Des recherches de l’UE contribuent à prolonger la durée de vie des puits géothermiques
La directive révisée sur les énergies renouvelables de l’UE établit un nouvel objectif contraignant en matière d’énergies renouvelables d’au moins 32 % d’ici 2030, et inclut une clause portant sur une éventuelle révision à la hausse d’ici 2023. Cela permettra de faire face à l’incertitude en matière d’approvisionnement énergétique et de réduire les craintes de réchauffement climatique. L’un des éléments de cette stratégie est la croissance du secteur de la géothermie. Le projet GeoWell a mis au point et testé de nouvelles technologies fiables, rentables et respectueuses de l’environnement pour la conception, l’achèvement et la surveillance des puits géothermiques à haute température (HTGW). Les chercheurs se sont penchés sur toutes les étapes pertinentes du processus d’achèvement des puits géothermiques, y compris les technologies de ciment et d’étanchéité, le choix des matériaux et les raccords de tubage pour prolonger la durée de vie des HTGW. Le consortium était constitué de développeurs géothermiques expérimentés, d’établissements universitaires de premier plan, de grandes institutions de recherche pétrolière et gazière et de PME ayant accès à des installations de recherche de calibre mondial. Celles-ci comprenaient notamment des puits d’essai pour la validation de technologies innovantes et des laboratoires pour les essais de matériaux.
Des nouvelles technologies à l’essai
Les partenaires du projet se sont concentrés à la fois sur les puits de production traditionnels et sur des puits plus profonds où la pression peut atteindre 150 bars et les températures excéder 400 °C, testant les technologies dans des conditions in situ en laboratoire et dans des environnements géothermiques existants. Ils se sont également attaqués à d’importants obstacles tels que les coûts élevés d’investissement et de maintenance en développant et en validant des matériaux et des conceptions innovants qui dépassent les concepts actuels. Les chercheurs ont étudié de nouvelles technologies de ciment et d’étanchéité, des matériaux de tubage et des accouplements flexibles pour minimiser les charges thermomécaniques. Dans le cadre du projet, une technologie de câbles à fibres optiques et des applications pour mesurer la température et la déformation dans les puits ont été développées et testées avec succès à différentes températures et profondeurs dans des puits situés en Allemagne et en Islande.
Des matériaux innovants
Des échantillons de ciment ont été exposés à des températures allant jusqu’à 450 °C dans le puits du Iceland Deep Drilling Project (IDDP-1). Après analyse en laboratoire à température ambiante, les résultats ont montré que les mélanges de ciment Portland contenant de la silice sont adaptés à des applications géothermiques. Des poches d’eau peuvent toutefois entraîner une accumulation de pression critique dans les gaines de ciment. «Ces résultats ont abouti à la mise au point d’un ciment “pompable” avec une teneur en eau réduite sans diminuer ses propriétés d’étanchéité», explique Arni Ragnarsson, coordinateur du projet. L’équipe a également conçu une couche intermédiaire ductile entre le ciment et le tubage pour absorber les contraintes générées par les changements de température, et elle a évalué des nanomatériaux lors d’essais à petite échelle pour déterminer leur potentiel de réduction de la friction. «La formulation développée présente des propriétés prometteuses ainsi qu’une couche mince, elle est capable de réduire les forces de friction d’un facteur supérieur à 10», explique Arni Ragnarsson. De grandes différences de température dans les puits géothermiques entraînent régulièrement des ruptures de tubage. Les chercheurs ont donc mis au point un accouplement flexible qui permet le déplacement axial des segments du tubage et ont testé plusieurs prototypes grandeur nature. Des essais de traction ont également été effectués sur le matériau de tubage à l’aide d’un banc d’essai haute température dédié, tandis que des essais de corrosion ont été menés dans un autoclave. Des tests sur site du couplage flexible sont actuellement en cours dans le cadre du projet DEEPEGS, financé par l’UE, afin de mettre la technologie à la disposition de l’industrie géothermique.
Des avantages importants
Les technologies de conception et de surveillance mises au point par GeoWell procureront des avantages économiques importants en réduisant le risque de défaillance du tubage et en améliorant les méthodes de surveillance et d’évaluation des risques. De plus, le développement de nouveaux matériaux et de solutions innovantes permettra d’améliorer l’intégrité et la sécurité des HTGW, de réduire le besoin de travaux de maintenance et de prolonger la durée de vie des HTGW. Les technologies GeoWell peuvent être appliquées à une large gamme de températures dans des puits géothermiques profonds à travers l’Europe. «Les résultats obtenus faciliteront la construction et les opérations des HTGW, en particulier en ciblant l’amélioration de l’intégrité pour proposer de nouvelles opportunités commerciales aux industries. Cela aidera certainement l’Europe à maintenir sa position de leader mondial dans le domaine de la géothermie», conclut Arni Ragnarsson.
Mots‑clés
GeoWell, puits géothermiques à haute température, HTGW, ciment, tubage, surveillance, étanchéité, accouplement flexible, friction, câble à fibres optiques
