- L’évolution des technologies de fracturation des formations géologiques pour augmenter la production de pétrole et de gaz naturel.
- Torpille d’un vétéran de la guerre de Sécession
- Torpille Otto Cupler Co.
- Première fracturation hydraulique commerciale
- Technologie de fracturation du schiste
- Tremblements de terre
- Perspectives de l’industrie
- Col. Roberts à la bataille de Fredericksburg
- Des puits de tir au clair de lune
L’évolution des technologies de fracturation des formations géologiques pour augmenter la production de pétrole et de gaz naturel.
Depuis les premières découvertes de pétrole en Amérique, l’explosion de dynamite ou de nitroglycérine en fond de puits a contribué à augmenter la production d’un puits. La technologie de « fracturation » géologique couramment utilisée dans les champs pétrolifères après la guerre civile serait considérablement améliorée lorsque la fracturation hydraulique est arrivée en 1949.
La fracturation hydraulique moderne — communément appelée « fracturation hydraulique » — peut remonter à avril 1865, lorsque le lieutenant-colonel Edward A. L. Roberts, vétéran de l’Union de la Guerre de Sécession, a reçu le premier de ses nombreux brevets pour une « torpille explosante. »
En mai 1990, la société de torpilles Otto Cupler de Pennsylvanie a « tiré » son dernier puits de pétrole avec de la nitroglycérine liquide alors que la société abandonnait l’utilisation de la nitro tout en continuant à poursuivre une technologie fondamentale des champs pétrolifères. Le président de la société, Rick Tallini, a crédité les brevets originaux du colonel Roberts pour avoir conduit aux systèmes de fracturation modernes.
En 1862, E.A.L. Roberts est nommé lieutenant-colonel de l’Armée de l’Union. En décembre, il « conçut l’idée d’ouvrir les veines et les crevasses dans la roche pétrolifère en y faisant exploser une coquille allongée ou une torpille. »Images avec l’aimable autorisation du Drake Well Museum, Early Days of Oil, Princeton University Press.
» Depuis l’époque du colonel Roberts, notre activité consistait à abaisser des charges explosives élevées dans des puits de pétrole de la région des Appalaches pour faire exploser des fractures dans le sable pétrolifère « , a déclaré Tallini. Roberts’ torpedo company opérait dans la région d’Allegheny à Titusville, où l’industrie pétrolière américaine a commencé en août 1859 avec le premier puits américain spécialement foré pour le pétrole.
Torpille d’un vétéran de la guerre de Sécession
Le colonel Edward A.L. Roberts, vétéran de la Guerre de Sécession, a dirigé un régiment du New Jersey lors de la sanglante bataille de Fredericksburg, en Virginie, en 1862. Au milieu du chaos de la bataille, il vit les résultats d’obus explosifs d’artillerie confédérés plongeant dans l’étroit canal qui obstruait le champ de bataille.
Lorsque E.A.L. Roberts fonde sa société en 1865, ses nombreux brevets lui confèrent le monopole des torpilles nécessaires à l’industrie pétrolière.
Malgré des actions héroïques pendant la bataille, il est retiré de l’Armée de l’Union en 1863. Mais l’observation du champ de bataille de Virginie lui a donné une idée qui évoluerait vers ce qu’il a décrit comme « un bourrage de fluide superincumbent. »
Roberts a reçu son premier brevet pour une « Amélioration de l’Explosion des torpilles dans les puits artésiens » le 25 avril 1865. Son invention du champ pétrolifère de la fracturation — ou fracturation hydraulique – pour améliorer un puits améliorerait considérablement la production de pétrole de la jeune industrie pétrolière américaine. De nombreux autres brevets technologiques suivront.
Le système de torpilles Roberts éclipserait les méthodes antérieures, y compris la poudre noire ou la chute de bâtons de dynamite dans un puits, ce qui effondrait souvent les forages et ruinait la production de pétrole. Malheureusement, le même mois, Roberts a reçu son premier brevet de torpille explosive, un chercheur raté de richesses pétrolières a assassiné le président Lincoln. John Wilkes Booth quitta les champs pétrolifères de Pennsylvanie en juin 1864 après une tentative de fracturation ratée d’un puits foré par sa compagnie pétrolière Spectaculaire.
Les premières « torpilles » ont été déclenchées par un poids tombé le long d’un fil de suspension.
Roberts a reçu un autre brevet américain (No 59 936) en novembre 1866. Cet appareil amélioré deviendrait largement connu sous le nom de « Torpille Roberts ». »La technologie avancée de production de pétrole utilisait une colonne d’eau au-dessus d’un engin explosif en fond de trou pour briser plus efficacement les formations rocheuses aux profondeurs productrices de pétrole des puits.
Le journal Titusville Morning Herald rapportait: Notre attention a été attirée sur une série d’expériences qui ont été faites dans les puits de diverses localités par le colonel Roberts, avec sa torpille nouvellement brevetée. Les résultats ont dans de nombreux cas été étonnants.
La torpille, qui est une caisse en fer, contenant une quantité de poudre variant de quinze à vingt livres, est descendue dans le puits, jusqu’à l’endroit, aussi près que possible, où il est nécessaire de l’exploser. Il est ensuite explosé au moyen d’un capuchon sur la torpille, relié au sommet de la coque par un fil.
Remplir le trou de forage avec de l’eau a fourni à Roberts son « bourrage de fluide » pour concentrer les commotions cérébrales et fracturer plus efficacement les strates de pétrole environnantes. La technique a eu un impact immédiat — la production de certains puits a augmenté de 1 200% en une semaine après le tir – et la Roberts Petroleum Torpedo Company a prospéré.
Roberts facturait de 100 à 200 dollars par torpille et une redevance d’un quinzième de l’augmentation du débit de pétrole. Tentant d’éviter les frais de Roberts, certains pétroliers ont embauché des praticiens sans licence qui opéraient au « clair de lune » avec leurs propres appareils. L’inventeur était scandalisé.
Roberts a embauché des détectives et des avocats de Pinkerton pour protéger son brevet — et aurait été responsable de plus de litiges civils en défense d’un brevet que quiconque dans l’histoire des États-Unis. Il a dépensé plus de 250 000 $ pour arrêter les « torpilleurs » illégaux ou les « allumeurs de lune ». »
Se préparant à « tirer » un puits foré par une plate-forme à câbles.
Appliquée légalement ou illégalement, en 1868, la nitroglycérine était préférée à la poudre noire, malgré sa tendance souvent fatale à exploser accidentellement.
« Une flamme ou une étincelle n’exploserait pas facilement la nitro-glycérine, mais le gars qui l’a frappée d’un coup dur pourrait aussi bien éviter les ennuis parmi ses héritiers en ayant fait rédiger son testament et en ordonnant une boîte à cigares pour contenir les fragments que ses parents pleureurs pourraient cueillir dans le district environnant », nota John J. McLauren en 1896 dans son livre Sketches in Crude Oil – Some Accidents and Incidents of the Petroleum Development in all parts of the Globe.
Verser de la nitroglycérine était suffisamment risqué dans les champs pétrolifères de la fin du XIXe siècle. Le faire pour un « tir » de puits illégal a conduit au terme « au clair de lune ». »
Roberts est décédé un homme riche le 25 mars 1881, à Titusville. Ses héritiers ont vendu la Roberts Petroleum Torpedo Company à ses employés, qui ont continué leurs activités sous le nom de Independent Explosives Company. À ce moment-là, la technologie révolutionnaire de « fracturation » du vétéran de la Guerre de sécession était appliquée par l’industrie pétrolière dans le monde entier.
À Bartlesville, dans le territoire indien de l’Amérique, une foule se rassemble en 1897 pour assister à la fracturation d’un puits de découverte d’un champ pétrolifère. La jeune belle-fille du foreur a déposé un dispositif détonant « go devil » sur la ligne de fil dans le puits pour déclencher la nitroglycérine en attente. L’explosion a provoqué l’éruption du puits Nellie Johnstone No.1, un geyser d' »or noir » qui a impressionné les spectateurs et lancé l’industrie pétrolière de l’Oklahoma (voir Premier puits de pétrole de l’Oklahoma).
Torpille Otto Cupler Co.
La société historique de torpilles Otto Cupler de Rick Tallini produisait autrefois sa propre nitroglycérine dans des usines près de Titusville — jusqu’à l’explosion de la dernière usine en 1978. La société de Tallini a continué à utiliser de la nitroglycérine liquide jusqu’en 1990 – lorsque la dernière usine du fournisseur de nitroglycérine a explosé à Moosic, en Pennsylvanie.
Un siècle plus tôt, plus à l’est des champs pétrolifères de Oil City et Titusville (et de la célèbre ville en plein essor de Pithole), le champ pétrolifère géant de Bradford avait ses propres sociétés de services de fracturation de puits. Un notable était Mme. L’usine de nitro d’Alford
Le dernier puits de Tallini, le 5 mai 1990, a épuisé les dernières réserves de nitro liquides de sa société Otto Cupler. Le « go devil » des premiers jours avait été remplacé par des temps de fond, un autre jalon technologique de l’industrie (voir Historique des champs pétrolifères Zebco Reel). Son entreprise continuerait à tirer des puits, mais avec des explosifs et des procédures plus sûrs et modernes.
La société Otto Cupler a créé un petit musée sur Dottyville Road à Titusville, afin de préserver pour les générations futures des artefacts et des documents remarquables de la première « fracturation » des puits.
En ce qui concerne la fracturation par formation de pétrole, le développement de la perforation de puits était une autre technologie importante de fond de trou. Ira McCullough de Los Angeles en 1939 a reçu le brevet d’un perforateur d’enveloppe à balles multiples, « dans lequel des projectiles ou des éléments perforants sont tirés à travers l’enveloppe et dans la formation. »Son innovation consistant à tirer à plusieurs niveaux à travers l’enveloppe de protection d’un trou de forage a amélioré le flux d’huile. En savoir plus dans le Bazooka de fond de trou.
Première fracturation hydraulique commerciale
Le 17 mars 1949, une équipe d’experts en production pétrolière converge vers un puits de pétrole à environ 12 miles à l’est de Duncan, Oklahoma — pour effectuer la première application commerciale de fracturation hydraulique. Plus tard dans la journée, le personnel de Halliburton et de la compagnie Stanolind a réussi à fracturer un autre puits de pétrole près de Holliday, au Texas.
La première fracturation hydraulique commerciale d’un puits de pétrole a eu lieu en 1949 à environ 12 miles à l’est de Duncan, en Oklahoma.
Un puits expérimental fracturé deux ans plus tôt à Hugoton, au Kansas, où se trouve un immense champ de gaz naturel, avait prouvé la possibilité d’une fracturation hydraulique pour augmenter la productivité des puits de gaz. Erle Halliburton (1892-1957) avait breveté une méthode améliorée pour cimenter les puits de pétrole en 1921, deux ans après avoir fondé sa société de services de puits à Ardmore, en Oklahoma.
En 1988, la technologie aura été appliquée près d’un million de fois. La technique avait été développée et brevetée par Stanolind (plus tard connue sous le nom de Pan American Oil Company) et une licence exclusive avait été délivrée à Halliburton pour effectuer le processus. En 1953, la licence a été étendue à toutes les sociétés de services qualifiées.
Pour compléter un nouveau puits, des charges explosives sont abaissées par une ligne métallique pour perforer le tubage en acier, le ciment et la formation de production. Une fois les charges déclenchées électroniquement, la fracturation hydraulique améliore considérablement la production de pétrole et de gaz naturel.
Selon un porte-parole de Pinnacle, une société de services Halliburton:
Depuis ce jour fatidique de 1949, la fracturation hydraulique a fait plus pour augmenter les réserves récupérables que toute autre technique, et Halliburton a dirigé l’industrie dans le développement et l’application de la technologie de fracturation.
Le représentant de la société a également noté: « Au cours des plus de 60 ans qui ont suivi ces premiers traitements, plus de deux millions de traitements de fracturation ont été pompés sans qu’aucun cas documenté de traitement ne pollue un aquifère — pas un seul. »
Une statue d’Erle Halliburton a été dédiée en 1993 à Duncan, Oklahoma.
Les problèmes concernant les prélèvements d’eau pour la fracturation hydraulique dans les zones de faible disponibilité, les déversements lors de la manipulation de fluides de fracturation et l’injection de fluides présentant une intégrité mécanique inadéquate figurent parmi les problèmes soulevés par l’Agence de protection de l’environnement dans son rapport de 2016, La fracturation hydraulique pour le pétrole et le gaz.
Technologie de fracturation du schiste
Dans les années 1980, une avancée technologique soudaine dans la fracturation des formations de schiste a conduit les États-Unis à augmenter considérablement leur production pétrolière et surtout naturelle qui continue à ce jour.
Bien que le crédit devrait être partagé avec d’autres, le premier « boom du schiste » américain a commencé avec la pensée novatrice d’un producteur indépendant de Galveston, au Texas, George P. Mitchell, (1919 – 2013). La technologie a commencé par diriger un puits horizontalement dans la production de formations géologiques.
Dans les années 1980, Mitchell Energy & Development Corp. a commencé à expérimenter la fracturation hydraulique dans des puits horizontaux dans les schistes de Barnett près de Fort Worth. L’entreprise était l’une des rares à avoir commencé à trouver des moyens d’extraire de grandes quantités de gaz naturel des formations de schiste. D’autres ont suivi alors que les géologues reconnaissaient le potentiel des schistes riches en gaz naturel en Arkansas et en Pennsylvanie — et des schistes bitumineux du Dakota du Nord.
Le boom des schistes modernes américains a commencé dans les années 1980 lorsque le producteur indépendant George Mitchell a expérimenté des moyens de produire économiquement du gaz naturel à partir des schistes de Barnett au Texas. Carte mai 2011 avec l’aimable autorisation de l’Administration de l’Information sur l’Énergie.
Dans le bassin historique de Williston, dans le Dakota du Nord, produisant du pétrole depuis 1951, des milliards de barils de nouvelle production provenaient des schistes de Bakken. En savoir plus dans Premier puits de pétrole du Dakota du Nord.
Tremblements de terre
Le plus grand tremblement de terre en Oklahoma connu pour être induit par la fracturation hydraulique est survenu en 2019, selon l’United States Geological Survey, ajoutant que la majorité des tremblements de terre de l’État depuis 2009 sont dus à des eaux usées injectées, et non à des fluides de fracturation.
« L’élimination des eaux usées est un processus distinct dans lequel les déchets liquides provenant de la production de pétrole et de gaz sont injectés profondément sous terre, bien au-dessous des eaux souterraines ou des aquifères d’eau potable », a expliqué l’USGS. « En Oklahoma, plus de 90% des eaux usées injectées sont un sous-produit du processus d’extraction du pétrole et non des déchets de fluide de fracturation. »
Dans le bassin permien de l’Ouest du Texas, un important site américain de production de champs de schiste, la Texas Railroad Commission (RRC) a signalé en septembre 2021 six tremblements de terre depuis février 2020 enregistrés d’une magnitude d’au moins 3,5 sur l’échelle de Richter. Le CRR a identifié l’élimination des grandes quantités d’eau utilisées pour briser les formations rocheuses comme un facteur susceptible de contribuer à l’activité sismique.
La commission « a demandé aux foreurs de réduire la quantité d’eaux usées qu’ils pompent sous terre », selon World Oil. « C’est une décision assez inhabituelle de la part du régulateur, qui n’a pas été aussi actif que son homologue de l’Oklahoma pour tenter de prévenir les tremblements de terre liés à la fracturation hydraulique. »
Perspectives de l’industrie
Des groupes commerciaux de l’industrie pétrolière ont créé des sites Web pour éduquer un public sceptique sur les technologies de fracturation. Selon l’un d’eux, « Les questions sur la production d’énergie domestique ne manquent pas — quelles technologies sont utilisées? Qu’est-ce que cela signifie pour notre environnement? Comment crée-t-il des emplois? Qu’est-ce que la fracturation hydraulique ? »
La fracturation hydraulique a été utilisée pour augmenter la production de millions de puits de pétrole et de gaz naturel depuis 1949.
L’énergie en profondeur – offre des liens avec les recherches de l’industrie et a longtemps maintenu: « Alors que le premier travail de fracturation commerciale a été effectué dans les années 1940, la technique a été appliquée à la grande majorité des États-Unis. puits de pétrole et de gaz naturel pour améliorer la performance des puits, minimiser les forages et récupérer des ressources autrement inaccessibles. »
Le site Web, un projet de l’Independent Petroleum Association of America (IPAA), rapporte qu’environ 90% des puits / puits américains en exploitation ont été fracturés — »et le processus continue d’être appliqué pour stimuler la production dans des formations non conventionnelles — telles que les sables gazeux étanches et les gisements de schiste. »
Pour une autre perspective sur les explosifs de fond pour augmenter la production, voir le projet Gasbuggy teste la fracturation nucléaire ». »
Col. Roberts à la bataille de Fredericksburg
Certains historiens de la guerre de Sécession connaissent peut-être le colonel Edward A. L. Roberts menant l’une des nombreuses charges malheureuses de l’Union sur les hauteurs de Marye. Ci-dessous, des recherches de la Société Historique américaine du pétrole & du Gaz documentant des détails peu connus de ses états de service aux Archives nationales, Washington, D.C.
Inventeur de torpilles de « tir » ou de « fracturation » de puits de pétrole, le colonel Edward A. L. Roberts (1829-1881) a été enterré au cimetière Woodlawn à Titusville, en Pennsylvanie. Une simple pierre tombale ne comprend que son nom et le grade militaire qu’il occupait à la bataille de Fredericksburg 19 ans plus tôt.
« Nous sommes entrés en action sous un feu de tirs et d’obus des plus ardents et mortels », a rapporté le colonel Edward Roberts. Une lithographie de 1888 représente l’armée du Potomac traversant le Rappahannock à la bataille de Fredericksburg en décembre 1862. Bibliothèque d’images de Congess.
Pendant quatre mois pendant la guerre de Sécession, l’homme qui allait un jour révolutionner la technologie de production de pétrole et de gaz naturel a été lieutenant-colonel du 28th New Jersey Volunteer Infantry Regiment. Il combattit à Fredericksburg en décembre 1862, en attendant les résultats de sa cour martiale, qui s’était réunie quelques semaines plus tôt.
Alors que la cour militaire délibérait sur les spécifications de « l’intoxication au défilé vestimentaire », le régiment de Roberts marcha dans les champs sanglants et la ville de Fredericksburg, en Virginie. Le 13 décembre, le 28th New Jersey était le centre de Gen. Le premier assaut condamné d’Ambrose Burnside sur les hauteurs de Marye, farouchement défendues. Quatorze autres assauts infructueux suivront.
Le colonel Edward A. L. Roberts est enterré à Titusville, en Pennsylvanie, où l’industrie pétrolière américaine a commencé en 1859.
Le 28th chargea dans des canons soigneusement positionnés. Le colonel confédéré Edward Porter Alexander avait déclaré: « Un poulet ne pouvait pas vivre sur ce champ lorsque nous l’ouvrions. »
Alexandre avait raison. Aucun soldat de l’Union n’atteindrait les hauteurs de Marye cette froide journée de décembre. Traversant un canal et un terrain dégagé, brigade après brigade ne put déloger les Confédérés de leurs défenses derrière une route engloutie et un mur de pierre. Les pertes de l’Union dépassèrent les 12 000.
Lorsque son commandant a reçu une balle au visage lors de la charge du 28th, Roberts a pris le commandement. Dans son rapport après l’action, Roberts a écrit: « Nous sommes entrés en action sous un feu de coups de feu et d’obus des plus vifs et mortels, et nous avons continué à agir jusqu’à la tombée de la nuit. Les officiers et les hommes se sont bien comportés. »
Un mois plus tard, le verdict de la cour martiale de Roberts a été publié en vertu de l’ordonnance générale no 2. Malgré ses actions héroïques au cours de la bataille, parmi les plus sanglantes de la guerre de Sécession, il est reconnu coupable et condamné à la caisse, à compter du 12 janvier 1863. Avant le verdict du tribunal, Roberts avait tenté de démissionner, mais cela a été étrangement qualifié de « soumission à la démission face à l’ennemi. » Le service de Roberts en tant qu’officier de l’Union était terminé en 1863. Cependant, il allait bientôt entrer dans l’histoire des champs pétrolifères de Pennsylvanie.
Des puits de tir au clair de lune
Andrew Dalrymple a secrètement tiré sur son dernier puits le 5 février 1873, lorsque lui et sa femme ont été tués dans une explosion de nitroglycérine à Dennis Run, en Pennsylvanie. Il aurait été « au clair de lune » — tir illégal de puits de pétrole — dans le champ pétrolifère de Tidioute.
Un marqueur historique de Pennsylvanie note la démonstration de l’invention en 1865 par le colonel E.A.L. Roberts.
La nitroglycérine était un moyen puissant mais dangereux de fracturer les formations rocheuses productrices de pétrole. La technologie avait été brevetée, son utilisation rigoureusement protégée. Verser de la nitroglycérine était assez risqué à la fin du 19ème siècle. Le faire illégalement la nuit l’a rendu plus important.
« L’accident de torpille Dalrymple à Tidioute met en lumière le fait que la nitroglycérine, ou d’autres explosifs dangereux, sont utilisés, stockés et manipulés secrètement dans des endroits peu suspectés par le grand public », rapportait le Titusville Morning Herald. « Une grande quantité de ce matériel dangereux a récemment été volée dans les différents magazines à travers le pays », a ajouté le journal. « Cette espèce de vol fait l’objet d’un clin d’œil de la part de certaines parties, opposées au brevet de torpille Roberts. »
Lecture recommandée: Le Vert et le Noir: L’Histoire complète de la Révolution du Schiste, de la Lutte contre la Fracturation hydraulique et de l’Avenir de l’Énergie 
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Informations de citation – Titre de l’article: « Tireurs – Une histoire de « Fracturation ». » Auteurs: B.A. Wells et K.L. Wells. Nom du Site Web: American Oil & Gas Historical Society. URL : https://aoghs.org/technology/hydraulic-fracturing. Dernière mise à jour : 25 septembre 2021. Date de publication originale : 1er septembre 2007.