Forage en eaux profondes: ce qui se passe à 1.500 mètres
La catastrophe écologique du Golfe du Mexique rappelle brutalement les conditions extrêmes de la prospection pétrolière actuelle où des forces naturelles colossales sont maîtrisées par de la haute technologie.
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Frédéric Filloux a couvert pendant plusieurs années le secteur de l'énergie à Libération et a visité des plateformes de forage en mer du Nord. Voici un premier article sur les forages en eaux profondes.
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Les professionnels de l'industrie pétrolière n'excluent pas un scénario sombre pour le golfe du Mexique: le puits n°60-817-4169 pourrait continuer de fuir pendant des mois, voir des années avec la même intensité. Aujourd'hui, les experts apparaissent démunis face à l'ampleur de la catastrophe et les solutions réalistes sont tellement incertaines que tous les remèdes sont envisagés.
Pour comprendre ce qui est en train de se jouer à 1.500 mètres sous la surface, il est nécessaire d'expliquer le formidable enjeu technologique que représente le forage en eaux profondes.
La plateforme Deepwater Horizon louée à la société Transocean par British Petroleum, était ce qu'on appelle un «rig» d'exploration. Il s'agit d'immenses structures de plusieurs dizaines de milliers de tonnes qui sont positionnées au-dessus des réservoirs d'hydrocarbures. A ce jour, environ 400 ces plateformes sont déployées à travers le monde (détails sur ce site qui donne même les tarifs de location). Les plus simples sont posées sur le fond de la mer dès lors que la profondeur n'excède pas quelques dizaines de mètres. Au-delà, on a recours à des plateformes flottantes (ou à des navires de forage) qui sont ancrées au fond de l'eau et/ou maintenues en position grâce à des moteurs commandés par un GPS. La plateforme qui a sombré était de ce dernier type. Elle opérait par 1.500 mètres d'eau un puits qui s'enfonçait ensuite à plus de 4.000 mètres de profondeur. Une opération extrême, mais qui est appelée à devenir courante avec un baril à 75 dollars (plus le prix du baril augmente, plus le nombre champs exploitables s'élargit et plus le nombre d'années de réserves s'accroît...).
Comment connaître le potentiel d'un puits
Les plateformes d'exploration interviennent dans la phase la plus critique de l'exploitation d'un gisement. On les dépêche lorsque des étude préliminaires ont révélé la forte probabilité d'un réservoir d'hydrocarbures, pétrole ou gaz, les deux étant souvent combinés. Ces techniques reposent sur des analyses géologiques et sismiques poussées; on envoie des ondes sonores sur le fond de la mer puis on analyse les réverbérations afin de créer des modèles géophysiques qui vont révéler en trois dimensions le profil d'un réservoir. Ces calculs sont parmi les plus complexes qui soient et l'industrie pétrolière est, avec la météo, la plus gourmande en puissance informatique.
Malgré cela, on n'est sûr de rien. Le seul moyen d'avoir la certitude qu'il s'agit d'un gisement exploitable est d'effectuer un forage d'exploration avec le risque de tomber sur un puits «sec», ou sur un réservoir rempli d'eau salée, ou encore à trop faible pression. Une fois le réservoir atteint, une série de mesures permettra alors de comprendre avec certitude le potentiel du gisement. Le cas échéant, on forera d'autres puits de tests avant de décider de construire une plateforme de production, de poser les tuyaux sous-marins pour acheminer le pétrole ou le gaz vers la terre ferme. Souvent, il faudra filtrer un mélange qui, lorsqu'il sort de terre, ressemble à une sorte de champagne sablonneux (qui se fige à basse température), en séparant le gaz, le liquide, les minéraux parasites. Sur un champ pétrolier, le coût de ces installations se chiffre en milliards de dollars. D'où l'importance de ces forages d'exploration qui vont décider de ces investissements.
Forage extrême, risques extrêmes
Pour forer un puits à cette profondeur, tout est télécommandé depuis la surface. Plus question d'envoyer des plongeurs comme à la grande époque de la Comex qui intervenaient à grands risques jusqu'à 300-400 mètres de fond. Par 1.000 ou 2.000 mètres de profondeur, les robots font le travail. On descend un long tuyau (le riser) jusqu'au fond de la mer. Là, on installera la tête de puits, énorme pièce de fonderie de 500 tonnes, équipée d'innombrables vannes hydrauliques.
Le forage est une opération complexe et dangereuse. Pour les opérations les plus extrêmes, aujourd'hui, les dimensions dépassent l'imagination. Deux mille mètres d'eau, éventuellement des couches sédimentaires, parfois une épaisseur de sel de 4 à 5 km comme c'est le cas des nouveaux champs géants découverts au large du Brésil, ensuite à nouveau un kilomètre plus loin pour atteindre le réservoir. Celui-ci n'a rien de la structure d'une nappe phréatique, où le liquide repose, limpide et clair. Un réservoir d'hydrocarbures est une roche poreuse, instable et brûlante, soumise la pression colossale de 6.000 mètres d'écorce terrestre qui le comprime.
Pour sophistiquées que soient les modélisations de réservoirs, les foreurs ne savent jamais exactement à quoi s'attendre lorsqu'ils vont atteindre les zones critiques. Un puits offshore va prendre de quelques semaines à quelques mois pour être foré. Un travail harassant consistant à descendre, remonter, redescendre, des centaines de tiges de forages, longs tubes d'acier de 9 mètres de long et de 10 à 20 centimètres de diamètre, creux, vissés les uns autres autres. Ce «train de tiges» fait tourner un tricône (le trépan) équipé de molettes en diamant capables percer tous types de roches. Pour donner une idée, un puits extrême long de 7 kilomètres comme il en existe des dizaines actuellement dans le monde, va nécessiter un train de près de 800 tiges mises bout à bout; son comportement serait celui d'une tige de métal de 3 mm de diamètre et d'une longueur de 60 mètres: elle est flexible, flambe, se vrille, le cas échéant se brise. Lorsqu'en surface on stoppe la rotation de l'ensemble, l'élasticité du train de tiges fait que le trépan continue de tourner plusieurs dizaines de secondes! Là encore, tout cela fait l'objet de modélisations informatiques sophistiquées puisqu'on est capable de piloter cet ensemble, forer en biais et même horizontalement lorsqu'il s'agit d'aller drainer un réservoir de forme lenticulaire.
Un million de dollars par jour
Naturellement, les multiples couches de roches traversées n'ont rien d'un granit breton. En fait, un puits a tendance à s'effondrer sur lui-même en permanence. Afin d'éviter cela, à mesure que le forage se poursuit, on descend un tubage en acier qui va consolider l'ensemble et permettre le va-et-vient du train de tiges. Car comme rien n'est simple, il faut sans cesse remonter la colonne pour changer le trépan qui s'use, l'adapter en fonction des types de roches traversées, parfois se casse, etc. Ce travail de titan explique le coût d'un forage extrême: entre la location de la plateforme (compter 200 à 300.000 dollars par jour), les différents spécialistes qui interviennent, le matériel constamment acheminé par des navires de soutien ou des hélicoptères, la facture atteint souvent un million de dollars par jour et certains puits prennent trois mois pour être achevés. L'opération menée par Deepwater Horizon était budgetée à 96 millions de dollars pour 78 jours de forage.
Dans la catastrophe de la plateforme BP, un autre élément, peu sexy mais crucial dans cette technique, a joué un rôle essentiel: les boues de forage. Pour simplifier, il s'agit d'eau chargée d'un alourdissant minéral (en général de l'argile) et d'une flopée de produits chimiques qui remplissent un rôle précis en fonction des géologies traversées. Cette mixture a trois fonctions essentielles. En premier lieu, elle refroidit le trépan qui, entre la friction contre la roche et la température ambiante risquerait de fondre; ensuite, cette boue, injectée sous haute pression à l'intérieur de la tige, sert à remonter les débris rocheux du percement; enfin, cette colonne de boue haute de plusieurs kilomètres sert à contrer la formidable pression du mélange pétrole-gaz qui a tendance à vouloir s'échapper vers la surface. De ce que l'on sait aujourd'hui, c'est une erreur humaine dans la gestion de cette boue qui est à l'origine d'une des plus grande catastrophes qu'ait jamais connu l'exploration pétrolière.
Frédéric Filloux
Photo: Une capture d'écran de la vidéo prise par BP de la fuite. REUTERS/BP/Handout
Prochain article: ce qui s'est passé à bord de Deepwater Horizon, les remèdes possibles.
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Mis à jour le 09/06/2010 à 19h11
Merci beaucoup pour cet article très précis et très documenté.
J'aimerais juste faire part d'un sentiment : "L'opération menée par Deepwater Horizon était budgetée à 96 millions de dollars pour 78 jours de forage." Ce n'est rien. En première approximation ce budget était : nada, zero, gratuit, free, gratis.
Et ce pour 2 raisons :
1 Le pétrole non extrait est gratuit. (Le monde est injuste)
2 Le coût de sûreté était lui aussi quasi nul. (Le monde est dangereux)
1 Aujourd'hui, comme pour les autres ressources mais c'est très frappant pour le pétrole, la ressource appartient à celui qui la trouve (en gros), indépendamment de la quantité globale estimée sur la planète. Le fait que le pétrole soit en quantité limitée et qu'il soit vital pour la planète n'est pas pris en compte. Le cours du pétrole est basé sur le marché présent, avec les extractions présentes selon l'offre et la demande, comme s'il était en quantité infinie et que la seule problématique était de l'extraire.
Là où c'est frappant c'est que dès aujourd'hui le pétrole vaut tout de même cher en terme de demande (mais pas d'offre). Donc les prix sont élevés mais sans que le produit ne soit aujourd'hui si rare ou si dure à obtenir. En clair, BP vend cher un produit qu'il a en fait peu de mal à extraire (15 milliards de bénéfices annuel) (enfin jusqu'à la fuite).
J'avais fait en 2009 une étude des revenus par employé pour les industries pétrole, finance,informatique, défense, et médecine. Et bien, il n'y avait pas photo, même la finance s'incline face au pétrole.
Pour donner un petit calcul que j'avais au jour 31 de la fuite :
4 M gallons/day / 42 *70$/barrel = 6.7 Million $ / day x 31 days = 207 million dollars ...
Bref x2 par rapport au budget d'exploration mais ce n'est qu'un mois de fuite et il semble y en avoir pour un an minimum à ce débit...
On notera qu'il n'est pas totalement utopique d'imaginer donner un prix à chaque chose dans ce monde parce que, aujourd'hui, contrairement à hier, on est presque en mesure d'évaluer l'ensemble des réserves du monde (en pétrole par exemple). Tout est dans le presque évidemment. Mais le jour où cela devient possible, l'offre se rapproche de beaucoup de l'ensemble des réserves et la demande reste connue. L'application bête et méchante de la loi de l'offre et de la demande permet alors d'aboutir à un équilibre connu pour la fin des temps pétroliers (pas nécessairement très exaltant d'ailleurs si on se rend compte qu'il n'y a plus bcp de pétrole...).
2 Les coûts liés à la sureté de fonctionnement, à l'anticipation des risques sont très (trop) faibles. Pour prendre un autre exemple, le fonctionnement est un peu comme si Boeing ou Airbus n'avaient pas d'énormes contraintes de sûreté, comme s'ils n'étaient pas obligés de systématiquement dupliquer voire tripler les ordinateurs, les vérins, et les désormais fameux pitots aussi. Si c'était le cas Boeing ferait des profits bcp plus élevés mais bcp plus d'avions se crasheraient (et paradoxalement, il y aurait toujours des passagers, cf passagers qui prennent des "compagnies poubelles" ou juste la voiture...). La sureté aéronautique a un coût relativement phénoménal. Les avionneurs paient ces coups parce que, derrière, il y a heureusement de puissantes autorités de sureté (FAA, EASA).
Pour l'industrie pétrolière, les coûts liés à la duplication de vannes, vérins, etc. sont réduits en deçà du minimum. En soi ce n'est pas la faute de BP d'ailleurs mais des autorités de régulation (tout comme des autorités de régulation manquent en finance). Essayez de faire jouer un match de coupe du monde de foot en autoarbitrage (sans arbitre), on va rigoler.
Ce n'est pas tout. Il n'y a pas non plus (ou trop peu) de provision d'assurances liées aux dégats potentiels. Une compagnie aérienne va s'assurer contre les crashes parce que malheureusement l'avion 0 crash n'existe pas encore (et n'est pas près d'exister tant que l'on ne maitrise pas l'antigravité...). Le cout d'un crash est (cyniquement) estimable : en gros moins d'1 million de dollars par personne. Pour ce qui est des dégats faits à un cormoran, un poisson, des algues et tout un écosystème le prix est malheureusement très sous-estimé, exactement de la même manière que le prix du pétrole, non extrait, lui même, est sous estimé.
Si on chiffrait le coût des dégâts de la fuite comme celui d'un crash je ne serais pas étonné que l'on arrive à plusieurs dizaines de milliards de dollars. Et tout comme le prix d'une vie humaine est nécessairement sous-estimé cela serait encore une sous-estimation.
Les autorité de sureté aérienne sont puissantes parce que chaque accident d'avion est un drame spectaculaire. Le drame de BP aura au moins l'effet assuré de renforcer les autorité de sureté liées à l'industrie pétrolière. Sera-ce suffisant ? Il y aura encore des catastrophes pétrolières mais peut être que, non, il n'y en aura plus de cette amplitude. Malheureusement ce drame aura été tel qu'il aura suffit d'une fois pour faire une catastrophe colossale.
Sans blamer BP, on peut noter que, malheureusement, personne (ou vraiment très peu) n'a l'envie (et les moyens financiers) de contrer des risques dont il n'a jamais vu l'effet (même si il a pu les imaginer).
La vraie précaution n'est pas de ne rien faire pour ne pas prendre de risque (principe de précaution ad nauseam) mais de faire les choses, en évaluant les risques, et en mettant en place les nombreux systèmes de régulation, de contrôle, et de sureté qui sont requis (et qui coûtent chers).
Conclusion
L'ordre économique et financier doit évoluer pour permettre de prendre en compte 2 entités sous-évaluées dans les modèles de prix :
- la valeur des ressources naturelles à l'état brut, naturel (non extrait, non stocké)
- la valeur de la sureté
Ceci pour aller vers un monde plus juste et plus sûr. (On peut toujours rêver)
H
Webmaster ThinkoSphere
PS Pour ceux que ça intéresse, je signalerais que j'avais développé ces sujets en 2009 sur mon blog dans quelques articles en anglais dont :
"Revenues per employee sum up world's troubles" et "2 lessons Economics should learn from Aerospace" (googlables)
Pour aller dans le sens d'Harry Seldon, ce qui est frappant avec cette histoire de BP (mais on aurait pu dire la même chose à propos de la finance, ou de la délocalisation des industries et des services), c'est la sous-estimation systématique des risques.
BP va peut-être disparaître parce qu'ils n'ont pas voulu investir dans une vanne à 500 000 dollars:
US regulators don't mandate use of the remote-control device on offshore rigs , and the Deepwater Horizon, hired by oil giant BP PLC, didn't have one. With the remote control, a crew can attempt to trigger an underwater valve that shuts down the well even if the oil rig itself is damaged or evacuated…
Nevertheless, regulators in two major oil-producing countries, Norway and Brazil, in effect require them. Norway has had acoustic triggers on almost every offshore rig since 1993.
The US considered requiring a remote-controlled shut-off mechanism several years ago, but drilling companies questioned its cost and effectiveness, according to the agency overseeing offshore drilling. The agency, the Interior Department's Minerals Management Service, says it decided the remote device wasn't needed because rigs had other back-up plans to cut off a well.
What that means in plain and simple English is that the Oil Patch Boys bought enough politicians and bureaucrats to stop regulation.
The UK, where BP is headquartered, doesn't require the use of acoustic triggers.
An acoustic trigger costs about $500,000, industry officials said. http://eideard.wordpress.com/2010/04/30/oil-lobby-killed-safeguards-on-gulf-drilling-rig/
La finance, c'est sans doute un peu particulier, parce que s'ils gardent les profits, par contre ils font supporter à leurs clients l'essentiel des risques. Encore que cette fois-ci, ils ont tout de même senti passer le vent du boulet.
Mais la délocalisation des services et des industries, est également un bon exemple des risques que les entreprises n'hésitent pas à courir tant en terme d'image (leur réputation) que de qualité, de secret industriel ou de risques géostratégiques.
Que reste-t-il par exemple de l'image qualitative qui était associée aux produits allemands ou aux produits japonais par le consommateur ?