Derrick et extraction maritime Comment construire une plate

Derrick et extraction maritime
Comment construire une plate-forme pétrolière ?
Lorsque les forages de reconnaissance confirment la présence d’un gisement et que les
études économiques s’avèrent positives, la construction de la plate-forme pétrolière peut
débuter. L’assemblage de milliers de tonnes d’acier se fait sur la terre ferme. Une fois
terminés, le pied puis la plate-forme sont transportés sur des barges géantes tirées par des
bateaux jusqu’au site. Il faut deux à trois ans et des milliers d’hommes pour terminer les
travaux.
Comment savoir ou forer en pleine mer ?
Pour repérer d’éventuels gisements en pleine mer, la technique est identique à celle
utilisée sur la terre ferme. Seule différence, les camions sismiques sont remplacés par des
bâteaux sismiques. Chacun de ces navires tire derrière lui une série de canons à air qui
envoient des bulles. La pression exercée par ces bulles sur l’eau engendre des ondes qui se
propagent jusqu’au fond de l’océan puis à travers les différentes couches du sous-sol. En
fonction du type de roches rencontrées, ces ondes sont plus ou moins réfléchies et
remontent plus ou moins vite en surface. Ces échos sont alors captés par des micros
ultrasensibles tirés, eux aussi, par le bâteau sismique. Ces données sont ensuite analysées
par de puissants ordinateurs. Plus de 2 000 PC sont parfois nécessaires pour réaliser ces
calculs. Au final, ils restituent une image de synthèse en trois dimensions qui permet aux
ingénieurs de distinguer la forme des différentes couches minérales mais aussi la nature des
roches, leur porosité et même les fluides qu’elles contiennent.
Lorsqu’un gisement est détecté, les ingénieurs font appel à une plate-forme flottante.
Equipée d’un derrick, d’un trépan, etc. elle est utilisée pour creuser des trous dans le
plancher marin afin de vérifier qu’il y a suffisamment d’hydrocarbures dans le réservoir pour
entamer son exploitation. Au bout de plusieurs semaines, des «robinets» sont vissés au
sommet des trous et la plate-forme flottante est tractée par des bâteaux sur une autre site. Si
le gisement est estimé rentable, une plate-forme de production ou d’exploitation est
construite à terre et sera acheminée sur le site par bâteau. Les tuyaux de remontée des
hydrocarbures sont fixés aux trous préalablement percés et les robinets ouverts. La plateforme de production peut commencer son activité. Elle possède elle aussi un derrick qui lui
permettra de faire d’autres forages afin d’exploiter au maximum le gisement.
Comment se forment pétrole, gaz et charbon ?
Il y a plusieurs millions d’années, de nombreuse régions étaient sous l’eau. Et c’est
précisément dans ces mers, lacs et marécages du passé que débute la formation des
hydrocarbures. Dans ce milieu flottent de nombreux résidus d’animaux morts et de végétaux.
Au fil du temps, ces débris se dégradent, se fragmentent et viennent se déposer sur le fond.
En règle générale, les bactéries vivant dans les fonds marins consomment ces résidus
d’anciens organismes vivants. Mais il existe certaines zones, celles de grandes profondeurs
par exemple, où l’oxygène se fait rare. Et là où il y a trop peu d’oxygène, il n’y a plus de
bactéries. Conséquence : les débris d’organismes restent intacts sur le fond, se mélangeant
aux sédiments minéraux (grès, sable, argile, etc.) Ce mélange, appelé roche mère, constitue
la matrice dans laquelle se développera le pétrole et le gaz naturel au cours d’un processus
de plusieurs millions d’années.
Au fil du temps, les particules de sédiment en suspension dans l’eau se déposent sur le
fond et recouvrent la roche mère (mélange de matière organique et de sédiments). Au bout
de plusieurs dizaines de millions d’années, la roche mère se retrouve enfouie sous des
tonnes de sédiments et s’enfonce dans le sous-sol marin. Cette descente dans les entrailles
de la Terre s’accompagne également d’une augmentation de la température. La matière
organique emprisonnée se transforme progressivement en hydrocarbures. En fonction de la
profondeur, de la température et de la nature de la matière organique, les hydrocarbures
obtenus sont solides (charbon), gazeux (gaz naturel) ou liquide (pétrole). Le gaz naturel et le
pétrole, formés à partir de la roche mère en profondeur, sont des fluides moins denses que
les roches du milieu. Cette différence de densité entraîne dès lors leur remontée vers la
surface. Ils s’infiltrent dans les microfissures, les failles et les roches perméables. Le chemin
emprunté jusqu’à l’air libre dépend alors du type de roches rencontrées, de leur perméabilité
et de leur porosité. S’il s’agit de sable ou du calcaire, les hydrocarbures s’y infiltrent et
traversent sans difficulté.Lorsque les hydrocarbures ne rencontrent aucun obstacle, ils
peuvent ainsi apparaître en surface. Les constituants les plus légers s’évaporent et les plus
lourds se présentent sous une forme très pateuse.Lors de leur remontée en surface, le gaz
et le pétrole peuvent rencontrer des roches imperméables, comme par exemple une nappe
d’argile ou de sel. Si cette barrière rocheuse est courbe, plissée par des mouvements de
terrain antérieurs, alors les hydrocarbures s’accumulent dans la roche située juste en
dessous de cette cloche. Cette roche dans laquelle sont emprisonnés gaz et pétrole est
appelée une roche réservoir. La surface de ce gisement peut s’entendre sur des dizaines
voire des centaines de kilomètres carrés. Son épaisseur peut atteindre quelques centaines
de mètres.
Un géant d’acier
Cet immense insecte métallique surplombe la mer de plus de 30 m, afin d’éviter les
vagues centenaires, et ses pieds traversent 126 m d’eau avant de venir s’arrimer sur les
fonds marins… Il s’est posé là dans les années 80 et restera accroché pour des dizaines
d’années. Certains éléments comme les pylones de soutien ont été assemblés à terre puis
amenés sur la zone par bâteau. Le reste a été assemblé sur place. Depuis, ces kilomètres
de poutres, tubes et coursives sont continuellement entretenus et completés par de
nouveaux modules reliant l’unité de production à celle de traitement.
La passerelle couverte qui relie la plate-forme de production à celle de traitement
mesure 73 m de long. La structure en acier de la plate-forme est conçue pour résister à des
vents de plus de 180 km/ h et des vagues de 30 m de haut. Le derrick soutient la tige de
forage. A l’extremité de la tige de forage se trouve le trépan. Cet outil broie la roche dont les
déblais sont remontés en surface. Le derrick est le point culminant de la plate-forme.
Cette tour métallique soutient une très longue tige au bout de laquelle se trouve une
mèche de forage, le trépan. Cette tige est rallongée au fur et à mesure que le trépan broie
les différentes couches de roche du sous-sol pour atteindre le gisement de pétrole. La
précision est exceptionnelle puisque les tiges peuvent descendre jusqu’à des profondeurs de
3 ou 4 kilomètres pour atteindre des réservoirs de quelques mètres d’épaisseur seulement !
Lorsqu’il est nécessaire de creuser un autre puits, pour remonter ou injecter des fluides,
le derrick est déplacé sur la plate-forme et un nouveau forage entrepris. Il permet aussi de
percer à l’horizontal et d’exploiter ainsi des surfaces de plusieurs kilomètres carrés depuis la
plate-forme sans avoir à se déplacer à la verticale des gisements !
Maintenir la pression
Une fois que le trépan a atteint le réservoir, un tuyau est mis en place pour faire
remonter les hydrocarbures en surface. A cette grande profondeur, la température est élevée
et la pression très forte. Percer un gisement revient donc à enlever la soupape d’une cocotte
minute chaude. Le liquide jaillit. Pour contrôler la pression, on injecte dans le trou creusé par
le derrick une «boue» très dense. Cette «boue» sert aussi à remonter les déblais en surface
et à refroidir le trépan. Une série de robinets et de manomètres permet ensuite d’affiner plus
précisément les débits souhaités.
Après plusieurs années d’exploitation, la pression commence à diminuer dans le puits
comme celle d’une cocotte qui se vide. Il faut alors percer un nouveau puits afin d’introduire
un autre liquide sous pression, souvent de l’eau, qui va pousser les hydrocarbures restant
vers le haut et permettre de terminer l’exploitation.
Jusqu’à ce que le gaz et le pétrole se séparent
Lorsqu’on touche les tuyaux par lesquels remontent le mélange d’hydrocarbures, on
sent la chaleur et l’écoulement du fluide. On entend aussi un chuintement et une agitation qui
témoignent de la présence de gaz. En effet, le pétrole n’est jamais seul. Il est toujours
associé à du gaz et à de l’eau, plus ou moins intimement mêlés. L’unité de traitement, situé
sur l’autre plate-forme, séparent et traitent ces composants avant qu’ils ne soient exportés.
Le gaz, plus léger, se sépare de lui même. L’eau et les hydrocarbures, comme l’huile et le
vinaigre, se séparent assez bien. Ensuite, on réalise un traitement. L’eau est dépolluée avant
d’être rejetée à la mer ou reinjectée dans le puits si besoin. Le pétrole et le gaz sont rendus
moins corrosifs afin de ne pas trop endommager les gazoducs et oléoducs qui les
achemineront jusqu’à terre.
On se trouve au dernier niveau de la plate-forme, dans la salle où arrivent le gaz et
pétrole encore chaud! Cet «arbre de Noel», composé de tuyaux, raccords, vannes,
manomètres, thermomètres, etc., permet de contrôler le débit.
Lexique
Arbre de Noel ou tête de puits : ensemble de l’équipement (tuyaux, raccords, vannes,
manomètres, thermomètres, etc.) situé à la sortie d’un puits de production et destiné à régler
le débit.
Baril : unité de mesure de volume utilisée pour le pétrole brut (159 litres). Elle est
couramment utilisée dans l'industrie pétrolière, en particulier aux Etats-Unis et en GrandeBretagne. Son origine remonte aux tonneaux qui servaient à transporter les liquides au
temps de la marine à voile.
Boue de forage : mélange d'eau et d'additifs spécifiques circulant dans les puits de forage.
Cette «boue» a plusieurs rôles : - refroidir le trépan ; - enlever et remonter en surface les
déblais ; - prévenir l'éboulement des parois du puits ; - maintenir une pression suffisante en
fond de puits pour éviter une remontée incontrôlée des hydrocarbures.
Brut (pétrole) : pétrole non transformé.
Champ : nom désignant un gisement et l'ensemble de ses installations de production, de
traitement et d'évacuation.
Densité : rapport entre la masse volumique d'un corps et celle du même volume d'eau (ou
d’air pour les gaz).
Derrick : tour métallique supportant le système de forage d'un puits d'exploitation. Dressée à
la verticale du forage, elle permet d'effectuer les manoeuvres de levage et de descente des
tiges, des tubes et des outils.
Exploration : ensemble des méthodes mises en oeuvre pour découvrir de nouveaux
gisements d'hydrocarbures.
Forer : creuser le sol à l'aide d'une machine adaptée pour former un puits.
Forage dirigé : le forage le plus courant est vertical mais, pour différentes raisons, il peut
être incliné. Le trou peut même, à l’extrême, être percé horizontalement. On parle alors de
forage horizontal.
Gazoduc : canalisation souterraine en acier destiné au transport du gaz naturel sur de
longue distance.
Gisement : accumulation naturelle de matières minérales (solides, liquides ou gazeuses)
susceptibles d'être exploitées.
Hydrocarbure : composé chimique formé uniquement de carbone et d'hydrogène. L’essence
(C7H16) ou le méthane (CH4) du gaz naturel sont, par exemple, des hydrocarbures.
Manomètre : instrument servant à mesurer la pression d’un fluide dans un espace clos.
Offshore : terme anglo-saxon signifiant «au dela du rivage». Il désigne les gisements et les
installations pétrolières situés en mer.
Oléoduc : canalisation servant à acheminer le pétrole brut. En anglais, on parle de pipe-line.
Pétrole : du latin petra oleum signifiant «huile de pierre». Le pétrole est une liquide huileux
inflammable, composé d'hydrocarbures très divers, dont la couleur varie du jaune au noir. On
le trouve dans les couches sédimentaires de l'écorce terrestre.
Plate-forme : ensemble des installations surélevées en mer, servant à exploiter les
gisements d’hydrocarbures marins, en supportant les installations de production.
Pression : force qui agit sur une surface donnée, exprimée en bar dans le milieu pétrolier.
Production : phase d'exploitation commerciale d'un gisement d'hydrocarbures.
Puits : trou pratique dans le sous-sol nécessaire à l'exploration et à l'exploitation pétrolière.
On distingue notamment : - les puits d’exploration, forés pour rechercher un gisement
d'hydrocarbures ; - les puits d’appréciation, forés afin d'évaluer les caractéristiques d'un
gisement ; - les puits de production, mis en oeuvre lors de la production d'hydrocarbures ; les puits d’injection, par lequel on injecte de l'eau ou du gaz pour maintenir la pression ou
remettre en pression un gisement.
Réservoir ou roche réservoir : roche poreuse dans laquelle le pétrole et le gaz sont
concentrés.
Roche mère : roche dans laquelle se sont formés des hydrocarbures.
Tige : tube d'acier d'une longueur standard de 9 mètres environ. Des raccords permettent de
les visser les uns aux autres tout au long du forage.
Torchère : dispositif destiné à évacuer et à brûler les gaz qui ne sont pas utilisés sur les
exploitations gazières ou pétrolières. Ce brûleur sert de soupape de sécurité.
Traitement : ensemble des opérations que l'on fait subir à des matières premières pour les
transformer.
Trépan : outil utilisé par les foreurs pour la désagrégation mécanique des roches en vue de
s’enfoncer progressivement dans le sous-sol. Le trépan permet de creuser un trou circulaire
de diamètre constant.