Traitement des rejets générés sur les puits shale gas

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1 المعهد الجزاي ري للبترول INSTITUT ALGERIEN DU PETROLE JOURNEES D ETUDES TIGHT & SHALE RESERVOIRS Septembre 2013 Sheraton, Alger Traitement des rejets générés sur les puits shale gas PRÉSENTATRICE : Mme Samira BELLATACHE ORGANISME : Sonatrach-

2 Sommaire 1) Introduction 2) Caractéristiques d un forage conventionnel Vs forage non conventionnel 3) Principaux rejets générés par le forage non conventionnel d un puits: Les opérations de forage La fracturation hydraulique 4) Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés 5) Cadre réglementaire National 2/48

3 Introduction Depuis quelques années, le développement rapide en Amérique du Nord des gaz non conventionnels a bouleversé le marché du gaz naturel. On regroupe plusieurs types de production comme les tight gaz, les gaz de schistes ou les gaz de houille. Leur point commun réside dans la nécessité de «stimuler» la roche pour obtenir une production commerciale de gaz. 3/48 Les gaz et huiles de schiste ne sont pas contenu dans un réservoir poreux, contrairement au gaz naturel dit «conventionnel», sont emprisonnés dans des couches étendues de roche mère pratiquement compacte et imperméable, leur production nécessite des techniques spécifiques: le forage (vertical,horizontal ou dévié) et la fracturation hydraulique.

4 Caractéristiques d un forage conventionnel Vs forage non conventionnel Opérations de forage du puits ( vertical/horizontal) Les conditions du forage de la première Phase, de la surface à TD: Pas de différence en terme de: Programme de forage Fluide de forage Types des rejets de forage 4/48

5 Caractéristiques d un forage conventionnel Vs forage non conventionnel La fracturation hydraulique Cette deuxième phase est Spécifique pour le forage d un puits Shale gas. La fracturation hydraulique permet production de chaque puits. d augmenter la Cette technique consiste à injecter, dans le puits, de l eau sous pression afin de réaliser une fracturation artificielle de la roche. 5/48 Mélangés à l eau, du sable fin et des additifs chimiques, afin que les fractures ainsi crées ne se referment pas et constituent des drains permettant de produire les hydrocarbures contenus dans la roche.

6 Caractéristiques d un forage conventionnel Vs forage non conventionnel Fracturation hydraulique 6/48 le forage horizontale et la fracturation hydrauliques sont des techniques dont l utilisation conjointe est en mesure de multiplier les capacités d extraction, car le forage horizontal permet d accéder à une plus large surface rocheuse et ainsi augmenter la section productrice de chaque puits par rapport à un forage vertical.

7 Caractéristiques d un forage conventionnel Vs forage non conventionnel Principales différences: Fracturation hydraulique 1. Plusieurs puits sont forés dans le même champs. 7/48

8 Caractéristiques d un forage conventionnel Vs forage non conventionnel Fracturation hydraulique 2. La quantité d eau nécessaire pour la fracturation est très importante, peut atteindre 10,000 à 20,000 m3 selon le nombre de puits, profile du puits et le nombre des opérations de fracturation à effecteur. 8/48

9 Caractéristiques d un forage conventionnel Vs forage non conventionnel Fracturation hydraulique 3. Plus de ressources et moyens par rapport au forage d un réservoir conventionnel. 4. Nécessite une logistique importante pour l approvisionnement, le stockage et la gestion des eaux utilisées pour la fracturation hydraulique et aussi les eaux de reflux ( flow back water). 9/48

10 Principaux rejets générés par le forage non conventionnel d un puits Les opérations de forage Rejets solides : Déblais de forage enrobés par des quantités considérables de fluides de forage Rejets résultant des processus de centrifugation. Rejets liquides : Les eaux usées de nettoyage - déversées dans des excavations réalisées à cet effet, appelées dans le jargon du métier : Bourbier. Les fluides enrobant les déblais de forage Les déversements accidentels de fluides de forage 10/48

11 Principaux rejets générés par le forage non conventionnel d un puits LA BOUE EJECTEE Il s agit de la WBM, non réutilisable, qui est éjectée en fin de phase 26. Ainsi, 1000 à 1200 m3 de boue benthonique sont éjectés lors de la réalisation d un puits à HMD. Les opérations de forage 11/48

12 Principaux rejets générés par le forage non conventionnel d un puits DEBLAIS ENROBÉS Les opérations de forage Déblais (cutting) Partie du fluide adsorbée (séparable par désorption thermique) Partie du fluide séparable par centrifugation > 100 G Partie du fluide séparable par gravité (pesanteur) Les pertes par enrobage sont essentiellement dues au: Phénomène d adsorption 12/48 interactions liquides liquide et solides. surface spécifique.

13 Principaux rejets générés par le forage non conventionnel d un puits LES SOURCES DE REJET DES EAUX L eau est employée pour : La fabrication des boues de forage L évacuation des déblais vers le bourbier L entretien et le nettoyage de l appareil. L alimentation du camp de vie Le Refroidissement des équipements Consommation en eau pour le forage d un puits à HMD : Les opérations de forage 13/48 Horizontal : m 3 Vertical : m 3

14 Principaux rejets générés par le forage non conventionnel d un puits La fracturation hydraulique Estimation du volume d eau utilisé lors d un forage horizontal et d une fracturation hydraulique dans divers bassins des États-Unis 14/48

15 Principaux rejets générés par le forage non conventionnel d un puits La gestion de l eau La fracturation hydraulique La gestion des ressources en eau doit intégrer ces aspects majeurs: 1. La disponibilité de la quantité d eau nécessaire au forage et à la fracturation, 2. Les additifs chimiques utilisés dans la préparation des eaux de fracturation, 3. Le recyclage et le traitement de l eau utilisée pour un usage ultérieur, 15/48 4. La prévention d éventuelles contaminations d autres aquifères par les fluides de forage.

16 Principaux rejets générés par le forage non conventionnel d un puits La gestion de l eau La fracturation hydraulique Le fluide injecté lors de la fracturation hydraulique est formé par un mélange d eau et de sable ( +95 %) ainsi que des additifs chimiques. Les additifs chimiques servent à rendre la fracturation hydraulique plus efficace et leur composition peut varier selon les conditions géologiques. Ils se classement en trois grandes catégories: 1. les biocides qui réduisent la prolifération des microorganisme dans le fluide et dans le puits, 2. les produits qui favorisent la pénétration du sable dans les fractures pour les maintenir ouvertes, 16/48 3. Les produits qui augmentent la productivité des puits.

17 Principaux rejets générés par le forage non conventionnel d un puits La fracturation hydraulique 17/48

18 Principaux rejets générés par le forage non conventionnel d un puits La fracturation hydraulique Impact potentiel des gaz de schiste sur la pollution de l eau et des nappes phréatiques: Une partie de l eau utilisée est récupérée ( entre 50 et 80%) dans de vaste bassins de récupération. ces eaux de reflux de fracturation doivent être traitées avant d être réutilisé ou rejeté. Selon un rapport rédigé par la commission de l Énergie et du Commerce de la Chambre des représentants Américaine, l exploitation du gaz de schiste a nécessité entre l utilisation de plus de 2500 produits pour la fracturation hydraulique, contenant 750 substances chimiques dont 29 sont connu pour le risque qu elles présentent pour la santé et l environnement. 18/48 La toxicité et l écotoxicité des additifs chimiques présents dans ce fluide, les éléments ou substances chimiques présents dans les formations du sous sol et pouvant avoir été remobilisés doivent être déterminés, afin de mieux cerner le procédé de traitement à employer pour les eaux de rejets.

19 Principaux rejets générés par le forage non conventionnel d un puits La fracturation hydraulique Résultats d Analyse Chimique de quelques Échantillons des eaux de reflux prélevés sur des sites opérationnels aux USA ( Pennsylvanie, New York et West Virginia). 19/48

20 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés Les opérations de forage Pour les chantiers de forage de puits avec la boue à base d huile: centrifugeuse de séchage ( drying Process) recyclage et réutilisation des eaux étanchéité des bourbiers avec liner en PEHD Pour les chantiers de forage de puits avec la boue à base d eau: recyclage et réutilisation des eaux étanchéité des bourbiers avec liner en PEHD Pour les chantiers de forage en Exploration Nord à base d eau : étanchéité des bourbiers avec liner en PEHD unité de traitement des eaux ( Dewatering unit) 20/48 Dewatering Unit: cette unité est mise en place pour le traitement adéquat des eaux résiduelles afin de permettre leur réutilisation à différents usages. La qualité du traitement des eaux doit répondre aux valeurs limites figurant dans le décret Exécutif N du 19 avril 2006 définissant les valeurs limites des

21 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés Les opérations de forage SS SS SS MC Réduction du Fluid On Cutting % LGS Centrifugeuses Pas de déversement Dryed Cuttings Lined Pit Wet Cuttings Lined Pit 21/48

22 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés Les opérations de forage 22/48

23 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés Les opérations de forage Réduire de 70% la valeur de rétention référentielle d huile sur les déblais en : OOC% massique par un traitement mécanique supplémentaire en aval des Shale Shakers. La valeur référentielle est fixée à 25%. 1 Entrée des cuttings Les déblais sortant de l unité du Drying Process sont de concentration avoisinant les 5% OOC. Sortie des cuttings 23/48

24 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés Les opérations de forage CUTTING DRYIN PROCESS BOUE RECUPEREE DRY CUTTINGS OU REUTILISATION STOCKAGE RECYCLAGE 24/48

25 Nouvelle approche de gestion Intégrée des rejets de forage Épurer les eaux de rejets pour les réutiliser dans le nettoyage, réduisant ainsi la consommation en eau et les risques liés à l infiltration des eaux usées. Prévenir tout risque de déversement accidentel de rejets solides et/ou liquides sur le rig et le cas échéant, intervenir afin d y remédier avec les moyens appropriés. RIG CLEANING & WATER REUSE Ce projet assure en première étape la réduction de 30% de la quantité d eau actuellement utilisée sur chantier. 25/48

26 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés Wet Pit Les opérations de forage 26/48

27 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés Dry Pit Les opérations de forage 27/48

28 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés Implémenter un plan de ségrégation des rejets solides et/ou liquides. Les opérations de forage WASTES SEGREGATION & PIT LINER Fournir, poser un liner en HDPE (Polyéthylène haute densité) devant servir à étancher le compartiment OBM- Cuttings du bourbier. 28/48

29 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés Les opérations de forage Procédé de traitement par Stabilisation & Solidification Ce procédé consiste à stabiliser au moyen d un produit chimique (Dissilicate de Sodium) toutes les concentrations d hydrocarbures et de métaux lourds contenus dans les déblais et à solidifier ces déblais par du laitier de ciment. Après traitement, et une fois que le processus de durcissement est atteint, nous obtenons une matrice qui incorpore les rejets en une pierre synthétique. ce phénomène est appelé l encapsulation. 29/48 Phénomène d encapsulation

30 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés Les opérations de forage Procédé de traitement par Stabilisation & Solidification L unité de Solidification à Hassi-Messaoud 30/48

31 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés Les opérations de forage Procédé de traitement par Désorption Thermique La désorption thermique est une technique de traitement des terres contaminées par des composés organiques (hydrocarbures, HAP). Ce procédé consiste à chauffer les terres polluées dans un four rotatif dans lequel un brûleur produit une chaleur entre 250 et 550 C. Cette dernière permet la volatilisation des polluants sous forme de gaz qui seront dépoussiérés et épurés par filtre à manches. La qualité essentielle du procédé est la décontamination totale des terres, indépendamment des concentrations en entrée. Le four rotatif permet un traitement homogène du matériau, d où une grande fiabilité dans les résultats. 31/48

32 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés Les opérations de forage Procédé de traitement par Désorption Thermique 32/48

33 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés Les opérations de forage Procédé de traitement par Désorption Thermique 33/48 L unité Thermique à Hassi-Messaoud

34 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés Les opérations de forage Contrôle de la qualité de traitement L arrêté du 18 décembre 1992 relatif au stockage de certains déchets industriels spéciaux ultimes et stabilisés pour les installations nouvelles et publié au Journal Officiel de la République Française le 30/03/1993, est la norme suivie, pour le traitement des déblais de forage. Cet arrêté définit les paramètres qui devraient être analysés et leurs limites maximales à ne pas dépasser pour que les déblais puissent être rejetés dans la nature. 34/48 Ces valeurs limites sont données dans le tableau suivant.

35 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés Les opérations de forage Les paramètres à analyser sur les déblais avant et après traitement 35/48 PARAMETRES UNITES METHODES NORMES REQUISES Hydrocarbures (HC) Mg/l Infrarouge 2.5 PH Ph-meter 4-13 Chrome VI (Cr Absorption Mg/l 6+) atomique 5 Chrome Total (Cr) Mg/l Absorption atomique 50 Plomb (pb) Mg/l Absorption atomique 50 Zinc (Zn) Mg/l Absorption atomique 250 Cadmium (Cd) Mg/l Absorption atomique 25 Cyanure (CN) Mg/l Absorption atomique 5 Nickel (Ni) Mg/l Absorption atomique 50 Arsenic (As) Mg/l Absorption atomique 5 Mercure (Hg) Mg/l Absorption atomique 5

36 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés La fracturation hydraulique Procédés de traitement des eaux de reflux ( Flow Back Water - FBW) La technique de traitement des eaux de reflux des opérations de fracturations dépend principalement de la nature et la taille des contaminants présents et qui sont réparties en général en deux catégories: Solides En Suspension (Total Suspended Solids TSS) Solides Dissous (Total Dissolved Solids TDS et qui englobe aussi les HC) 36/48

37 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés La fracturation hydraulique Procédés de traitement des eaux de reflux (Flow Back Water - FBW) Traitement des Solides en Suspension (TSS) La taille des solides en suspension dans l Eau recyclée ne doit pas dépasser 20 µm, d où la nécessité d une filtration. Le sable (Propants) injecté, polymère et déblais générés par l opération de fracturation sont à l origine des TSS dans les eaux de reflux FBW. 37/48

38 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés La fracturation hydraulique Procédés de traitement des eaux de reflux ( Flow Back Water - FBW) Traitement des Solides Dissous (TDS) L élimination des solides dissous, principalement les sels, est beaucoup plus compliquée, difficile, et coûteuse en comparaison avec l élimination des solides en suspension. La diversité des types des TDS a mené au développement de divers procédés de traitement énumérés ci-après. 38/48

39 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés La fracturation hydraulique Procédés de traitement des eaux de reflux ( Flow Back Water - FBW) Méthodes de traitement des solides dissous (TDS) aux USA Les procédés les plus efficaces pour le traitement des TDS sont: Électro-Coagulation Osmose inversé Nano-Filtration L électro-coagulation est le procédé le plus économique et plus rapide. 39/48

40 Techniques et procédés de gestion et traitement des effluents rejetés La fracturation hydraulique Procédés de traitement des eaux de reflux ( Flow Back Water - FBW) Types et Coûts De Diverses Méthodes de Traitement des TDS (USA) 1m 3 =3.78 Gal 40/48

41 Cadre réglementaire National 41/48 Loi n du 12 décembre 2001 relative à la gestion, au contrôle et à l'élimination des déchets. Art Les déchets spéciaux ne peuvent être traités que dans des installations autorisées par le ministre chargé de l'environnement conformément aux dispositions réglementaires en vigueur. Art Il est interdit à tout générateur et/ou détenteur de déchets spéciaux dangereux de les remettre ou de les faire remettre à : - toute autre personne que l'exploitant d'une installation autorisée pour le traitement de cette catégorie de déchets, - tout exploitant d'une installation non-autorisée pour le traitement desdits déchets. Art Quiconque remet ou fait Tableau issu de la nomenclature des déchets (décret exécutif ) remettre des déchets spéciaux dangereux en vue de leur traitement, à une personne exploitant une installation non autorisée pour le traitement de cette catégorie de déchets, est punie d'un emprisonnement de six (6) mois à deux (2) ans et d'une amende de quatre cent mille ( ) à huit cent mille ( ) dinars ou de l'une de ces deux peines seulement. SD: classé déchet spécial dangereux S : classé déchet spécial

42 Cadre réglementaire National Les déchets traités par solidification / stabilisation peuvent être considérés eux même comme des déchets, selon la nomenclature des déchets spéciaux. 42/48

43 Cadre réglementaire National déclaration des déchets spéciaux dangereux Décret exécutif n du 10 septembre 2005 fixant les modalités de déclaration des déchets spéciaux dangereux. Depuis la date de publication du décret en 2005, les informations relatives à la nature, la quantité, les caractéristiques, le traitement des déchets et les mesures prises et à prévoir pour éviter la production des déchets, qui constituent la déclaration des déchets spéciaux dangereux sont établies dans un formulaire qui doit être transmis à l administration chargée de l environnement, dans un délai n excédant pas trois (3) mois au-delà de la clôture de l année considérée par la dite déclaration. 43/48

44 Cadre réglementaire National Décret exécutif n du 14 décembre 2004 fixant les règles générales d aménagement et d exploitation des installations de traitement des déchets et les conditions d admission de ces déchets au niveau de ces installations. Art. 3. Sont qualifiées d installations de traitement des déchets toutes installations destinées à la valorisation, au stockage et à l élimination des déchets, notamment : les centres d enfouissement techniques de déchets spéciaux ; les installations d incinération des déchets spéciaux ; les installations de co-incinération ; les installations de traitement physico-chimique des déchets ; les installations de valorisation des déchets. etc. Art. 12. L admission des déchets spéciaux sur le site d installation de traitement est conditionnée par l obtention d un certificat d acceptation préalable délivré par l exploitant de l installation de traitement pour une durée d un (1) an, période à l issue de laquelle la procédure d obtention doit être renouvelée. Décret exécutif n du 31 mai 2006 définissant la réglementation applicable aux établissements classés pour la protection de l'environnement et Décret exécutif n du 19 mai 2007 fixant la nomenclature des ICPE 44/48 AM : Autorisation ministérielle (procédure d'exploitation d'établissement classé)

45 Cadre réglementaire National Décret exécutif n du 14 décembre 2004 fixant les règles générales d aménagement et d exploitation des installations de traitement des déchets et les conditions d admission de ces déchets au niveau de ces installations. Art. 3. Sont qualifiées d installations de traitement des déchets toutes installations destinées à la valorisation, au stockage et à l élimination des déchets, notamment : les centres d enfouissement techniques de déchets spéciaux ; les installations d incinération des déchets spéciaux ; les installations de co-incinération ; les installations de traitement physico-chimique des déchets ; les installations de valorisation des déchets. etc. Art. 12. L admission des déchets spéciaux sur le site d installation de traitement est conditionnée par l obtention d un certificat d acceptation préalable délivré par l exploitant de l installation de traitement pour une durée d un (1) an, période à l issue de laquelle la procédure d obtention doit être renouvelée. Décret exécutif n du 31 mai 2006 définissant la réglementation applicable aux établissements classés pour la protection de l'environnement et Décret exécutif n du 19 mai 2007 fixant la nomenclature des ICPE 45/48 AM : Autorisation ministérielle (procédure d'exploitation d'établissement classé)

46 Cadre réglementaire National Aspects HSE dans la Loi sur les Hydrocarbures Article 18 : Les études environnementales «Toute personne doit, avant d entreprendre toute activité objet de la présente loi, préparer et soumettre à l approbation de l autorité de régulation des hydrocarbures, une étude d impact environnementale et un plan de gestion de l environnement comprenant obligatoirement la description des mesures de prévention et de gestion des risques environnementaux associés auxdites activités conformément à la législation et réglementation en vigueur en matière d environnement». 46/48

47 Cadre réglementaire National Aspects HSE dans la Loi sur les Hydrocarbures Article 80 : Les obligations en cas d abandon et réhabilitation de sites «Pour tout ouvrage dont l état ne désire pas le transfert de propriété, le contractant devra prendre en charge tous les coûts d abandon et/ou de restauration du site prévus par le contrat conformément aux textes réglementaires en matière de sécurité industrielle et d environnement». 47/48

48 MERCI POUR VOTRE ATTENTION 48/48