La réalité grave du forage arctique

Le forage de pétrole et de gaz dans l'Arctique est l'une des entreprises les plus exigeantes et les plus complexes sur le plan technique dans l'industrie énergétique. La région détient environ 13 % du pétrole non découvert et 30 % de son gaz naturel non découvert, selon la US Geological Survey. Pourtant, l'extraction de ces ressources exige des exploitants qu'ils soient confrontés à des glaces de mer extrêmement froides, en mouvement, à des mois d'obscurité totale et à certains des écosystèmes les plus fragiles de la Terre. La marge d'erreur est proche de zéro, et le coût de la défaillance peut être catastrophique, tant financièrement que sur le plan environnemental.

Principaux défis dans le forage dans l'Arctique

L'environnement arctique présente une convergence des dangers qui testent tous les aspects de la technologie de forage et de l'endurance humaine.Ces défis se classent dans plusieurs catégories distinctes, chacune nécessitant une planification technique et opérationnelle spécialisée.

Températures extrêmement froides

Les températures ambiantes dans l'Arctique peuvent descendre en dessous de -50°C (-58°F) et lorsque le refroidissement éolien est pris en compte, les conditions deviennent encore plus sévères. À ces températures, l'acier devient fragile, les fluides hydrauliques s'épaississent et les joints en caoutchouc perdent de la souplesse. L'équipement de forage qui fonctionne de façon fiable dans les climats tempérés souffre d'un taux de défaillance accru dans l'Arctique. Les moteurs diesel sont difficiles à démarrer, les batteries perdent de leur capacité et l'isolation électrique peut se fissurer. Le personnel est exposé aux risques de gel et d'hypothermie même avec des engins lourds à température froide.

Situation de la glace et de la mer

Les glaces peuvent dériver à des vitesses de plusieurs kilomètres à l'heure, exerçant d'immenses forces sur toute structure de leur sentier. Les crêtes de glace, certaines s'étendant à des dizaines de mètres sous la surface, peuvent gonfler le fond marin et endommager l'infrastructure sous-marine. La glace pluriannuelle, qui est plus épaisse et plus dure que la glace de première année, présente le plus grand danger. Les opérations doivent être suspendues ou la plate-forme déplacée si la glace empiète trop près. La saison en eau libre dans l'Arctique est courte, ne dure généralement que de six à dix semaines dans de nombreuses régions. Cette étroite fenêtre oblige les exploitants à comprimer les programmes de forage en un calendrier très serré, ce qui augmente les coûts et les risques opérationnels.

Pergélisol et instabilité au sol

Sur le terrain, le pergélisol exige de s'occuper du pergélisol, qui est un sol qui est resté gelé pendant deux années consécutives ou plus. Le pergélisol peut prolonger des centaines de mètres de profondeur, mais sa couche supérieure, la couche active, dégele chaque été. Lorsqu'un puits est foré, la chaleur du fluide de forage et les hydrocarbures produits peuvent dégeler le pergélisol autour du puits, ce qui entraîne une subsidence au sol et une perte d'intégrité structurelle. Il s'agit d'une cause connue de défaillances de l'enveloppe de puits dans les champs arctiques. Le pergélisol peut également déstabiliser les plaques de forage, les routes et les supports de pipelines.

Difficultés logistiques et de la chaîne d'approvisionnement

La plupart des équipements, du carburant, des aliments et du personnel doivent être transportés sur de longues distances par voie aérienne, maritime ou saisonnière. Les routes de glace, construites sur de la toundra congelée ou de la glace de mer, ne sont utilisables que pendant quelques mois chaque année et ont des limites de poids strictes. Si une partie critique échoue pendant l'hiver, il peut prendre des semaines pour obtenir un remplacement et le coût du transport aérien d'urgence est exorbitant. Le stockage et le transfert du combustible doivent être gérés avec un soin extrême pour prévenir les déversements dans des environnements sensibles. L'élimination des déchets est également un défi : les boutures de forage, les eaux grises et les autres flux de déchets doivent être traités et éliminés conformément à des règlements locaux stricts, ce qui exige souvent un transport sur de longues distances vers des installations approuvées.

Sensibilité environnementale et examen réglementaire

Les rejets de pétrole seraient particulièrement difficiles à contenir et à nettoyer dans les eaux couvertes de glace. Les dispersants sont moins efficaces en eau froide et le matériel mécanique de récupération est entravé par la glace. Les dommages à long terme à la chaîne alimentaire et aux collectivités locales sont importants. Par conséquent, la surveillance réglementaire du forage dans l'Arctique est extrêmement stricte.Les exploitants doivent préparer des énoncés détaillés des incidences environnementales (EIE), élaborer des plans d'intervention complets en cas de déversement et démontrer qu'ils sont en mesure de forer un puits de secours au cours de la même saison.

Main-d'œuvre et facteurs humains

Les rotations de deux à quatre semaines sur place sont fréquentes, les travailleurs vivant dans des quartiers proches et ayant un contact étroit avec la famille. La fatigue, les troubles affectifs saisonniers et les conflits interpersonnels peuvent augmenter le risque d'erreur humaine, qui est une cause principale d'accidents industriels. La surveillance de la santé physique et mentale des travailleurs est un élément essentiel des opérations dans l'Arctique. Les entreprises doivent fournir des installations médicales adéquates, un soutien en santé mentale et des possibilités récréatives pour maintenir le moral et la sécurité.

Solutions innovantes pour le forage dans l'Arctique

Malgré ces défis redoutables, l'industrie a mis au point une gamme de solutions qui permettent aux forages de réaliser des niveaux acceptables de sécurité et de risque environnemental.

Matériel spécialisé

Les systèmes hydrauliques utilisent des fluides synthétiques dont les points de coulée sont inférieurs à -50 °C. Les câbles électriques sont spécifiés avec une isolation résistante au froid qui ne se fissure pas lorsqu'elle est fléchie à basse température. Les enceintes chauffées appelées « maisons d'hivernage » sont construites autour du plancher de forage, des pompes à boue et d'autres équipements clés pour maintenir une température opérationnelle. Les systèmes de chauffage des tuyaux de forage maintiennent le tuyau au chaud pendant l'entreposage et la manutention afin de prévenir la formation de glace et de réduire le risque de fracture fragile. Les tables rotatives et les entraînements supérieurs sont munis d'éléments de chauffage et d'isolation. Les systèmes de moulage utilisent des réservoirs chauffés et des tuyauteries isolées pour maintenir les propriétés des fluides de forage par temps froid.Ces modifications ajoutent du poids et des coûts, mais sont essentielles pour un fonctionnement fiable.

Gestion des glaces et maintien de la station

Pour le forage en mer, la gestion des glaces est une capacité essentielle. La gestion des glaces consiste à détecter, suivre et atténuer les effets de la glace de mer sur les opérations de forage. Un programme typique de gestion des glaces comprend des images satellitaires, des radars aéroportés, des radars à terre et des observateurs de la glace sur la plate-forme qui fournissent des renseignements en temps réel sur les conditions de glace. Lorsque des navires de brise-glace sont déployés pour briser les flocons, rediriger la glace de la plate-forme et, si nécessaire, aider à remorquer la plate-forme vers un endroit sûr.

Gestion thermique du pergélisol

Pour éviter le dégel du pergélisol autour des puits, les opérateurs utilisent plusieurs techniques. Une méthode courante consiste à isoler le caisson du puits avec une couche de mousse à cellules fermées ou de tubes à isolation sous vide (VIT), ce qui réduit le transfert de chaleur des fluides produits au pergélisol environnant. Une autre méthode consiste à utiliser des thermosyphons, qui sont des dispositifs passifs de transfert de chaleur qui extrait la chaleur du sol et la dissipent vers l'air froid. Les thermosyphons sont installés verticalement ou à un angle autour de la tête de puits et le long des supports de pipeline. Ils sont particulièrement efficaces dans les conditions arctiques parce qu'ils fonctionnent sans pièces mobiles ou sans puissance extérieure. Certains opérateurs utilisent également des unités de réfrigération pour refroidir activement le sol autour des infrastructures critiques.

Perceuse à portée étendue et technologie de direction

La DRE permet de forer plusieurs puits à partir d'une seule surface, réduisant ainsi le nombre de plates-formes de forage, de routes d'accès et de corridors de pipelines. La technologie moderne de forage directionnel peut permettre d'atteindre des déplacements horizontaux de plus de 10 kilomètres à partir d'une seule tête de puits. Ainsi, de grandes parties d'un réservoir peuvent être accessibles depuis un emplacement terrestre ou une petite île artificielle, ce qui réduit les perturbations du milieu marin ou de la toundra. Le projet Sakhalin-1 d'ExxonMobil a utilisé la DRE pour atteindre les réserves extracôtières des sites de forage terrestres, ce qui permet de consigner la profondeur mesurée du processus.

Forage saisonnier et planification opérationnelle

Les exploitants utilisent une stratégie de « flot » où un navire de forage ou semi-sous-marin est déplacé vers un endroit sûr lorsque la glace menace et retourne lorsque les conditions s'améliorent. Cela exige un navire à position dynamique capable de se réinstaller rapidement. Dans la mer de Beaufort au Canada, les exploitants ont utilisé des îles artificielles et des caissons renforcés par la glace qui peuvent résister aux forces de glace pendant l'hiver et être ensuite démobilisés pendant l'été. L'utilisation de plates-formes de forage modulaires qui peuvent être rapidement assemblées et démontées a également amélioré la flexibilité opérationnelle. Ces plates-formes sont conçues pour être transportées par barge, hélicoptère ou sur des routes de glace en éléments légers qui peuvent être érigés sur le site de forage en quelques semaines.

Surveillance environnementale et préparation aux déversements

Les données en temps réel sont transmises aux équipes environnementales à terre qui peuvent fournir une analyse rapide et recommander des mesures d'atténuation. La planification de l'intervention en cas de déversement est particulièrement rigoureuse. La plupart des administrations exigent que les exploitants démontrent qu'ils ont l'équipement et le personnel nécessaires pour monter une opération de mise en place et de confinement dans un délai déterminé. Dans les eaux arctiques, il s'agit généralement de disposer d'un empilement mobile et d'un matériel de confinement spécialisé pouvant fonctionner dans la glace. Les systèmes d'injection de dispersion sub-sud peuvent être déployés pour briser le pétrole à la source avant qu'il n'atteigne la surface. Certains exploitants ont élaboré des stratégies d'intervention en cas de « glace » qui utilisent un brûlage contrôlé sur place et un rétablissement mécanique adapté aux conditions de glace brisée.

Automatisation et opérations à distance

Les progrès en matière d'automatisation et de surveillance à distance transforment le forage dans l'Arctique. Les centres d'opérations à distance (COR) situés dans des villes comme Houston ou Aberdeen permettent au personnel expert de surveiller et de conseiller les opérations de forage sans être physiquement présents sur le chantier.Cela réduit le nombre de personnes nécessaires au site éloigné et permet d'accéder à un plus large bassin d'expertise. Les systèmes automatisés de forage peuvent gérer des fonctions telles que la manutention des tuyaux, le tréfilage et le contrôle des puits, réduire les exigences physiques des équipages et réduire le risque d'erreur humaine.

Études de cas sur le forage dans l'Arctique

La baie de Prudhoe en Alaska

Le champ de Prudhoe Bay, situé sur le versant nord de l'Alaska, est en production depuis 1977 et sert de référence pour le forage côtier dans l'Arctique. Le champ a été développé à l'aide de plaques de gravier, de bâtiments isolés et d'un réseau de pipelines surélevés sur des supports refroidis par thermosyphon. Le forage à grande portée à partir de plaques a permis de développer le champ avec une empreinte superficielle relativement petite. Le réseau de pipelines Trans-Alaska (TAPS) a été conçu pour résister aux tremblements de terre et au pergélisol, et il transporte du pétrole de la baie Prudhoe au port de Valdez. Le champ est maintenant en déclin, mais il a produit plus de 13 milliards de barils de pétrole, ce qui démontre que la production à long terme de l'Arctique est possible grâce à une bonne gestion technique et environnementale.

Les Norvégiens Snøhvit et Johan Castberg

Le champ norvégien Snøhvit dans la mer de Barents utilise des modèles de production sous-marins liés à une usine de gaz naturel liquéfié (GNL) à Melkøya. Cette approche submarine-côtière élimine la nécessité d'une plate-forme de surface, réduisant l'exposition aux glaces et aux tempêtes. Le champ Johan Castberg, qui devrait commencer à produire en 2024, utilise un navire flottant de stockage et de déchargement de la production conçu pour gérer les conditions de glace dans la mer de Barents. Le FPSO est équipé d'une coque renforcée par la glace et d'un système d'amarrage de tourelle qui permet au navire de passer par le vent et le courant dominant.

Ile Sakhalin, Russie

Les projets Sakhalin au large de la côte du Pacifique russe ont été confrontés à certaines des conditions de glace les plus graves de toute opération de forage au large. Sakhalin-1 utilise la plate-forme de forage Yastreb, qui est une plate-forme terrestre d'une portée de plus de 11 kilomètres pour exploiter les réserves au large. Sakhalin-2 utilise des plates-formes et des pipelines sous-marins résistants aux glaces pour amener du pétrole et du gaz à une usine de GNL côtière.

L'avenir du forage dans l'Arctique

Sur le plan technologique, les progrès en matière de science des matériaux, d'automatisation et de surveillance en temps réel continueront d'améliorer la sécurité et l'efficacité. L'utilisation de plates-formes de forage toutes électriques, qui éliminent les risques de fuites de fluides hydrauliques et réduisent les émissions, suscite un intérêt croissant. La mise au point de systèmes hybrides et alimentés par batterie peut améliorer l'efficacité énergétique et réduire le bruit, tant pour les travailleurs que pour la faune.

Cependant, le cas économique du forage dans l'Arctique est sous pression. Le coût élevé des opérations dans l'Arctique, combiné à la volatilité des prix du pétrole et à la croissance des énergies renouvelables, signifie que seuls les champs les plus importants et les plus prometteurs seront probablement développés.De nombreuses compagnies pétrolières ont réduit leurs programmes d'exploration dans l'Arctique ces dernières années. Shell a abandonné son programme de forage dans la mer de Chukchi en 2015 après avoir dépensé plus de 7 milliards de dollars et fait face à des revers techniques et réglementaires.

La réduction de l'étendue de la glace de mer d'été rend certaines zones plus accessibles pendant de plus longues périodes, mais elle suscite aussi des préoccupations quant aux répercussions environnementales de l'activité industrielle dans des régions jusque-là intactes. La dégel du pergélisol sur les terres pose des problèmes techniques pour les infrastructures existantes et accroît le risque d'érosion côtière.

La coopération internationale sera importante pour établir des normes et partager les meilleures pratiques.Le Conseil de l'Arctique, les gouvernements de l'Arctique et les associations industrielles comme l'Association internationale des producteurs de pétrole et de gaz (IAGP) ont élaboré des lignes directrices pour les forages et les interventions en cas de déversement dans l'Arctique.

L'Arctique n'est pas une région pour l'exploration occasionnelle, mais il exige le meilleur de l'ingénierie, de la planification et de la gestion des risques. Pour les exploitants qui veulent investir dans la technologie et l'expertise nécessaires, l'Arctique peut produire des ressources précieuses, mais seulement s'ils opèrent avec la discipline et le respect que requiert cet environnement extrême.