Étude Théorique et Analytique de la Production de Vapeur Solaire et son Utilisation dans l’Extraction du Pétrole Lourd par Injection de Vapeur

Abstract

L’exploitation du pétrole lourd représente un défi technique majeur en raison de la forte viscosité de ce type de brut. Pour améliorer son extraction, les techniques d’EOR (Enhanced Oil Recovery) thermiques, notamment l’injection de vapeur, sont largement utilisées. Cependant, la production conventionnelle de vapeur repose sur des énergies fossiles, ce qui pose des problèmes environnementaux et économiques. Dans ce contexte, ce mémoire propose une approche innovante basée sur l’utilisation de l’énergie solaire pour générer de la vapeur, destinée à être injectée dans un réservoir pétrolier. Le champ de Hassi Messaoud, en Algérie, a été retenu comme cas d’étude en raison de son fort ensoleillement et de ses caractéristiques géologiques favorables.La méthodologie adoptée repose sur la simulation numérique avec le logiciel OpenFOAM, en trois étapes principales : 1. Production de vapeur à l’aide d’un tube chauffé simulant un champ solaire de type Fresnel (modèle DSG). 2. Transport de vapeur sur une distance de 5 km avec une conduite thermiquement isolée. 3. Injection de vapeur dans un réservoir poreux modélisé, pour évaluer l’impact thermique sur la récupération du pétrole. • Les résultats confirment la faisabilité technique du système et montrent une amélioration significative du déplacement de l’huile grâce à la réduction de sa viscosité. Ce travail ouvre des perspectives vers des solutions d’EOR plus propres, durables et adaptées aux régions riches en ressources solaires

The exploitation of heavy oil represents a major technical challenge due to its high viscosity. To enhance its recovery, thermal EOR (Enhanced Oil Recovery) methods—especially steam injection—are widely employed. However, conventional steam production relies heavily on fossil fuels, raising environmental and economic concerns. This thesis proposes an innovative approach using solar energy to generate steam for injection into a petroleum reservoir. The Hassi Messaoud field in Algeria was chosen as a case study due to its high solar potential and favorable geological characteristics. The methodology is based on numerical simulation using OpenFOAM, and is divided into three main steps: 1. Steam generation using a heated tube model simulating a Fresnel-type solar field (DSG model). 2. Steam transport over a 5 km pipeline with thermal insulation. 3. Steam injection into a porous reservoir model to evaluate the thermal effect on oil recovery. The results confirm the technical feasibility of the system and show a significant improvement in oil displacement due to viscosity reduction. This work opens promising perspectives toward cleaner, sustainable EOR solutions tailored to solar-rich regions

يمثل استغلال النفط الثقيل تحدياً تقنياً كبيراً بسبب اللزوجة العالية لهذا النوع من الخام. ولتحسين عملية استخراجه، تُستخدم تقنيات الاستخلاص المعزز للنفط (EOR) الحرارية، ولا سيما حقن البخار، على نطاق واسع. ومع ذلك، فإن إنتاج البخار بالطرق التقليدية يعتمد على مصادر الطاقة الأحفورية، مما يثير مشكلات بيئية واقتصادية. وفي هذا السياق، يقترح هذا البحث مقاربة مبتكرة تقوم على استعمال الطاقة الشمسية لتوليد البخار، ليُحقن لاحقاً في خزان نفطي. وقد تم اختيار حقل حاسي مسعود في الجزائر كحالة دراسية نظراً لتمتعه بإشعاع شمسي قوي وخصائص جيولوجية ملائمة. تعتمد المنهجية المتبعة على المحاكاة الرقمية باستخدام برنامج OpenFOAM، عبر ثلاث مراحل رئيسية: 1- إنتاج البخار باستخدام أنبوب مسخن يحاكي حقل شمسي من نوع فريسنل (نموذج التوليد المباشر للبخار - DSG). 2- نقل البخار على مسافة 5 كيلومترات عبر أنبوب معزول حرارياً. 3- حقن البخار في خزان مسامي نموذجي، لتقييم الأثر الحراري على استخلاص النفط. تؤكد النتائج الجدوى التقنية للنظام، وتُظهر تحسناً ملحوظاً في تحريك النفط بفضل انخفاض لزوجته. ويفتح هذا العمل آفاقاً نحو حلول استخلاص معزز أنظف وأكثر استدامة، مناسبة للمناطق الغنية بالطاقة الشمسية