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Synthèse des connaissances portant sur les pratiques actuelles et en développem

Synthèse des connaissances portant sur les pratiques actuelles et en développement dans l’industrie pétrolière et gazière RAPPORT FINAL Par Michel Malo René Lefebvre Félix-Antoine Comeau Stephan Séjourné Soumis au Ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles Janvier 2015 - Québec Rapport de recherche 1553 Institut national de la recherche scientifique - Centre Eau Terre Environnement, 490 de la Couronne, Québec, Qc, G1K 9A9 Téléphone : (418) 654-2619 ; Télécopieur : (418) 654-2600 ; Site internet : http://www.ete.inrs.ca/ Synthèse des connaissances : pratiques actuelles et en développement dans l’industrie pétrolière et gazière TABLE DES MATIÈRES SOMMAIRE ....................................................................................................................................... 6 REMERCIEMENTS ........................................................................................................................... 12 AVANT-PROPOS .............................................................................................................................. 13 LISTE DES FIGURES ........................................................................................................................ 14 LISTE DES TABLEAUX ..................................................................................................................... 17 LISTE DES ABRÉVIATIONS .............................................................................................................. 18 1. INTRODUCTION ........................................................................................................................ 20 1.1. Mise en contexte du rapport dans le cadre des ÉES ......................................................... 20 1.2. Description du contenu du rapport .................................................................................... 20 2. LES ÉTAPES D’EXPLORATION DES HYDROCARBURES EN MILIEU TERRESTRE ET LES TECHNIQUES UTILISÉES ................................................................................................................. 22 2.1. Les levés géochimiques .................................................................................................... 25 2.1.1. Description ................................................................................................................. 25 2.1.2. Risques d’impact ........................................................................................................ 25 2.1.3. Mesures de mitigation ................................................................................................ 26 2.2. Les levés géophysiques ..................................................................................................... 26 2.2.1. Les levés gravimétrique, magnétique et magnétotellurique ....................................... 26 2.2.2. Les levés de sismique réflexion .................................................................................. 27 2.3. Les sondages stratigraphiques ........................................................................................... 30 2.3.1. Description ................................................................................................................. 30 2.3.2. Risques d’impact ........................................................................................................ 30 2.3.3. Mesures de mitigation ................................................................................................ 31 2.4. Le forage pétrolier ............................................................................................................. 31 2.4.1. Description ................................................................................................................. 31 2.4.2. Risques d’impact ........................................................................................................ 37 2.4.3. Mesures de mitigation ................................................................................................ 39 2.5. La fracturation hydraulique ............................................................................................... 40 2.5.1. Description ................................................................................................................. 40 2.5.2. Risques d’impact ........................................................................................................ 42 2.5.3. Mesures de mitigation ................................................................................................ 42 2.6. La fermeture des puits et la restauration des sites ............................................................. 42 2.6.1. Description ................................................................................................................. 42 2.6.2. Risques d’impact ........................................................................................................ 43 2.6.3. Mesures de mitigation ................................................................................................ 43 3. LES TECHNIQUES SPÉCIFIQUES AU MILIEU MARIN ................................................................. 45 3.1. Introduction ....................................................................................................................... 45 3.2. La sismique marine ........................................................................................................... 47 3 Synthèse des connaissances : pratiques actuelles et en développement dans l’industrie pétrolière et gazière 3.2.1. Description ................................................................................................................. 47 3.2.2. Risques et impacts potentiels ...................................................................................... 47 3.2.3. Mesures de mitigation ................................................................................................ 48 3.3. Les forages pétroliers en milieu marin et le démantèlement des infrastructures .............. 48 3.3.1. Description ................................................................................................................. 48 3.3.2. Les risques et impacts liés aux forages : de l’exploration au démantèlement ........... 54 3.3.3. Mesures de mitigation ................................................................................................ 55 4. L’ÉVOLUTION DES TECHNIQUES POUR L’EXPLORATION DES RESSOURCES NON CONVENTIONNELLES ...................................................................................................................... 57 4.1. Définition de ressources non conventionnelles ................................................................. 57 4.2. Les ressources non conventionnelles au Québec .............................................................. 58 4.3. Historique des ressources non conventionnelles et évolution des techniques d’exploitation .............................................................................................................................. 59 5. LE BILAN DES RISQUES DE MIGRATION ET DE SISMICITÉ ....................................................... 65 5.1. L’ensemble des risques environnementaux ...................................................................... 65 5.2. Migration des fluides à partir des forages pétroliers et gaziers......................................... 71 5.2.1. Intégrité des forages pétroliers et gaziers .................................................................. 71 5.2.2. Risques reliés à l’intégrité des forages pétroliers et gaziers ..................................... 81 5.2.3. Reconnaissance des fuites et de leurs effets ............................................................... 85 5.3. Sismicité induite et naturelle ............................................................................................. 90 5.3.1. Sismicité naturelle ...................................................................................................... 90 5.3.2. Sismicité reliée à la fracturation hydraulique ............................................................ 92 5.3.3. Sismicité reliée aux puits de réinjection ..................................................................... 93 6. LES TECHNIQUES EN DÉVELOPPEMENT ET LEUR POTENTIEL D’UTILISATION AU QUÉBEC .. 95 6.1. Introduction ....................................................................................................................... 95 6.2. Techniques de forage ........................................................................................................ 96 6.3. Techniques de stimulation .............................................................................................. 100 6.3.1. Types de fluides ........................................................................................................ 100 6.3.2. Innovations mécaniques et conceptuelles................................................................. 102 6.4. Techniques géophysiques ............................................................................................... 105 6.5. Techniques environnementales ....................................................................................... 109 6.6. Conclusion ...................................................................................................................... 113 7. SYNTHÈSE DES CONNAISSANCES, RECOMMANDATIONS D’ACQUISITION DE NOUVELLES CONNAISSANCES, ET CONSTATS ................................................................................................... 115 7.1. Les techniques utilisées en milieu terrestre..................................................................... 115 7.1.1. État des connaissances ............................................................................................. 115 7.1.2. Lacunes générales dans les connaissances .............................................................. 116 7.1.3. Lacunes dans les connaissances spécifiques au Québec.......................................... 116 7.1.4. Recommandations d’acquisition des connaissances ................................................ 116 7.2. Les techniques utilisées en milieu marin ........................................................................ 116 7.2.1. État des connaissances ............................................................................................. 116 4 Synthèse des connaissances : pratiques actuelles et en développement dans l’industrie pétrolière et gazière 7.2.2. Lacunes générales dans les connaissances .............................................................. 117 7.2.3. Lacunes dans les connaissances spécifiques au Québec.......................................... 117 7.2.4. Recommandations d’acquisition des connaissances ................................................ 117 7.3. Les risques de migration ................................................................................................. 118 7.3.1. État des connaissances : .......................................................................................... 118 7.3.2. Lacunes générales dans les connaissances .............................................................. 120 7.3.3. Lacunes dans les connaissances spécifiques au Québec.......................................... 120 7.3.4. Recommandations d’acquisition des connaissances ................................................ 120 7.4. Risques de sismicité ........................................................................................................ 121 7.4.1. État des connaissances ............................................................................................. 121 7.4.2. Lacunes dans les connaissances : ............................................................................ 122 7.4.3. Lacunes dans les connaissances spécifiques au Québec.......................................... 122 7.4.4. Recommandations d’acquisition des connaissances ................................................ 122 7.5. Les techniques en développement................................................................................... 122 7.5.1. État des connaissances ............................................................................................. 122 7.5.2. Avantages des nouvelles techniques ......................................................................... 123 7.5.3. Inconvénients des nouvelles techniques ................................................................... 124 7.5.4. Constats sur leur potentiel d’utilisation au Québec ................................................. 125 7.6. Autre recommandation .................................................................................................... 126 RÉFÉRENCES ................................................................................................................................ 127 5 Synthèse des connaissances : pratiques actuelles et en développement dans l’industrie pétrolière et gazière Sommaire Le présent rapport propose une synthèse des connaissances portant sur les pratiques actuelles et en développement dans l’industrie pétrolière et gazière. Les techniques d’exploration suivantes sont décrites : levés géochimiques, levés géophysiques, sondages stratigraphiques, forage pétrolier, fracturation hydraulique, techniques de fermeture des puits et de restauration des sites. Pour chacune des techniques, le rapport discute des risques d’impact et des mesures de mitigation appropriées. Les techniques spécifiques au milieu marin sont brièvement abordées, soit la sismique marine, les forages pétroliers en milieu marin, et les techniques impliquées pour le démantèlement des infrastructures. L’évolution des techniques qui ont permis l’exploitation des ressources non conventionnelles est présentée par la suite. Selon notre mandat, nous avons analysé plus particulièrement les risques potentiels de migration des hydrocarbures dans les puits et les risques de sismicité suite à la fracturation hydraulique à haut volume, technique la plus souvent utilisée pour exploiter les ressources non conventionnelles. Les principales avancées technologiques déjà mises en pratique ou en devenir, en ce qui a trait aux opérations sur le terrain pour le gaz et le pétrole de shale, sont également décrites. En guise de conclusion, nous établissons l’état des connaissances pour les techniques d’exploration en milieu terrestre et marin, et pour les risques de migration et de sismicité. Pour chacun de ces thèmes, nous établissons les lacunes générales de connaissances, les lacunes de connaissances spécifiques au Québec, et enfin nous dressons une liste de recommandations d’acquisition de connaissances pour alimenter les évaluations environnementales stratégiques en cours, soit celle pour la filière du gaz et du pétrole au Québec et celle spécifique à l’île d’Anticosti. Pour les techniques en développement, nous dressons plutôt des constats sur les avantages et inconvénients d’utilisation de ces techniques dans le contexte de l’exploration et de l’exploitation des hydrocarbures au Québec. Les étapes de l’exploration des hydrocarbures en milieu terrestre et les techniques utilisées L'exploration pétrolière et gazière a pour but la découverte d'accumulations d'hydrocarbures liquides ou gazeux techniquement et économiquement exploitables. Cette découverte nécessite de réaliser des forages pétroliers. L’implantation des forages d'exploration est habituellement précédée d'une série d'opérations de reconnaissance mettant en œuvre des techniques combinant les disciplines de la géologie, de la géochimie et de la géophysique. L’acquisition de données géochimiques des sols en surface s’inspire de la plus ancienne méthode de prospection géologique pour le pétrole, soit la recherche de suintements d’hydrocarbures à la surface. Les échantillons de gaz dans les sols ou dans l’air sont récoltés systématiquement sur le terrain et analysés au laboratoire pour détecter des composés organiques carbonés associés aux hydrocarbures dans des réservoirs plus profonds. Les levés géochimiques de surface (sols et air) ont peu d’impact négatif sur l’environnement. Les techniques géophysiques de surface ont pour but d’acquérir des données sur différentes propriétés physiques des roches. Les techniques magnétiques, gravimétriques et de sismique réflexion sont les méthodes les plus couramment utilisées pour l’exploration des hydrocarbures pour mieux comprendre la géométrie des bassins sédimentaires. Les impacts négatifs liés aux levés de sismique réflexion concernent : les vibrations qui peuvent affecter les infrastructures, le bruit pouvant perturber la population locale et la faune, et la déforestation locale pour les chemins 6 Synthèse des connaissances : pratiques actuelles et en développement dans l’industrie pétrolière et gazière et sentiers d’accès des camions-vibreurs. Des mesures de mitigation existent et l’acquisition des données sismiques est bien encadrée par des règlements qui permettent d’éviter les risques. Les sondages stratigraphiques sont réalisés dans le but principal d’extraire des carottes de roche à de grandes profondeurs en utilisant la technologie des sondages miniers. L’impact à la surface est plus faible que pour le forage pétrolier puisque l’équipement utilisé est moins imposant. Toutefois, les mêmes risques que ceux engendrés par les forages pétroliers subsistent en ce qui a trait aux migrations des hydrocarbures et à la venue subite de gaz vers la surface. Le forage pétrolier comprend plusieurs étapes avant la complétion et la production des hydrocarbures : installation des coffrages, cimentation, pose d’un bloc obturateur anti-éruption, essai de pression, test d’intégrité, diagraphies, essais aux tiges, cimentation du coffrage de production avant la complétion ou la fermeture du puits. Un carottier permet de récupérer des carottes aux uploads/Philosophie/ chantier-technique.pdf