Le Programme de forage d'exploration des hydrates de gaz Mallik 2002

Les hydrates de gaz sont des substances naturelles semblables à de la glace composées d'une combinaison de gaz naturel et d'eau, qui peuvent constituer une immense ressource de gaz naturel dans les océans et les régions polaires du globe. La quantité de gaz naturel que recèlent tous les hydrates de gaz au monde est de beaucoup supérieure, estime-t-on, au volume de gaz naturel contenu dans tous les gisements classiques connus. Les hydrates de gaz offrent d'énormes possibilités en tant que combustible écologique au XXIe siècle, mais les défis techniques qu'il faudra relever pour les exploiter sont considérables. Il faudra procéder à des recherches pour comprendre et mettre au point de nouvelles techniques qui permettront de quantifier leur distribution dans la nature. Les méthodes de récupération qui ont été proposées, comme la dissociation ou la fusion des hydrates gaz par chauffage et/ou réduction de la pression dans le gisement n'ont pas encore été éprouvées.

Profitant de l'occasion que constitue le Colloque international sur les hydrates de gaz intitulé De Mallik vers l'avenir, qui a lieu du 7 au 10 décembre 2003 à Chiba, au Japon, les partenaires du programme de forage d'exploration des hydrates de gaz Mallik 2002 et ses participants ont le plaisir d'annoncer la première présentation publique des résultats du premier projet moderne et pleinement intégré combinant une étude sur le terrain et des essais de production d'une accumulation d'hydrates de gaz naturel. Ces résultats et leur analyse constituent le principal ensemble de données scientifiques et techniques qui permettront de réaliser le potentiel énergétique de cette source globale non classique de méthane.

Recherches sur le terrain

Dans le cadre du Programme de forage d'exploration Mallik 2002, trois puits (les puits d'exploration Mallik 3L-38 et 4L-38 de JAPEX/ JNOC/ GSC et al. et le puits de production Mallik 5L-38) ont été forés dans le champ d'hydrates de gaz Mallik sur l'île Richard qui se trouve dans le delta du Mackenzie, dans les Territoires du Nord-Ouest, au Canada. Nous avons choisi cet endroit, car le gisement qui s'y trouve est le plus riche en hydrates de gaz qui ait été observé jusqu'ici et ressemble à bien des égards, croyons-nous, aux sédiments au large des côtes du Japon. Les travaux de recherche effectués dans le cadre du projet Mallik s'appliquent dans une large mesure aux gisements d'hydrates de gaz decelés un peu partout au monde.

À partir du puits Mallik 5L-38, nous avons extrait des carottes et récupéré des hydrates de gaz et les sédiments qui y sont associés, depuis un intervalle situé entre 880 et 1150 mètres de profondeur. Ces carottes ont fait l'objet d'un examen approfondi par les partenaires du programme Mallik, y compris par les scientifiques et les ingénieurs appuyés par le Programme international de forage continental. Des renseignements détaillés sur la géologie, la géochimie et les propriétés géotechniques et microbiologiques des sédiments renfermant des hydrates de gaz ont été complétés par les résultats obtenus dans le cadre d'un programme de géophysique comportant des recherches approfondies, qui comprenait des études à la surface et au fond de puits. L'ensemble des données scientifiques était conçu pour venir compléter les résultats obtenus dans le cadre d'un nouveau programme d'essai de production et ainsi constituer l'ensemble de données scientifiques et techniques le plus détaillé qui soit sur les intervalles prévus et les caractéristiques de production des hydrates de gaz.

Nouvelles découvertes scientifiques et techniques

Programme de carottage

Dans le cadre du programme Mallik, nous avons extrait plus de 150 m de carottes d'hydrates de gaz de haute qualité, ce qui a permis de réaliser un grande variété d'études dont l'évaluation des propriétés macroscopiques et microscopiques des sédiments des réservoirs. Parmi les nouveaux travaux qui ont été effectués, on compte des études sur la cinétique de dissociation des hydrates de gaz lors de leur passage de la forme solide à la forme gazeuse, des études sur leurs propriétés pétrophysiques, des études sur leur chimie moléculaire et des études sur leurs propriétés géotechniques telles que la résistance à la compression et le régime de contraintes.

Études géophysiques

Nous avons effectué une grande variété d'études géophysiques en vue de quantifier la distribution des hydrates de gaz. L'essai de nouveaux outils géotechniques constituait un élément clé de ce programme, car les méthodes qui serviront à quantifier les hydrates de gaz grâce à des levés géophysiques doivent être éprouvées. L'utilisation d'appareils à fibres optiques a permis de documenter le régime géothermique avec une précision de l'ordre du mètre. Des études réalisées à la surface, au fond de puits et par sondage transversal ont été réalisées, ainsi qu'un certain nombre d'études de diagraphie avancée. Les mesures géophysiques réalisées au fond de puits ont permis d'évaluer directement la perméabillité in situ et la quantité d'hydrates de gaz et d'étudier le réseau naturel de fractures.

Production d'hydrates de gaz

De nombreux milieux marins et arctiques, on le sait, recèlent des hydrates de gaz; néanmoins, on ne possédait guère de connaissances sur la technologie nécessaire à la production d'hydrates de gaz, avant la mise en oeuvre de ce projet. En raison des contraintes imposées par la logistique et les coûts, les partenaires ont décidé de procéder à des expériences de production soigneusement contrôlées, au lieu d'effectuer des essais de production à long terme. On a évalué la réaction des hydrates de gaz au chauffage et à une réduction de pression, en prenant soin de mesurer avec précision les conditions imposées et les réactions du réservoir. Globalement, il s'agit de combiner le programme scientifique et le programme de production en vue d'étalonner et de raffiner les modèles simulant le comportement des réservoirs et permettant d'en prévoir la réaction à long terme.

Expériences par réduction de pression : Les expériences comportant une réduction de pression qui ont été réalisées dans le cadre du Programme de forage d'exploration Mallik 2002 ont été conçues afin d'étudier la réaction des hydrates de gaz à une réduction de la pression dans la formation. Selon les résultats de trois essais de courte durée, il est possible de produire du gaz à partir d'hydrates de gaz présentant différentes concentrations et possédant différentes caractéristiques, en modifiant uniquement la pression. Les données obtenues viennent corroborer l'interprétation selon laquelle les hydrates de gaz sont beaucoup plus perméables et susceptibles de s'écouler qu'on ne le croyait auparavant, lorsqu'ils subissent une réduction de pression. Lors d'un essai, le taux de production de gaz était nettement supérieur lorsqu'on fissurait artificiellement le réservoir.

Expériences par chauffage : Les expériences comportant un chauffage qui ont été réalisées dans le cadre du Programme de forage d'exploration Mallik 2002 ont été conçues afin de déstabiliser les hydrates de gaz par stimulation thermique. Lors d'une expérience d'une durée de cinq jours réalisée sur une section de 17 m d'épaisseur dans une strate très riche en hydrates de gaz, on a produit du gaz continuellement tout au cours de l'essai, à des taux variables qui, au maximum, atteignaient 1500 mètres cubes par jour. La quantité totale de gaz produit était faible, indiquant ainsi que l'essai était une expérience de production réalisée dans des conditions contrôlées et non un essai en puits de longue durée. La baisse de production observée 52 heures après le début de l'essai est interprétée comme un phénomène lié à la formation et correspond peut-être à une perte soudaine de gaz produit. Selon plusieurs éléments de données, les fractures naturelles et artificielles ont peut-être servi de conduites par lesquelles le gaz s'est échappé.

Conséquences du Programme sur la mise en valeur future des hydrates de gaz

Avant la mise en oeuvre du projet, on avait élaboré des modèles informatiques simulant un processus thermodynamique de premier ordre, pour évaluer la production de gaz par chauffage et réduction de pression des hydrates de gaz. Selon ces modèles, il était possible de produire du gaz à des taux suffisamment élevés pour que les hydrates de gaz constituent une ressource techniquement récupérable. Toutefois, on connaissait mal les coûts associés à ces techniques améliorées de récupération. Le Programme de forage d'exploration Mallik a permis d'établir pour la première fois qu'il est techniquement possible de produire du gaz à partir d'hydrates de gaz.

Les données obtenues lors de la production de gaz par chauffage et par réduction de pression dans le cadre du Programme de forage d'exploration Mallik ont permis d'étalonner plusieurs des modèles de réservoir utilisés pour simuler les essais de chauffage et de réduction de pression. On reconnaît, dans une partie du processus d'étalonnage, que les gisements d'hydrates de gaz sont beaucoup plus perméables qu'on ne le croyait auparavant, qu'ils présentent des fissures naturelles et qu'ils peuvent être fissurés artificiellement. Les modèles étalonnés doivent donc tenir compte de tous les éléments uniques d'un champ d'hydrates de gaz. Les données obtenues dans le cadre du programme Mallik permettent donc, pour la première fois, d'évaluer de façon rationnelle la réaction du taux de production d'une accumulation d'hydrates de gaz, si les divers essais avaient été poursuivis pendant une longue période. Ces études montrent que, parmi les techniques possibles de production in situ de gaz naturel à partir d'hydrates de gaz, la réduction de pression produira plus de gaz que le chauffage de la formation. Toutefois, c'est en procédant à la fois par chauffage et par réduction de pression qu'on produira la plus grande quantité possible de gaz à partir d'hydrates de gaz.

Conséquences globales

Les sources sûres d'énergie dont disposent certains pays, comme le Japon et les pays asiatiques, sont actuellement limitées. La production de gaz naturel à partir d'hydrates de gaz pourrait constituer l'occasion d'exploiter une source de combustible potentiellement très importante et sans danger pour l'environnement, dont pourrait bénéficier l'économie de divers pays au monde. La mise en valeur des hydrates de gaz est également un facteur important en ce qui concerne l'approvisionnement futur en gaz sur le marché nord-américain; de plus, l'exploitation de cette source d'énergie durable permettra de créer des emplois pour les habitants du Nord.

Le Consortium Mallik

Le Programme de forage d'exploration des hydrates de gaz Mallik 2002 a été mis en oeuvre en partenariat avec la Japan National Oil Corporation (NOC), la Commission géologique du Canada (CGC), le United States Geological Survey (USES), le GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ), le United States Department of Energy (USDOE), la Gas Authority of India Ltd. (GAIL) et la Oil and Natural Gas Corporation Ltd. (ONGC), le Programme international de forage continental (PIFC) et le projet conjoint d'exploration du delta du Mackenzie de la BP Canada Energy Company, la Chevron Canada Resources et la Burlington Resources Canada. La Japan Petroleum Exploration Company et la Japex Canada Ltd. ont coordonné les travaux effectués sur le terrain dans le cadre du projet, tandis que la Commission géologique du Canada a assuré la coordination du Programme scientifique. C'est grâce aux travaux de plus de cent ingénieurs et scientifiques provenant de six pays que ces résultats ont pu être présentés à la communauté internationale des chercheurs oeuvrant dans le domaine des hydrates de gaz.

Perspectives des partenaires

Japon

Au Japon, comme dans bien d'autres pays possédant très peu de ressources énergétiques internes, le pétrole et le gaz importés constituent 99 % des ressources pétrolières et gazières primaires. C'est en raison de cette forte dépendance sur les importations que le gouvernement du Japon a mis en oeuvre un fort ambitieux programme de recherche visant à mettre au point la technologie qui permettrait de récupérer le gaz que recèlent les hydrates océaniques. En 1999-2000, la Japan National Oil Corporation (JNOC) a procédé, grâce au financement du ministère japonais responsable du commerce international et de l'industrie (MITI; actuellement ministère de l'économie, du commerce et de l'industrie, soit METI), au forage de six puits d'exploration dans le fossée Nankai au large de la côte sud-est du Japon, et y a découvert des gisements d'hydrates de méthane dans des couches de grès. En 2001, le METI a mis en oeuvre le " Programme japonais d'exploitation des hydrates de méthane "; dans ce programme, d'une durée de 16 ans, on définit les hydrates de méthane qui, prévoit-on, sont présents en quantités importantes un peu partout au large des côtes japonaises, comme une ressource énergétique future.

Canada

Si les hydrates de gaz constituent une source future d'énergie à l'échelle globale, alors le Canada, qui est un pays nordique baigné par trois océans, en posséderait d'énormes gisements. De plus, le Canada se situe au troisième rang parmi les producteurs de gaz naturel, le combustible fossile le moins dangereux sur le plan de l'environnement. La croissance prévue de la demande de gaz naturel en Amérique du Nord constitue, pour le Canada, une occasion de croissance tant sur le plan de l'économie que sur le plan des exportations, tout en l'aidant à respecter les engagements qu'il a pris à l'égard des communautés du nord en matière d'environnement durable et d'économie active. On évalue actuellement les hydrates de gaz comme source possible de gaz naturel, dans le cadre d'un nouveau programme de recherches unifiées mis en oeuvre par Ressources naturelles Canada. Au Canada, on effectue des recherches sur les hydrates de gaz depuis les années 1970. Les plus importants travaux réalisés par la suite en vue d'évaluer les hydrates de gaz comprennent les programmes conjoints de forage d'exploration Mallik 1998 et 2002. Le programme mené conjointement en 1998 par la Commission géologique du Canada (CGC) et la Japan National Oil Corporation (JNOC) a été couronné de succès, mais la productibilité des hydrates de gaz n'a pas été évaluée. C'est ce qui a incité la CGC et la JNOC a établir un partenariat plus large qui comprend la CGC, la JNOC, le USGS, le USDOE, la GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ), l'India Ministry of Petroleum and Natural Gas (MOPNG)/Gas Authority of India (GAIL) et le groupe conjoint Chevron-British Petroleum-Burlington qui est retourné à Mallik en 2002, en collaboration avec le Programme international de forage continental et la Compagnie pétrolière Imperial Ltée. Nous avons atteint les ambitieux objectifs de recherche sur les combustibles qui étaient prévus dans le cadre du Programme Mallik 2002, tout en effectuant des études sur les changements climatiques et des recherches sur les géodangers. Les diverses agences nord-américaines reconnaissent l'énorme potentiel que représentent les hydrates de gaz, mais elles notent également que les connaissances actuelles ne permettent pas de déterminer de quelle façon ni à quel moment les hydrates de gaz feront partie du système d'approvisionnement en gaz.

Allemagne

À partir de 2004, le ministère responsable de l'éducation et de la recherche (BMBF) et le Conseil de la recherche de l'Allemagne (DFG) entameront la deuxième phase du programme intitulé GEOTECHNOLOGIEN, qui portera spécialement sur le " méthane dans le géo/biosystème ". Voici les cinq domaines de recherche qui seront abordés : (1) méthane et provinces possédant des ressources d'hydrates de gaz, (2) incidences du méthane sur le climat, (3) hydrates de gaz comme géo/biosystèmes, (4) dangers naturels et (5) structure et propriétés des hydrates de gaz. Dans ce contexte, deux avancées méthodologiques revêtent une importance toute particulière. Il y a d'abord l'élement contrôle qui porte sur la surveillance des propriétés géochimiques et des variations de température à long terme, en particulier dans les milieux pergélisolés, et sur leur influence sur l'atmosphère et le climat. Il y a ensuite l'élément modélisation qui permet de se pencher sur la distribution temporelle et spatiale (3-D/4-D) des gisements d'hydrates de gaz. Nous procéderons ici à des études interdisciplinaires dans des laboratoires évolutifs naturels, expérimentaux et virtuels en vue de se pencher sur les aspects physiques, chimiques et microbiologiques, en tenant compte (1) de l'évolution des bassins, (2) de l'écoulement des eaux souterraines, (3) de la production de gaz biogènes et thermogènes et (4) du partage et du comportement des phases dans un système eau-gaz-pétrole.

États-Unis

Le gouvernement des États-Unis s'est engagé à assurer, aujourd'hui et à l'avenir, un approvisionnement en énergie propre, fiable et abordable. Les hydrates de méthane représentent une nouvelle source d'énergie potentiellement importante pouvant assurer un avenir économique et environnemental sain, au fur et à mesure que s'épuiseront les ressources classiques. L'U.S. Department of Energy (USDOE) en partenariat avec l'U.S Geological Survey (USGS), l'industrie, les universités et d'autres organismes gouvernementaux cherchent à assurer un approvisionnement à long terme en gaz naturel en développant la base de connaissances et l'infrastructure technologique nécessaires pour permettre, d'ici 2015, la production commerciale de méthane à partir de gisements d'hydrates. L'USGS et l'USDOE se sont engagés à participer à des programmes internationaux de recherche visant à parfaire les connaissances sur les hydrates de gaz naturel et à stimuler l'exploitation de cette ressource en vue de satisfaire à la demande d'énergie future.

Inde

L'Inde, tout comme le Japon, a également mis en oeuvre un fort ambitieux programme de recherche sur les hydrates de gaz. En mars 1997, le gouvernement de l'Inde a annoncé l'adoption de nouvelles politiques sur l'émission de permis d'exploration, qui prévoyaient l'autorisation de la location de plusieurs zones en eaux profondes (> 400 m) le long de la côte est de l'Inde, entre Madras et Calcutta. Des données sismiques récentes ont révélé la présence possible de gisements d'hydrates de gaz sur une grande étendue partout dans ces zones. L'Inde a également annoncé la découverte d'un important gisement possible d'hydrates de gaz dans la mer d'Andaman, entre la côte indienne et le Myanmar, qui, estime-t-elle, pourrait renfermer jusqu'à six billions de mètres cubes de gaz. Le gouvernement de l'Inde a indiqué que les hydrates de gaz sont " de la plus grande importance car ils permettront de satisfaire à ses besoins énergétiques grandissants".