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Qualité de l’Air | NO FRACKING FRANCE

Qualité de l’Air

Fuites de méthane, puits, station de compression en activités :

Par earthworksaction

 

 

 

 

 

 

Fuites des puits d’hydrocarbures après leur fermeture.

vendredi 5 septembre 2014

Documents écrits par Marc Durand, Doct-ing en géologie appliquée et géotechnique, sur le sujet du pétrole et du gaz de roche mère

J’ai participé samedi le 30 août 2014 à la visite de deux puits abandonnés de la région de Leclercville, que CMAVI * et l’AQLPA ont organisé afin de mettre en lumière les problème sérieux et insolubles que posent les puits abandonnés. Cette désignation « abandonnés » est couramment employée pour désigner des puits que leurs exploitants ne gèrent plus et qu’ils ont fermés et bouchés. La procédure d’abandon des puits est gérée et règlementée par le gouvernement. Les puits sont « abandonnés » en principe seulement par les exploitants qui les ont construits; nous avons constaté ce samedi 30 août que l’État aussi les abandonne car leur gestion est plus que déficiente.
L’ÉES ** a commandé diverses études qui impliquaient plus ou moins directement cette question des puits abandonnés:
E3-9 Concentrations, sources et mécanismes de migration préférentielle des gaz d’origine naturelle (méthane, hélium, radon) dans les eaux souterraines des Basses-Terres du Saint-Laurent une étude sur la présence de méthane dans les puits de captage d’eau, avec prise d’échantillons sur le terrain, mais aucun puits impliqué n’était voisin ou relié à un puits d’hydrocarbures, car l'étude visait justement à établir les concentrations naturelles avant l'implantation de puits d'hydrocarbures. C'est 130 puits résidentiels, d’observation ou municipaux qu’on a échantillonnés sur un territoire de 14 000Km2, soit un peu moins d’un point de mesure par 100 Km2. Les auteurs précisent que le mandat confié par l’ÉES comporte « deux volets, un premier volet portant sur la géochimie et un second volet portant sur la modélisation des flux gazeux. ». Le second volet centré sur les puits d’hydrocarbures et les fuites c'est l’étude suivante :
E3-10 Modélisation numérique de la migration du méthane dans les Basses-Terres du Saint-Laurent; cette étude de modélisation des fuites faite de façon très peu réaliste, donnant des résultats aberrants incompatibles avec la réalité des fuites connues. Un échantillon des conclusions de leurs "simulations":  "les fuites de méthane vers les aquifers seront 1.97×10-4 m3/an après une période de 250 ans suivant la fermeture du puits"  En clair 0,197 litre par année (ce qui fait 0,007 pi.cu/an, donc 28 ans pour cumuler un pied cube);  nous pouvons inviter les auteurs de cette étude à venir constater aux puits qui sont à moins d’une heure de déplacement depuis l’université Laval et où nous avons mesuré des débits de fuite le 30 août 2014 : un pied cube de fuite ne requiert que deux minutes au puits A190 et moins d’une minute au puits A216, et non pas 28 ans!
Quant à l’effet de la rencontre d’une faille "la fracturation hydraulique ne pourrait pas causer une migration significative de fluides de formation et de méthane vers les aquifères superficiels dans un horizon de 1000 ans". Dans la présentation verbale le 29 janvier 2014 le chercheur principal Ali Nowamooz insistait aussi à chaque occasion sur le fait que ses valeurs étaient bien en dessous de ce qui serait un objet de préoccupation si on exploitait le gaz de schiste de l'Utica. Mais ce qu’on doit retenir de ce rapport est cette phrase «aucun travail de caractérisation des fuites ou d’évaluation de l’état actuel des puits n’a été réalisé sur le terrain dans le cadre de cette étude». Hélas elle ne figure pas dans le rapport synthèse de l’ÉES, qui n’a reprises telles quelles les évaluations tout à fait aberrantes de l’étude E3-10. En ingénierie comme en sciences, on n’utilise qu’avec grande prudence les analyses par modélisation; jamais une modélisation n’est utilisée sans son calibrage avec des données réelles du terrain, une étape cruciale omise dans l’étude E3-10. L'étude E3-10 n'a aucune valeur pour la question des fuites des puits gaziers; le modèle utilisé (DuMux) n'a pas de plus été conçu pour cela.
E3-4  Étude de risques technologiques associés à l’extraction du gaz de schiste; là aussi il s’agit d’une étude bibliographique et théorique, sans aucune donnée du terrain réel, aucunement une analyse des 29 puits de gaz de schiste et encore moins des puits plus anciens abandonnés au Québec.
E3-3 Étude de puits type, représentatif des puits forés au Québec au cours des deux dernières décennies; ici on a une étude sur les puits d’hydrocarbures qui a porté sur 22 des 29 puits récents + 63 puits plus anciens (parmi près de 700 qu’on a foré dans les Basses-Terres). Ce rapport compilant des demandes de permis, des formulaires et des rapports fournis par les opérateurs; aucune visite sur le terrain pour valider ou vérifier une seule des données traitées. L’étude attribuée au MRN par l’ÉES a finalement été écrite par le même chercheur qui a produit E3-10. « L‘objectif de cette étude (selon les mots même de son auteur)  est de procéder à une évaluation des puits qui ne sont plus en opération afin d’établir un diagnostic sur la pérennité des travaux de construction et de fermeture effectués par les entreprises dans la région des Basses-Terres du Saint-Laurent ». Avec des données qui ne permettent absolument pas ce type de conclusion, l’auteur s’aventure dans des commentaires très optimistes quant à l’intégrité générale des puits abandonnés .  «Ainsi, la fermeture d’un puits permet de restaurer l'intégrité naturelle des formations géologiques qui ont été pénétrées lors du forage »; or ces travaux ne concernent que l'obturation de l'intérieur des tubes, au moment de la fermeture. Rien de cela ne touche les défauts présents où ceux qui se développèrent entre le roc et le tubage. Rien non plus ne traite des détériorations à moyen et long terme des tubages et des coulis de scellements.
E3-2 Détermination des problèmes de déversements et de fuites rencontrés au Québec et dans d’autres juridictions par l’industrie du gaz de schiste au cours des dernières années et documentation sur les causes et les conséquences de ces incidents et les mesures prises pour les corriger. Déjà par son titre, comme bien des documents sur le sujet issus de ce ministère, on a ici affaire à une étude qui est des plus sommaire, qui ne donne pratiquement pas les données sur lesquelles elle appuie ses commentaires « jovialistes ».
Aucune de ces études ne fournit des données de terrain relatives aux puits d’hydrocarbures, récents ou plus anciens à part la dernière qui fournit un tableau très sommaire (ci-contre)  des inspections faites au MDDEFP sur certains des 29 puits récents.
Ce document commandé par l’ÉES ne fait qu’un résumé de synthèse des rapports d’inspections du ministère sans rendre ces rapports accessibles. Le MRN a déposé au BAPE ses rapports d’inspection (fortement caviardés, mais quand même disponibles à ce lien : Bilan des inspections au MRN des 29 puits GDS). J’ai fait deux tentatives d’obtenir l’équivalent au MDDELCC sans succès jusqu’à maintenant.
On sait par les médias depuis 2010 que les deux tiers des 29 nouveaux puits de gaz de schiste ont des fuites. Qu’en est-il des puits anciens? Bien qu’elle soit fort pertinente, on ne trouvera pas de réponse à cette question dans les études de l’ÉES, ni fort probablement dans le rapport du BAPE attendu cet automne, car à ma connaissance le rôle du BAPE en cours se limite à relire ce que l’ÉES a déjà fixé comme cadre en ajoutant un volet d’écoute des citoyens, ceux qui ont déposé des mémoires.
Le travail pour analyser sur le terrain les puits abandonnés reste entièrement à faire et c’est pourquoi samedi le 30 août l’AQLPA et le CMAVI* ont organisé la visite de deux puits abandonnés de la région de Leclercville. En raison de leur proximité, nous avons également visité deux puits récents du même secteur. Les deux anciens, comme les deux récents fuient.
Voici les données des débits de fuites sur ces puits :

A190 : 0,5 pi cu/min  ce qui donne 20 m3/jour. Mesuré samedi le 30 août par Serge Fortier (ci-dessous):

Photo M.D. 30/09/2014
A216 : par comparaison de la taille des deux torchères, nous avons estimé que ce deuxième puits avait un débit du double du précédent, soit 40 m3/jour. Notez que la "torchère" ne respecte aucune norme et avait été allumée ce jour là par une personne inconnue. Il est assez paradoxal de voir ce type d'installation quand on sait que le règlement C.M-13.1 dans la loi des Mines dit bien dans son article 61 -8° : "le puits doit être laissé dans un état qui empêche l'écoulement des liquides ou des gaz hors du puits". Qui autorise alors l'installation d'évents sur des puits obturés?
Photo M.D. 30/09/2014
Une moyenne pour deux puits : 30 m3/jour  =>  un peu plus de 10000 m3/année par puits
Pour les deux autres puits à Leclercville (A266 et A276) le rapport d’inspection de novembre 2013 donne respectivement           3,7 m3/j   et  1,5 m3/j. Il s’agit là de deux puits dans lesquels Talisman Inc. a dû faire des travaux de colmatage ("squeezes"), car la fuite avait auparavant un débit mesuré à 190 m3/j.

Photo M.D. 30/09/2014
Sur une seule petite région, Leclercville, on a donc quatre puits et les quatre ont des fuites, les deux récents et les deux abandonnés. C’est là un taux inquiétant en termes de "statistiques", mais guère surprenant pour moi, car c’est ce que je prédis comme évolution à moyen et long terme des puits forés dans des roches contenant des hydrocarbures: une forte proportion ont des fuites même neufs et presque tous auront des fuites à moyen et long termes.
La base de données SIPGEG du MRN (http://sigpeg.mrn.gouv.qc.ca/) présente une liste de 960 puits,  pour la recherche d’hydrocarbures, mais 951 en fait car la liste contient neuf puits non forés; la majorité de ces puits ont été forés dans les Basses-Terres du St-Laurent (carte). Ce sont là les données SIGPEG; des puits anciens on pu être oubliés de cette liste. Néanmoins elle est utile pour aborder la question des fuites des puits abandonnés.
Pour 787 puits on retrouve des indications sur la présence d’hydrocarbures, le plus souvent du gaz, parfois du pétrole et gaz (499), et parfois aussi la mention de « puits sec » (288 cas). On note donc que 63% des puits on rencontré gaz et/ou pétrole et 37% sont rapportés secs. Pour l’ensemble des puits forés (951) on peut donc penser qu’ils y aurait au Québec 63% de ceux là (soit environ 600 puits) qui très probablement sont ou seront producteurs de fuites.
Il faudra de toute urgence valider cette donnée sur le terrain; nous l’avons commencé avec quatre puits. Les deux abandonnés débitent 20 000 m3/année. Parmi ces 951 puits abandonnés, les puits secs (37% des cas) sont a priori non susceptibles de présenter ce problème de fuites.  Par contre dans les seules Basses-Terres du St-Laurent, il est raisonnable d'estimer que plus de 440 puits (64% des 693 puits de cette région) sont sujet à avoir des fuites. Pour l'ensemble du Québec, pour 600 des 951 puits, si leur taux de fuite est de l'ordre de 10 000m3/année aussi, cela représente possiblement 6 Mm3/an.
Nous avons discuté dans ce texte essentiellement des fuites de gaz; il ne faut pas en conclure que c'est le seul fluide qui peut fuir des puits abandonnés. Il y a au moins quatre puits dans la liste qui portent la mention "fuite de pétrole"; ces quatre sont en Gaspésie. Des eaux sursalines des formations profondes peuvent remonter en certains cas par ces mêmes chenaux qu'empruntent les fuite de gaz; au moins deux puits au Québec ont des fuites de saumure. Les causes et mécanismes des fuites seront analysées dans mon billet d'octobre.
* CMAVI, Serge Fortier         et     -    AQLPA, André Bélisle :   Communiqué de presse
** Évaluation Environnementale Stratégique sur le gaz de schiste - analyse des études reliées au risques technologiques

Fuites des puits après leur fermeture (suite)

La visite de deux puits abandonnés de la région de Leclercville le 30 août a été le sujet de mon billet du mois dernier. Je complète ce mois-ci cette analyse des fuites des puits d’hydrocarbures après leur fermeture en analysant de façon plus spécifique les causes et les mécanismes des fuites.
Il faut en premier regarder comment sont construits ces puits, quels sont les éléments de leur structure et comment ces éléments de structure peuvent être la cause des fuites de gaz. La figure 1 montre un schéma de puits assez représentatif. La figure n’est pas à l’échelle, car le diamètre des puits est de l’ordre  0,3m et leur longueur de 1000m ou plus; le dessin comprime donc fortement cette dimension verticale.
Ces forages se font par étape : le trou de plus grand diamètre et peu profond est d’abord foré et un tube de grand diamètre est mis en place pour empêcher les terres de surface de s’ébouler dans le trou. Ce premier trou forme le cellier qui est parfois démonté et remblayé une fois le puits complété. On fore ensuite pour installer un premier tube-guide (diam. 34cm), puis on poursuit en forant au trépan en 31,8cm (12,5") pour mettre en place un tubage de 24,45cm (9"5/8); on poursuit le forage en 21,6cm (8,5") pour mettre en place un tubage de 17,78cm (7"). Le dernier tubage dit "de production" a un diamètre de 11,43cm (4,5"), dans les puits récents comme ceux de Talisman Leclercville. Il y a d'autres choix de diamètres et les tubages employés dans les divers puits peuvent varier. La figure 1A montre un schéma de cet arrangement de tubages concentriques désignés ainsi:
(S) tubage de surface,
(I) tubage intermédiaire
(P) tubage profond/de production
La figure 1A indique aussi les diamètres et les profondeurs dans un exemple réel: le puits A190 commenté dans le billet du mois dernier, où on donne aussi sa localisation précise. Il a été foré du 1er janvier au 28 février 1979, jusqu'à la profondeur de 2174m en traversant successivement 20m de dépôts meubles, 1905m des strates du groupe de Lorraine, 205 m du shale d'Utica, pour s'arrêter dans les calcaires du Trenton. Il a été fermé et abandonné le 14 octobre 1981.
Les tubages viennent le plus souvent en sections de 40’ (~12m) filetés mâles aux deux extrémités; l’assemblage de deux longueurs se fait par une bague de jonction. Dans un tubage qui descend à 1000 m on a donc plus de 80 joints de section, et cela pour chacun des assemblages concentriques. Entre les tubes de métal, c'est en principe du ciment qui remplit l'espace. Le coulis de ciment est injecté depuis le bas et doit remonter lors de sa mise en place dans un espace bien étroit entre deux parois (roc-acier  ou  acier-acier, selon le cas). Tous ceux qui ont déjà travaillé avec du béton ou du coulis de ciment entre deux coffrages* vous le diront: la mise en place résulte à peu près toujours avec des imperfections inévitables.
casingsA190
Figure 1  A) Puits foré en trois diamètres successifs        B) Le même puits fermé, bouché et abandonné.
Les conditions d'un forage et la cimentation de ses tubages sont bien plus contraignantes que les cas des coffrages dans la construction d'édifices. Les défauts de remplissage sont d'autant plus courants que les conditions sont adverses. Même neufs, les puits construits de sections de tubes vissées et de remplissage imparfait de coulis comportent de très nombreuses sources de fuites.
fuitesPuitsBouché
Figure 2   Les sources possibles de fuites (adapté de Celia et al. 2006).
La figure 2 ci dessus montre huit causes de fuite; j'ai repris les six causes (Nos 1 à 6) énumérées par Celia et al. 2006 dans leur analyse des fuites dans les puits conventionnels simples. Il n'y a qu'un seul tubage (le tubage P) et un seul anneau de ciment dans ce schéma.
J'ai ajouté à leur figure deux autres causes assez fréquentes dans les fuites observées. L'élément (7) représente l'extension d'une fracture annulaire qui se développe avec le temps, comme Dusseault et al 2000 l'ont commenté dans une étude très détaillée. J'ai ajouté un phénomène (8) qui est responsable parfois de grandes catastrophes comme celle de la rupture du puits Deep Water Horizon le 20 avril 2010 et le puits Total en mer du Nord le 25 mars 2012. Ce phénomène survient lors de la mise en place du coulis, avant qu'il ne se solidifie. Le coulis à une profondeur donnée subit les pressions de la colonne de liquide qui existe jusqu'en surface; il subit aussi la pression de fluides (eau, gaz) présents naturellement dans certaines strates. Si la pression du gaz et/ou de l'eau  dans le roc dépasse celle du coulis, ces fluides entrent et diluent le coulis pendant qu'on le met en place. Le coulis perd de sa densité, ce qui entraine en même temps une diminution du poids de la colonne de coulis. La baisse de pression facilite encore plus l'intrusion d'eau et de gaz dans le coulis.
Le phénomène s'auto alimente et prend une ampleur catastrophique quand les opérateurs n'interviennent pas assez rapidement. Les grandes catastrophes sont rares, car ce risque est connu et suivi de près; on contrôle depuis la surface la pression et on utilise des boues alourdies pour plus de pression. Si les ruptures fatales sont rares, ça ne veut pas dire que le phénomène d'infiltration d'eau et de gaz dans les coulis l'est aussi. Ce sont les développements catastrophiques du phénomène que l'industrie arrive à empêcher le plus souvent, et non pas le phénomène à plus petite échelle. Il y a beaucoup de cas où des infiltrations mineures d'eau et/ou gaz affaiblissent le coulis sur des longueurs difficiles à évaluer. Sur ces distances le coulis durcit, mais avec une porosité et une perméabilité bien plus élevée que prévu; cela constitue des voies pour les fuites. Le contrôle de la pression dans le coulis liquide est possible tant que le coulis est liquide. Mais dans un espace annulaire de deux ou trois centimètres et long de 1000 à 2000m, la prise du ciment n'est jamais uniforme. De plus le durcissement du ciment se fait toujours avec une contraction de volume (1 à 5%). Ces deux conditions font que des portions annulaires de coulis durcissent avant d'autres encore liquides dans cette longue colonne; les portions durcies empêchent à cet instant le maintien de la pression dans les zones liquides en voie de contraction. Dans ces secteurs, la pression chute et les venues d'eau et/ou de gaz entrent dans le coulis (à gauche sur la figure 2) et le rende très poreux avant qu'il durcisse à son tour. Des chenaux perméables sont ainsi créés dans le coulis, avant même son vieillissement.
Les trois figures ci-dessous sont tirées de l'une des rares études faites sur des tubages sortis d'un puits relativement récent (Soter 2003). Cette recherche a été réalisée pour comprendre pourquoi les tentatives de colmatage des fuites dans les puits pétroliers du Golfe du Mexique échouent dans un très grand nombre de cas.
On peut y voir sur les trois figures des causes de fuites parmi les plus fréquentes:
Soter, 2003 fig5-4
Figure 3  – Les tubages en sections assemblées par bague de jonction qui ont servi à l'étude Soter 2003.
<!--[if !supportLists]-->-      - Mauvaise mise en place du coulis dans un volume mal débarrassé des particules et des reliquats de boue (fig. 4).
<!--[if !supportLists]-->-      - <!--[endif]-->Espace annulaire ouvert de quelques millimètres aux contacts coulis/tubages. (fig. 4 et 5).
<!--[if !supportLists]-->-      - <!--[endif]-->Décentrage courant des tubages: le coulis n'arrive jamais à obturer ce mince espace dans la zone de contact (fig. 3, 4 et 5).
<!--[if !supportLists]-->-      - Circulation de fluide par les joints de tubage et amorce de corrosion accélérée (fig. 5, tubage à gauche).
Soter, 2003 fig5-1
Figure 4 tirée de la thèse de Soter 2003 – Vides au contact coulis/tubage et autres défauts de scellement.
Soter, 2003 fig5-5
Figure 5 tirée de la thèse de Soter 2003 – Vides dus aux tubages décentrés et amorce de corrosion.
La réparation des zones mal cimentées est possible (par des "squeezes") mais c'est complexe, coûteux à mettre en œuvre et ce n'est pas toujours efficace. Talisman l'a tenté pour trois zones dans le puits A266; ce n'est qu'à la troisième zone que l'opération de perçage du tubage pour injection forcé de ciment de colmatage a un peu mieux fonctionné; sans pour autant arrêter complètement les fuites à ce puits. La réparation par injection de coulis ne fonctionne à peu près jamais si la corrosion s'est déjà installée.
Les opérateurs n'ont comme accès que l'intérieur du tube le plus petit; pour injecter une zone défectueuse entre les tubages déjà installés et cimentés, ou encore entre le tubage externe et le roc, ce type de réparation requiert le perçage de plusieurs centaines trous dans le tube d'acier, ce qui devient par la suite autant de zones affaiblies du tubage et des amorces possibles pour la corrosion.
Quand on en a terminé avec un puits, l'exploitant le ferme et il devient "abandonné" un terme défini dans la loi des mines: "fermeture définitive: une cessation des travaux de forage, de complétion ou de modification d'un puits avec l'intention de cesser toute activité et de ne plus poursuivre les travaux dans un puits, lequel est désigné puits abandonné". Le puits retourne à la collectivité puisqu'il est implanté dans le substratum qui est une propriété de l'État.
Le puits A190 est un exemple concret de puits fermé et abandonné. Les règles en vigueur exigent la mise en place de bouchons de béton de 10 m de longueur minimale quand ils sont placés dans un puits avec tubage pour isoler chaque zone perméable, ainsi qu'en tête du puits, plus un bouchon de 30 m au fond du puits. Le problème avec cette idée de bouchons c'est qu'ils ne servent qu'à fermer l'intérieur du tube le plus petit (tubage P). Les chiffres encerclés de la figure 1B montrent qu'il y a bien des chemins possibles pour la circulation des fluides et le tube interne n'est qu'un élément (le No 5) de cette liste de six:
(1) fluide venant de strates perméable ou de joint naturel sur toute la colonne forée; le gaz remonte dans l'espace entre le roc et le tubage externe
(2) défaut d'étanchéité de joints de tubages aggravé par la corrosion
(3) l'espace entre P et I et entre les tubages I et S – défauts du coulis
(4) fractures naturelles permettant la circulation dans le roc au voisinage du puits
(5) par l'intérieur du tubage central - fuite au travers des bouchons dégradés
(6) fuite au pourtour de la plaque de scellement (fig. 6)
PlaquePuitsBouché
Figure 6  Une plaque en cours d'installation sur un puits qu'on ferme. Fuite dans un cas où la plaque est neuve, pas encore enterrée, ni corrodée (tiré de  Bachu & Watson).
Avec le temps ces bouchons de béton sont plus ou moins efficaces: les mêmes défauts de mise en place qu'on a indiqués pour les coulis entre les tubages, les fissures annulaires, les mauvais contact métal-ciment, la dégradation dans le temps, etc. se retrouvent dans le tubage le plus interne et ses bouchons. Les coulis et le béton se dégradent, le métal des tubages se corrode au niveau des multiples joints de section en premier, mais également partout ailleurs. Les fluides suivent aussi des chemins de circulation dans le voisinage de la paroi du roc foré. Dans cet anneau externe, les défauts d'imperméabilité du joint permettent la remontée de méthane (et autres fluides); le gaz peut provenir du shale d'Utica en fond de forage, mais le gaz existe aussi dans des strates (1) qui sont stratigraphiquement au-dessus de l'Utica. Les strates du groupe de Lorraine contiennent assez de gaz pour donner naissance à des fuites.
Quand on ferme définitivement un puits, les tubages sont découpés au chalumeau à un mètre sous le sol et une plaque d'acier de un cm (6) est soudée sur l'ouverture du tubage extérieur. La loi précise  pour la fermeture que "le puits doit être laissé dans un état qui empêche l'écoulement des liquides ou des gaz hors du puits". Or les fuites sont observables, tant à l'intérieur des puits obturés qu'à l'extérieur des tubages. On constate même qu'il y a eu parfois l'installation d'évents pour éviter l'accumulation de trop fortes pressions dans certains puits bouchés, ce qui évidemment est en contradiction totale avec l'exigence qu'on vient de citer ci-dessus, par exemple aux puits A190 et A216.
Les règles ont été resserrées quant à la mise en place des bouchons: on les exigera plus long et plus nombreux, mais cela ne règlera aucunement la question des fuites. Même avec le bétonnage total de toute la longueur du tube de production, il y aura encore des fuites. Le bouchon interne dans le tube P  ne concerne qu'une petite superficie ou petite section en travers du chemin des fluides. Les zones entre les divers tubages P, I, S (fig. 7) et le roc sont bien plus souvent impliquées comme causes des fuites. Les coulis mis en place lors de la construction des puits forment rarement des obturations étanches; de plus les autres sections en cause sont nettement plus importantes que la section intérieure du tubage le plus petit.
sectionTubages
Figure 7  Les espaces à obturer: lors de la construction avec les coulis et lors de la fermeture avec le bouchon de béton.
Les tubages existent en plusieurs épaisseurs de parois selon la résistance désirée et en conséquence les épaisseurs des parois de tubage affectent un peu les superficies des sections inter-tubages qui sont remplis de coulis:
tableauTubages
Figure 8  Les espaces à obturer; bouchons de béton en jaune –   coulis: cyan (I-P),  vert (S-I),  orangée (S et roc).
Le tableau ci-dessus indique qu'il y a une section de 74 à 81 cm2 à obturer avec un bouchon de béton; mais la section entre les tubages P et I (>91 cm2), possède une ouverture plus grande, de même qu'entre I et S (>134 cm2). Finalement l'espace entre le tubage externe (S) et le roc a 322 cm2 de section; il est à lui seul quatre fois plus grand que la section d'un bouchon intérieur. La règlementation accorde beaucoup d'importance aux bouchons à mettre en place l'intérieur du tubage P, bien que cette superficie ne constitue que 12% à 15% des sections perméables à obturer. Les sections avec coulis ont au final une bien plus grande importance dans la production des fuites que les bouchons, mais les règles actuelles n'accordent aucune exigence spéciale quant à l'état des coulis lors de la fermeture; seuls les bouchons internes sont règlementés.
Dans ce document je présente les fuites comme elle se déroulent: des circulations de méthane qui remontent verticalement entre les tubages et à l'extérieur des tubages; ils finissent par rejoindre la nappe phréatique, puis l'atmosphère. Je me permettrai ici de compléter cette présentation en ajoutant un commentaire sur la présentation fort différente que fait l'industrie de cette question de contamination de nappes par les fuites des puits. Dans les documents des promoteurs on présente couramment l'énoncé suivant: l'aquifère (limité à une très mince couche en bleue dans la figure 8 ci-dessous) serait protégé par la conception judicieuse des trois tubages concentriques. Il serait donc impossible que le gaz dans le tube le plus interne puisse traverser ces six barrières "étanches" (trois anneaux de ciment faussement décrit dans la figure du mémoire APGQ comme étant en "béton" + trois parois d'acier).
APGQtubages
Figure 9  La thèse défendue par les promoteurs de l'industrie (deux figures tirées des références indiquées au bas des figures ci-dessus).
Décrire des fuites qui voyageraient à l'horizontale et traversant les parois (flèches bleues dans la figure 9) est évidemment une façon de présenter la question sous un jour très favorable à l'industrie. Comme les fuites existent bel et bien, voir les trois tubages comme des barrières c'est donc une analyse très incomplète de la question.
Cette "démonstration" de la protection des nappes grâce à la conception judicieuse des coffrages (tubages), ne tient jamais compte évidemment de la présence des jonctions des sections dans ces tubages. On n'y traite jamais non plus de l'effet de la présence des perforations qu'on réalise justement à la hauteur de zones problématiques pour pouvoir injecter un coulis de réparation et de colmatage (opérations désignées "squeezes").
Finalement on ne traite pas du tout la question du vieillissement et de la corrosion des aciers et des coulis. Les coulis se dégradent de façon plus rapide que les tubages, mais ces derniers ne sont pas à l'abri des perforations par de la corrosion avancée.
tubagesCorrodée
Figure 10 Quelques images de tubages corrodés illustrés dans des brochures des firmes spécialisées dans leur détection par diagraphie.
Il y a toute une littérature abondante sur le sujet de l'inspection des corrosion des tubage de production; ce sont en effet les seuls accessibles par les  auscultations qui se font par diverses techniques. Cette question de détection des corrosions et dans les cas extrêmes perforations du tubage de production préoccupe l'industrie pétrolière, car toutes les brochures des firmes qui vendent ce type de service insistent sur la perte de profit (voir "A hole in your pocket") causés par ces trous dans les tubage des puits actifs. Dans ce document, on indique que ces ruptures du tubage ("casing failure") se développent pendant la vie productive des puits, dans certains cas en moins de 24 mois ; à quelle taux se développent-elles ensuite après l'abandon pur et simple des puits fermés  ?
En résumé de cette analyse, ce qu'on doit retenir c'est que les fuites se produisent pour une multitude de raisons, liées surtout à la mise en place des coulis dès la construction. Les images de corrosion de la figure 10 représentent des cas considérés comme extrêmes et peu fréquents car ils se rapportent à des investigations dans des puits actifs; c'est-à-dire des puits qui n'étaient pas encore arrivés à l'étape de l'abandon. La corrosion s'ajoute comme cause de fuites, mais elle n'est pas indispensable pour qu'il y ait des fuites. En fait la corrosion est plutôt assez souvent une conséquence de l'existence de voies de circulation, de défauts d'étanchéité; elle s'installe en premier là où les fluides ont commencé à circuler. Comme c'est déjà un problème pour les puits actifs, on peut trouver dans les publications de l'industrie une documentation abondante sur ce que j'ai présenté ici de façon très résumée et simplifiée.
Par contre, il n'y a à peu près rien comme études pour les puits fermés, enterrés, abandonnés. Aux USA, au Canada, comme partout dans le monde la prise de conscience des problèmes que posent les puits abandonnés est toute récente, parfois inexistante. Les études récemment entreprises ça et là en sont pour la plupart à l'étape de l'analyse initiale: faire l'inventaire des puits, tenter d'en retrouver la localisation. On a très peu de données sur l'état réel de ces puits. Les investiguer couterait une fortune et il n'y a plus personne qui en prend réellement la responsabilité. Si on peut prétendre que les images de la figure 10 sont des exceptions dans les puits actifs, je crois par contre que c'est, ou que ce sera, l'état général des puits abandonnés.

Trois questions qu'on m'a posées :

Si on bouche l'évent dans les puits (ex. A190, A216) arrête-t-on les fuites de méthane ?

Rép. :  Absolument pas. Le méthane va tout simplement se mettre en pression sous l'évent fermé. Ce gaz aura une pression plus haute que précédemment et alors va fuir par les autres chemins possibles, dans l'espace entre le tubage externe et le roc fort probablement. Dans le pire cas, celui où la fuite par l'évent serait la seule voie possible et qu'on la ferme, la pression va monter considérablement sous la tête du puits, créant alors une situation très dangereuse de gaz à haute pression confiné dans un cylindre vieillissant  à moins d'un mètre sous le sol. L'évent ouvert est un moindre mal, et c'est pour cette raison qu'il a été installé.
Peut-on régler ce problème de fuites autrement?
Rép. :  On peut tenter de le faire, tout peut se faire. La vraie question est avec quels moyens, combien cela couterait et quelle en sera l'efficacité. Comme pour un pont vieilli, il est inutile de commander des couteux travaux de réparation sans une investigation complète de l'état de dégradation de la structure. Dans un puits c'est la même chose: inutile de réparer les fuites d'un tubage interne (P) si les deux autres (I ou S, qui eux sont inaccessibles) sont dans le même état. Les fuites prendront tout simplement le chemin alternatif. Investiguer un puits fermé signifie l'ouvrir à nouveau, faire venir des équipes spécialisées, une tour de forage à réinstaller, forer dans les bouchons, inspecter par sondes et caméras toute la longueur du puits, etc. Toutes ces opérations sont à haut risque dans un puits endommagé et bien plus couteuses que dans un puits lors de sa construction initiale. Elles sont incomplètes quand on inspecte que l'intérieur du tubage P, le seul accessible directement. Finalement dans le cas où des travaux de réparation seraient finalement exécutés, cela amène automatiquement une dernière question: combien de temps cette réparation tiendra-t-elle? Combien de temps avant d'avoir à nouveau l'obligation de recommencer pour réparer la dégradation de la réparation précédente? Un puits abandonné qui fuit coutera au final plus cher que le prix de sa construction; le réparer à chaque trente ans sera prohibitif et inefficace; ne pas le réparer et laisser les fuites a aussi un impact économique: perte de valeur des terrains, CH4 à comptabiliser en taxe de gaz à effet de serre, inspections et suivi, etc.
Quelle est actuellement l'ampleur du problème au Québec?
Rép. : Pour la situation actuelle au Québec il faut préciser que même corrodés et plein de trous, tous les puits ne produiront pas nécessairement des fuites. Pour qu'il y ait fuite, il faut aussi le deuxième élément: la présence de fluide pouvant s'échapper (gaz, pétrole, eaux sursalines, etc.). J'ai analysé ce point dans le texte de septembre et cela indiquait qu'environ 63% des puits sont à risque, les autres étant probablement "sec" (i.e. sans source de gaz ou pétrole). Les 950 puits forés au Québec pour la recherche d'hydrocarbures au cours du dernier siècle étaient des puits d'exploration; il n'est pas anormal de constater qu'un tiers de ces forages aient été secs. Le problème des fuites est donc en ce moment encore limité à quelques centaines de puits; ce sera néanmoins une tâche considérable de les investiguer, car plusieurs sont encore "perdus" dans la nature et le gouvernement n'a même pas d'étude de terrain qui lui indiquerait quels puits sont problématiques. La situation serait très différente si on commençait à forer des milliers de puits d'exploitation; ils seront alors à peu près tous implantés dans des secteurs où la présence d'hydrocarbures aura été identifiée et tous ces puits en contiendront; tous fuiront une fois fermés et arrivés à un certain niveau de détérioration. La situation serait dans un tel cas autrement plus complexe.
Ce texte complète celui du mois de septembre pour ce qu'on peut présenter comme analyse des puits conventionnels, des simples puits verticaux forés dans un but d'exploration dans les cas des >900 puits abandonnés au Québec. À ceux là s'ajoutent depuis 2008 dix huit puits très différents, car on y a fait de la fracturation artificielle du shale d'Utica. Mon billet du mois de novembre complètera cette série de trois textes en analysant ce que la fracturation apporte comme paramètres nouveaux dans la question des puits implantés à demeure dans l'environnement. Nous verrons alors que les mêmes lacunes dans les techniques sont présentes, mais qu'elles sont nettement amplifiées par la présence d'un nouvel élément: fracturation. Bien qu'en Amérique du Nord, moins de 0,1% des 4,5 millions de puits abandonnés sont dans cette catégorie, mais déjà on parle de "superemitters".
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* Le terme coffrage s'applique bien aux parois temporaires qui servent temporairement à mouler les éléments d'une structure en béton. Dès que le béton a fait prise, les coffrages sont retirés. Ce n'est pas du tout le cas des puits: les tubages sont des éléments permanant dans la conception des puits et ce n'est pas du béton qu'on infiltre pour remplir l'espace entre les tubages, mais bien un coulis de ciment très fluide. L'emploi des termes "coffrages" pour des puits est une incongruité qui perdure ici au Québec dans des documents du ministère et de certains promoteurs.

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Ces données récentes (2012) provenant du bassin gazier de Denver montrent que du CH4 fuit dans l'air en quantité très sous-estimées par l'industrie (en jaune) alors que l’échantillonnage au sol et à 300 m de hauteur confirment des fuites au moins deux fois plus importantes (orange).

Ces chiffres confirment le bilan négatif du gaz de schiste en terme d'empreinte carbone, annoncé en 2011 par R Howard.

 

Gaz de schiste: textes portant sur différents aspects de la problématique:

aspects biophysiques, technologiques, sanitaires, politiques, économiques, légaux et sociaux.

Document initialement préparé par Johanne Béliveau et Lucie Sauvé

Centre de recherche en éducation relative à l’environnement et à l'écocitoyenneté, UQAM

http://collectif-scientifique-gaz-de-schiste.com/index.php?option=com_content&view=article&id=49&Itemid=61

 

 

"Quand les fuites massives apparaîtront (20 000 puits sont prévus entre Québec et Montréal sur la rive Sud du St-Laurent) et que notre eau sera contaminée de façon irréversible, » .

Et bien  ce que je veux dire avec la fin de vie des puits, c’est pas seulement un problème de contamination de nappe, mais beaucoup plus sérieux aussi: des puits devenant hors contrôle sur ces gisements de gaz, cela posera un problème de sécurité publique.

Du méthane, dans un puits hors contrôle, ça explose !"

Marc Durand , Géologue. Québec.

Reportage sur les fuites dans les puits de gaz de schiste à Découverte (Québec), 18 septembre 2011 :

Commentaire sur le reportage du 18 septembre 2011 à l'émission scientifique Découverte à Radio-Canada

par Marc Durand, (participant pour un très court extrait dans le reportage)

 

Les problèmes très sérieux associés à la fracturation hydraulique et aux rejets massifs d'eau ainsi contaminée ont monopolisé l'attention des médias dans le dossier des gaz de schiste. C'est une question importante et ce sera toujours un aspect central du dossier, mais on ne doit pas oublier un autre problème tout aussi préoccupant: les fuites de méthane. L'émission Découverte a diffusé un reportage dimanche le 18 septembre sur ce sujet spécifique. Découverte a sollicité de moi une entrevue en février dernier; je crois donc utile de livrer quelques commentaires sur ce reportage.

Ce reportage peut être visionné à ce lien : Découverte 18 septembre 2011

 

Est-ce un reportage qui traite de façon correcte du sujet des fuites de méthane dans les puits gazier de l'Utica?

Il y a le fond et la forme: pour le fond, en restreignant la question à l'état actuel des fuites, je pourrais dire oui, le reportage présente un bon portrait* de la question des fuites actuelles. Mais il traite aussi en toute fin, et de façon vraiment très sommaire, la question des fuites possibles dans le long terme, après l'abandon des puits. Là le fond du sujet est hélas mal présenté, car c'est beaucoup trop bref et vraiment incomplet.

 

La cause de ces fuites se résumerait, selon les propos du reporter Jean-Hugues Roy, à la question de la remontée en pression dans les puits; c'est une toute petite partie de la question, car elle est combinée à la dégradation inévitable des coulis et des aciers des puits abandonnés (non mentionné dans le reportage).

On ne dit pas non plus que l'abandon survient quand le débit devient non rentable et qu'à ce moment là, il reste 80% du méthane qui poursuit sa migration vers les fractures et que c'est cela qui explique pourquoi la pression remontera dans les puits. La migration du méthane vers les nouvelles fractures créées est un lent processus géologique qui en est encore à ses tout débuts quand les forages sont bouchés et abandonnés. On ne peut pas parler des fuites sans traiter de cela aussi.

Tout ceci faisait partie de l'essentiel de l'entrevue que j'ai donné en février et qui est omis du reportage; cela aurait pris une minute de plus pour dire cela avec quelques mots, comme par exemple, ceux mis en souligné ci-dessus dans trois phrases.

 

J'ai un gros bémol quant à la forme du reportage; là on sait bien que sur un sujet aussi nouveau et controversé, diverses thèses scientifiques et techniques s'affrontent. On peut parler d'arguments scientifiques pro et anti. Il y a aussi dans le reportage, du temps des entrevues, et des commentaires, disons ni pour, ni contre; dans ceux-là, je range les propos des employés du gouvernement, les propos du narrateur Jean-Hugues Roy, les animations de l'équipe d'infographie 3D de Découverte, toujours de haute qualité, etc.

 

Côté pro-gaz, on a donné tout le temps requis à la géologue de Talisman pour temporiser et minimiser toutes les questions traitées sur le sujet : avec six interventions pour une durée cumulative de 1 minute 40 sec, Mme Molgat défend abondamment le point de vue des Cies gazières, comme quoi, les fuites, il n'y a rien là, pas de quoi s'inquiéter, on fera mieux la prochaine fois, etc.

Talisman Energy avait émis une protestation après la diffusion de l'émission Découverte du 14 novembre sur les gaz de schiste; il serait outrecuidant qu'ils protestent à nouveau cette fois-ci, avec le traitement très généreux reçu dans ce deuxième reportage.

 

Je me range du côté de ceux qui dans le débat apportent des arguments scientifiques contre cette industrie. Je ne ferais pas l'affront à mon collègue Maurice Dusseault de le ranger dans un camp ou l'autre, sans avoir son avis. J'ai apprécié dans le reportage qu'on lui ait donné du temps de bien expliquer ce qu'est un coulis; c'était visuel et bien fait. On omet simplement de préciser que les coulis comportent aussi en plus de l'eau et du ciment, des additifs pour le rendre plus fluide, et pour bien d'autres choses. Il l'a sûrement précisé, mais cela n'a pas été retenu dans les extraits de son entrevue. Monsieur Dusseault a beaucoup travaillé pour l'industrie des hydrocarbures de l'Alberta et je me dois de lui rendre hommage pour sa présentation très objective dans l'extrait diffusé.

 

Comme temps de reportage du côté des antis, on montre des séquences d'une manif et on interroge, comme c'est obligé, Dominic Champagne. Je n'ai rien contre M. Champagne, au contraire je l'apprécie hautement, mais encore une fois, ceux qui verront ce reportage pourront dire que d'une part, l'industrie présente l'opinion d'experts et d'autre part, les contres présentent celles d'artistes et de gens ordinaires émotifs. L'équipe de Découverte n'avait pas comme objectif premier de présenter un reportage avec une optique de monter à parts égales, les arguments pour et les arguments contre, je le reconnais et je le conçois très bien. Mais le sujet étant ce qu'il est, c'est la façon dont c'est perçu dans le public, depuis qu'il est devenu si controversé. Découverte a le prestige d'une haute autorité dans la diffusion de ses reportages.

 

À Découverte, j'aurais aimé qu'on se restreigne plutôt à des entrevues de scientifiques ou d'experts qui ont des arguments scientifiques: il y en a plus de 150 au collectif scientifique mis sur pied à l'Université ( Site du collectif scientifique), ce n'est pas le choix qui manque.

Je suis donc désolé de constater que la contre argumentation repose que sur les deux très courts extraits, où je m'exprime dans ce reportage. Je dois avouer que je suis déçu; mon pas parce qu'on n'a retenu que 25 secondes (11s + 14s) d'une entrevue de 45 minutes. C'est court, beaucoup plus court que le temps donné à l'experte de Talisman, mais je ne retiens pas cela en termes de durée.

 

Non je suis déçu du choix de nʼavoir retenu pour moi que deux extraits, où je fais deux énoncés qui parlent du coût, ce qui n'est pas mon domaine de recherche. J'avais longuement exposé des éléments géotechniques pour exposer l'origine et l'évolution des fuites actuelles et pour les fuites futures, la dégradation des coulis et des aciers dans le temps, dans l'Utica qui continuera à libérer du méthane pour des siècles, etc.

On a retenu pour le reportage que deux bouts d'entrevue, où les opposants auront le loisir de dire que je fais des affirmations non étayées et que parle d'impacts (coûts) hors de mon champ de compétence, qui est avant tout l'ingénierie géotechnique. Elle étaient pourtant bien étayées ces deux conclusions, mais comme je l'ai expliqué dans le premier paragraphe, la présentation scientifique du volet fuites à long terme est là mais vraiment trop tronquée dans le reportage, ce qui fait apparaître mes deux extraits bien peu scientifiques.

 

Ce que l'auditoire retiendra, c'est que les fuites existent, mais le gouvernement les surveille, sans trop s'inquiéter; les représentants des cies ajoutent que ce n'est pas grave du tout, qu'ils vont les réparer et que ce sera mieux la prochaine fois.

Monsieur Paquin du MENVIQ ajoute que finalement, il n'y en a que deux fuites significatives sur les 19 cas du début du reportage. Pour le long terme, mes déclarations paraissent alarmistes, car privées de leurs explications préalables. Elles arrivent isolées, en porte-à-faux par rapport aux données scientifiques présentées dans le reportage. Des déclarations sensationnelles isolées ainsi, ça peut convenir pour faire du sensationnalisme, mais cela ne cadre pas selon moi avec la rigueur scientifique qu'on a toujours à Découverte.

Le reportage présente ensuite après moi, à nouveau, la géologue de Talisman, une sixième fois dans ce reportage, laquelle vient conclure que les fuites c'est pas grave du tout, il y en a partout, un peu comme celles à la station d'essence pour la voiture.

 

Le reporter termine en ramenant la problématique de tout cela à une question de culture (sic!) et une question de perception différente au Québec. Ici, gros danger, car justement l'industrie véhicule sur de multiples tribunes que, c'est normal ces premières perceptions d'inquiétude, car c'est nouveau ici, mais quand on aura l'exploitation sera bien implantée, alors là on rejoindra sans doute la même culture universelle (celle du Texas et de l'Alberta?) dans la perception de l'exploitation des gaz de schiste. Je dois préciser que le reporter de Découverte ne dit pas cela, mais s'aventurer sur ce terrain dans reportage, qui avait si peu de temps à consacrer à des témoignages d'experts, était ouvrir la porte à toutes sortes de perceptions, dont celle-là.

 

La question de culture différente au Québec, certes ça existe si on souhaite analyser cela au point de vue sociologique, mais pourrait-on dans un reportage traitant d'ingénierie de forage et de données scientifiques, laisser cela de côté pour une autre émission et ne pas noyer encore une fois le poisson avec la même sauce? La bulle de méthane qui du fond du puits remonte vers la surface, ne sait pas et elle s'en fout qu'en haut en surface il y ait une culture différente. Elle va remonter selon les lois  universelles de la physique, tout simplement. Peut-on garder la discussion sur ce terrain dans une émission scientifique?

 

La durée du temps qu'on m'a accordé n'est pas la cause de ma déception; c'est le choix, dans ce reportage, d'avoir mis uniquement en opposition à ceux de l'industrie deux très courts extraits choc, en les coupant de l'argumentaire scientifique et technique indispensable, comme unique présentation des opinions des scientifiques qui s'opposent, comme moi, à l'industrie des gaz de schiste.

Je souhaite que ces commentaires soient perçus comme constructifs, car je crois toujours que Découverte joue un très grand rôle dans l'indispensable vulgarisation scientifique au Québec, y compris l'émission du 18 septembre dernier, qui malgré toutes mes critiques, était fort intéressante.  Elle apportait notamment une bonne quantité de données que l'équipe a recueillies,  le tout rendu dans une très belle présentation. Il faut rappeler que notre télévision d'État est la peu près la seule dans le monde à avoir produit ainsi deux émissions scientifiques qui soulèvent un début de questionnement sur l'industrie des gaz de schiste.

 

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* Un détail certes, il y a deux petites erreurs dans le commentaire du journaliste: J-H Roy explique les fissures annulaire de retrait quand le coulis durcit; il dit que "l'eau s'évapore". À 1000 ou 2000m sous la nappe, l'eau est partout et ne s'évapore certainement pas. Le coulis durcit dans une réaction chimique où il y a rétrécissement du volume solide, mais tout cela se passe dans l'eau, omniprésente dans ces vides et fractures. Précédemment il dit aussi "quand le ciment sèche, il rétrécit ". C'est ici aussi la même erreur, que fait souvent le commun des mortels, de percevoir le durcissement du béton ou du coulis de ciment comme un "séchage". Rien n'est plus faux: ce sont des réactions chimiques qui demandent de l'eau qui mènent à la prise et au durcissement du béton, comme du coulis. En fait si le mélange sèche avant de faire prise, on se retrouve avec de la poudre de ciment sans aucune résistance.

 

Dans les entrevues données par la géologue M. Molgat, il y a par contre beaucoup d'autres faits que j'ai relevés et qui méritons une réponse et des commentaires dans un document en préparation. Juste un exemple: l'experte de Talisman Energy Inc  explique ainsi textuellement dans le reportage les fuites au puits de Leclercville:  "c'est entre deux coffrages en acier inoxydable, le ciment qui est là, localement peut-être une colmatation qui n'est pas à 100%,  et les gaz peuvent , euh bon, créer un chemin jusqu'à la surface..."  Colmatation (pour dire colmatage), coffrages (pour dire tubage), parler d'inoy alors que c'est faux, c'est de l'acier ordinaire, qui rouille en surface que les gazières utilisent partout et de tout temps. Découverte avait aussi présenté Mme Molgat dans l'autre émission sur le sujet, celle du 14 nov.2010; Mme Molgat faisait aussi un triste traitement à la vérité scientifique; j'ai commenté cela à l'époque dans mon tout premier texte: Voir le 3e paragraphe .   Cette experte a été nommée par le Gouvernement pour sièger à l'ÉES, cette commission d'experts "indépendants" qui en principe doit rendre un rapport qui va être déterminant pour les générations futures. Ça promet !

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