Pour l`extraction de gaz de schiste
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Pour l`extraction de gaz de schiste
Tableau 4 : Tableau de l'inventaire des matériels et matériaux pour le gaz de schiste Etapes Préparation du site Aménagement du site Estimation de la quantité de biomasse végétale humide retirée Géomembrane Revêtement tôle Réservoir citerne de gazole amovible Construction des routes Dimension Quantité, Masse, Surface ou Volume Terres cultivées : proche de 0t sur un ha Garrigues : 29,6t sur un ha Forêt : 56t sur un ha Caractéristiques 7 500m² de membrane 31,5 tonnes Géomembrane bitumeuse TM300 ES1 Masse surfacique : 4,2kg/m² 5 625m² de revêtement 22,8 tonnes Tôle grain de riz en aluminium Epaisseur de 1,5mm Masse volumique de l’aluminium : 2 700kg/m3 Camion-citerne de capacité 40m3 de gasoil 1 Remarques/Explications La quantité de biomasse végétale retirée lors de la préparation du site est calculée suivant le principe de calcul explicité sur le site internet. Longueur : 1 450m Largeur : 5m Surface : 7 700m² Sable 5 647m3 9 047t ρ(sable)=1602kg/m3 Gravier 24 665m3 39 464t ρ(gravier)=1600kg/m3 Une géomembrane imperméabilisante est placée sur les ¾ de la surface du site (de 1ha) afin d’éviter les infiltrations d’eau polluée par le processus d’extraction de gaz dans le sol. Un revêtement en tôle est placé sur les ¾ de la surface de la géomembrane afin de protéger d'autant mieux le sol des infiltrations d'eau polluée et de protéger la géomembrane des déchirures dues au passage des engins de chantier sur celle-ci. Le réservoir citerne est présent en permanence sur le site afin de fournir en gazole les engins du chantier. Les dimensions de la route sont déterminées grâce au schéma indiquant la position arbitraire du puits de gaz. La route est supposée de construction simple, c’est-à-dire faite de sable et de gravier compactés. La quantité de sable nécessaire à la construction de la route est calculée en fonction de la bibliographie d’une ACV faite par le Québec. La quantité de gravier nécessaire à la construction de la route est calculée en fonction de la bibliographie d’une ACV faite par le Québec. Forage Bassin de ruissellement Géomembrane 711,8m² 2990kg Géomembrane bitumeuse TM300 ES1 Masse surfacique : 4,2kg/m² Gravier grossier de chantier Epaisseur de la couche : 0,5cm ρ(gravier)=1600kg/m3 Argile compactée Epaisseur de la couche : 0,5m ρ(argile)=2194kg/m3 Une géomembrane imperméabilisante est placée au fond du bassin de ruissellement (en contact direct avec l’eau) afin d’assurer son étanchéité. Une couche de gravier au fond du bassin de ruissellement, en-dessous de la géomembrane, est placée afin de donner de la consistance au bassin. 174,3t Structures en acier L’étape de forage nécessite une installation particulière. Une plateforme de forage est installée, une structure faite d’acier avec une tour de forage, soutenant le mécanisme de forage, les tiges de forage et le trépan, système permettant de forer. Deux génératrices sont utiles pour fournir l’énergie aux tiges et au trépan pour percer la roche. Le calcul du tonnage du matériel de forage est estimé à partir d’un document de Foragaz indiquant le contenu d’une structure de forage classique. 11,4 tonnes Barrières, escaliers Acier 11,4 tonnes 91 employés 1 conteneur Un équipement de protection autour de la plateforme de forage ainsi que des escaliers pour y accéder sont nécessaires au bon fonctionnement du forage. Le tonnage est estimé aussi à partir du document de Foragaz. 91 employés sont présents sur le chantier au moment du forage. Un conteneur repas est alors installé sur le Couche de gravier 305,9m3 489t Couche d’argile 305,9m3 671t Matériels de forage Tour de forage, couronne, câbles de forage, plateforme d’accrochage, plateau de roulement, tiges de forage, génératrices, pompes Equipement de protection et d’accès Conteneur confort Une couche d’argile imperméabilisante au fond du bassin de ruissellement, en-dessous de la couche de gravier, est installée en complément de l’imperméabilité de la géomembrane. employés Conteneurs équipement Acier 3 conteneurs 43,2t Acier Conteneur station de contrôle 18,2t 1 conteneur Acier Réservoir d’eau claire 27m3 Cuve acier Liquide de forage Quantité Stockage de l’eau de forage Composition chimique du liquide Stockage des produits chimiques 5 000m3 Camions (système mobile) 20t de polymères 7,5t de chlorure chromique 45t de soude 1,25t de bactéricides 67,5t de bentonite 122 cuves 20m3 2,6m3 21,1m3 1,25m3 Camion-citerne de capacité 30m3 Type boues à eau de mer ρ(polymères)= 1000kg/m3 ρ (chlorure chromique)=2870kg/m3 ρ(soude)=2130gk/m3 ρ(bactéricides)=1000kg/m3 ρ(bentonite)=900kg/m3 chantier, permettant un certain confort pour les employés se relayant toutes les 8 heures. (Foragaz) Ces conteneurs servent d’entrepôt pour l’équipement de forage et les produits. (Foragaz) Ce conteneur sert de tour de contrôle du forage, contenant le matériel de contrôle et accueillant le personnel de contrôle. (Foragaz) Un réservoir d’eau claire est positionné sur le site et rempli régulièrement pour nettoyer le matériel. (Foragaz) La quantité de liquide de forage est donnée par le binôme 2. L’eau de forage est acheminée par camion-citerne est n’est pas stockée directement sur le site en tant qu’eau claire. L’eau est directement utilisée. Le liquide de forage est un mélange d’eau claire et de substances chimiques apportant viscosité, capacité de refroidissement du trépan et autres propriétés au liquide de forage. Voici une liste non exhaustive des principales substances chimiques contenues dans le liquide de forage. 75m3 Cuve polyéthylène de capacité 1m3 ρ(polyéthylène) =950kg/m3 60kg Les substances chimiques servant au liquide de forage sont acheminées dans des cuves en polyéthylène, elles-mêmes positionnées sur des camions semiremorques. Les cuves peuvent être stockées sur le site. Boues de forage Quantité Composition chimique des boues de forage Stockage des boues de forage Tubage du puits Tubes 4 000m3 4 800t ρ(boues) =1 200kg/m3 Baryum 14,34t Manganèse 1,49t Nickel 0,124t Zinc 0,226t Hydrocarbures pétrolés 0,224t Eau 26% donc 1248t d’eaux usées 5 cuves 148t (un réservoir=29,6t) Sur les 5 000m3 d’eau de forage injectés dans le puits, seuls 4 000m3 au total remontent du puits : ce sont les boues de forage. 1 000m3 sont donc perdus sous forme de ruissellement (et arrivent dans le bassin de ruissellement) ou s’infiltrent dans le sol au niveau du puits de forage. 3 Ces 4 000m sont en partie recyclés et réutilisés tels quels pour le forage d’autres puits. Les boues de forage remontant sont concentrées en produits chimiques. La liste des principales substances chimiques contenues dans les boues de forage sortantes est donnée ici. (ACV Québec) Cuves de 60m3 Acier Les boues de forage sont stockées dans des cuves de 60m3 et un système de recyclage de ces boues permet de les réutiliser pour d’autres forages de puits de gaz de schiste. (Foragaz, Penn State Extention) Tube de surface : 150m et 0,76m diamètre, 7,9mm épaisseur Acier ρ(acier)=8010kg/m3 Au fur et à mesure du forage du puits, des tubes en acier sont placés dans le trou de forage afin de consolider le puits. Ces tubes sont de 5 diamètres différents, et sont insérés par portion de tube d’une même longueur (15m pour un tube à la fois). 5 tailles de canalisation différentes sont utilisées ici. Les tailles de tubes, les longueurs et les diamètres sont indiqués par le binôme 2. Tubes intermédiaires : - 300m longueur, 0,45m diamètre, 7,9mm épaisseur - 450m longueur, 0,34m diamètre, 8,3mm épaisseur - 600m longueur, 0,22m diamètre, 7,9mm épaisseur Tube de production : 4 903m et 0,18m diamètre, 8mm épaisseur Ciment Stockage du ciment Fracturation hydraulique Liquide de fracturation Caractéristiques Stockage de l’eau claire 281t au total 878m3 1317t Ciment isolant ρ(ciment)=1500kg/m3 88 Tank pneumatique de capacité 10m3 90% eau 9,5% sable 0,5% additifs 334 camions pour un puits, soit 34 par fracturation 15 cuves Composition chimique du liquide de fracturation 50m3 d’additifs en tout Pour les principaux : 47,6m3 14,6t de HCl 9,9t de polyacrylamide 8,3t de 2- 12,3m3 8,8m3 8,5m3 Camion-citerne de capacité 30m3 + Cuve en acier de capacité 80m3 0,5% ρ(HCl)=1190kg/m3 ρ(polyacrylamide)=1129kg/ m3 ρ(2-butoxyéthanol et isopropanol)=979kg/m3 ρ(chlorure de Du ciment isolant est injecté dans les tubes et vient se placer entre le tube en acier et la paroi rocheuse en remontant à l’extérieur du tube sous l’effet de la pression. Ce ciment permet d’obtenir un puits étanche. Le volume de ciment est indiqué par le binôme 2. Le ciment utilisé pour isoler le puits est stocké dans des tanks pneumatiques et est injecté au fur et à mesure. Sa fabrication est faite en fonction des besoins, mais le ciment arrive sur le site prêt à l’emploi. Il n’est donc pas stocké sur le site. 10 000m3 sont utilisés pour faire 10 fracturations pour une seule production de puits. Il y a donc 1 000m3 par fracturation utilisés. Ceci est indiqué par le binôme 2. Les cuves permettent de prévoir une réserve d’eau claire pour la fracturation suivante. Le liquide de fracturation hydraulique est composé de plus de 200 substances chimiques. Seules les 8 principales sont prises en compte ici. Ces substances apportent entre autres viscosité, changements de propriétés physiques à haute pression et haute température au liquide de fracturation. Stockage des produits chimiques Sable Stockage du sable Eaux de reflux Quantité butoxyéthanolisopropanol 11,9t de chlorure de potassium 5t de bentonite 4,6t d’Ethylène glycol – propylène glycol 1,3t de carbonate de sodium 1,9t de persulfate d’ammonium 50 cuves 950t 593m3 15 camions 6m3 5,6m3 4,3m3 1,1m3 1m3 potassium)=1980kg/m3 ρ(bentonite)=900kg/m3 ρ(Ethylène glycol et propylène glycol)=1080kg/m3 ρ(carbonade de sodium et carbonate de potassium et chlorure d’ammonium)=1230kg/m3 ρ(persulfate d’ammonium)=1900kg/m3 Cuve polyéthylène de capacité 1m3 ρ(polyéthylène) =950kg/m3 60kg ρ(sable) =1 602kg/m3 Semi-remorque silo de capacité 42m3 6 000m3 Composition / / Stockage des eaux de reflux 1 200m3 18 tanks de 11,3t Tank de boues Acier Les produits chimiques utilisés dans le liquide de fracturation sont stockés dans des cuves en polyéthylène. Les cuves sont transportées par des semi-remorques. Du sable est utilisé lors de la fracturation hydraulique afin de garder les pores de la roches fracturées ouverts et de permettre l’évacuation du gaz des poches de gaz. Ce sable est acheminé par semi-remorque sur le site, où il y est stocké. Sur les 10 000m3 d’eau de fracturation injectés dans le puits, seuls 6 000m3 ressortent et sont traités. Ce sont les eaux de reflux. Cette valeur est indiquée par le binôme 3. Il y a 15% de produits chimiques dans les eaux de reflux. Ceux-ci ne sont pas détaillés ici car non nécessaire pour l’étude du bilan. Les eaux de reflux sont stockées pour un volume de 2x600m3 d’eau, l’équivalent de 2 remontées d’eau pour 2 fracturations, afin d’avoir une réserve d’eau de fracturation en avance. Explosifs Quantité 44kg soit 4,4kg par fracturation Stockage / Traitement de l’eau de reflux Quantité Procédé osmose inverse Développement/production Pipelines Quantité TOTAL Quantité de déchets verts retirés Des explosifs sont utilisés dans le processus de fracturation, avant l’injection du liquide de fracturation. Ces explosifs, amorcés, permettent de créer des microfissures dans la roche, permettant à l’eau de mieux s’infiltrer par la suite et de continuer la fracturation de la roche. Le stockage des explosifs est négligé de par la faible masse de ceux-ci utilisés. 6 000m3 6t 100 modules RE 16040-SHN de 60kg 0,028m3 0,226t Acier Vitesse du gaz jusqu’à 40km/h Pression de 16 à 100 bars 75cm de diamètre, 1cm d’épaisseur et 40m + 50m de long 60% de l’eau injectée dans le puits remonte à la surface. Les valeurs du binôme 3 sont reprises ici. Le procédé de traitement de l’eau pris en compte pour le bilan est le procédé à osmose inverse. Les valeurs de matériels nécessaires sont données par le binôme 3. Des pipelines sont positionnés à la sortie de la tête de puits en fin de fracturation, allant jusqu’à la station de traitement supposée positionnée à 40m du puits, sur le site directement. De 0 à 56t pour un ha Quantité intrant d’Aluminium Quantité intrant acier Quantité intrant géomembrane Quantité intrant de polyéthylène à haute densité (cuves de stockage des produits chimiques) Quantité intrant d’explosifs Quantité intrant de gravier, d’argile et de sable (pierres de carrière) Quantité intrant de ciment (ciment Portland) Quantité intrant de produits chimiques pour le liquide de forage Quantité intrant de produits chimiques pour le liquide de fracturation Quantité de déchets de boues de forage (non recyclées) 22,8t 1364t 31,5t + 3t 10t 0,044t 9 047t + 39 464t + 489t + 950t 1317t 20t de polymères 7,5t de chlorure chromique 45t de soude 1,25t de bactéricides 67,5t de bentonite 14,6t d’acide chlorhydrique 9,9t de polyacrylamide 8,3t de 2-butoxyéthanol - isopropanol 11,9t de chlorure de potassium 5t de bentonite 4,6t d’Ethylène glycol – propylène glycol 1,3t de carbonate de sodium 1,9t de persulfate d’ammonium Eaux usées : 1 248t ou 1 248m3 4 800 – 1 248 = 3 552t de boues sèches à évacuer du site