井戸刺激

井戸刺激とは、油井からの炭化水素の生産を回復または強化するために使用できるさまざまな技術と井戸介入を説明するために使用される広義の用語です。

水圧破砕法（フラッキング）と酸処理は、油井刺激のための最も一般的な2つの方法です。これらの油井刺激技術は、石油やガスがより容易に流れる経路を作るのに役立ち、最終的には油井全体の生産量を増加させます。^[1]

坑井刺激は、陸上または沖合にある石油またはガスの坑井で実行できます。

掘削および仕上げ中に井戸に注入される掘削流体の種類によっては、貯留岩石に入り込み、孔隙 (貯留流体が流れる岩石内のチャネル) を塞ぐことで周囲の地層に損傷を与えることがあります。同様に、穿孔行為によって破片が穿孔チャネルに噴射され、同様の影響が出ることがあります。これらの状況はいずれも、井戸の近くの透水性を低下させ、井戸への流体の流入を減少させます。

簡単で安全な解決策は、表面から希釈した酸混合物を井戸に注入して、有害な物質を溶解することです。^{[2] [3]} 溶解すると、浸透性が回復し、貯留層流体が井戸の穴に流れ込み、損傷物質の残りを浄化します。最初の完了後、泥や皮膚の損傷を浄化するために最小限のギ酸を使用するのが一般的です。この状況では、このプロセスは「井戸刺激」と大まかに呼ばれています。石油やガスの生産に反対するグループは、このプロセスを「酸性化」と呼ぶことがよくありますが、これは実際には石油の生産を刺激するために大量の高圧の酸を使用することを意味します。

より深刻なケースでは、地表からのポンピングでは不十分です。穴の特定の場所をターゲットにしていないため、化学物質がそこに到達しても効果を維持できる可能性が低くなります。このような場合、コイルチューブを使用して化学物質をターゲットに直接当てる必要があります。コイルチューブは、先端に噴射ツールが付いた状態で穴に通します。ツールがターゲットに到達すると、化学物質がパイプを通ってポンプされ、損傷した領域に直接噴射されます。これは地表からのポンピングよりも効果的ですが、はるかに高価であり、精度は損傷の場所を知っているかどうかに依存します。

ケーシング ホールの完成では、鋼製ケーシングに穴を開けて貯留層を生成できるようにするために穿孔が行われます。この穴は通常、ケーシングを穿孔し、貯留層岩に短い距離の破砕穴を作成する成形爆薬によって形成されます。多くの場合、穿孔銃によって作成されたトンネルでは表面積が十分でないため、坑井と接触する面積を増やすことが望まれます。

貯留層の浸透性が低い場合は、さらに広い面積が必要になる場合があります。また、掘削および仕上げ作業による損傷が深刻で、穿孔トンネルがボーリング付近の損傷した領域を効果的に貫通できない場合もあります。これは、既存の穿孔トンネルに流入する流体の能力が制限されすぎることを意味します。刺激をさらに高める方法の 1 つは、穿孔を通じて 水圧破砕処理を実行することです。

浸透性がもともと低い場合、流体が周辺から排出されても、補充流体が空隙に流れ込む速度が十分でないため、空隙を埋めることができず、圧力が低下します。その結果、井戸は生産を経済的に行うのに十分な速度で流れることができなくなります。この場合、貯留層に水圧破砕を深くまで拡張すると、生産速度を高めることができます。

推進剤刺激は、坑井近傍の損傷を清掃する非常に経済的な方法です。推進剤は爆発性の低い物質で、坑井内で大量のガスを非常に急速に生成します。ガス圧は坑井内で高まり、岩石の張力は地層の破壊圧力を超えるまで増加します。亀裂の長さと亀裂のパターンは、使用される推進剤刺激ツールの種類に大きく依存します。

酸性化は、酸性溶液を井戸に注入する井戸刺激技術です。酸性化プロセスにより、井戸を詰まらせているゴミが除去され、貯留岩の浸透性が高まり、石油やガスがより自由に流れるようになります。^[4]

水圧破砕法^{[a]は、加圧された液体で}岩盤の層を破砕する坑井刺激技術です。このプロセスでは、坑井に高圧で「フラッキング流体」（主に水で、砂やその他のプロパントを増粘剤で懸濁したもの）を注入して、深部の岩盤に亀裂を作り、そこから天然ガス、石油、塩水がより自由に流れるようにします。坑井から水圧が取り除かれると、水圧破砕プロパントの小さな粒子（砂または酸化アルミニウム）が亀裂を開いたままにします。^[5]

水圧破砕は1947年に実験として始まり、^[6] 1949年に最初の商業的な成功例が出た。2012年の時点で、世界中で250万件の「フラッキング」が石油・ガス井で行われており、そのうち100万件以上が米国内で行われている^{[7] [8]こうした処理は一般に、}シェールガス、タイトガス、タイトオイル、炭層ガス井で十分な流量を達成するために必要である。^{[9]一部の水圧破砕は、特定の}鉱脈や岩脈で自然に形成されることがある。^{[10]掘削と水圧破砕により、}米国は2019年現在、主要な原油輸出国となっているが^[11]、強力な温室効果ガスであるメタンの漏出が劇的に増加している。^{[12] [13]} 10年にわたる水圧破砕ブームによる石油・ガス生産の増加により、消費者にとっての価格が下がり、エネルギー支出に充てられる世帯収入の割合が過去最低に迫っている。^{[14] [15]}

水圧破砕法は大きな議論を呼んでいる。^[16]水圧破砕法の推進派は、より広範囲に利用できる炭化水素（石油や天然ガスなど ）の経済的利点、^{[17] [18]}よりクリーンに燃焼し二酸化炭素（CO2 _）の排出が少ない天然ガスで石炭を置き換える利点、 ^{[19] [20]}エネルギー自立の利点を強調している。^[21]水圧破砕法に反対する派は、地下水や表層水の汚染、^[22]騒音や大気汚染、地震の誘発、そしてその結果生じる公衆衛生や環境への危険など、環境への影響の方がこれらの利点を上回っていると主張している。^{[23] [24]}研究では、水圧破砕現場の近くに住む人々に悪影響があることが判明しており、^{[25] [26]妊娠や出産への影響、片頭痛、慢性副}鼻腔炎、重度の疲労、喘息の悪化、精神的ストレスなど、化学的、物理的、心理社会的危険が確認されています。^[27]さらなる悪影響を避けるためには、規制と安全手順を遵守する必要があります。^[28]

水圧破砕に伴うメタン漏出の規模は不明であり、漏出によって天然ガスが他の化石燃料に比べて温室効果ガス排出面で有利であるという利点が打ち消される可能性があるという証拠もある。^{[29] [30]}

休眠断層やこれまで知られていなかった断層に沿った水圧破砕後の地震活動 の増加は、水圧破砕フローバック（水圧破砕井戸の副産物）^[31]や生成された地層塩水（破砕された油井と破砕されていない油井の両方の副産物）^[32]の深部注入処分によって引き起こされることがあります。これらの理由から、水圧破砕は国際的な監視下にあり、一部の国では制限され、他の国では完全に禁止されています。^{[33] [34] [35]}欧州連合は、水圧破砕の制御された適用を許可する規制を起草しています。^[36]

一部の刺激技術は、必ずしも坑井孔の外側の浸透性を変えることを意味しません。坑井孔にすでに入っている流体が坑井孔を上って流れやすくすることもあります。 ガスリフトは、特に坑井の始動にのみ使用され、定常運転中に停止される場合、刺激の一形態と見なされることがあります。しかし、より一般的には、刺激としてのリフトは、地層からの水の浸入、またはスケール抑制剤やメタノール（水和物抑制剤）などの表面から注入された化学物質によって底に蓄積した重い液体を持ち上げることを意味します。これらの液体は坑井の底に溜まり、貯留層流体の流れを抑える重りとして機能し、基本的に坑井を死滅させる働きをします。これらは、コイルドチュービングを使用して窒素を循環させることで除去できます。

最近では、坑井刺激の一時的な性質のため、「坑井刺激船」と呼ばれる特殊な掘削船が深海坑井刺激に使用されています。^{[37] [38]ノーショアや}シュルンベルジェなどのオフショア会社は、このような特殊な船団を運営しています。^[39]「多目的掘削船」としても知られるこれらの船は、従来の掘削石油掘削リグに代わるもので、かなりのコスト削減につながります。^{[40] 「}ノーショア アトランティック」などの一部のWSVは、浅水および中水域でのライザーレス操作、完全な油井の掘削、完全な海底廃止措置（P＆A）の実行など、複数のタスクを実行できます。 また、深海でのトップホールセクションの事前掘削や、ワークオーバーライザーを使用した坑井介入操作を実行することもできます。^{[41] [42]}

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