有効多孔度
特定の流体が流れることができる多孔性の部分

有効間隙率は、一般的には、岩石または堆積物における流体の流れに寄与する空隙率、あるいは「ボーリング孔への流れ」として捉えられることが多い。「有効間隙率」とみなされない空隙率には、粘土粒子に結合した水（結合水として知られる）や孤立した「空隙」間隙率（他の空隙とつながっていない空隙、あるいは行き止まりの空隙）が含まれる。有効間隙率は、岩石または堆積物が石油・ガス貯留層、あるいは帯水層として適しているかどうかを検討する上で非常に重要である。

この用語には、単一または明確な定義がありません。数学的な説明に使用されている用語（「」と「」）の中には、複数の定義を持つものもあります。 V c l {\displaystyle V_{cl}} V s h {\displaystyle V_{sh}}

複数の定義の背景

岩石全体の体積（バルク）の構成要素を帯状に図示したもの。個々の構成要素は縮尺どおりではない。例えば、間隙率と間隙容積は説明のために過度に強調されている。EslingerとPevear [1]より引用

石英

「石英」（より正確には「非粘土鉱物」）はマトリックスの一部、またはコア分析用語では粒子体積の一部を形成します。

粘土層

「粘土層」とは乾燥した粘土（V cl）であり、これもまた粒子体積の一部を構成する。コアサンプルを通常の乾燥炉（非加湿雰囲気）で乾燥させた場合、粘土層と石英が合わせて粒子体積を構成し、その他のすべての成分はコア分析における「総空隙率」を構成する（[2]の注釈にかかわらず）。このコアの総空隙率は、マトリックス密度と流体密度の代表値を用いた場合、一般に密度対数から得られる総空隙率と等しくなる。

粘土層にはOH基（しばしば「構造水」と呼ばれる）が含まれています。この構造水は間隙容積の一部となることはありません。しかし、中性子検層はH（水素）を感知し、感知された水素はすべて間隙空間として割り当てられるため、中性子検層はOH基を間隙空間の一部として 感知することで、粘土質岩石の多孔度を過大評価することになります。  

粘土の表面と層間

「粘土表面および層間」は、電気化学的に結合した水（粘土結合水、CBW）で構成されており、その量は粘土の種類と地層水の塩分濃度によって変化します（添付資料のセクションを参照）。砂岩の有効空隙率に関する最も一般的な定義では、CBWは空隙率の一部として除外されますが、CBWは総空隙率の一部として含まれます。[3] [4]つまり、

有効多孔度 ＝ 総気孔率 − CBW {\displaystyle {\text{有効気孔率}}={\text{総気孔率}}-{\text{CBW}}}

有効間隙率を評価するために、サンプルは相対湿度40～45% 、温度60℃で乾燥されます。これは、1～2分子層のCBWが保持されることを意味するため、サンプル上で「有効間隙率」を測定できます。しかし、湿気乾燥コアプラグに保持されたCBWは、必ずしも貯留層条件における地層のCBWを代表するものではありません。貯留層を代表しない理由は、特定の条件で湿気乾燥されたコアにおいてCBWが最小値に近づく傾向があるため[5]だけでなく、貯留層条件におけるCBWの量が「有効」間隙空間内の地層水の塩分濃度によって変化するためでもあります[6] [2] 。 湿気乾燥コアは「有効」間隙空間に水が存在しないため、貯留層CBW条件を真に代表することはできません。さらに、コアの湿気乾燥により、粘土を含まない微細孔に凝縮水が残ることがあるという複雑な問題も生じます[7] 。

有効空隙率の対数導出には、頁岩の体積（V sh）の一部としてCBWが含まれます。V sh がV clの体積よりも大きいのは、CBWが含まれているだけでなく、純粋な粘土だけでなく、粘土サイズ（およびシルトサイズ）の石英（およびその他の鉱物）粒子も含まれているためです。

小さな毛穴

「小孔隙」には毛細管水が含まれますが、これは毛細管力によって岩石に物理的に（電気化学的にではなく）結合している点でCBWとは異なります。毛細管水は通常、柱状図とコア分析の両方において有効孔隙空間の一部を形成します。しかし、頁岩に伴う微細孔隙空間（毛細管力によって水が保持されるため真のCBWではありません）は、通常、柱状図によるV shの一部として推定されるため、有効孔隙率には含まれません。頁岩に伴う総水は、CBWよりも値が大きい「頁岩水」と呼ぶ方が適切です。[8]コアサンプルを加湿乾燥した場合には、（一部の）電気化学的に結合したCBWは保持されますが、毛細管力によって結合した微細孔隙水は保持されません（ [7]のコメントにかかわらず）。したがって、図は湿気乾燥コアがログ解析有効空隙率と同様の有効空隙率を生み出す可能性があることを示唆しているが、コアからの有効空隙率は通常より高くなる（「例」セクションを参照）— [2]のコメントにもかかわらず。伝統的に、真のCBWはコアでもログでも直接測定されていないが、NMR測定は有望である。[9]

自由水面から一定の高さを超えると、毛管水は「不可還元性」になります。この毛管水は、有効間隙率に関して不可還元性水飽和度（「Swi」）を形成します（対数解析中に微孔質水がV shとして含まれる場合を除く）。一方、全間隙率に関しては、CBWと毛管水の合計が「Swi」を形成します。

大きな毛穴

「大きな空隙」には炭化水素が含まれています（炭化水素含有層の場合）。遷移層より上層では、炭化水素のみが流れます。有効空隙率（下図参照）は、遷移層より上層の炭化水素で満たされた大きな空隙空間のみとして分類できます。[10]

逸話的に、有効細孔空間は置換可能な炭化水素細孔容積と等しく扱われてきました。この文脈において、残留炭化水素飽和度を20%と計算した場合、図中の炭化水素で満たされた細孔の80%のみが有効細孔空間を構成することになります。

孤立した毛穴

砕屑岩やほとんどの炭酸塩岩中の「孤立した空隙」は、空隙率にほとんど寄与しません。例外もあります。例えば、一部の炭酸塩岩では、微生物のテストが石灰化して、炭化水素の貯蔵と流動に利用できる粒子間の空隙空間に接続されていない、孤立した粒子内の大きな空隙空間を作り出すことがあります。このような場合、コア分析は粒子間の空隙空間、つまり「有効空隙率」のみを記録しますが、密度および中性子ログは総空隙空間を記録します。岩石を破砕することによってのみ、コア分析はログによって確認された総空隙率を得ることができます。従来の石油工学およびコア分析の有効空隙率の定義は、相互に連結した空隙空間の合計、つまり孤立した空隙を除外することです。[11]そのため、実際には、ほとんどの堆積岩にとって、この有効空隙率の定義は総空隙率に等しくなります。

用語の概要

エスリンガーとペヴェアの概念を用いた用語の要約[1]
総気孔率
流体（石油、水、ガス）で満たされた貯留岩の体積。総岩石体積のパーセンテージまたは分数として表されます。
有効多孔度 ϕ e 1 {\displaystyle \phi _{e1}}
相互につながったすべての空隙空間の合計。[12]ほとんどの場合、このコア分析と石油工学における有効空隙率の定義は、総空隙率に等しくなります。
有効多孔度 ϕ e 2 {\displaystyle \phi _{e2}}
有効多孔度は、粘土が 1 分子層または 2 分子層の結合水を保持するように湿度オーブンで乾燥させたコアサンプルで測定されます。ただし、この CBW は最小になる傾向があり、貯留層を代表するものではない可能性があります。
有効多孔度 ϕ e 3 {\displaystyle \phi _{e3}}
総多孔度から粘土結合水 (CBW) を差し引いたもの。
有効多孔度 ϕ e 4 {\displaystyle \phi _{e4}}
有効空隙率の対数。本質的には、総空隙率からシェール水を差し引いた値です。ここで、固体鉱物とシェールの体積（Vsh）がマトリックス（非有効空隙率）を構成し、残りの体積が有効空隙率を構成します。実用上、Vshには固体粘土と粘土サイズおよびシルトサイズの非粘土鉱物、そしてシェールの微細孔に関連するCBWと毛細管結合水が含まれます。
有効多孔度 ϕ e 5 {\displaystyle \phi _{e5}}
遷移層より上の炭化水素含有貯留層においては、炭化水素で満たされた間隙空間のみを指します。NMRログから、これは自由流体指数（FFI）に相当し、言い換えれば、T2カットオフより上のすべての間隙空間を指します。
有効多孔度とミクロ多孔度は、NMR T2分布と毛細管圧力曲線から決定できます。完全飽和試料の累積分布を、100psiで遠心分離した後の累積分布と比較します。T2分布をマクロ多孔度とミクロ多孔度に分けるカットオフ時間は、完全飽和試料の累積多孔度が不可還元水飽和度に等しい点における緩和時間として定義されます。[13]
有効多孔度 ϕ e 6 {\displaystyle \phi _{e6}}
生産可能な炭化水素のみを含む細孔空間の容積。
粘土結合水（CBW）
粘土結合水の量は次の式で決定される。
CBW ＝ ϕ t ⋅ SF ⋅ Qv {\displaystyle {\text{CBW}}=\phi _{t}\cdot {\text{SF}}\cdot {\text{Qv}}} [6] [2]
ここで、総空隙率は塩分係数である。 ϕ t {\displaystyle \phi _{t}} SF {\displaystyle {\text{SF}}}
陽イオン交換容量（meq/ml 孔空間） Qv {\displaystyle {\text{Qv}}}
塩分係数（SF）
0.6425 ⋅ S − 0.5 + 0.22 {\displaystyle 0.6425\cdot S^{-0.5}+0.22}
ここでSは塩分濃度（g / L）であり、

例

コアの有効多孔度と対数有効多孔度との大きな乖離の例は、西オーストラリア州のいくつかのグリーンサンド貯留層に見られます。グリーンサンドが緑色なのは、鉄を含む海緑石のためで、X線回折では通常イライト/雲母またはイライト-スメクタイト混合層粘土として認識されます。海緑石自体は、粘土の種類により電気化学的に結合した水 (CBW) を取り込みます。しかし、有効多孔度を考慮する上でさらに重要なのは、海緑石粒子 (Vsh の一部) に粒子内微孔質細孔空間があり、これが毛細管結合水を保持することです。海緑石は貯留層岩石の大部分を占める場合があり、そのため関連する粒子内細孔空間がかなり大きくなる可能性があります。いくつかのグリーンサンド貯留層で計算された対数有効多孔度は 25% ですが、同等の深度でのコア分析有効多孔度は 35% になりました。[要出典]違いは、貯留層条件で水分を含む緑青岩質微多孔度であり、対数解析ではVsh（非有効多孔度）の一部として含まれる。しかし、コアプラグでは、たとえ湿潤乾燥されていても、緑青岩質微多孔度は有効多孔度の一部として測定される。

グリーンサンドは、孔隙率検層分析において様々な程度の困難を引き起こす可能性があります。OHラジカルは中性子検層に影響を与え、鉄成分は扱いにくく、密度検層解釈においては粘土の水和状態の変化を考慮する必要があります。鉄成分はNMR検層に影響を与え、粘土はソニック検層に影響を与えます。したがって、総孔隙率と有効孔隙率の関係を検証する前に、コア試料、あるいは少なくとも地質に関する十分な理解を得ることが不可欠です。  

参照

注記

  • Vclは次のように表現される: 乾燥粘土; [3]乾燥粘土+CBW [10] 。Vshは次のように説明される: 乾燥粘土+CBW (「完全な頁岩」[8]の一種); 乾燥粘土、CBW+シルト (上の図の二重水「完全な頁岩」); [14]乾燥粘土、シルト、CBW+頁岩微孔質水 (「実用的な頁岩」[8] )。
  • 有効空隙率の異なる導出は、必ずしも相互に排他的ではありません。さらに、石灰化した化石によって形成された物理的に孤立した空隙や、流動によって孤立した微細空隙など、様々なメカニズムによって非連結な空隙空間が生じる可能性があるにもかかわらず、共通の根底にあるテーマは相互連結した空隙空間です。
  • どのような空隙率の定義を用いたとしても、計算される原位置炭化水素量は常に同じであるはずです。そのため、原位置炭化水素量は岩石の総体積に対する割合で表すことができ、空隙率の問題を完全に回避することができます。しかしながら、現在の検層ツールは炭化水素のみを直接検知できないため、中間段階である空隙率計算は依然として基本的な要件です。

参考文献

  1. ^ ab Eslinger, E. および Pevear, D.「石油地質学者およびエンジニアのための粘土鉱物」、SEPM 短期コース No. 22、1988 年。
  2. ^ abcd Juhasz, I.「通常の空気浸透率データから応力を加えた塩水浸透率データへの変換」第10回欧州地層評価シンポジウム、論文Y、1986年。
  3. ^ ab Worthington, PF「有効多孔度モデルと総多孔度モデルの関連付けによるコアデータとログデータの結合的解釈」In: Harvey, PK & Lovell, MA ( eds )、Core-LogIntegration、Geological Society、ロンドン、Special Publications、136、213-223。
  4. ^ Adams, S.、「多孔度—総気孔率と実効気孔率」、WellEval.comウェブサイト、2005年
  5. ^ Bush, DCおよびJenkins, RE、「岩石特性決定のための粘土の適切な水和」、SPE 2589、JPT、1970年7月、800-804。
  6. ^ ab Hill, HJ, Shirley, OJ, Klein, GE「Shaly SandsのBound Water—Its Relation to Qv and Other Formation Properties」、Log Analyst、1979年5～6月。
  7. ^ ab Narahara, GM; Moore, KR (1988). 「コアからの多孔度、飽和度、透水性の測定：困難さの認識」. The Technical Review . 36 (4): 22– 36. doi :10.2118/18318-ms.
  8. ^ abc Elseth, Trym; Nicolaysen, Rune; Roberts, David ER (2001). 「密度柱状図の粒度補正：鉱化雲母質砂岩貯留層における多孔度予測精度向上のためのコア柱状図校正法」. SPWLA年次検層シンポジウム. 42.石油物理学者および坑井検層分析者協会.
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  10. ^ ab フック、ジェフリー・R. (2003). 「多孔性入門」.石油物理学. 44 (3). ISSN  1529-9074.
  11. ^ アメリカ石油協会 (1998). API RP 40: コア分析の推奨実施方法. アメリカ石油協会. OCLC  950701150.
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  13. ^ ホサイン, ザキル; グラットーニ, カルロス A.; ソリマー, ミカエル; ファブリチウス, アイダ L. (2011-05-01). 「NMR測定から予測されるグリーンサンドの岩石物理的特性」.石油地質科学. 17 (2): 111– 125.書誌コード:2011PetGe..17..111H. doi :10.1144/1354-079309-038. ISSN  1354-0793. S2CID  130795758.
  14. ^ Clavier, C.; Coates, G.; Dumanoir, J. (1984-04-01). 「Shaly Sandsの解釈における二重水モデルの理論的および実験的根拠」 . Society of Petroleum Engineers Journal . 24 (2): 153– 168. doi :10.2118/6859-PA. ISSN  0197-7520.


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