岩石物理学

岩石物理学（ギリシャ語のπέτρα, petra「岩」とφύσις, physis 「自然」に由来）は、岩石の物理的・化学的性質と流体との相互作用を研究する学問である。[ 1 ]

岩石物理学の主要な応用分野の一つは、炭化水素産業における貯留層の研究です。岩石物理学者は、貯留層エンジニアや地質学者と協力し、貯留層の多孔質媒体の特性を理解します。特に、地下の空隙がどのように相互に連結し、炭化水素の蓄積と移動を制御しているかを解明します。[ 1 ] 決定対象となる基本的な岩石物理学的特性には、岩相、多孔度、水分飽和度、透水性、毛細管圧などがあります。[ 1 ]

岩石物理学者のワークフローでは、坑井検層（すなわち、原位置の貯留層状態）の解釈と実験室でのコア分析を通じて、これらの岩石物理学的特性を測定・評価します。坑井穿孔の際には、様々な坑井検層ツールを用いて、掘削孔内で放射能および地震探査技術を用いて岩石物理学的および鉱物学的特性を測定します。 [ 2 ]さらに、坑井からコアプラグを採取し、側壁コアまたはコアサンプル全体を採取します。これらの研究は、地質学、地球物理学、および貯留層工学の研究と組み合わせることで、貯留層をモデル化し、その経済的実現可能性を判断します。

石油物理学者の多くは炭化水素産業に従事していますが、鉱業、水資源、地熱エネルギー、炭素回収・貯留（CCS）産業に従事する人もいます。石油物理学は地球科学の一部であり、その研究は石油工学、地質学、地球化学、探査地球物理学などの分野で活用されています。[ 3 ]

基本的な岩石物理学的特性

以下は貯留層を特徴付けるために使用される基本的な岩石物理学的特性です。

  • 岩相：岩石の物理的特性（粒度、組成、組織など）の説明。 [ 4 ] 地元の地質学的露頭とコアサンプルの岩相を研究することにより、地球科学者は天然ガンマ線、中性子線、密度、抵抗率などのログ測定値を組み合わせて使用​​​​し、 [ 2 ]井戸の下の岩相を決定することができます。
  • 空隙率：岩石全体の体積に対する空隙容積の割合。記号は。 [ 5 ]通常は中性子やガンマ線 照射に対する岩石の反応を測定する機器のデータを使用して計算されますが、超音波やNMR検層からも得られます。 [ 2 ]ヘリウムポロシメータは、実験室で粒子の体積と空隙率を測定する主な技術です。 [ 6 ]ϕ{\displaystyle \phi }
  • 水飽和度：水が占める間隙空間の割合。 [ 7 ] これは通常、岩石の電気抵抗を測定する機器のデータと経験的または理論的な水飽和モデルを適用して計算されます。世界で最も使用されているのはArchie（1942）のモデルです。 [ 8 ]記号で知られています。Sわ{\displaystyle S_{w}}
  • 透水性：岩石を流れる流体（水または炭化水素）の量は、時間と圧力の関数として、空隙の相互接続性と関連しており、記号で知られています。 [ 1 ]地層試験は、井戸を下る岩石層の透水性を直接測定できる唯一のツールです。 [ 9 ] ほとんどの場合に一般的である地層試験がない場合、透水性の推定値は、多孔度、 NMR、超音波検層などの他の測定値との経験的関係から導き出すことができます。ダーシーの法則[ 10 ]は、不活性ガスまたは液体（つまり、岩石と反応しない）を使用してコアプラグの透水性を測定するために実験室で適用されます。 [ 6 ]け{\displaystyle k}
  • 十分な透水性を持ち、流体を坑井に供給できる岩石の層厚（h）は、しばしば「純貯留岩」と呼ばれます。石油・ガス業界では、別の量である「純支払」が計算されます。これは、利益を生む速度で坑井に炭化水素を供給できる岩石の厚さです。[ 11 ]

岩石の機械的特性

岩石の機械的性質や地質機械的性質は、岩石物理学において、貯留層の強度、弾性特性、硬度、超音波挙動、指標特性、原位置応力を決定するためにも利用されている。[ 6 ]

岩石物理学者は、岩石の音響および密度測定を用いて、その機械的特性と強度を計算します。岩石を通過する音の圧縮（P）波速度と剪断（S）波速度を測定し、これらを岩石の密度と組み合わせることで、岩石の圧縮強度（岩石の破壊を引き起こす圧縮応力）と岩石の柔軟性（岩石の応力と変形の関係）を計算します。[ 12 ]変換波解析は、地下の岩相と多孔度も決定します。[ 13 ]

地質力学測定は、掘削可能性の評価、坑井および開孔安定性の設計、柱状強度と応力の相関関係、地層および強度の特性評価に役立ちます。[ 6 ]これらの測定は、ダム、道路、建物の基礎、その他多くの大規模建設プロジェクトの設計にも使用されます。[ 14 ]また、人工地震信号または地震からの地球からの地震信号の解釈にも役立ちます。[ 15 ]

岩石物理学的分析法

コア分析

コアサンプルは、掘削作業中に地下層から採取された岩石片であり、地層の物理的および機械的特性を詳細に調査するために使用されます。コアサンプルは、貯留層の岩石構造に関する唯一の直接的な証拠となります。コア分析は、実験室で測定された「グラウンドトゥルース」データであり、原位置の岩石の主要な岩石物理学的特徴を特定します。石油業界では、地下から岩石サンプルを採取し、石油会社またはサービス会社のコアラボで測定します。このプロセスは時間と費用がかかるため、油田で掘削された井戸の一部にしか適用できません。また、適切な設計、計画、および監督により、データの冗長性と不確実性を低減できます。クライアントとラボのチームは、コア分析プロセスを最適化するために連携して作業する必要があります。[ 6 ]

坑井検層

図1

坑井検層は、坑井内の岩石物理学的特性を測定するための比較的安価な方法です。測定ツールは、ワイヤーライン法またはLWD法を用いて坑井内に搬送されます。 [ 2 ]

図1はワイヤーラインログの例です。最初の「トラック」は岩石の自然ガンマ線量を示しています。ガンマ線量レベルの「ログ」は、右側に行くほど放射線量が増加し、左側に行くほど放射線量が減少することを示しています。放射線の放出量が少ない岩石は、黄色に濃淡が濃くなっています。検出器は非常に感度が高く、放射線量は非常に低いことがわかります。砕屑岩では、放射線量の少ない岩石は粒子が粗く、空隙が多い傾向があり、放射線量の多い岩石は粒子が細かく、空隙が少ない傾向にあります。[ 16 ]

プロットの 2 番目のトラックには、参照点 (通常はケリー ブッシュまたは回転テーブル) の下の深さがフィートで記録されるため、これらの岩層は地球の表面から 11,900 フィート下にあります。

3番目のトラックでは、岩石の電気抵抗率を示しています。この岩石の水は塩分を多く含んでいます。水中の空隙を流れる電解質は電気を伝導するため、岩石の電気抵抗率は低下します。これはまた、水飽和度が上昇し、炭化水素飽和度が低下していることを示しています。[ 17 ]

4番目のトラックは、計算された水分飽和度を示しています。マゼンタで「総」水分（岩石に結合した水分を含む）として、黒で「有効水分」または自由に流れる水分として示されています。どちらの量も、総間隙空間に対する割合として示されています。

5番目のトラックは、岩石全体のうち、流体で満たされた間隙空間の割合（すなわち、空隙率）を示しています。間隙空間の表示は、油分（緑色）と移動可能な水（青色）に分かれています。黒色の線は、移動可能または「生成」可能な水または油分を含む間隙空間の割合（すなわち、有効空隙率）を示しています。マゼンタ色の線は、岩石に恒久的に結合している水を含む全体間隙率を示しています。

最後のトラックは、砂岩と頁岩に分けられた岩石の岩相を表しています。黄色のパターンは、岩石（流体を除く）のうち、粗粒の砂岩で構成されている割合を表しています。灰色のパターンは、細粒、すなわち「頁岩」で構成されている割合を表しています。砂岩は、生産可能な炭化水素と水を含む岩石の部分です。

モデリング

貯留層モデルは、貯留層工学の専門ソフトウェアで、岩石物理学者によって作成された岩石物理学的データセットを用いて構築され、貯留層内に存在する炭化水素の量、その炭化水素が坑井を通して地表に産出される速度、岩石内の流体の流れを推定する。[ 3 ]水資源産業における同様のモデルは、帯水層を枯渇させることなく長期間にわたって地表にどれだけの水が産出されるかを計算する。[ 18 ]

頁岩砂層の岩石体積モデル

頁岩砂とは、頁岩または粘土と砂岩の混合物を指します。粘土鉱物とシルトサイズの粒子が多量に含まれるため、密度が高く、岩石の複雑さが増した細粒砂岩となります。[ 19 ]

頁岩／粘土の体積は、岩石の体積に寄与するため、推定に不可欠な岩石物理学的パラメータです。正確な間隙率と水分飽和度を得るには、評価を正しく定義する必要があります。図2に示すように、砕屑岩の形成をモデル化するために、頁岩または粘土質砂岩に典型的な定義を持つ4つの構成要素、すなわち岩石マトリックス（粒子）、粒子を取り囲む粘土部分、水、および炭化水素が想定されます。これら2つの流体は、岩石マトリックスの空隙空間にのみ保持されます。

水湿性貯留岩の岩石物理学的モデルの構成要素

水に濡れた岩石の場合、微細構造が複雑なため、以下の項が砕屑性貯留層を構成します。

V ma = マトリックス粒子の体積。

V dcl = 乾燥粘土の体積。

V cbw = 粘土結合水の体積。

V cl = 湿った粘土の体積 ( V dcl + V cbw )。

V cap = 毛細管結合水の体積。

V fw = 自由水の体積。

V hyd = 炭化水素の体積。

Φ T = 総多孔度 (PHIT)。これには接続された細孔スロートおよび接続されていない細孔スロートが含まれます。

Φ e = 相互接続された細孔スロートのみを含む有効多孔率。

V b = 岩石のかさ体積。

重要な方程式:

V ma + V cl + V fw + V hyd = 1

岩石マトリックス体積 + 湿潤粘土体積 + 自由水体積 + 炭化水素体積 = バルク岩石体積[ 20 ]

学術団体

石油物理学者および坑井検層分析者協会（SPWLA）は、石油・ガス業界と科学界全体で、石油物理学、地層評価、坑井検層のベストプラクティスの認知度を高めることを使命とする組織です。 [ 21 ]

参照

  • アーチーの法則 – 岩石の電気伝導率と多孔度の関係
  • 地層評価 – 石油やガスのために掘削されたボーリングホールが収益性の高い生産を実現できるかどうかを評価する
  • ガードナーの関係 – 地震P波速度と岩相の嵩密度を関連付ける式
  • 岩石学 – 地質学における岩石の研究

参考文献

  1. ^ a b c d Tiabb, D. & Donaldson, EC (2004).岩石物理学。オックスフォード：エルゼビア。 p. 1.ISBN​ 0-7506-7711-2。
  2. ^ a b c d Serra, Oberto; Serra, Lorenzo (2004). Well logging : data acquisition and applications . Méry Corbon, France. ISBN 978-1-62198-787-1. OCLC  860900113 .{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所の発行元が見つかりません (リンク)
  3. ^ a b Chen, Andrew; Pagan, Ronald (2013年6月1日). 「キャリアの発見：石油物理学」 . The Way Ahead . 09 (2): 19– 21. doi : 10.2118/0213-019-twa . 2023年4月14日閲覧。
  4. ^ 「岩石学」 .地震用語集.米国地質調査所. 2010年10月29日閲覧。
  5. ^ 「多孔性」シュルンベルジェ油田用語集。 2018年10月12日閲覧。
  6. ^ a b c d eコリン・マクフィー、ジュールス・リード、イザスクン・ズビザレタ編 (2015).コア分析：ベストプラクティスガイドアムステルダム、オランダ. ISBN 978-0-444-63657-7. OCLC  932016705 .{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所の発行元が見つかりません (リンク)
  7. ^ 「水飽和度」シュルンベルジェ油田用語集。 2018年10月12日閲覧。
  8. ^ Archie, GR (1942年12月). 「電気抵抗率ログを用いた貯留層特性の測定」 . Transactions of the AIME . 01 : 54–62 . doi : 10.2118/942054-G .
  9. ^ Erdle, James C. (1984年9月). 「最新のドリルステム試験方法：設計、実施、解釈」 . SPE年次技術会議・展示会, 1984年9月16日～18日, テキサス州ヒューストン. doi : 10.2118/13182-MS .
  10. ^ダーシー、H. (1856)。ディジョン市のフォンテーヌ パブリックス。パリ：ダルトン。
  11. ^ワージントン、ポール・F.（2010年10月）「純収益とは何か？何をするのか？どのように定量化し、どのように活用するのか？」SPE貯留層評価・工学誌. 13 (5): 812– 822. doi : 10.2118/123561-pa . ISSN 1094-6470 . 
  12. ^イェーガー, JC; クック, ネヴィル GW; ジマーマン, ロバート・ウェイン (2007). 『岩石力学の基礎』（第4版）. マサチューセッツ州マールデン: ブラックウェル出版. ISBN 978-1-4443-0891-4. OCLC  430954955 .
  13. ^ Chopra, Satinder; Castagna, John P. (2014). AVO . Society of Exploration Geophysicists. doi : 10.1190/1.9781560803201 . ISBN 978-1-56080-319-5。
  14. ^ Chen, WF; Liew, JY Richard編 (2002). 『土木工学ハンドブック（第2版）』 Boca: CRC Press. doi : 10.1201/9781420041217 . hdl : 10216/134011 . ISBN 9781420041217。
  15. ^アトキンソン、ジョン (2007). 『土壌と基礎の力学（第2版）』ロンドン: CRC Press. doi : 10.1201/9781315273549 . ISBN 9781315273549。
  16. ^プーポン、A.;クラヴィエ、C.デュマノワール、J.ゲイマード、R.ミス・A. (1970 年 7 月)。「砂頁岩シーケンスの対​​数分析 - 体系的なアプローチ」。石油技術ジャーナル。22 (7): 867–881 .土井: 10.2118/2897-PA。
  17. ^ Brown, GA (1986年6月). 「一般的な飽和方程式の数学的比較」. SPWLA第27回年次伐採シンポジウム. 1986-T.
  18. ^ペレスマルティン、ミゲル A.;エストレラ、テオドロ;アンドリュー、ホアキン。フェレール、ハビエル (2014-09-01)。「スペインのフカル川流域における水資源と河川と帯水層の相互作用のモデル化」。水資源管理。28 (12): 4337–4358。土井: 10.1007/s11269-014-0755-3。hdl : 10251/52278。ISSN 1573-1650。S2CID 154772994。  
  19. ^ "shaly" . glossary.slb.com . 2023年5月24日閲覧。
  20. ^ Hook, JR「多孔性入門」. Petrophysics . 44 (3): 205– 212 – OnePetro経由.
  21. ^ "SPWLA" . www.spwla.org . 2023年7月29日閲覧。

さらに読む

  • ゲゲン、イヴ；パルシアウスカス、ビクター（1994）『岩石物理学入門』プリンストン大学出版局、ISBN 978-0-691-03452-2
  • Mavko, Gary ; Mukerji, Tapan ; Dvorkin, Jack (2003) 『The Rock Physics Handbook』 ケンブリッジ大学出版局、ISBN 978-0-521-54344-6
  • サンタマリーナ、J. カルロス; クライン、キャサリン A.; ファム、モヘブ A. (2001) 『土壌と波：粒子状物質の挙動、特性評価およびプロセス監視』、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社、ISBN 978-0-471-49058-6
  • ティアブ、ジェッバール、ドナルドソン、アーレ C. (2012). 『貯留層岩石および流体輸送特性の測定における岩石物理学理論と実践』（第3版）オックスフォード：ガルフ・プロフェッショナル・パブリッシングISBN 978-0-12-383848-3。
  • ラケル、S.ベニテス、G.モリーナ、L.ペドロサ、C. (2016)。「まばらに計測された媒体における岩石特性の空間変動を定義するためのニューラル ネットワーク」(PDF)。ボレティン・デ・ラ・ソシエダ・ゲオロジカ・メキシカーナ。 Vol. 553 . 2018 年10 月 12 日に取得。
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