Documentation > Oil, gas, coal, and friends > Gas and co > What is producing gas about ?
Simple and false ideas are not limited to oil. Just as producing oil is slightly more complicatred than turning a tap plugged into a tank, producing gas - which by the way often comes from the same field than oil - is not as simple at it might seem.
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Chercher
Le début de l'histoire, pour le gaz, est exactement la même que pour le pétrole : il faut chercher. Et comme pétrole et gaz se sont formés au cours du même processus, assez logiquement la prospection se passe dans les mêmes endroits : des bassins sédimentaires, qui ont autrefois été recouverts par de océans dans lesquels de petites bêtes ont vécu une vue heureuse (enfin j'espère) jusqu'à ce qu'une infime fraction d'entre elles finissent par se transformer en pétrole et gaz. Longtemps, du reste, la recherche du gaz n'a pas été un but en soi, le gaz étant un sous-produit - voire un résultat non désiré ! - de la prospection pétrolière
Comme la prospection pour le gaz se passe aux mêmes endroits que pour le pétrole, avec les mêmes méthodes, j'espère que le lecteur ne m'en voudra pas de le renvoyer à la page ad hoc pour le début de l'histoire. Nous la reprenons ci-dessous au moment où nous avons trouvé quelque chose.
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Eurêka (enfin presque)
Nous voici donc avec l'opérateur qui a trouvé "quelque chose" contenant du gaz. Et, surprise, dans deux cas sur trois un gisement de gaz est... un gisement de pétrole !
Représentation schématique des trois configurations possibles pour un "réservoir" de gaz, qui est en fait une roche plus ou moins poreuse et perméable contenant du pétrole, de l'eau et du gaz.
Dans le cas ci-dessus la roche contient à la fois de l'eau, du pétrole et du gaz, ce dernier étant pour partie dissous dans le pétrole (associated gas) et pour partie présent sous forme "libre" ("dome gas"). Cette configuration arrive quand la quantité de gaz présente dans le gisement excède ce qui peut se dissoudre dans le pétrole à la température et la pression considérée
Dans le cas ci-dessus la roche-réservoir contient aussi de l'eau, du pétrole et du gaz, mais ce dernier est présent en moins grandes proportions et il est en totalité dissous dans le pétrole (associated gas).
Dans ce dernier cas le gisement de gaz est "sec" : il n'y a pas de pétrole dans la roche, juste du gaz et... de l'eau, malgré le terme employé. Le gaz n'est donc pas dissous ("associated") dans du pétrole. Les exploitations conjointes de gaz et de pétrole sont donc très fréquentes. Source : Pierre-René Bauquis, Total Professeurs associés, 2008 |
Ce gaz, il contient bien sûr essentiellement du méthane, son principal constituant, mais pas seulement : sont aussi présents des molécules carbonées un peu plus longues (de 2 à 5 atomes de carbone pour l'essentiel) et des gaz divers qui ne sont pas des hydrocarbures (CO2, H2S, azote...). C'est normal : le gaz étant un résidu de vie ancienne ayant migré dans le sous-sol, le gisement peut contenir tous les éléments qui étaient présent dans le plancton initial ou qui ont été entraînés par le gaz et le pétrole pendant leur migration primaire.
Composition du gaz issu d'un gisement. Les hydrocarbures vont du méthane au pentane et plus ; le gaz commercialisé contiendra essentiellement du méthane presque pur (auquel on ajoute un peu de mercaptan pour que cela sente mauvais et que l'on puisse détecter les fuites !). Le propane et les molécules plus lourdes sont séparées en amont et vendues sous les appellations de GPL (propane et butane) ou NGL (Natural Gas Liquids ou Gaz Naturel Liquéfié en français ; propane et tout ce qui est plus lourd). Les molécules liquides au moment de leur commercialisation (molécules avec une chaîne carbonée supérieure ou égale à 3) sont aussi appelées "condensats de gaz" dans le jargon de l'exploration-production pétrolière. On notera à cette occasion la présence d'hélium dans le gaz, et de fait la production mondiale d'hélium... est un sous-produit de la production de gaz, énergie fossile ! (impossible de remplacer les avions par des dirigeables à l'hélium quand il n'y aura plus d'hydrocarbures...). Source : Pierre-René Bauquis, Total Professeurs associés, 2008 |
Une fois le contenu du gisement caractérisé, il faut faire comme avec le pétrole : un puits "grandeur nature" pour tester le débit, puis l'exploitation proprement dite commence. Cette dernière consiste à extraire, traiter sur place, transporter, distribuer.
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Extraire
Extraire du gaz, c'est au fond assez simple : on décompresse. Enfin l'ouvrier qui bosse sur le gisement je ne sais pas, mais le gaz si : le gaz présent dans le gisement est sous pression, même s'il est dissous dans du pétrole, et le fait de laisser le gisement communiquer avec la surface (par le biais du puits) fait remonter le gaz sous l'effet de la pression, bien plus forte dans le gisement qu'à l'air libre. La faible densité du gaz fait que la colonne qui va du gisement vers la surface n'exerce pas une pression importante au regard de celle qui règne dans le gisement.
Et pour exactement la même raison, le taux de récupération moyen du gaz dans un gisement est bien plus proche de 80% que de 35% (cas du pétrole). Seuls les gisements de gaz non conventionnels échappent à cette règle. Dit encore autrement, en passant de la ressource en place aux réserves ultimes, on ne perd en général que 20% à 25%.
Taux de récupération de la ressource en terre pour les champs de gaz (de gaz seul, sans pétrole dans la poche) contenant plus de 30 milliards de pieds cubes. Il est facile de constater que le taux de récupération est bien plus élevé que pour le pétrole. Source : Jean Laherrère, 1998 |
Cette "facilité" à extraire le gaz présent a un revers : pas de bonne surprise possible ! En effet, pour le pétrole, une astuce technique permettant d'augmenter le taux de récupération de 1% (passant de 33% à 34% par exemple) permet de gagner 3% sur le pétrole extrait. Avec le gaz, outre que les possibilités techniques de recréer de la pression dans un réservoir à peu près totalement vidé ne sont pas simples, gagner 1% sur le taux permet de gagner... 1% sur la quantité extraite.
Comme pour le pétrole, pour maintenir une production constante un opérateur doit en permanence développer de nouveaux projets, puisque ceux en production ont tendance à fournir une quantité de gaz décroissante au cours du temps.
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Traiter
Comme nous l'avons vu plus haut, le gaz extrait du gisement ne contient pas que du méthane. Il comporte aussi des molécules que le producteur n'a que modérément envie d'envoyer dans le gazoduc en sortie de champ (et encore moins dans le terminal de liquéfaction si c'est le cas !) :
des molécules qui sont liquides une fois sous forte pression (les condensats), qui ont une valeur économique élevée et qui par ailleurs gêneraient le transport du gaz stricto sensu dans un gazoduc ; ces molécules sont donc séparées du reste en tête de puits puis transportées sous forme liquide,
Séparer tous les constituants du gaz coûte quelques cents (jusqu'à 25) par million de BTU (ah ces anglo-saxons et leurs unités de mesure bizarres !). Un million de BTU ≈ 1 GJ ≈ 280 kWh. La totalité des opérations effectuées sur le gisement (et regroupés dans ce que l'on appelle les coûts de production) se montera elle de 0,2 à 4 dollars par MBTU.
Gammes de coûts de production du gaz, en dollars par million de British Thermal Units (ah ces anglo-saxons !) ou MBTU en abrégé. Une British Thermal Unit ≈ 1000 joules ; un MBTU ≈ 1 GJ ou encore 290 kWh. 1,5 dollar par MBTU, cela représente environ 0,5 cents par kWh (ou 0,4 centime d'euro). Le traitement du gas en sortie de puits (séparation des condensats et du gaz, etc) représente donc 5 à 25 cents par MBTU, soit environ 10% de l'ensemble. Pour obtenir le prix en dollars par baril équivalent pétrole, il faut multiplier par 5 le prix en dollars par MBTU. Source : Pierre-René Bauquis, Total Professeurs associés, 2008 |
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Transporter
Le gaz a un inconvénient : il est gazeux. De ce fait, à température et pression ambiante, il y a mille fois moins d'énergie dans un mètre cube de gaz que dans un mètre cube de pétrole. Et à cause de cette caractéristique physique difficilement modifiable, le transport du gaz est une opération plus couteuse et compliquée que le transport du pétrole.
La manière la moins onéreuse de transporter du gaz lorsque la distance n'est pas trop élevée est par gazoduc : cela coûte alors moins de 1 dollar par MBTU (voir la définition du MBTU ci-dessus).
Puis se sont développées des techniques de transport par méthanier sous forme liquide, dont le principe général est décrit dans le graphique ci-dessous.
Représentation schématique d'une chaîne de transport du gaz par liquéfaction. L'usine de liquéfaction coûte typiquement 1 milliard de dollars, et celle de re-gazéification un demi-milliard de dollars. Source : Pierre-René Bauquis, Total Professeurs associés, 2008 |
Dans tous les cas de figure, les coûts de production deviennent rapidement inférieurs aux coûts de transport dès que la distance est importante. Le gaz s'est donc structuré sous forme d'une juxtaposition de marchés régionaux (essentiellement Amérique, Eurasie, Afrique du Nord-Europe).
Ordres de grandeur du coûts de transport de différentes énergies, en dollars par million de British Thermal Units (ah ces anglo-saxons !), en fonction de la longeur du trajet en km (en abcisse, attention les intervalles de distance ne sont pas constants !). un million de BTP ≈ un gigajoule ≈ 280 kWh. Pipe = gazoduc ; LNG = Liquefied Natural Gas (transport par méthanier après liquéfaction ; cf plus haut). On voit facilement que le coût du transport du gaz, par unité d'énergie, est 5 à 10 fois plus élevé que le coût du transport du pétrole ou du fret maritime pour le charbon. C'est aussi le gaz qui s'est développpé le plus tardivement dans les échanges mondiaux. Sources : Pierre-René Bauquis, Total Professeurs associés, 2008 & Jean Teissié, 2001 |
Aujourd'hui, le transport par méthanier représente un peu moins de 30% du total des échanges longue distance.
Part de chaque moyen de transport dans le commerce mondial du gaz, en milliards de mètres cubes par an. La consommation mondiale de gaz était de l'ordre de 3000 milliards de mètres cubes (soit 30 000 TWh ou 2,7 milliards de tonnes équivalent pétrole) en 2009. Source : Pierre-René Bauquis, Total Professeurs associés, 2008 |
Comme cela est indiqué plus haut, la chaîne de liquéfaction engendre des coûts de transports d'au moins 2$ par MBTU (et souvent 3 à 4), qui s'ajoutent aux coûts de production. De ce fait, si pour n'importe quelle raison le cours du gaz devient inférieur à 3$ par MBTU (ce qui revient à dire que la production locale ou régionale et transportée par gazoduc peut être fournie à ce prix là) alors les installations prévues pour accueillir des méthaniers peuvent ne pas avoir beaucoup de travail.... ce qui a été le cas aux USA à cause de l'essor du gaz non conventionnel.
Evolution des prix spot (donc pour achat immédiat) du gaz pour plusieurs zones, dont les USA (courbe rouge avec les triangles jaunes), en dollars par MBTU. Source BP statistical Review, 2011 |
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Stocker
Dans la majeure partie des pays de destination, une partie du gaz est utilisée de manière saisonnière, ce qui demande une flexibilité dans la fourniture qui ne peut pas être demandée aux producteurs eux-mêmes (un contrat d'approvisionnement prévoit généralement des débits faiblement variables au cours de l'année) Il faut donc prévoir des installations de stockage dans le pays consommateur.
Ces courbes illustrent respectivement :
Source : Pierre-René Bauquis, Total Professeurs associés, 2008 |
Les dispositifs de stockage sont adaptés à l'usage : l'exploitation de cavités souterraines (réservoir de gaz épuisé, caverne dans un dôme de sel, grotte étanche...) est bien adaptée à des gros volumes et des débits pas trop importants, et pour les volumes faibles mais avec des débits importants les dispositifs sont généralement des installations de surface faites de cuves et de tuyaux !
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Consommer
Et puis une fois arrivé chez le consommateur, le gaz est consommé, donc... brûlé, sauf pour la petite partie qui va servir à de la chimie. Tout ça pour ça, pourrait-on dire...
Schéma récapitulatif de l'exploitation gazière. "Flared gas" désigne le gas brûlé sur le site (quand ce n'est pas économiquement possible d'en acheminer une partie vers les lieux de consommation, c'est parfois ce qui arrive, notamment en cas de gisement associant gas et pétrole), et "re-injected gas" désigne le gas qui est réinjecté pour extraire plus de pétrole dans le cas d'un gisement mixte. Auteur : Pierre-René Bauquis, Total Professeurs associés, 2008 |
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