Industrie du pétrole

Permis d’exploration et concession d’exploitation

Avant toute prospection, une compagnie pétrolière doit demander au pays hôte un permis d’exploration. En cas de découverte en phase d’exploration, un accord est conclu entre la compagnie et le gouvernement du pays : il définit les parts respectives des profits tirés de l’exploitation du pétrole (autrefois la fameuse règle du 50/50 aujourd’hui révisée en faveur du pays hôte). En règle générale, les pays décrètent que les ressources du sous-sol leur appartiennent, à l’exception des États-Unis où le propriétaire du sol l’est aussi du sous-sol.
Pour les ressources offshore, sous la mer, les accords internationaux déterminent les règles de partage (ex : pays riverains jusqu’à 300 miles des côtes).

Exploration                                                                              

Elle se scinde en deux branches :                                                            

• l'étude géologique s'intéressant à la formation possible des gisements (de pétrole et de gaz, les deux étant corrélés) et aux caractéristiques des roches en tant que réservoirs (ou couvertures) ;
• l'étude détaillée géophysique des structures internes des « pièges » ainsi que leur recherche sur les terrains à prospecter. Elle utilise surtout la sismique, qui permet d’obtenir des informations précises sur la profondeur et la disposition des couches sédimentaires, à l'aide de mesures par réflexion ou par réfraction d'ondes de choc émises.

La phase d’exploration, si elle est favorable, aboutit au « prospect » c’est-à-dire au gisement « putatif » qu'il faut aller vérifier sur le terrain par forage.

Les principaux contracteurs de sismique sont : Western Geco (groupe Schlumberger), CGG Veritas, PGS, TGS, Fugro.

Forage d’exploration

Il représente l'essentiel du coût total de l’exploration. Le forage offshore (en mer) coûte bien plus cher que le forage à terre. La découverte de grands gisements reste rare, en moyenne une découverte pour 10 forages d’exploration dans le monde.

Etapes

Un premier forage de diamètre 30" (~76 cm) est effectué jusqu'à quelques dizaines de mètres en profondeur, stabilisé par un tubage (casing) et cimenté. Ce tube sert de guide pour le trépan suivant de diamètre inférieur qui, plus profond, est à son tour tubé puis cimenté. Jusqu'à 5 trous de diamètres de plus en plus petits peuvent ainsi être forés. En parallèle, les déblais de forage sont analysés en continu.

Il y a plus de 5000 contracteurs de forage dans le monde. Citons : Pride, Rowan Drilling, Ensco, Noble Drilling, ou Transocean, Seadrill, Diamond offshore pour les forages en mer.

Parmi les milliers de fabricants d’équipements de forage : Smith, Vallourec, Cameron, Vetco-Gray, FMC, Continental Emsco, Ideco, Weatherford, Aker-Kvaerner. 

Evaluation

Dans un trou non encore tubé, des outils sont descendus par des câbles électriques pour évaluer les possibilités des roches rencontrées : ces « diagraphies électriques » (logging)  permettent de recaler les données sismiques (en temps) par rapport aux données de profondeur (en mètres); d'évaluer la hauteur, la porosité, le contenu en fluides des zones productives.

Si le puits est considéré comme valable pour la production, des tests complémentaires permettent d'évaluer le champ découvert : prélèvements d'échantillons de la roche-réservoir afin de mesurer sa porosité, prélèvements d'échantillons du fluide du gisement afin de mesurer sa composition, essais de production pour mesurer les débits, proportions eau/gaz/pétrole,et évaluer les réserves etc.

Le puits d’exploration reçoit un dernier tubage cimenté sur place avant d’être prêt à produire.

Les contracteurs principaux sont : Schlumberger (leader mondial des services pétroliers), Baker-Hughes, Halliburton, Camco.

Développement

Un gisement de grande taille (>10 km de diamètre) peut nécessiter plusieurs forages exploratoires afin de chiffrer les réserves. Un plan de développement établit le nombre de puits à forer, le type de récupération envisagé, les débits de fluides, le coût des installations annexes (ex : séparation, traitement). Les recettes prévisionnelles sont évaluées selon les prix du baril estimatifs, les conditions de l’accord de partage avec le pays propriétaire, etc.

Les techniques modernes permettent de forer en déviation à partir d'un seul point, cela limite les dimensions des installations de surface en concentrant les puits. Les puits peuvent simplement être déviés ou réellement horizontaux. Optimisant ainsi la surface de drainage entre le puits et la roche réservoir, les puits horizontaux peuvent avoir des productivités cinq à dix fois supérieures aux puits verticaux.

L'équilibre financier entre ces aspects détermine la prise de décision de développement du champ découvert.

Les grandes compagnies d’ingénierie proposent des contrats clefs en main, en particulier pour l’offshore. Citons : Technip, Saipem, Acergy, Brown & Root, Mc Dermott, SBM.

Production

Traitement des fluides

Les fluides parvenant en surface comportent, en plus du pétrole, de l’eau et du gaz. L’eau peut être perdue ou réinjectée dans le gisement. Le gaz, en l’absence d’un marché, est brûlé sur place (« torché ») ou réinjecté dans le gisement. Si le gaz peut être vendu, il est débarrassé de ses impuretés puis expédié par gazoduc vers les marchés ou liquéfié.

Récupération primaire

Un gisement pétrolier est en équilibre à la pression de fond, qui peut atteindre plusieurs centaines de bars.  Au début de la vie du puits, le pétrole parvient donc spontanément à la surface : le puits est dit « éruptif ».

Récupération secondaire et tertiaire    

Au-delà de sa période éruptive, le puits ne produit plus suffisamment. Des équipements complémentaires permettent de maintenir la pression de fond, diminuer la viscosité du fluide de formation et améliorer le drainage des réserves.

Ex : injection d’eau ou réinjection du gaz de formation , fracturation hydraulique, pompage etc.  

Les taux de récupération des réserves en place varient de moins de 10 % à plus de 70 % (taux moyen mondial : 35%)⁽¹⁾.

Les études réservoir peuvent être sous-traitées à Schlumberger, ou Beicip-Franlab (IFP)  ou à Landmark (Halliburton). Les équipements sont des séparateurs : Natco, Prosernat, ou des pompes immergées : Centrilift, Moineau, Framo, ou des pompes de surface : KSB, Sulzer, ou des compresseurs : Ingersoll-Rand, Atlas-Copco, parmi bien d’autres.

Transport

Une fois découvert, collecté, traité et stocké dans les terminaux de chargement, le brut doit être transporté vers les lieux de consommation.

Transport par oléoduc

Il existe de nombreux oléoducs et gazoducs dans le monde, principalement en Russie, aux États Unis d'Amérique, au Canada, en Europe et au Moyen-Orient.

En France, citons les oléoducs Le Havre-Grandpuits, le SPLSE (pipeline sud-européen), le SPMR (pipeline Méditerranée-Rhône), et les pipelines de produits comme ceux de TRAPIL qui alimentent la région Parisienne à partir du Havre.

Transport par voie maritime

Une société pétrolière utilise ses propres navires ou affrète des navires appartenant à des tiers. Les volumes des pétroliers varient de 3 000 tonnes en lourd (dwt) jusqu'à 350 000 tonnes. La taille peut être limitée pour des raisons de tirant d'eau et de largeur de canaux, par exemple au Canal de Panama (80 000 t environ) et au Canal de Suez (150 000 t environ).

Raffinage                                                                                       

Le pétrole brut est traité pour obtenir le maximum de produits légers à forte valorisation. En effet, les produits légers (gaz propane, butane, naphta, essences, kérosène et gazole) se vendent à prix élevé tandis que les fiouls et les résidus sont vendus à bas prix.

Procédés de raffinage et de pétrochimie:

• distillation atmosphérique;
• distillation sous vide;
• réformage catalytique;
• polymérisation;
• visbreaking;
• traitement mérox;
• hydrotraitement du naphta et du kérosène;
• hydrodésulfuration du gazole;
• craquage (catalytique, thermique, à la vapeur, hydrocraquage);
• isomérisation

Les procédés de raffinage et de pétrochimie sont vendus sous licence par Axens (IFP) ou UOP. Les raffineries sont construites par des Cies d’ingénierie comme Technip, KBR, Foster Wheeler, Lummus (CB&I), Heurtey-Petrochem etc.

Produits et Distribution

Exemples de produits pétroliers:

• gaz légers (méthane et éthane) combustibles utilisés par les raffineries elles-mêmes;
• gaz propane;
• gaz butane;
• naphta;
• essences : ordinaire et Super;
• kérosène utilisé essentiellement dans la fabrication du Jet A1 pour les avions;
• gazole léger servant de base pour le gazole moteur et du fioul domestique;
• gazole moyen;
• gazole lourd ou fioul lourd de différentes teneurs en soufre;
• bitume.

C'est par destructuration et/ou recombinaison des molécules des éléments plus ou moins lourds que l'on obtient certaines matières plastiques à partir du naphta (pétrochimie).

Ex : polymérisation du polyéthylène ou du polypropylène, matières plastiques utilisées dans tous les domaines.

Les produits pétroliers sont vendus aux clients finaux par les compagnies pétrolières elles mêmes ou par des distributeurs indépendants comme les filiales des grandes surfaces.

Les compagnies pétrolières sont classées en plusieurs catégories :  

• les compagnies privées multinationales, dont les « majors » comme Exxon Mobil, Shell, BP, Total, Chevron, Conoco, verticalement intégrées de l’exploration au raffinage distribution.
• les compagnies nationales, propriétés de l’Etat, comme Aramco (Arabie Saoudite), Nioc (Iran), Cnpc (Chine), Pvdsa (Vénézuéla), Petrobras (Brésil), Petronas (Indonésie) Sonatrach (Algérie);
• les indépendants qui ne font que chercher et produire du brut, partie « amont » de la profession, comme Maurel & Prom en France et de nombreux individus aux USA et Canada;
• les raffineurs ou distributeurs, spécialisés dans la partie « aval » comme Siplec (Leclerc) ou Carfuel (Carrefour) qui distribuent seulement les carburants dans leurs stations-services.

Les compagnies pétrolières (hors raffineurs et distributeurs) conservent en interne les études géologiques, les demandes de permis et négociations avec les pays hôtes, les études sur l’évaluation des gisements, sur les schémas de développement des champs et de récupération des réserves, ainsi que la partie financière dont elles assument le risque. 

Par contre, elles sous-traitent à des compagnies spécialisées tout service, étude, fourniture d’équipement, sans caractère « patrimonial ». On appelle ces dernières les « contracteurs »  et « équipementiers » regroupés dans la catégorie des « parapétroliers ».