ブローアウト（井戸掘り）

噴出とは、圧力制御システムが故障した後に、油井やガス井から原油や天然ガスが制御不能に流出することです。 ^[1]現代の油井には、このような事態を防ぐための噴出防止装置が備わっています。噴出中に偶発的に火花が発生すると、壊滅的な石油火災やガス火災につながる可能性があります。

1920 年代に圧力制御装置が登場する前は、掘削中に油井から石油やガスが制御不能に放出されることは一般的であり、油の噴出、噴出井戸、または野生の油井として知られていました。

噴出は、19世紀後半から20世紀初頭にかけての石油探査の象徴でした。その時代、ケーブルツール掘削などの単純な掘削技術と噴出防止装置の欠如により、掘削者は高圧貯留層を制御できませんでした。これらの高圧ゾーンが破られると、石油または天然ガスが高速で井戸を上昇し、ドリルストリングを押し出して噴出を形成します。噴出として始まった井戸は「吹き込んだ」と言われ、たとえば、レイクビュー・ガッシャーは1910年に 噴出しました。これらのキャップされていない井戸は大量の石油を生産することがあり、空中に200フィート（61メートル）以上噴出することがよくありました。 ^[2]主に天然ガスからなる噴出はガスガッシャーとして知られていました。

新たに発見された富の象徴であるにもかかわらず、噴出は危険で無駄が多いものでした。噴出は掘削に従事していた作業員を殺し、機器を破壊し、何千バレルもの石油で地面を覆いました。さらに、油井が油層/ガス層を突き抜けるときに放出される爆発的な衝撃により、多くの石油労働者が完全に聴力を失う原因となっています。油層に穴を開ける瞬間に掘削装置に近づきすぎることは非常に危険です。野生生物への影響を定量化することは非常に困難ですが、最も楽観的なモデルでも軽微であると推定できます。現実的には、生態学的影響は、イデオロギーの範囲を超えて科学者によって深刻で、深刻で、永続的なものになると推定されています。^[3]

さらに事態を複雑にしたのは、自由に流れる石油が発火する危険にさらされていたことだ。^[4] 爆発と火災に関する劇的な記録には、

田園地帯を駆け抜ける100台の特急列車のような轟音とともに、油井は爆発し、四方八方に石油を噴き出した。油井櫓は蒸発した。重機は燃え盛る炎の中で、まるで水から出たレタスのようにケーシングが萎れ、奇怪な形にねじれ、身もだえした。^[5]

回転式掘削技術の発達により、掘削流体の密度が新たに掘削されたゾーンの坑内圧力^{[定義が必要]}を克服するのに十分なものとなり、噴出は回避可能になりました。しかし、流体の密度が十分でなかったり、流体が地層に失われたりした場合は、依然として坑井の噴出の重大なリスクがありました。

1924年に、最初の成功した噴出防止装置が市場に投入されました。^[6]坑口に取り付けられたBOPバルブは、掘削が高圧ゾーンに至った場合に閉じられ、坑井流体が封じ込められました。坑井制御技術を使用して坑井の制御を取り戻すことができました。技術が進歩するにつれて、噴出防止装置は標準装備となり、噴出防止装置は過去のものとなりました。

現代の石油産業では、制御不能な油井はブローアウトと呼ばれ、比較的まれにしか発生しません。技術、油井制御技術、人員訓練が大幅に改善され、ブローアウトの発生を防止できるようになりました。^[1] 1976年から1981年までに、21件のブローアウトに関する報告書が入手可能です。^[1]

• 1815年の爆発は、石油ではなく塩を掘ろうとしたために起こった。ジョセフ・アイカーとそのチームは、米国オハイオ州ウースターの町の西、キルバック・クリーク沿いを掘削していたときに石油を発見した。アイカーの娘エレノアが書いた再現文によると、この発見は「最も高い木のてっぺんのように高くまで伸びる、自然発生的な噴出」をもたらしたという。^[7]
• 1861年、米国ペンシルベニア州オイルシティ近郊で石油掘削作業員らがいくつかの油井を発見した。最も有名なのはリトル・アンド・メリック油井で、1861年4月17日に油井からの油の噴出が始まった。1日あたり約3,000バレル（480 ^m3 ）の油が噴出する光景は、約150人の見物人を集めていたが、1時間後に油井が爆発して炎上し、油まみれの見物人に火が降り注いだ。30人が死亡した。ペンシルベニア州北西部で最初に油井が噴出したのは、 1861年9月のフィリップス第2油井（1日あたり4,000バレル（640 m3 ^））と、 1861年12月のウッドフォード油井（ 1日あたり3,000バレル（480 m3 ^{） ）である。 [8]}
• オンタリオ州オイルスプリングスのショー・ガッシャーは、カナダ初の石油噴出源であった。1862年1月16日、この噴出源からは地下60メートル（200フィート）以上から木のてっぺんまで1日3,000バレル（480 m3）の石油が噴出し^、ラムトン郡の石油ブームを引き起こした。^[9]
• 1901年、米国テキサス州ボーモントのスピンドルトップにあるルーカス油井は、ピーク時には1日あたり10万バレル（16,000 m ³）の油を流出したが、すぐに勢いを失い、9日以内に油井の油が枯渇した。この油井により、米国の石油生産量は一夜にして3倍となり、テキサスの石油産業の始まりとなった。^{[10] [11]}
• 1908年にイランのマスジェド・ソレイマーンで起きた石油掘削は、中東で記録された最初の大規模な石油掘削であった。 ^[12]
• メキシコのベラクルス州にあるドス ボカスは 、1908 年にメキシコで発生した有名な油田暴噴事故で、大きなクレーターを形成しました。この事故では、1938 年 (ペメックスがメキシコの石油産業を国有化した年) 以降も、長年にわたって主要貯留層から石油が流出し続けました。
• 1910年に米国カリフォルニア州カーン郡のミッドウェイ・サンセット油田で発生したレイクビュー油田の噴出^{は、米国史上最大の油田噴出であると考えられている。ピーク時には1日あたり10万バレル（16,000 m 3}）以上の石油が流出し、高さ200フィート（61 m）に達した。18か月間も蓋が閉められず、900万バレル（1,400,000 m ³）以上の石油が流出したが、回収できたのはそのうちの半分以下だった。 ^[2]
• 1921年、米国カリフォルニア州シグナルヒルのアラミトス1号油田で短期間の噴出があり、世界で最も生産性の高い油田の一つであるロングビーチ油田が発見されました。 ^[13]
• 1922年12月、ベネズエラのカビマスにあるバローゾ2号井からは、9日間にわたり1日あたり約10万バレル（16,000 m3）のガスが流出し^、さらに大量の天然ガスも流出した。^[14]
• イラクのキルクーク近郊にあるババ・グルグルは古代から知られている油田で1927年に1日^{あたり95,000バレル（15,100 m 3} ）の油が噴出した。 ^[15]
• 1929年9月23日、米国テキサス州ペコス郡のイェーツ#30-A油田は、15インチのケーシングから80フィートの深さまで噴出しており、深さ1,070フィートから世界記録となる1日あたり204,682バレルの石油を産出しました。^[16]
• 1930年、米国オクラホマ州オクラホマシティのワイルド・メアリー・スディクの噴出量は1日あたり72,000バレル（11,400 m3）でした。^{[ 17]}
• 1930年のデイジー・ブラッドフォード油田の噴出は、アメリカ合衆国本土最大の油田である東テキサス油田の発見を意味した。^[18]
• 1956年8月26日、イランのコム近郊で史上最大の「ワイルドキャット」石油噴出が発生した。制御不能となった石油は高さ52メートル（171フィート）まで噴出し、その量は1日あたり12万バレル（19,000 m ^{3 ）に達した。噴出はバガー・モストフィと}マイロン・キンリー（米国）による90日間の作業の末に封鎖された。^[19]
• 1982年10月17日、アルバータ州ロッジポールの西20kmで掘削中だった酸性ガス井アモコ・ドーム・ブラゾー川（13-12-48-12）が爆発した。燃えていた井戸は、67日後にテキサスの井戸管理会社ブーツ＆クーツによって最終的に封印された。
• 最も厄介な噴出の一つは、1985年6月23日、ソ連のカザフスタン共和国アティラウのテンギス油田の37番井戸で発生した。深さ4,209メートルの井戸が爆発し、2日後に高さ200メートルの噴出が自然発火した。800気圧にまで達した油圧と高濃度の硫化水素により、噴出は1986年7月27日にようやく封じ込められた。噴出した物質の総量は、石油430万トンと天然ガス17億立方メートルに上り、噴出物の燃焼により890トンのさまざまなメルカプタンと90万トン以上の煤が大気中に放出された。^[20]
• ディープウォーター・ホライズン爆発：2010年4月20日、メキシコ湾のマコンド・プロスペクト油田で米国史上最大の海中爆発が発生した。爆発により、爆発当時はBPにリースされていた移動式海洋掘削プラットフォーム、ディープウォーター・ホライズンが爆発した。流出した原油の正確な量は不明だが、2010年6月3日現在、米国地質調査所の流量技術グループは、原油流出量を1日^{あたり35,000～60,000バレル（5,600～9,500 m 3} ）と推定している^{。 [21] [更新が必要][アップデート]}

石油または原油は、地球の地表下の地層に含まれる、さまざまな分子量の炭化水素とその他の有機化合物の複雑な混合物からなる、自然に発生する可燃性の液体です。ほとんどの炭化水素は岩や水よりも軽いため、多くの場合、上方に移動し、時には隣接する岩層を横方向に移動して、地表に到達するか、上部の不浸透性岩によって多孔質岩（貯留層と呼ばれる）内に閉じ込められます。炭化水素がトラップに集中すると油田が形成され、そこから掘削とポンプで液体を抽出できます。岩石構造のダウンホール圧力^{[定義が必要]は、深さと}源岩の特性に応じて変化します。天然ガス（主にメタン）も存在する可能性があり、通常は貯留層内の石油の上にありますが、貯留層の圧力と温度で石油に溶解している場合もあります。溶解したガスは通常、制御された生産操作またはキック、または制御されていない噴出によって圧力が低下すると、自由ガスとして溶液から出てきます。一部の貯留層の炭化水素は、基本的にすべて天然ガスである可能性があります。

現代の坑井では、泥柱によってもたらされる静水圧のバランスをとることによって坑井内の流体圧力が制御されています。掘削泥圧のバランスが不正確である場合（つまり、泥圧勾配が地層間隙水圧勾配よりも小さい場合）、地層流体（石油、天然ガス、および/または水）が坑井内に流れ込み、環状部（ドリルストリングの外側と開いた坑井の壁またはケーシングの内側との間の空間）および/またはドリルパイプ内を上昇する可能性があります。これは一般にキックと呼ばれます。理想的には、噴出防止装置（BOP）などの機械的障壁を閉じて坑井を隔離し、その間に坑井内の流体の循環によって静水圧バランスを回復することができます。しかし、坑井が閉鎖されていない場合（一般的には噴出防止装置を閉じることを指す）、地層流体が地表に到達したときにキック現象が急速に拡大して噴出が発生する可能性があります。特に、流入物にガスが含まれている場合、圧力の低下により坑井を上って流れ込むときに急速に膨張し、流体の有効重量がさらに減少します。

掘削中に井戸蹴りが発生する可能性を示す早期警告サインは次のとおりです。

• 掘削速度の突然の変化;
• ドリルパイプの重量の軽減
• ポンプ圧力の変化;
• 掘削液の戻り率の変化。

掘削作業中のその他の警告サインは次のとおりです。

• ガス、油、水によって「切り取られた」（つまり、汚染された）泥を戻すこと。
• 泥ログユニットでは接続ガス、高バックグラウンドガスユニット、高ボトムアップガスユニットが検出されました。^[22]

掘削中にキックを検出する主な方法は、泥ピットへの地表への循環速度の相対的な変化です。掘削クルーと泥エンジニアは泥ピットのレベルを追跡し、泥の戻り速度とドリルパイプにポンプで送り込まれる速度を注意深く監視します。ビットで掘削泥の静水頭（循環中の小さな追加の摩擦頭を含む）によって加えられている圧力よりも高い圧力のゾーンに遭遇すると、地層流体の流入が循環掘削泥と混ざり合うため、泥戻り速度の増加が見られます。逆に、戻り速度が予想よりも遅い場合は、最後のケーシングシューの下のどこかにある泥泥ゾーンに一定量の泥が失われていることを意味します。これは必ずしもキックにつながるわけではありません（キックにならないこともあります）。ただし、泥レベルの低下により、静水頭が泥の完全な柱の静水頭よりも低くなると、他のゾーンから地層流体が流入する可能性があります。^[要出典]

キックを検知した場合の最初の対応は、噴出防止装置を作動させて坑井を閉鎖し、坑井を地表から隔離することです。次に、掘削作業員は、より重いキル流体を循環させて静水圧を高めようとします (坑井管理会社の支援を受ける場合もあります)。このプロセスでは、流入流体は制御された方法でゆっくりと循環され、事前に決められたスケジュールでチョークを使用してケーシング圧力を制御し、ガスが坑井を急速に加速しないように注意します。

流入流体が主に塩水である場合、この影響は小さいでしょう。また、油ベースの掘削流体の場合、キック制御の初期段階では、ガス流入が深部で圧力を受けて油に溶解し、流入が表面に近づくと溶解から抜け出して急速に膨張するため、この影響は隠される可能性があります。すべての汚染物質が循環すると、シャットインケーシングの圧力はゼロになるはずです。^{[引用が必要]}

キャッピングスタックは噴出を制御するために使用されます。キャップはボルトで締めると閉じる開いたバルブです。^[23]

坑井の吹き抜けは、掘削段階、坑井試験中、坑井完成中、生産中、または改修作業中に発生する可能性があります。^[1]

噴出により掘削ストリングが井戸から放出される可能性があり、漏れ出る流体の力は掘削装置を損傷するほど強力になる場合があります。噴出井戸の排出物には、石油に加えて、天然ガス、水、掘削流体、泥、砂、岩石、その他の物質が含まれる場合があります。

噴出は、噴出した岩石の火花や摩擦熱によって発生することが多い。油井管理会社は、油井の火を消すか、油井に蓋をし、ケーシングヘッドやその他の地上設備を交換する必要がある。流れるガスに有毒な硫化水素が含まれている場合、石油事業者は、ガスの流れに火をつけて、これを危険性の低い物質に変換することを決定するかもしれない。^[要出典]

噴出があまりにも強力であるため、特に流動帯のエネルギーが時間とともに大幅に減少しない場合は、地表から直接制御できないことがあります。このような場合、キルウェイト流体を深部に注入できるように、他の井戸（リリーフ井戸と呼ばれる）を井戸またはポケットと交差するように掘削することがあります。1930年代に初めて掘削されたとき、リリーフ井戸はメインの掘削井戸の穴に水を注入するために掘削されました。^[24]用語から推測されることに反して、このような井戸は通常、噴出帯からの複数の出口を使用して圧力を軽減するために使用されることはありません。

海底油田の噴出の主な原因は、機器の故障と、海底貯留層圧力との不均衡の2つです。^[25] 海底油田には、海底またはライザーパイプと掘削プラットフォームの間に圧力制御装置が設置されています。噴出防止装置（BOP）は、地質学的に駆動される油田圧力の制御を維持するために設計された主要な安全装置です。油田の制御が失われた場合に炭化水素の流れを止める油圧駆動の遮断機構が組み込まれています。^[26]

たとえ噴出防止装置とプロセスが整備されていたとしても、オペレーターは噴出が発生した場合に対応できるよう準備しておかなければなりません。井戸を掘削する前に、詳細な井戸建設設計計画、油流出対応計画、井戸封じ込め計画を提出し、BSEEに審査、承認してもらう必要があります。また、NTL 2010-N10に従って適切な井戸封じ込めリソースを利用できることが条件となります。^[27]

2010年4月にメキシコ湾で発生したディープウォーター・ホライズンの油井の暴噴は、水深5,000フィート（1,500メートル）で発生しました。[ 28 ^]現在、米国メキシコ湾の暴噴対応能力は、水深10,000フィートまでの1日あたり13万バレルの流体の回収・処理速度と、1日あたり2億2000万立方フィートのガス処理能力を満たしています。^[29]

地下の噴出は、高圧ゾーンからの流体が制御不能に坑井内の低圧ゾーンに流れる特殊な状況です。通常、これは深部の高圧ゾーンから浅部の低圧層への流れです。坑口では流体が逃げることはありません。ただし、流入を受ける層は過圧になる可能性があり、その可能性は近隣での今後の掘削計画で考慮する必要があります。^[要出典]

マイロン・M・キンリーは、油井火災および油井爆発消火の先駆者でした。彼は、油井消火の道具と技術に関する多くの特許と設計を開発しました。彼の父、カール・T・キンリーは、大規模な爆発を利用して油井火災を消火しようとしました。この方法は、今でも油井火災の消火によく使われています。マイロンとカール・キンリーは、1913 年に初めて爆発物を使用して油井火災を消火することに成功しました。^[30]キンリーは、後に 1923 年に MM キンリー カンパニーを設立しました。 ^[30]アスガー・「ブーツ」・ハンセンとエドワード・オーウェン・「クーツ」・マシューズも、キンリーのもとでキャリアをスタートしました。

ポール N. "レッド" アデアは1946 年に MM キンリー カンパニーに入社し、マイロン キンリーのもとで 14 年間働いた後、1959 年に自身の会社である Red Adair Co., Inc. を設立しました。

Red Adair Co. は、次のような沖合油流出の制御に貢献してきました。

• 1959 年、メキシコ湾で発生した CATCO 火災。
• 「悪魔のライター」は1962年、アルジェリアのサハラ砂漠、ガッシ・トゥイユで発見されました。
• 1979年、メキシコのカンペチェ湾で発生したイストクI原油流出事故。
• 1988年に北海で発生したパイパーアルファ号の惨事。
• 1991年の湾岸戦争後のクウェートの石油火災。^[31]

1968年のアメリカ映画『ヘルファイターズ』はジョン・ウェイン主演で、油井消防士のグループを描いた作品で、アデアの人生を基にした内容となっている。アデア、ハンセン、マシューズは映画の技術顧問を務めた。

1994年、アデアは引退し、会社をグローバル インダストリーズに売却しました。アデアの会社の経営陣は退任し、インターナショナル ウェル コントロール (IWC) を設立しました。1997年、彼らはハンセンとマシューズが1978年に設立した ブーツ & クーツ インターナショナル ウェル コントロール社を買収しました。

ディープウォーター・ホライズンのマコンド1号の爆発事故後、海洋産業は政府規制当局と協力して、将来の海底事故に対応するための枠組みを策定した。その結果、米国メキシコ湾の深海で操業するすべてのエネルギー企業は、掘削活動の前に、OPA 90で義務付けられている油流出対応計画に加えて地域封じ込め実証計画を提出する必要がある。^[32]海底爆発が発生した場合、これらの計画は直ちに実行され、ディープウォーター・ホライズンの油井を効果的に封じ込めるために使用された機器やプロセスの一部と、その後開発された他の機器やプロセスが活用される。

海底油井の制御を取り戻すために、責任者はまず掘削装置に搭乗しているすべての職員の安全を確保し、その後事故現場の詳細な評価を開始します。遠隔操作式水中探査機(ROV) を派遣して、油井ヘッド、噴出防止装置(BOP)、その他の海底油井設備の状態を検査します。キャッピング スタックに問題なくアクセスできるように、残骸の除去プロセスを直ちに開始します。

キャッピングスタックは、坑口に下げられて固定されると、蓄えられた油圧を使用して油圧ラムを閉じ、炭化水素の流れを止めます。^[33]坑井を閉鎖すると坑井内の地質条件が不安定になる可能性がある場合は、キャップアンドフロー手順を使用して炭化水素を封じ込め、安全に地上船に輸送し​​ます。^[34]

責任者はBSEEおよび米国沿岸警備隊と連携して、発生源の管理、排出油の回収、環境への影響の緩和などの対応活動を監督します。^[35]

いくつかの非営利団体が、海底油流出を効果的に封じ込める解決策を提供しています。HWCG LLCとMarine Well Containment Companyは米国メキシコ湾^[36]海域で活動しており、Oil Spill Response Limitedなどの協同組合は国際的な活動をサポートしています。

1966年9月30日、ソ連はウズベキスタンのブハラから約80キロ離れたウルタブラクにある5つの天然ガス井で爆発事故を起こした。コムソモロスカヤ・プラウダ紙は、何年もの間制御不能な炎上が続いた後、完全に鎮火できたと主張した。 ^[37] ソ連は、元の（急速に漏れていた）井から25〜50メートル（82〜164フィート）離れたところに掘った6キロメートル（20,000フィート）のボーリング孔に、特製の30キロトンの核物理パッケージを降ろした。従来の爆薬では必要な威力が足りず、地下にかなりのスペースも必要になるため、核爆弾が必要であると判断された。爆発すると、深部貯留層から地表までガスを運んでいた元のパイプが押しつぶされ、周囲の岩がガラス質になった。これにより、爆発後約1分以内に漏出と地表の火災が止まり、恒久的な解決策であることが証明されました。同様の井戸での試みは成功しませんでした。他のテストは、石油抽出の強化（スタヴロポリ、1969年）やガス貯蔵層の作成（オレンブルク、1970年）などの実験でした。^[38]

業界情報からのデータ。^{[1] [39]}

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• 石油地質学
• アンダーバランス掘削

• サンホアキン地質学会によるカリフォルニアの有名な噴出に関する記事。2016年2月2日にWayback Machineにアーカイブされました。
• 「噴出制御、パート 10 – 表面介入方法」。2010年 6 月 19 日閲覧。