Les étapes d’exploration des hydrocarbures en milieu terrestre et les techniques utilisées :
Un ensemble d’éléments et de conditions particulières doit avoir été présent dans un bassin sédimentaire pour qu’une accumulation d’hydrocarbures existe. Ce sont :
1) La présence d’une roche-mère riche en matière organique.
2) La maturation thermique suffisante sur une longue période de temps afin de convertir cette matière organique en hydrocarbures (pétrole ou gaz naturel, selon l’histoire du bassin sédimentaire).
3) Des voies de migration pour permettre aux hydrocarbures de migrer hors de la roche et vers un réservoir.
4) Une roche-réservoir appropriée suffisamment poreuse et perméable pour avoir accumulé des hydrocarbures.
5) Une roche-couverture efficacement étanche pour avoir empêché la fuite de ces hydrocarbures accumulés dans le réservoir.
6) Une disposition spatiale du réservoir et de la couverture.
Cette accumulation d’hydrocarbures est considérée comme une ressource conventionnelle lorsque la roche-réservoir est suffisamment perméable pour permettre aux hydrocarbures d’être produits à des taux économiquement acceptables sans avoir recours à la stimulation massive du réservoir.
Dans les cas inverses, lorsque les hydrocarbures se présentent en accumulations étalées sur de grandes étendues dans des unités très peu perméables et qui ne sont pas affectées par des effets hydrodynamiques standards, on parle alors de ressources non conventionnelles. Les ressources non conventionnelles comprennent le méthane associé à des lits de charbon, les sables bitumineux, les hydrates de gaz, ainsi que les shales pétrolifères et gazifières (gaz de shale ou gaz de schiste).
Par exemple, seules les deux premières conditions sont nécessaires pour former des shales gazifières. Ce n’est alors pas la roche-réservoir qui est exploitée, mais plutôt la roche-mère proprement dite.
Dans ce contexte, l’exploration pétrolière et gazière a pour but la découverte d’accumulations d’hydrocarbures liquides ou gazeux techniquement et économiquement exploitables. Ultimement, cette découverte ne peut qu’être réalisée par forage. Toutefois, des indices de la présence de pétrole et de gaz naturel contenus en profondeur pouvant être accumulés dans des unités géologiques peuvent être détectés à partir de la surface.
Ainsi, l’implantation des forages d’exploration est habituellement précédée d’une série d’opérations de reconnaissance mettant en œuvre des techniques combinant les disciplines de la géologie, de la géochimie et de la géophysique.
La première étape de tout programme d’exploration est de définir un concept, en anglais play, afin d’expliquer de quelles manières le pétrole ou le gaz naturel aurait pu s’accumuler dans le bassin sédimentaire.
Un concept d’exploration est ainsi défini comme un ensemble de cibles potentielles d’accumulations d’hydrocarbures, en anglais prospects, partageant des caractéristiques géologiques communes en ce qui a trait à : la roche mère (ou la roche source des hydrocarbures), aux relations de la migration, à l’unité géologique du réservoir, aux types de piège et puis à la roche-couverture.
L’analyse d’un concept d’exploration implique donc de réaliser la synthèse et la cartographie de tous ces paramètres géologiques clés qui contrôlent la présence d’accumulation de pétrole ou gaz naturel.
En premier lieu, le géologue recueille alors des informations à partir de diverses sources, que ce soit à partir d’affleurements de roches à la surface ou bien sur des échantillons provenant d’anciens puits d’exploration pétrolière et gazière.
Ainsi, en combinant les données acquises, le géologue peut déduire différentes caractéristiques d’une région particulière, telles que la composition, la porosité et la perméabilité des roches, l’âge et la succession sédimentaire du bassin, la géométrie des strates, ainsi que la présence de fractures ou de failles.
Par la suite, l’étape d’exploration comprend, entre autre, une série des relevés géochimiques et géophysiques de surface qui ont l’objectif d’imager les unités géologiques et d’identifier les accumulations potentielles d’hydrocarbures.
Parfois, des forages miniers, appelés « sondages stratigraphiques », peuvent être réalisés afin de déterminer la succession sédimentaire en profondeur et ainsi prouver un concept d’exploration.
Toutefois, la vérification de la présence d’accumulations d’hydrocarbures et de leur potentiel d’exploitation technique et commerciale exige toutefois l’utilisation de forages pétroliers.
Ces forages nécessitent l’aménagement d’un site de forage, le forage lui-même qui crée un trou à travers les formations rocheuses, puis l’installation de coffrages en acier qui sont cimentés afin d’isoler hydrauliquement le puits des unités géologiques entre elles et des ressources en eau souterraine situées à faible profondeur.
Les coffrages et le ciment peuvent être ensuite perforés au niveau de l’unité contenant les ressources en hydrocarbures, ce qui permet de procéder à des tests de production et d’échantillonner les hydrocarbures afin d’évaluer le potentiel de production du puits.
Des sondages stratigraphiques peuvent alors être réalisés, ainsi que des levés géophysiques et géochimiques de surface à plus haute résolution afin de mieux évaluer l’extension de ces ressources.
Si le puits révèle la présence d’une accumulation significative d’hydrocarbures ayant le potentiel d’être exploitée commercialement, une phase d’évaluation est alors amorcée pour procéder au forage d’autres puits ainsi qu’à la mise en place d’infrastructures de surface.