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Article

1 - SYSTÈME DE CLASSIFICATION DES PUITS GÉOTHERMIQUES

  • 1.1 - Principales espèces corrosives

2 - LES PUITS DES RÉSERVOIRS GÉOTHERMIQUES BE

  • 2.1 - Composition du fluide du puits de production
  • 2.2 - Composition du fluide du puits d’injection

3 - CONCEPTION DU PUITS ET ZONES DE CORROSION

4 - EXPÉRIENCE EUROPÉENNE

  • 4.1 - Expérience aux Pays-Bas
  • 4.2 - Expérience en France
  • 4.3 - Expérience en Allemagne

5 - EXPÉRIENCE EN MATIÈRE D’ALLIAGE RÉSISTANT À LA CORROSION

6 - MÉCANISMES POTENTIELS DE DÉGRADATION

7 - EXPÉRIENCE SUR LES REVÊTEMENTS

  • 7.1 - Revêtements non métalliques
  • 7.2 - Revêtements métalliques

8 - EXPÉRIENCE EN MATIÈRE D’INHIBITEUR DE CORROSION

9 - SURVEILLANCE DE LA CORROSION

10 - RECOMMANDATIONS

11 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : COR2003 v1

Expérience européenne
Sélection et corrosion des matériaux dans les puits géothermiques à basse énergie

Auteur(s) : A.I. (Sandy) WILLIAMSON

Date de publication : 10 sept. 2024

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RÉSUMÉ

L’énergie géothermique constitue une ressource importante à l’échelle mondiale pour la production d’électricité et l’utilisation directe de chaleur. Il s’agit d’une énergie dont la production peut être continue et exploitée dans la plupart des régions du monde. Le fait même de pouvoir accéder à l’énergie géothermique en continu présente l’avantage majeur d’éviter de devoir la stocker. Sans considérer les ressources géothermiques aux températures les plus élevées qui existent généralement dans les zones volcaniques du globe, les puits géothermiques à basse énergie sont également en mesure de produire de l’énergie d’une manière économiquement attrayante. Le rôle des ingénieurs en matériaux ou en corrosion est alors capital pour sélectionner judicieusement des matériaux et les technologies permettant de prévenir la corrosion dans ces puits géothermiques et dans les installations de surface.

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Auteur(s)

INTRODUCTION

La géothermie fait appel aux températures naturellement élevées présentes sous la surface de la Terre afin de produire de l’énergie. Il existe diverses méthodes qui impliquent généralement de forer des puits sur une profondeur comprise entre environ un et trois kilomètres pour accéder aux réservoirs d’eaux souterraines et bénéficier de la chaleur dégagée. Des réservoirs à haute température se trouvent dans plusieurs zones volcaniques du monde, comme par exemple en Nouvelle-Zélande, en Islande et aux États-Unis. Ces réservoirs sont suffisamment chauds pour produire de la vapeur en surface. La vapeur est transportée dans des canalisations vers une centrale électrique, où elle est convertie en électricité. Sans constituer une ressource de température élevée parmi les plus chaudes (< 150 °C), l’énergie géothermique à basse énergie (BE) est toutefois capable de produire de l’énergie d’une manière économiquement viable. La source d’eau chaude trouvée dans les réservoirs géothermiques BE peut être utilisée pour générer de la vapeur, qui entraîne une turbine pour produire de l’électricité. Cette eau chaude peut également servir de source de chauffage directe pour des bâtiments, tels que les serres, par exemple.

De nombreuses centrales géothermiques BE sont en activité depuis plusieurs années dans le monde entier, en particulier en Europe. Dans l’Ouest canadien, des réservoirs similaires à ceux d’Europe sont actuellement en cours d’évaluation pour la production d’énergie géothermique BE. Ces réservoirs renfermant des fluides (eau et gaz) de compositions très variables, notamment la teneur en saumure, il est nécessaire de procéder à un examen minutieux afin de lutter contre la corrosion et l’entartrage lors de leur exploitation. Cet article a pour objectif de mettre en lumière les paramètres les plus importants ayant un impact sur les mécanismes de corrosion et de dégradation dans les puits de production et d’injection, mais également d’exposer les défis en matière de sélection et de corrosion des matériaux auxquels est confrontée l’équipe de conception, et enfin de proposer certaines solutions pour atténuer le risque de corrosion. Les équipements suivants seront donc abordés : tubage, colonne, tête de puits et composants de fond, comme par exemple les garnitures d’étanchéité ou la pompe submersible électrique (PSE).

Tout d’abord, un système de classification des ressources géothermiques sera examiné afin de mieux comprendre les mécanismes de dégradation et l’expérience des matériaux avec les types de puits géothermiques BE.

Par la suite, la composition en eau produite et en gaz ainsi que les conditions du puits, comme la pression et la température, seront abordées pour comprendre les mécanismes potentiels de dégradation pouvant survenir dans les puits géothermiques BE. En outre, les puits de production et d’injection seront détaillés sous forme de « zones » dans lesquelles les mêmes ensembles de mécanismes de dégradation sont susceptibles de se produire.

En Europe, l’exploitation des ressources géothermiques BE datant de plusieurs années, l’article mettra l’accent sur certains des enseignements tirés de ces ressources quant à la corrosion et au choix des matériaux.

Des matériaux fortement alliés, généralement classés comme alliages résistants à la corrosion (ARC), étant utilisés pour des applications spécifiques dans les puits de production et d’injection, des exemples d’utilisation de ces alliages pour les puits géothermiques BE seront donnés. Les revêtements, qu’ils soient métalliques ou non, seront également abordés. Enfin, le recours à des inhibiteurs de corrosion pour diminuer la corrosion au fond de ces puits sera évoqué.

Pour terminer, cet article donnera des exemples de techniques de surveillance et d’inspection de la corrosion permettant à l’équipe d’exploitation d’évaluer l’intégrité du fond de ces puits.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-cor2003


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4. Expérience européenne

Une recherche documentaire a permis d’identifier divers projets géothermiques BE exploités depuis plusieurs années, principalement en Europe, et qui s’avère en conséquence très pertinente pour mettre en exergue les éventuels problèmes de corrosion et d’entartrage, et pouvoir identifier les performances des matériaux potentiels pour les futurs projets. Les documents sélectionnés incluent des rapports et des données d’essai, basés sur une expérience de 30 ans auprès de fabricants de composants, d’entreprises de forage et de production d’énergie géothermique.

4.1 Expérience aux Pays-Bas

Aux Pays-Bas, de l’énergie géothermique est produite depuis plusieurs années à partir de puits pour assurer le chauffage de logements et d’entreprises . Les aquifères géothermiques se situent à une profondeur comprise entre 1,5 et 4 km, là où l’eau géothermale se trouve à une température de 45 à 120 °C.

Les caractéristiques générales de l’eau géothermale dans ces formations sont les suivantes :

  • température comprise entre 65 et 100 °C ;

  • salinité et quantité de matières dissoutes totales modérées à élevées (80 - 190 g/l) ;

  • quantité de CO2 appréciable (jusqu’à 8 % mol) ;

  • absence de H2S ;

  • pH compris entre 5 et 8 (le pH élevé est probablement dû au dégazage).

Il est important de noter que le H2S est considéré comme étant à l’état de traces ou inexistant dans les sources géothermiques néerlandaises.

Le CO2 et les solides dissous sont les composants critiques à l’origine de la corrosion et des problèmes d’entartrage dans les installations géothermiques aux Pays-Bas. Le principal mécanisme de corrosion est la corrosion par le CO2, avec une vitesse de corrosion dépendant de la pression, de la température,...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ELLIS (P.F.), CONOVER (M.F.) -   Materials selection guidelines for geothermal energy utilization systems  -  (1981).

  • (2) - WOOD GROUP -   Corrosion Review and Materials Selection for Geothermal Wells Report  -  (2017).

  • (3) - KLAPPER (H.) et al -   Addressing Integrity Issue in Downhole Equipment by Corrosion Inhibition in Sweet Geothermal Brines  -  Corrosion, document n° 13364 (2019).

  • (4) - UNGEMACH (P.) -   Handling of Corrosion and Scaling Shortcomings in Low Enthalpy Geothermal Environments  -  (1994).

  • (5) - MUNDHENK (N.) et al -   Corrosion and Scaling in the geothermal cycle of Soultz-sous-Forets (France).  -  Corrosion, document n° 3897 (2014).

  • (6) - SEIERSTEN (M. et al -   Corrosion in and Enhanced Geothermal System (EGS).  -  16th...

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