Les roches poreuses contenant du pétrole et du gaz naturel sont enfouies si profondément dans la terre que les exploitants de schiste s'appuient sur des modèles complexes de l'environnement souterrain pour estimer la récupération des combustibles fossiles. Ces simulations sont notoirement complexes, nécessitant des opérateurs hautement qualifiés pour les faire fonctionner. Ces facteurs ont un impact indirect sur le coût de la production de pétrole de schiste et, en fin de compte, combien les consommateurs paient pour leur carburant.

Des chercheurs de la Texas A&M University ont mis au point une procédure analytique qui peut être utilisée dans des feuilles de calcul pour prédire la quantité de pétrole et de gaz pouvant être récupérée à partir de puits nouvellement forés. En modélisant le modèle de flux de pétrole et de gaz provenant de puits plus anciens dans le même champ de forage, les chercheurs ont déclaré qu'ils pouvaient désormais prévoir avec précision le débit de pétrole et de gaz pour les nouveaux puits, un cadre qui est plus rapide et plus facile à utiliser que les simulations de réservoir complexes.

« Dans l'industrie pétrolière et gazière, les professionnels utilisent des simulateurs de réservoir sophistiqués pour avoir une idée de la quantité d'hydrocarbures pouvant être récupérée des couches sous la surface de la Terre. Ces simulations sont très utiles mais extrêmement chronophages et intenses en calculs, " a déclaré le Dr Ruud Weijermars, professeur au département de génie pétrolier Harold Vance. "Nous pouvons maintenant faire le même genre de prédictions que ces simulations dans un environnement de tableur, ce qui est beaucoup plus rapide, gain de temps et d'argent pour les opérateurs de schiste, sans perte de précision."

Les chercheurs ont décrit leurs découvertes dans le numéro de mars de la revue Énergies .

Les roches de schiste contenant du pétrole et du gaz sont entassées dans des couches comprises entre 3, 000 et 14, 000 pieds sous terre. Pour accéder à ces énergies fossiles, les trous sont d'abord forés verticalement dans le sol à l'aide de foreuses à haute puissance pour atteindre les couches de schiste. Le foret se déplace alors horizontalement, parallèlement aux dépôts de schiste. Lorsque les roches entourant le forage horizontal sont forcées de se fissurer par fracturation hydraulique, ils commencent à libérer de précieuses molécules de pétrole et de gaz naturel, qui s'engouffrent ensuite dans le forage et remontent jusqu'aux réservoirs de stockage en surface.

Avant le début de l'opération de forage, un modèle 3-D du réservoir est généralement créé pour prédire la quantité de pétrole qui peut être récupérée des puits. Ces modèles considèrent la perméabilité des roches, géographie souterraine et caractéristiques sismiques, entre autres paramètres. Avec ces entrées en place, le modèle carre virtuellement le réservoir en petits blocs, ou des cellules, puis simule le flux d'huile à travers ces blocs individuels en fonction de la différence de pression sur les différentes faces du bloc.

"Ces simulations peuvent durer des heures à des jours à des semaines, selon le nombre de blocs dans une grille, " dit Weijermars. " Alors, si le modèle de réservoir a un milliard de cellules, vous devrez calculer comment ces milliards de cellules se comportent et interagissent pour savoir quel sera le flux de pétrole résultant. »

Pour contourner ces calculs mathématiques compliqués, Weijermars et son équipe ont concentré leur attention sur le flux de pétrole dans une seule cellule d'un puits existant. D'abord, ils ont calculé le flux d'huile du site de fracture dans la cellule unique à l'aide d'équations basées sur la physique. En supposant que toutes les cellules d'écoulement dans un puits sont identiques, ils ont pu augmenter et obtenir le débit d'huile sur une période de plusieurs mois à l'aide d'une procédure analytique appelée analyse de la courbe de déclin.

Les chercheurs ont ensuite comparé les prédictions faites par leur méthode à celles des simulations et ont constaté que les deux correspondaient très bien. Cependant, contrairement aux simulations complexes, les chercheurs ont déclaré que leur analyse basée sur des feuilles de calcul était beaucoup plus rapide.

Une fois que les chercheurs ont modélisé le débit d'un puits existant, ils pourraient prédire et améliorer le comportement de nouveaux puits en ajustant certains aspects des cellules d'écoulement, comme la hauteur, longueur ou espacement des fractures hydrauliques et entre les puits. Par ailleurs, ils ont noté que ce type d'analyse pourrait être effectué avant le forage des nouveaux puits afin de maximiser la récupération de pétrole et de gaz de la région du bail.

Les chercheurs ont également déclaré que contrairement aux simulations de réservoir qui nécessitent des professionnels hautement qualifiés pour les exécuter, leurs feuilles de calcul peuvent être utilisées par des techniciens très peu formés.

"Les opérateurs de schiste doivent réduire considérablement leurs coûts en raison des bas prix mondiaux du pétrole brut. Cependant, ils doivent également prévoir et améliorer les performances des nouveaux puits qu'ils envisagent de forer, " a déclaré Weijermars. " Nous avons testé notre analyse par cellule d'écoulement basée sur un tableur contre des simulateurs de réservoir sophistiqués dans une série d'études, et le modèle à cellule d'écoulement fait un excellent travail. C'est une bonne nouvelle pour les exploitants de schiste :notre technique les aide à réduire les coûts et est également beaucoup plus rapide. »