Hypothèses de l’étude

Par rapport au cadre initial de l’étude, les partenaires du projet Metstor ont proposé certaines hypothèses simplificatrices pour pouvoir recommander des solutions génériques.

Tout d’abord, l’étude s’est limitée aux parties “transport” et “stockage”. Les parties “captage” et “traitements avant transport” (élimination des impuretés, compression, déshydratation) n’ont pas été traitées. Ainsi, le CO₂ à transporter et à stocker sera considéré comme étant exempt de toutes impuretés, déshydraté et comprimé.

Le projet Metstor envisage le stockage de grands volumes de CO₂ sur le territoire français. L’étude du transport est donc limitée au transport par canalisation terrestre sur des distances inférieures à 100 km (pas de station de recompression).

Toutes les options de stockage (gisements déplétés, aquifères salins, veines de charbon) sont conservées dans le cadre de l’étude, mais on ne s’intéressera qu’à la partie concernant l’injection. Les éventuelles récupérations d’hydrocarbures associées (EOR, ECBM) et les équipements afférents sont hors du cadre de cette étude.

 Le transport de CO₂

Pour implanter une canalisation de CO₂, le choix du tracé, les conditions de transport et le matériau choisi doivent respecter quelques recommandations. Ici seront décrits les équipements nécessaires à l’implantation d’une canalisation terrestre de transport de CO₂.

Choix du tracé de la canalisation

Actuellement, pour mettre en place une canalisation de CO₂ en France, il faut se reporter à la réglementation relative aux canalisations de transport de produits chimiques (Loi du 29 juin 1965) et respecter l’arrêté du 4 août 2006 portant règlement de la sécurité des canalisations de transport en appliquant la norme AFNOR NF EN 14161.

Conditions de transport du CO₂

En général, le CO₂ est transporté sous forme de phase dense. Il peut également être transporté sous forme de liquide réfrigéré pour des faibles distances. La pression à atteindre est alors plus faible, mais il faut réfrigérer le fluide et isoler la canalisation.

Le matériau

Dans le cadre de ce projet, le CO₂ est considéré comme déshydraté et exempt d’impuretés, l’utilisation d’acier ordinaire devrait donc suffire. Pour protéger la canalisation de la corrosion externe, il faudra ajouter une protection cathodique.

Les éléments de la canalisation

Les canalisations sont constituées de tronçons raccordés par soudure. Elles sont isolées des autres installations par des vannes d’isolement aux extrémités de la canalisation.

Pour le transport de fluides à haute pression, des arrêteurs de fissure sont mis en place sur les canalisations de CO₂. Un arrêteur de fissure est en général une gaine constituée soit d’acier de même qualité que l’acier constituant la canalisation, soit d’un acier renforcé par des fibres soit par des matériaux composites. Pour le CO₂, les arrêteurs de fissure sont installés tous les 500 m.

Les autres éléments de la canalisation sont des éléments de surveillance ou de contrôle installés à intervalles réguliers sur le tracé : les capteurs de pression (détection des fuites), les clapets anti-retour (contrôle du sens de circulation du fluide), les vannes de régulation et les vannes d’arrêt d’urgence. Par ailleurs, l’utilisation des racleurs n’est pas proscrite, et permet de contrôler les fuites légères, la corrosion des tubes…

 Les installations de surface

Si on ne s’intéresse qu’à l’injection de CO₂, les installations de surface sont limitées. Il ne reste que l’armoire de commande des vannes automatiques, la tête de puits, et l’éventuelle pompe ou buse de détente sur le site de stockage.

En effet, le transport doit se faire à une pression raisonnablement supérieure à 80 bar, pour que le CO₂ soit sous forme dense (liquide ou supercritique  ). Donc, si la pression d’injection est supérieure à la pression en sortie de canalisation, il faudra implanter une pompe sur le lieu de stockage ou augmenter la compression initiale.

En revanche, si la pression d’injection est inférieure à la pression en sortie de canalisation, une buse de détente sera nécessaire sur le lieu de stockage.

 Les puits d’injection de CO₂

Pour réaliser une injection de CO₂ dans un site de stockage, il convient tout d’abord d’étudier le comportement de la structure géologique. Les équipements nécessaires à cette injection sont notamment les puits d’injection et les puits de contrôle.

Comportement de la structure hôte face à l’injection

Avant d’effectuer une injection de CO₂, il faut vérifier le comportement de la structure hôte face à l’injection et exclure les aléas identifiés comme présentant un risque   avant opération. Il est donc nécessaire d’effectuer des études en amont qui consistent en une modélisation pour estimer le nombre de puits d’injection nécessaires et avoir une idée de l’extension maximale de déploiement du CO₂ autour du (ou des) puits d’injection considéré(s), sous forme dissoute dans l’eau ou sous forme gazeuse.

Les équipements nécessaires pour l’injection sont des puits d’injection, des puits de contrôle et des installations de surface.

Puits d’injection

Pour l’injection de CO₂, il y a 3 phases à prendre en compte : la phase de forage (si sur le lieu de stockage, il n’y a pas de puits réutilisable), la phase d’exploitation (injection du CO₂) et la phase de post-injection.

Lors de la phase de forage, il faut faire très attention à la cimentation des tubages (casings), car ces éléments resteront après la fermeture des puits, et il ne faut pas que les ciments soient des passages privilégiés pour les fuites de CO₂.

Lors de la phase d’injection, des équipements amovibles sont ajoutés : la colonne (tubing), 2 vannes de sécurité et la tête de puits. Les équipements en contact avec le réservoir   devront être faits d’un matériau de construction résistant à la corrosion dans le cas de réservoir   contenant de l’eau. Le débit et la pression sont les principaux éléments contrôlés pour éviter la fracturation du puits due à une trop forte pression et surveiller les fuites éventuelles.

La fermeture est une phase primordiale du stockage de CO₂, car il faut implanter des bouchons de ciment résistants au CO₂ sur des centaines d’années. La période post-fermeture doit être contrôlée.

Puits de contrôle

Ce sont des éléments essentiels car ils sont à la base de beaucoup de techniques de monitorage. Ils permettent de suivre les mouvements de gaz et de vérifier la qualité des eaux dans la couche réservoir   ou dans les couches aquifères supérieures.