有効多孔度

有効多孔度は、岩石や堆積物を通る流体の流れに寄与するために利用可能な岩石や堆積物の多孔度を表すと考えられており、多くの場合「ボーリング孔への流れ」の観点から考えられています。 「有効多孔度」と見なされない多孔度には、粘土粒子に結合した水（結合水として知られる）と孤立した「空洞」多孔度（他の孔につながっていない空洞、または行き止まりの孔）が含まれます。 有効多孔度は、岩石や堆積物が石油やガスの貯留層、また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す。

この用語には、単一または明確な定義がありません。数学的な説明で使用される用語の一部 (「」および「」) にも複数の定義があります。 ${\displaystyle V_{cl}}$${\displaystyle V_{sh}}$

「石英」（より適切には「非粘土鉱物」と呼ばれる）は、マトリックスの一部、またはコア分析用語では粒子の体積の一部を形成します。

「粘土層」は乾燥した粘土（V _cl）であり、これも粒子体積の一部を形成します。コアサンプルを通常の乾燥オーブン（非加湿雰囲気）で乾燥させると、粘土層と石英が一緒に粒子体積を形成し、他のすべての成分がコア分析の「総空隙率」を構成します（^[2]のコメントにかかわらず）。このコアの総空隙率は、マトリックスと流体の密度の代表値を使用する場合、通常、密度ログから得られる総空隙率に相当します。

粘土層にはOH ⁻基（「構造水」と呼ばれることが多い）が含まれています。この構造水は、決し​​て細孔容積の一部ではありません。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細孔空間として割り当てられるため、中性子検層はOH ^{− を}細孔空間の一部として感知することで、粘土質岩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」は電気化学的に結合した水（粘土結合水または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異なります（添付資料のセクションを参照）。砂岩の有効多孔度の最も一般的な定義では、CBWは多孔度の一部として除外されますが、CBWは総多孔度の一部として含まれます。^{[3] [4]}つまり、

${\displaystyle {\text{Effective porosity}}={\text{Total porosity}}-{\text{CBW}}}$

有効多孔度を評価するために、サンプルは相対湿度40～45% 、温度 60 °C で乾燥されます。これは、1～2 分子層の CBW が保持され、サンプルで「有効多孔度」の形態を測定できることを意味します。ただし、湿気乾燥したコアプラグに保持された CBW は、必ずしも貯留層条件での地層の CBW を表すものではありません。貯留層を代表しない理由は、指定された条件で湿気乾燥したコアでは CBW が最小値になる傾向があるためだけでなく^[5]、貯留層条件での CBW の量が「有効」な間隙空間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]。} 湿気乾燥したコアでは「有効」な間隙空間に水がないため、貯留層の CBW 条件を真に表すことはできません。さらに複雑な問題として、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ります^{[7] 。}

_{有効多孔度の対数導出には、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}の体積より大きいのは、CBW が組み込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 V _shに含まれているためです。

「小さな孔」には毛細管水が含まれており、これは物理的に（電気化学的にではなく）岩石に（毛細管力によって）結合している点で CBW とは異なります。毛細管水は、通常、ログとコア分析の両方で有効孔隙空間の一部を形成します。ただし、シェールに関連する微細孔隙空間（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、ログによる V _shの一部として推定されるため、有効孔隙率の一部としては含まれません。シェールに関連する総水は、CBW よりも値が大きい「シェール水」と呼ばれる方が適切です。^[8]コアサンプルを湿気乾燥させると、（一部の）電気化学的に結合した CBW は保持されますが、毛細管結合した微細孔隙水は保持されません（^[7]のコメントにもかかわらず）。したがって、図は、湿気乾燥させたコアがログ分析の有効孔隙率と同様の有効孔隙率を生み出す可能性があることを示唆していますが、コアからの有効孔隙率は通常従来、真のCBWはコアでもログでも直接測定されていませんでしたが、NMR測定は有望です。^{[ 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、有効多孔度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 V _shとして微細多孔水が含まれる場合も含む)。一方、総多孔度については、CBW と毛管水の組み合わせが「Swi」を形成します。

「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）。遷移帯より上では炭化水素のみが流れます。有効空隙率（下図参照）は、遷移帯より上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同等とされています。この文脈では、残留炭化水素飽和度が 20% と計算された場合、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します。

砕屑岩やほとんどの炭酸塩岩中の「孤立した細孔」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細孔空間に接続されていない、孤立した粒子内細孔空間が大きく形成されることがあります。このような場合、コア分析では粒子間の細孔空間、つまり「有効空孔率」のみが記録されますが、密度と中性子のログでは総空孔空間が記録されます。岩石を破砕することによってのみ、コア分析はログで確認された総空孔率を得ることができます。従来の石油工学とコア分析における有効空孔率の定義は、相互接続された細孔空間の合計、つまり孤立した細孔を除外したものです。^[11]そのため、実際には、ほとんどの堆積岩では、この有効空孔率の定義は総空孔率に相当します。

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${\displaystyle \phi _{e1}}$

相互接続されたすべての細孔空間の合計。ほとんどの場合、このコア分析と石油工学の有効多孔度の定義は、総多孔度に相当します。

有効多孔度${\displaystyle \phi _{e2}}$

有効多孔度は、粘土が結合水の分子層を 1 つまたは 2 つ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${\displaystyle \phi _{e3}}$

総多孔度から粘土結合水 (CBW) を引いた値。

有効多孔度${\displaystyle \phi _{e4}}$

有効多孔度の対数。基本的には、総多孔度からシェール水を引いたもので、固体鉱物とシェールの体積 (Vsh) がマトリックス (非有効多孔度) を構成し、残りの体積が有効多孔度を構成します。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の割合に加えて、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${\displaystyle \phi _{e5}}$

遷移帯より上の炭化水素含有貯留層では、炭化水素で満たされている細孔空間のみ。NMR ログから、これは自由流体指数 (FFI) に相当し、言い換えると、T2 カットオフより上のすべての細孔空間に相当します。

有効多孔度とミクロ多孔度の決定は、NMR T2分布と毛細管圧力曲線から決定できます。完全に飽和したサンプルの累積分布は、100psiで遠心分離した後の累積分布と比較されます。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、完全に飽和したサンプルの累積多孔度が還元不可能な水飽和度に等しい時点での緩和時間として定義されます。^[12]

有効多孔度${\displaystyle \phi _{e6}}$

生成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、次の式で決定されます。

${\displaystyle {\text{CBW}}=\phi _{t}\cdot {\text{SF}}\cdot {\text{Qv}}}$^{[6] [2]}

ここで、は総空隙率、は塩分係数である。${\displaystyle \phi _{t}}$${\displaystyle {\text{SF}}}$

陽イオン交換容量はmeq/mlの細孔空間である。${\displaystyle {\text{Qv}}}$

塩分係数（SF）

${\displaystyle 0.6425\cdot S^{-0.5}+0.22}$

ここでSは塩分濃度（g / L）であり、

コアの有効空隙率と対数有効空隙率の大きな相違の例は、西オーストラリアのいくつかのグリーンサンド貯留層から得られます。グリーンサンドは、鉄を含む海緑石のため緑色ですが、これは通常、 X 線回折によってイライト/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、有効空隙率の検討においてより重要なのは、海緑石粒子 (Vsh の一部) が粒子内微多孔性細孔空間を持ち、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ことがあるため、関連する粒子内細孔空間は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 25% と計算された対数有効空隙率は、同等の深度で 35% のコア分析有効空隙率をもたらしました。^[要出典]違いは、貯留層条件で水を含み、対数解析によって Vsh (非有効空隙率) の一部として含まれる緑泥石微多孔性です。ただし、緑泥石微多孔性は、湿気乾燥されている場合でも、コアプラグの有効空隙率の一部として測定されます。

グリーンサンドは、多孔度ログ分析にさまざまな程度の難しさを引き起こす可能性があります。OH ⁻ラジカルは中性子ログに影響を及ぼします。鉄成分は厄介で、密度ログの解釈には粘土の水和の変化を考慮する必要があります。鉄成分は NMR ログに影響し、粘土はソニック ログに影響します。したがって、総多孔度と有効多孔度の関係を呼び出す前に、コア、または少なくとも地質をよく理解しておくことが不可欠です。  

• かさ密度
• 気孔率
• ガス多孔性

• Vclは次のように表現されます: 乾燥粘土; ^[3]乾燥粘土とCBW ^[10] 。Vshは次のように説明されます: 乾燥粘土とCBW（「完全な頁岩」の1つのバージョン^[8]）; 乾燥粘土、CBW、シルト（上の図のデュアルウォーター「完全な頁岩」）^[13]乾燥粘土、シルト、CBW、頁岩の微細孔水（「実用的な頁岩」^[8]）。
• 有効多孔度の異なる導出は、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作られた物理的に分離された孔や流れから分離された微細孔など、さまざまなメカニズムから、接続されていない孔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に接続された孔空間です。
• どのような多孔度の定義が使用されても、計算された炭化水素の量は必ず同じになります。このため、炭化水素の量は岩石の総体積に対する割合として表すことができ、多孔度の問題を完全に回避できます。ただし、現在のロギング ツールは炭化水素のみを直接感知できないため、多孔度計算の中間ステップは依然として基本的な必要条件です。