Extraction et production de pétrole et de gaz

Extraction de gaz naturel

Le gaz naturel se trouve dans la couche externe de la croûte terrestre, c’est-à-dire la lithosphère. Il est le résultat de la transformation de substances organiques dans différentes conditions de pression et de température, qui se déroule depuis plusieurs millions d’années. Le gaz naturel est principalement composé de méthane (CH ₄ ) et de ses homologues (C ₃ -C ₄ ) . Sa composition dépend fortement du type de gisement d’où il est extrait. Bien entendu, outre le méthane et ses homologues, le gaz naturel contient également un certain nombre de composants indésirables, tels que l’azote, l’eau, le sulfure d’hydrogène ou le dioxyde de carbone.

Dans des conditions naturelles, le gaz peut accompagner le pétrole brut ou se présenter séparément. Il se présente principalement sous deux formes : sous forme de gaz librement dissous dans l’eau ou le pétrole, ou sous forme absorbée dans les roches ou le charbon.

Gaz produit par des méthodes industrielles

Plusieurs types de gaz peuvent être obtenus par des méthodes industrielles :

a) Gaz liquides – communément appelés GPL (gaz de pétrole liquéfié). Leurs principaux composants sont le propane (C ₃ H ₈ ), le butane et l’isobutane (C ₄ H ₁₀ ). Ils sont obtenus principalement par stabilisation de l’essence brute, du pétrole brut ou par traitement des gaz de raffinerie issus des processus de reformage, de craquage et de pyrolyse.
b) Gaz de ville – obtenu dans les conditions de carbonisation du charbon à basse et moyenne température.
c) Gaz de houille – produit dans le processus de dégazage du charbon à haute température.
d) Gaz issu de la gazéification du charbon – il est obtenu en agissant sur du lignite ou du charbon noir avec un mélange de vapeur d’eau et d’oxygène à des températures supérieures à 900°C. Sa composition dépend de la technologie de gazéification utilisée. Le facteur économique le plus important est la production d’un mélange de CO et de H ₂ (appelé gaz de synthèse).

Application et avantages des carburants gazeux

Les combustibles gazeux présentent de nombreux avantages. Ils se caractérisent principalement par une efficacité énergétique élevée. De plus, ils offrent une température de combustion constante, ne nécessitent pas de stockage pour l’utilisateur et brûlent sans fumée (sans cendres et sans émissions d’oxydes de soufre). Le gaz naturel est un vecteur énergétique précieux et une matière première importante dans l’industrie : chimique (production de gaz de synthèse), énergétique (moteurs à combustion à piston, turbines à gaz, générateurs), de la construction (production, verre, ciment et céramique de construction) et de la métallurgie (fours de chauffage).

Extraction de pétrole

Le choix de l’emplacement d’un nouveau gisement pétrolier est un processus très compliqué et coûteux. Il commence par la réalisation d’études sismiques afin de rechercher des structures géologiques appropriées pouvant créer des gisements de pétrole. Deux méthodes de recherche sont utilisées à cet effet. La première consiste à réaliser des explosions souterraines à proximité du gisement et à observer les réactions sismiques qui permettent d’obtenir des informations sur son emplacement et sa taille. La deuxième méthode consiste à obtenir ces données à partir d’ondes sismiques naturelles.

La première étape de l’extraction du pétrole consiste à forer un trou profond dans le sol. Ensuite, un tubage (tube en acier) est placé dans le trou foré, assurant la stabilité de l’ensemble de la structure. Dans l’étape suivante, d’autres trous sont réalisés pour permettre un débit accru du pétrole extrait. Afin de dissoudre les polluants dans le puits foré, on utilise souvent de l’acide chlorhydrique , qui acidifie efficacement les formations de carbonate et de calcaire et élimine les dépôts de tartre, de rouille et de carbonite. L’acide chlorhydrique est également utilisé pour éliminer le ciment résiduel restant après le processus de forage. Dans l’étape suivante, une installation spéciale est placée au sommet du puits, parfois appelée « arbre de Noël ». Il s’agit d’un ensemble de vannes, de tuyaux et de raccords combinés qui sont conçus pour réguler la pression et le débit de pétrole et de gaz.

Une fois l’ensemble de l’appareil connecté, l’étape de récupération primaire a lieu. Afin d’extraire le pétrole dans ce processus, de nombreux mécanismes naturels sont utilisés, par exemple le drainage par gravité. Le taux de récupération au stade primaire ne dépasse généralement pas 15 %. Avec l’extraction supplémentaire, la pression souterraine chute et devient insuffisante pour continuer à déplacer le pétrole vers la surface. À ce stade, l’étape de récupération secondaire commence.

Il existe de nombreuses techniques de récupération secondaire du pétrole. Elles impliquent généralement l’apport d’énergie externe au gisement en injectant des fluides (par exemple, de l’eau) ou des gaz (par exemple, de l’air, du dioxyde de carbone) pour augmenter la pression sous terre. Le taux de récupération moyen après les opérations de récupération primaire et secondaire du pétrole ne dépasse généralement pas 45 %. La dernière étape du processus d’extraction est la récupération dite de troisième ordre, qui peut être obtenue à l’aide de diverses techniques. La première d’entre elles réduit la viscosité du pétrole par chauffage thermique. La seconde est l’injection de gaz dans le gisement (injection de dioxyde de carbone). La dernière méthode est appelée inondations chimiques. Elles consistent à mélanger des polymères denses et insolubles avec de l’eau et à les injecter sous terre. La récupération tertiaire permet de produire 15 %supplémentaires de pétrole à partir du gisement.

En raison de l’épuisement des réserves des gisements pétroliers terrestres, la recherche de ses ressources sous les fonds marins a commencé. Pour cela, des plates-formes de forage sont construites, ce qui est un processus compliqué, coûteux et long – la construction d’une plate-forme minière dure généralement 2 ans. Elles peuvent être fixées de manière permanente au fond (profondeur jusqu’à 90 m) ou dériver sur des flotteurs spéciaux, fixés avec un système d’ancrage. Les plates-formes de forage offshore sont généralement connectées à un réseau de plusieurs dizaines de puits qui extraient le pétrole dans des roches poreuses. En plus d’extraire le pétrole sur la plate-forme de forage, il est également séparé du gaz. La matière première ainsi obtenue est transportée par un système de pipelines jusqu’à une raffinerie ou jusqu’à un navire d’extraction et de transbordement. Le pétrole et le gaz sont ensuite envoyés au pétrolier, qui les transporte à terre.

Bien entendu, la quantité de pétrole extraite ne dépend pas uniquement des techniques de forage utilisées. Les facteurs clés dans ce cas sont les aspects géologiques, tels que la perméabilité de la roche, la force des pulsions naturelles, la porosité du gisement ou la viscosité du pétrole lui-même.

Traitement du pétrole brut

Le pétrole brut extrait est traité dans les raffineries pour obtenir des carburants, des huiles, des lubrifiants, des asphaltes et d’autres produits. Le plus souvent, le pétrole brut est séparé en fractions sans modification chimique de ses composants. On obtient ainsi des gaz de raffinerie volatils à température ambiante, de l’éther de pétrole avec un point d’ébullition de 35 à 60 °C, de l’essence légère et lourde, du kérosène, du diesel avec différents points d’ébullition et du mazout (c’est-à-dire un résidu avec un point d’ébullition supérieur à 350 °C).

Le pétrole brut subit divers processus, tels que :

a) Craquage – consiste en la décomposition des hydrocarbures aliphatiques longs présents dans les fractions lourdes de mazout et de pétrole, en composés à chaînes plus courtes présents dans l’essence et le gazole. En plus des hydrocarbures aliphatiques à chaîne courte, du méthane, du GPL, des hydrocarbures insaturés et du coke sont également formés au cours du processus. Le craquage peut être initié par des méthodes thermiques, catalytiques ou par rayonnement.
b) Reformage – il s’agit d’un processus appliqué aux fractions légères de pétrole ou aux produits obtenus par craquage afin d’obtenir des carburants à indice d’octane élevé. Le processus est réalisé en présence d’hydrogène à l’aide de catalyseurs au platine très coûteux. Le processus de reformage produit de l’hydrogène, du gaz de raffinerie, du GPL ainsi que de l’isobutane et du n-butane.
c) Distillation – vise à séparer le pétrole brut en fractions bouillant dans différentes plages de température. Grâce à ce procédé, on obtient des fractions basiques telles que : gaz sec et humide, essence légère et lourde, kérosène, gazole, mazout et goudron.
d) Alkylation – il s’agit de la réaction des oléfines avec l’isobutane, entraînant la formation d’isoparaffines ayant un poids moléculaire et un indice d’octane plus élevés. Dans le procédé d’alkylation, l’acide sulfurique peut être utilisé comme catalyseur.
e) Pyrolyse – procédé de dégradation réalisé sans oxygène à très haute température. Il est utilisé pour décomposer les fractions pétrolières lourdes en essence pyrolytique, huiles et goudron.

L’offre du Groupe PCC pour l’industrie minière

Afin d’améliorer l’extraction du pétrole et son traitement, l’utilisation de divers produits chimiques est d’une importance capitale. La soude caustique est utilisée dans le raffinage du pétrole brut, des huiles minérales, du brai et du bitume et dans l’extraction du gaz de schiste. L’hydroxyde de sodium du groupe PCC est produit par un procédé d’électrolyse à membrane et fourni sous forme de solution avec une concentration d’environ 50 %. Une autre application de l’hydroxyde de sodium dans l’industrie minière est le traitement des eaux usées et des produits de cokéfaction liquides.

Les tensioactifs sont un groupe important de produits très utiles dans l’extraction et la production de pétrole et de gaz. Les tensioactifs réduisent la tension interfaciale entre le pétrole brut et la roche. Cela réduit les forces d’adhérence et du pétrole supplémentaire peut être libéré du champ pétrolifère. Les tensioactifs sont également utilisés pour réduire les dommages écologiques résultant de la lixiviation du pétrole et d’autres produits pétroliers. Ils peuvent également être utilisés pour nettoyer les réservoirs et les navires nécessaires au transport de la matière première extraite.

L’un des groupes les plus importants de tensioactifs utilisés dans les préparations de nettoyage sont les sulfates d’éther alkylique proposés par le groupe PCC dans la série SULFOROKAnol . Ces produits, en raison de leur caractère anionique, fonctionneront bien dans des formulations avec d’autres tensioactifs anioniques, non ioniques et amphotères. Leurs propriétés lavantes, émulsifiantes et moussantes les rendent utiles comme ingrédients dans des formules qui nettoient différentes surfaces. L’acide alkylbenzènesulfonique (ABS) et ses sels, par exemple ABSNa , ont également une utilisation similaire. L’acide ABS/1 appartient au groupe des tensioactifs anioniques. En raison de sa solubilité dans le pétrole brut, il peut être un élément d’agents auxiliaires utilisés pour l’extraction et le traitement du pétrole. De plus, l’ acide ABS/1 , grâce à ses propriétés détergentes, est utilisé pour les processus de nettoyage et de dégraissage, par exemple des réservoirs et des navires. Les produits de nettoyage utilisés dans l’industrie pétrolière peuvent également inclure la série de produits ROKAmid . Ils se caractérisent par la capacité de créer une mousse dense et stable, même en faible concentration. Grâce à leur forme liquide, les produits ROKAmid facilitent considérablement toutes les opérations liées à leur stockage, leur transport et leur distribution.

Le prochain groupe de produits nécessaires aux processus d’extraction du pétrole et du gaz sont les émulsifiants. Ils sont utilisés dans les méthodes industrielles de déshydratation et de dessalement du pétrole. Ces processus reposent sur le chauffage du pétrole avec l’ajout d’émulsifiants dans un appareil appelé électro-déshydrateur. Le mélange ainsi chauffé est forcé à travers l’espace du système d’électrodes concentriques. Les gouttes d’eau se déforment, perdent leur charge et se combinent plus facilement entre elles, se séparant ainsi du pétrole. Le pétrole brut déshydraté et dessalé peut être soumis à un traitement ultérieur. Les produits ROKAnol sont idéaux comme émulsifiants dans les processus industriels de déshydratation et de dessalement. Ce sont des tensioactifs non ioniques appartenant au groupe des alcools gras alcoxy. Les produits ROKAnol peuvent être utilisés dans une très large gamme de températures, ainsi que dans des environnements acides, neutres et légèrement alcalins. Ils peuvent également faire partie des agents de nettoyage dégraissants utilisés dans l’industrie pétrolière.

Les dérivés d’esters de sorbitan éthoxylés, tels que ROKwinol 60 et ROKwinol 80 , présentent également de très bonnes propriétés émulsifiantes. Ces produits peuvent être des composants de fluides de forage utilisés dans la production pétrolière. D’autre part, les esters de sorbitan, tels que ROKwin 60 et ROKwin 80 , peuvent être utilisés dans la fuite de substances pétrolières dans les eaux comme agents dispersants.