Vers une extraction plus propre des ressources énergétiques

Par: Shaun Casey
Mai 2014

Les chercheurs de RNCan effectuent des essais pilotes sur la production de vapeur par contact direct, une technologie prometteuse pour la minimisation de la consommation d’eau et la réduction des émissions de gaz à effet de serre lors de l’extraction de pétrole lourd à l’aide de vapeur.
Photo du dessus d’un réacteur à haute pression

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Dessus d’un réacteur à haute pression

Le drainage par gravité au moyen de vapeur (DGMV) est une méthode couramment employée pour extraire le pétrole lourd enfoui profondément dans le sol. Un puits est foré et de grandes chaudières produisent de la vapeur, laquelle est ensuite injectée dans le sol où elle chauffe le bitume. Le mélange de bitume et d’eau qui en résulte est capté dans un second puits creusé en dessous du premier, puis pompé à la surface où le bitume et l’eau sont séparés. Le dioxyde de carbone est libéré par les cheminées d’échappement des chaudières, lesquelles sont ventilées à la surface.

Afin de contribuer à réduire l’empreinte écologique de l’extraction, des chercheurs de Ressources naturelles Canada (RNCan) effectuent des essais pilotes sur la production de vapeur par contact direct (PVCD), une nouvelle technologie susceptible de réduire les émissions de gaz à effet de serre du fait qu’une partie importante du dioxyde de carbone peut être piégé dans le réservoir de DGMV.

La technologie de PVCD aidera également à la gestion de l’eau, car elle permet de diminuer la consommation d’eau en captant la majeure partie de l’eau du réservoir de DGMV à des fins de réutilisation, et en produisant de l’eau supplémentaire à partir de la combustion de l’hydrogène dans le combustible.

Production de vapeur par contact direct

Photo d’une chaudière à vapeur et d’une cuve d’épurateur

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Chaudière à vapeur et cuve d’épurateur

Les chercheurs de RNCan ont élaboré un nouveau concept selon lequel un processus de combustion directe générerait un flux de gaz de combustion contenant de la vapeur et du dioxyde de carbone. Le mélange qui en résulterait serait ensuite utilisé pour l’extraction du bitume, et une partie du dioxyde de carbone resterait dans le sol. Un laitier inerte à la fois solide et stable serait également créé.

Ce concept est le sujet d’un brevet pour lequel une demande a été déposée en 2008, mais des recherches ont dû être effectuées afin de prouver sa faisabilité. Le coût était également un élément important, car si le projet n’était pas viable financièrement, les producteurs refuseraient de le mettre en œuvre.

« Après une étude de faisabilité économique, nous avons été ravis de constater que non seulement la technologie s’est avérée concurrentielle par rapport aux technologies de production de vapeur existantes, mais qu’elle présentait en plus des avantages sur le plan de l’environnement », déclare Paul Cairns, l’ingénieur de recherche au Centre de recherche CanmetÉNERGIE de RNCan, à Ottawa, qui a dirigé l’étude des coûts.

Les chercheurs devaient ensuite déterminer si la production de vapeur par contact direct était possible dans un environnement pressurisé. À l’aide d’un mélange d'oxygène, de combustible et d’eau, ils ont réussi à produire de la vapeur dans un environnement de 15 bar, soit 15 fois la pression atmosphérique type au niveau de la mer.

Soutien de l’industrie à la production de vapeur par contact direct

Grâce à une démonstration du bien-fondé du concept et à des perspectives économiques favorables, le projet a obtenu du financement par le truchement de Canada’s Oil Sands Innovation Alliance (COSIA). Fondée dans le but d’améliorer la performance environnementale des sables bitumineux, cette association de l’industrie était optimiste quant au potentiel de la technologie. Les entreprises membres de la COSIA qui ont participé au projet pilote de PVCD sont Suncor, Shell, Devon Energy Corporation, Canadian Natural Resources Limited et Statoil.

Photo de réservoirs de stockage de l’eau

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Réservoirs de stockage de l’eau contenant des matières solides et des hydrocarbures dissous à l’intérieur de l’enceinte d’eau

Pour être utilisée à son plein potentiel, la technologie doit fonctionner dans des environnements sous haute pression de 100 bar et plus, avec des hydrocarbures et des matières solides dissous dans l’eau. Des tests de production de vapeur selon le procédé d’oxycombustion sous haute pression (HiPrOx) utilisant de l’eau produite par DGMV sont en cours. « Le but de la recherche actuelle est d’assurer que le bon mélange de dioxyde de carbone et de vapeur est créé », explique M. Cairns.

Avantages pour l’environnement de la production de vapeur par contact direct

Le réservoir de DGMV peut servir d’installation de stockage du carbone en gardant une partie importante du CO2 dans le sol. Ou encore, un flux de dioxyde de carbone prêt pour le captage pourrait être séparé de la vapeur en vue d’être utilisé pour la récupération assistée des hydrocarbures ou d’être piégé dans d’autres formations géologiques.

Grâce à la technique de production de vapeur par contact direct, l’utilisation d’eau douce est évitée et l’eau des bassins de décantation des résidus peut être utilisée, ce qui se traduit par une accélération des efforts de remise en état des terres. 

Vidéo pour la production de vapeur par contact direct (PVCD)

Les chercheurs de RNCan à CanmetÉNERGIE - Ottawa ont développé une technologie révolutionnaire qui utilise un processus de combustion directe pour générer un flux de fumées concentré composé principalement de vapeur et de CO2.

La production de vapeur par contact direct (PVCD) améliore les techniques actuelles de drainage par gravité assisté par la vapeur en mettant l'eau recyclée provenant du processus d'extraction de bitume directement dans une chambre de combustion à haute pression et haute température pour produire de la vapeur mélangée avec du CO2 pour l'injection dans un puit souterrain. Le processus est plus économe en énergie que la production conventionnelle de vapeur, peut utiliser de l'eau recyclée provenant de l’exploitation des sables bitumineux et peut séquestrer le CO2 dans les gisements de sables bitumineux. En conséquence, cette technologie innovante réduit les émissions de GES jusqu'à 85%, tout en minimisant l'utilisation d'eau douce et en éliminant les processus coûteux de traitement de l'eau, réduisant finalement le coût environnemental de l'extraction du bitume.

Transcription

L’extraction de brut lourd, ou bitume joue un rôle important dans l’économie canadienne.

L’Alberta fournit plus de 15 % du PIB canadien, et l’extraction des ressources représente près du tiers de ce pourcentage.

Malheureusement, comme l’extraction des ressources pétrolières du Canada est plus difficile et coûteuse que celle de bien d’autres ressources de pétrole brut mondiales et qu’elle a un impact environnemental plus lourd, nos ressources sont moins attrayantes sur les marchés mondiaux.

Et s’il existait une méthode d’extraction du bitume économique ayant très peu d’impact sur l’environnement, utilisant une quantité minimale d’eau douce et ne produisant presque pas d’émissions?

De concert avec l’industrie, Ressources Naturel Canada, par l’entremise de nos laboratoires CanmetEnergie, a mis au point des méthodes beaucoup moins nuisibles à l’environnement qui produisent moins d’émissions de gaz à effet de serre tout en étant concurrentielles sur le plan des prix.

La technologie mise en œuvre par CanmetEnergie s’appuie sur l’une de ces techniques de pointe appelée drainage par gravité au moyen de vapeur, ou procédé DGMV.

Le procédé DGMV utilise des puits horizontaux couplés qui s’étendent à travers le reservoir de bitume sous terrain.

Ce procédé nécessite un apport d’eau douce, et la production de vapeur en fait un procédé énergivore en plus d’accroître son impact environnemental négatif.

CanmetEnergie a mis au point une technologie de production de vapeur beaucoup moins énergivore et moins dommageable pour l’environnement.

Il s’agit de la production de vapeur par contact direct, ou procédé PVCD.

Alors que le procédé DGMV nécessite le traitement coûteux de l’eau et qu’il est normalement dépourvu d’un dispositif de contrôle des gaz à effet de serre,

le procédé PVCD permet, lui, de produire de la vapeur en faisant circuler l’eau recyclé provenant de l’extraction du bitume directement à travers un brûleur à oxygène sans traitement préalable.

Cela produit essentiellement de la vapeur au CO2 et residus, mélangée au dioxyde de carbone et aux résidus produits, le tout étant renvoyé dans le puits d’injection sous terrain.

En fait, il s’agit pratiquement d’un circuit fermé.

Voici comment ça fonctionne : nous brûlons du gaz naturel au moyen d’oxygène à haute pression et nous injectons l’eau recyclée provenant de l’extraction du bitume à travers la flamme pour produire un mélange de vapeur et de CO2.

Le mélange de vapeur pressurisée s’écoule dans le puits d’injection de vapeur – c. à-d.

le moins profond des deux puits horizontaux couplés creusés à une distance de 4 à 6 mètres environ l’un de l’autre.

La vapeur réchauffe le bitume du réservoir, qui se ramollit et finit par s’écouler par gravité vers le puits inférieur appelé puits de production.

Le liquide du puits inférieur est ensuite pompé vers la surface…… où l’on en sépare le bitume.

L’eau récyclée est ensuite utilisée, sans traitement, dans le procédé PVCD pour produire de nouveau de la vapeur.

Une partie importante du dioxyde de carbone produit par le procédé de chauffage de l’eau reste sous terre – ce qui contribue à réduire les émissions de gaz à effet de serre.CanmetEnergie a mis au point le procédé PVCD au cours des 10 dernières années dans le cadre de ses activités de recherche et développement.

Nous avons construit dans nos laboratoires d’Ottawa une unité pilote qui nous permet de soumettre à des essais minutieux tous les aspects du procédé PVCD.

En plus de l’unité pilote d’Ottawa consacrée au procédé PVCD, la société Suncor envisage la construction d’une plus grande unité de démonstration dans le nord de l’Alberta.

Voici les avantages du procédé de production de vapeur par contact direct :

  • Il permet un plus grand maitrise des émissions des GES
  • Il minimise l’utilisation d’eau douce sans traitement préalable.
  • Produit aucun déchets liquides
  • Il peut utiliser des combustibles résiduaires comme le coke de pétrole.
  • Il crée des économies semblable aux technologies conventionnelles
  • Il produit du pétrole avec une empreinte environnementale considérablement réduite, rendant ainsi notre pétrole beaucoup plus attrayant sur le marché mondial.

Pour en savoir plus au sujet de la production de vapeur par contact direct et de CanmetEnergie, n’hésitez pas à visiter ce site.

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