds marins. Si l’analyse des données sismiques révèle une structure géologique qui pourrait contenir du pétrole ou du gaz naturel, le producteur peut alors forer un puits d’exploration. Des informations précises sont requises avant d’investir dans un puits d’exploration étant donné le coût élevé du forage extracôtier.

Avant d’entamer le forage et l’extraction du pétrole extracôtier, les producteurs doivent obtenir les autorisations des autorités réglementaires compétentes des provinces de l’Atlantique.

Exploitation extracôtière

Si un producteur décide de se lancer dans l’extraction du pétrole ou du gaz naturel extracôtiers, la prochaine étape est l’exploitation. Cette phase peut prendre de cinq à dix ans selon l’envergure du projet.

Durant la phase d’exploitation, le producteur crée une série de plans qui détaillent précisément comment il compte extraire le pétrole ou le gaz naturel d’un gisement donné, les mesures de protection environnementales qui seront mises en place pour minimiser tout impact sur l’environnement, les mesures de sécurité qui seront nécessaires, et les retombées du projet sur la collectivité et la province dans son ensemble (incluant l’emploi, les revenus, les contrats, etc.).

Production extracôtière

La production de pétrole ou de gaz naturel du projet extracôtier peut alors débuter. C’est un processus complexe en raison des défis liés à la distance et à l’environnement parfois hostile. Les installations de production sont bâties pour résister à l’environnement extracôtier et à ses défis, comme la formation de glace et les icebergs dans certains secteurs.

Valorisation et raffinage du pétrole

Une partie du pétrole lourd et près de la moitié du bitume des sables bitumineux sont valorisés pour obtenir du pétrole brut synthétique. Celui-ci est habituellement faible en soufre et ne contient pas de résidus (composantes très lourdes). La valorisation peut être effectuée à proximité du lieu de production.

La valorisation du pétrole se fait habituellement en deux étapes :

  • La cokéfaction ou l’hydrocraquage, afin de briser les molécules. La cokéfaction retire du carbone, tandis que l’hydrocraquage ajoute de l’hydrogène.
  • L’hydrotraitement, afin de stabiliser le pétrole et d’en retirer les impuretés telles que le soufre.

La valorisation fait appel à la température, à la pression et à des catalyseurs chimiques pour briser des molécules grosses et complexes et en obtenir de plus petites. L’ajout d’hydrogène ou le retrait de carbone du pétrole génère des molécules d’hydrocarbures comme celles du pétrole léger. Le pétrole brut synthétique est alors raffiné, comme le pétrole brut classique, pour en faire de l’essence, du diesel, des carburants d’aviation ou du mazout de chauffage.

Plus de 30 % de la production canadienne de pétrole est raffinée au pays ; le reste est exporté vers les raffineries américaines. Le Canada pourrait exporter du pétrole vers les marchés outre-mer mais cela nécessite davantage de pipelines.

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