井戸の伐採

坑井ロギングはボーリング孔ロギングとも呼ばれ、ボーリング孔によって貫入された地質層の詳細な記録 (坑井ログ) を作成する作業です。ログは、地表に持ち込まれたサンプルの目視検査 (地質ログ) または坑井に降ろされた機器による物理的測定 (物理ログ) のいずれかに基づきます。一部の種類の物理坑井ログは、坑井の履歴のどの段階 (掘削、完了、生産、または放棄) でも実行できます。坑井ロギングは、石油、ガス、地下水、鉱物、地熱探査のために掘削されたボーリング孔で、また環境および地質工学の研究の一環として実行されます。

鉱業、石油、ガスなどのさまざまな業界では、地層の岩石特性の継続的な記録を取得するためにワイヤーラインロギングを使用しています。また、地下水コンサルタントも使用しています。^[1]ワイヤーラインロギングは、「坑井の深さに応じて実行される地球物理学的データの取得と分析、および関連サービスの提供」と定義できます。「ワイヤーラインロギング」と「泥水ロギング」は同じではありませんが、データセットの統合を通じて密接に関連していることに注意してください。測定は「TAH」（True Along Hole）深度を基準にして行われます。これらの測定と関連する分析を使用して、炭化水素の飽和度や地層圧力などのさらなる特性を推測し、さらに掘削と生産の決定を行うことができます。

ワイヤーライン ロギングは、ワイヤーラインの端に取り付けられた「ロギング ツール」、または 1 つ以上の機器を連ねたものを油井(またはボーリング ホール) に降ろし、さまざまなセンサーを使用して岩石の物理的特性を記録することによって行われます。長年にわたり開発されたロギング ツールは、岩石とその中の流体の自然ガンマ線、電気、音響、誘導放射能反応、電磁気、核磁気共鳴、圧力、およびその他の特性を測定します。この記事では、ロギング ツールが反応する主な特性別に大まかに分類します。

データ自体は、地上 (リアルタイム モード) または坑井内 (メモリ モード) で電子データ形式で記録され、その後、印刷された記録または「坑井ログ」と呼ばれる電子プレゼンテーションが、生データの電子コピーとともに顧客に提供されます。坑井ログ操作は、掘削プロセス中に実行して (掘削中のログを参照)、ボーリング孔が貫通している地層に関するリアルタイム情報を提供するか、坑井が全深度に到達してボーリング孔の全深度をログに記録することができます。

リアルタイム データは、測定されたケーブル深度に対して直接記録されます。メモリ データは時間に対して記録され、深度データは同時に時間に対して測定されます。次に、2 つのデータ セットを共通の時間ベースを使用して結合し、機器の応答と深度のログを作成します。メモリに記録された深度も、リアルタイム補正とまったく同じ方法で補正できるため、達成可能な TAH 精度に違いはありません。

測定されたケーブルの深さは、さまざまな測定から導き出すことができますが、通常は校正されたホイールカウンターに基づいて記録されるか、（より正確には）ケーブルの長さの校正された増分を提供する磁気マークを使用して記録されます。その後、行われた測定値は、弾性伸張と温度に対して補正する必要があります。^[2]

ワイヤーラインログには多くの種類があり、機能または使用する技術によって分類できます。「オープンホールログ」は、油井またはガス井がパイプでライニングされるかケーシングされる前に実行されます。「ケーシングホールログ」は、油井がケーシングまたは生産パイプでライニングされた後に実行されます。^[3]

ワイヤーラインログは、測定された物理的特性に基づいて、大まかなカテゴリに分類できます。

1926年にシュルンベルジェ社を設立したコンラッドとマルセル・シュルンベルジェは、電気による坑井検層の発明者とみなされている。コンラッドは金属鉱床の探査技術であるシュルンベルジェアレイを開発し、兄弟はその地上技術を地下への応用に応用した。1927年9月5日、シュルンベルジェ社の作業員がフランスのアルザス地方ペシェルブロンの坑井に電気ゾンデまたはツールを降ろし、最初の坑井検層を作成した。現代の言葉で言えば、最初の検層は3.5メートルの逆さまの横検層とも言える抵抗検層であった。 ^[4]

1931年、シュルンベルジェ社で働いていたアンリ・ジョージ・ドール氏とG・デシャトル氏は、井戸下の検層ケーブルに電流が流れていないときでも検流計が揺れることを発見した。これが、電気抵抗率を測定する能力と同じくらい重要な自発電位（SP）の発見につながった。SP効果は、透水性層の境界にある掘削孔泥によって自然に生成される。SPと電気抵抗率を同時に記録することで、検層者は透水性の石油含有層と不透水性の非産油層を区別することができた。^[5]

1940 年、シュルンベルジェは自発電位 ディップメーターを発明しました。この機器により、地層の傾斜と傾斜方向を計算できるようになりました。この基本的なディップメーターは、後に抵抗率ディップメーター (1947 年) と連続抵抗率ディップメーター (1952 年) によって改良されました。

オイルベースの泥 (OBM) は、1948 年にコロラド州のレンジリー フィールドで初めて使用されました。通常の電気ログには導電性または水性の泥が必要ですが、OBM は非導電性です。この問題の解決策は、1940 年代後半に開発された誘導ログでした。

1960 年代にトランジスタと集積回路が導入されたことで、電気ログの信頼性は大幅に向上しました。コンピュータ化によってログ処理の速度が大幅に向上し、ログ データ収集能力が飛躍的に向上しました。1970 年代には、さらに多くのログとコンピュータが導入されました。これには、抵抗ログと多孔度ログがボーリング孔を 1 回通過するだけで記録されるコンボ タイプのログも含まれていました。

2 種類の多孔度ログ (音響ログと核ログ) は、もともと 1940 年代にさかのぼります。 音波ログは、第二次世界大戦中に開発された技術から生まれました。核ログは音響ログを補完してきましたが、音響ログや音波ログは、今でもいくつかの複合ログ ツールで使用されています。

核検層は当初、地層から放出される自然ガンマ放射線を測定するために開発された。しかし、業界はすぐに、岩石に核粒子を積極的に照射する検層に移行した。自然放射能を測定するガンマ線検層は、1939年にWell Surveys Inc.によって導入され、1941年にはWSI中性子検層が登場した。ガンマ線検層は、炭化水素貯留層の上に比較的低い浸透性のキャップを提供することが多いシェール層では通常、より高いレベルのガンマ放射線が表示されるため、特に有用である。これらの検層は、ケーシング井（生産ケーシングを備えた井戸）で使用できるため重要であった。WSIはすぐにレーンウェルズの一部となった。第二次世界大戦中、米国政府は、オープンホール検層のほぼ戦時独占権をシュルンベルジェに与え、ケーシングホール検層の独占権をレーンウェルズに与えた。^[6] 核検層は戦後も進化し続けた。

1946年にブロックとパーセルが核磁気共鳴を発見した後、地球の磁場を利用した核磁気共鳴ログが1950年代初頭にシェブロンとシュルンベルジェによって開発されました。 ^[7] ニコラス・ブロムベルゲンは1966年にシュルンベルジェの特許を申請しました。^{[8] NMRログは科学的には成功しましたが、エンジニアリング的には失敗でした。1990年代のNUMAR（}ハリバートン の子会社）によるより最近のエンジニアリング開発により、現在石油・ガス、水、金属探査業界で適用されている連続NMRログ技術が生まれました。^{[9] [要出典]}

現代の石油およびガス井の多くは、方向性を持って掘削されています。当初、坑井が垂直でない場合、ロガーはドリル パイプに何らかの方法で取り付けたツールを操作する必要がありました。現代の技術により、現在では地表で連続的な情報を取得できます。これは、掘削同時ロギング(LWD) または掘削同時測定(MWD) として知られています。MWD ログは、マッド パルス技術を使用して、ドリル ストリング下部のツールから地表のプロセッサにデータを送信します。

電気抵抗率測定は、電流の流れを妨げる能力である地下の電気抵抗率を測定します。これは、塩水 (電気の良導体) で満たされた地層と炭化水素 (電気の不良導体) で満たされた地層を区別するのに役立ちます。抵抗率と多孔度の測定は、水飽和度を計算するために使用されます。抵抗率はオームメートル (Ω⋅m) で表され、抵抗率の範囲が広いため、多くの場合、対数スケールと深さの関係で表されます。電流が浸透するボーリングホールからの距離は、ツールによって異なり、数センチメートルから 1 メートルまでです。

「ボーリングホールイメージング」という用語は、ボーリングホールの壁とそれを構成する岩石のセンチメートルスケールの画像を作成するために使用されるロギングおよびデータ処理方法を指します。したがって、コンテキストはオープンホールですが、一部のツールはケースドホールの同等物と密接に関連しています。ボーリングホールイメージングは​​、ワイヤーライン井戸ロギングで最も急速に進歩している技術の 1 つです。アプリケーションは、貯留層の詳細な説明から貯留層のパフォーマンス、炭化水素の回収率の向上まで多岐にわたります。具体的なアプリケーションは、亀裂の識別、^[10]小規模堆積学的特徴の分析、薄層層の純ペイの評価、およびブレイクアウト (最小水平応力と一致するボーリングホール壁の不規則性で、坑井周囲の応力が岩石の圧縮強度を超える場所に現れる) の識別です。^[11] この対象領域は、次の 4 つの部分に分類できます。

1. 光学イメージング
2. 音響イメージング
3. 電気画像
4. 同じロギングツールを使用して音響と電気画像技術の両方を活用する方法

多孔度ログは、岩石の体積中における細孔容積の割合またはパーセンテージを測定します。ほとんどの多孔度ログは、音響技術または原子力技術のいずれかを使用します。音響ログは、坑井環境を通じて伝播する音波の特性を測定します。原子力ログは、ダウンホール検層機器内または地層内で発生する核反応を利用します。原子力ログには、密度ログ、中性子ログ、および相関関係に使用されるガンマ線ログが含まれます。 ^[12]原子力技術を使用する基本原理は、多孔度を測定する地層の近くに中性子源を配置すると、主に地層流体中に存在する水素原子によって中性子が散乱されるというものです。炭化水素または水によって散乱される中性子にほとんど違いがないため、測定された多孔度は真の物理的多孔度に近い数値を示しますが、電気抵抗率測定から得られる数値は導電性の地層流体によるものです。したがって、中性子多孔度と電気多孔度の測定値の差は、地層流体に炭化水素が存在することを示しています。

密度ログは、放射性物質を地層に照射し、コンプトン散乱と光電吸収の影響を受けた後のガンマ線カウントを測定することで、地層のかさ密度を測定します。このかさ密度を使用して、多孔度を判定できます。

中性子多孔度ログは、高エネルギーの熱外中性子を地層に照射することで機能します。熱外中性子は弾性散乱によって熱レベル近くまでエネルギーを失い、その後地層の原子核に吸収されます。中性子ロギングツールの種類に応じて、捕獲されたガンマ線、散乱した熱中性子、または散乱した高エネルギーの熱外中性子が検出されます。^{[13]中性子多孔度ログは、特定の地層内の}水素原子 の量に主に敏感で、これは通常、岩石の多孔度に対応します。

ホウ素は熱中性子吸収の捕獲断面積が大きいため、中性子計数率が異常に低くなることが知られています。^[14] 粘土鉱物中の水素濃度の増加も同様に計数率に影響を及ぼします。

ソニック ログは、地層間隔の通過時間を提供します。これは通常、岩相と岩石のテクスチャ、特に多孔度の関数です。ログ ツールは、少なくとも 1 つの圧電トランスミッターと 2 つ以上のレシーバーで構成されます。音波が 2 つのレシーバー間の固定距離を移動するのにかかる時間は、間隔通過時間として記録されます。

API単位で測定されたボーリング孔に沿った地層の自然放射能のログ。珪質岩環境における砂と頁岩を区別するのに特に役立ちます。^[15] これは、砂岩は通常非放射性の石英であるのに対し、頁岩は粘土中のカリウム同位体と吸着されたウランとトリウムのために自然に放射性であるためです。

一部の岩石、特に炭酸塩岩では、ウランの寄与が大きく不規則なため、炭酸塩が頁岩と間違われることがあります。この場合、炭酸塩ガンマ線は頁岩含有量のよりよい指標です。炭酸塩ガンマ線ログは、ウランの寄与を差し引いたガンマ線ログです。

自発電位（SP）ログは、電流を流さずにボーリング孔と地表の間の自然電位差を測定する。これは最初に開発された有線ログの1つであり、単一の電位電極を井戸に降ろし、地表の固定基準電極に対する電位を測定することで発見された。^[16]

この電位差の最も有用な要素は電気化学電位です。これは、透水性層の反対側の SP 応答に大きな偏向を引き起こす可能性があるためです。この偏向の大きさは、主に掘削泥と地層水の塩分濃度の差、および透水性層の粘土含有量に依存します。したがって、SP ログは、透水性層を検出し、粘土含有量と地層水の塩分濃度を推定するためによく使用されます。SP ログは、不透水性頁岩と透水性頁岩および多孔質砂を区別するために使用できます。

ボーリング孔の直径を2本または4本のアーム^[15] 、または高周波音響信号^[17]を使用して機械的に測定するツール。ほとんどのログは正確な記録のためにボーリング孔の規則性に依存しているため、キャリパーログは、ボーリング孔のゲージが高すぎる（洗い流しによる）かゲージが低すぎる（泥ケーキの蓄積など）ためにログが損なわれる可能性がある場所を示すことができます。

核磁気共鳴（NMR）ロギングは、地層のNMR応答を利用してその多孔度と透水性を直接判定し、掘削孔の長さに沿って連続的な記録を提供する。^{[18] [19]} NMRツールの主な用途は、岩石の移動可能な流体量（BVM）の判定である。これは、粘土結合水（CBW）と還元不可能な水（BVI）を除いた空隙空間である。これらはどちらもNMRの意味で移動可能ではないため、古いログではこれらの体積は簡単には観察されない。最新のツールでは、緩和曲線を多孔度領域に変換した後、信号応答でCBWとBVIの両方がよく見られる。NMRの意味での移動可能な流体（BVM）の一部は、実際には油田の意味で移動可能ではないことに注意する。残留油とガス、重油、ビチューメンは、NMR歳差測定では移動可能に見えるかもしれないが、これらは必ずしも坑井に流れ込むわけではない。^[20]

スペクトル音響ロギングは、油井やガス井における、油井の健全性分析、生産および注入間隔の特定、貯留層の流体力学的特性評価に使用される音響測定技術です。スペクトル音響ロギングは、貯留層を通過する流体またはガスの流れ、またはダウンホール油井コンポーネントの漏れによって生成される音響エネルギーを記録します。

音響ロギングツールは石油産業で数十年にわたって使用されてきました。1955年には、ケーシングホールを特定するための坑井健全性分析に使用する音響検出器が提案されました。^[21] 長年にわたり、坑井音響ロギングツールは、稼働中の坑井の流入量と注入量のプロファイリング、^{[22] [23]}漏れ検出、^{[24] [25]}ケーシング背後のクロスフローの位置、^[26]さらには貯留層流体の組成の決定に効果的であることが証明されています。^[27] Robinson (1974) は、ノイズロギングを使用して有効貯留層の厚さを決定する方法について説明しました。^[28]

坑井の寿命全体にわたって、鋼鉄とセメント柱（ケーシングとチューブ）の完全性管理は、ノギスと厚さゲージを使用して行われます。これらの高度な技術的方法では、超音波、電磁気、磁気トランスデューサーなどの非破壊技術が使用されます。^[29]

1970年代には、掘削しながらの検層（LWD）という形で、ワイヤーライン検層への新しいアプローチが導入されました。この技術は、従来のワイヤーライン検層と同様の坑井情報を提供しますが、ワイヤーラインケーブルの端で坑井にセンサーを下ろす代わりに、センサーはドリルストリングに統合され、坑井の掘削中にリアルタイムで測定が行われます。これにより、掘削技術者や地質学者は、多孔度、抵抗率、穴の方向、ビット上の重量などの情報を迅速に取得し、この情報を使用して坑井の将来と掘削の方向について即座に決定を下すことができます。^[30]

LWD では、測定されたデータは坑井の泥水柱の圧力パルスを介してリアルタイムで地表に送信されます。この泥水テレメトリ法では、10 ビット/秒未満の帯域幅が提供されますが、岩石の掘削はかなり遅いプロセスであるため、データ圧縮技術により、これはリアルタイムの情報配信に十分な帯域幅となります。データのより高いサンプル レートがメモリに記録され、ビット変更時にドリル ストリングが引き抜かれるときに取得されます。高解像度の坑内および地下情報は、メモリ品質のデータをリアルタイムで提供するネットワークまたは有線ドリルパイプを介して利用できます。 ^[31]

このデータ取得方法では、センサー データを「リアルタイム」で地上に送信するのではなく、坑内メモリに記録します。このメモリ オプションには、いくつかの利点と欠点があります。

• ツールは、軌道が従来の電線ケーブルの到達範囲を超えて逸れたり延長されたりしている井戸に搬送できます。これには、この延長された到達範囲での電線重量と強度の比率の組み合わせが関係する場合があります。このような場合、メモリ ツールはパイプまたはコイル チューブで搬送できます。
• センサーの種類は、電気ラインで使用されるものに比べて限られており、ケーシングされた穴、つまり井戸の生産段階に重点が置かれる傾向があります。ただし、現在ではメモリ付きの「オープンホール」コンパクト地層評価ツールの組み合わせがいくつか開発されています。これらのツールは、穴内での稼働中に損傷しないようにドリルパイプの内部に隠して穴の下に設置および運搬し、その後、深部で端から「ポンプ」してロギングを開始できます。その他の基本的なオープンホール地層評価メモリツールは、コストと操作時間を削減するために、スリックラインの「コモディティ」市場で使用できます。
• ケーシング ホール操作では、通常、「スリック ライン」介入ユニットがあります。これは、固体機械ワイヤ (外径 0.072 - 0.125 インチ) を使用して、坑井掘削完了システムで操作またはその他の操作を実行します。メモリ操作は、フル サービスの電気ワイヤライン ユニットを移動させるよりも、このスリックライン輸送で実行されることがよくあります。
• 結果は地表に戻るまで分からないため、リアルタイムの坑井の動的変化をリアルタイムで監視することはできません。これにより、地表の生産速度を変更することで、メモリ ロギング中に坑井の生産条件を正確に修正または変更する能力が制限されます。これは、電力線操作でよく行われることです。
• 記録中の障害は、メモリ ツールが取得されるまでわかりません。このデータ損失は、大規模なオフショア (高価な) 場所では大きな問題になる可能性があります。陸上の場所 (米国南部テキサスなど) では、いわゆる「コモディティ」石油サービス セクターがあり、ログ記録にリグ インフラストラクチャがない場合がよくあります。これはそれほど問題ではなく、ログは問題なく再度実行されることがよくあります。

コアリングとは、ボーリング孔から岩石層の実際のサンプルを採取するプロセスです。コアリングには主に 2 つの種類があります。「フル コアリング」では、ボーリング孔が最初に岩石層を貫通するときに専用のドリル ビットを使用して岩石サンプルを採取します。「サイドウォール コアリング」では、ボーリング孔が岩石層を貫通した後に、ボーリング孔の側面から複数のサンプルを採取します。サイドウォール コアリングがフル コアリングよりも優れている点は、コストが安い (掘削を停止する必要がない) ことと、複数のサンプルを簡単に採取できることです。一方、主な欠点は、サンプルを採取した深さが不確実であることと、ツールがサンプルを採取できない可能性があることです。^{[32] [33]}

泥ログは、掘削孔内を循環する泥によって地表に運ばれた岩石や土壌の切削片を記述して作成される坑井ログです。石油業界では、通常、操業会社が契約した泥ログ会社によって作成されます。典型的な泥ログが表示するパラメータの1つは、地層ガス（ガス単位またはppm）です。「ガス記録計は通常、任意のガス単位で目盛りが付けられますが、ガス単位はさまざまなガス検知器メーカーによって異なって定義されています。実際には、検出されたガス濃度の相対的な変化のみが重要視されます。」 ^[34]現在の石油業界の標準泥ログには通常、貫入速度（ROP）、岩相、ガス炭化水素、フローライン温度（掘削流体の温度）、塩化物などのリアルタイムの掘削パラメータが含まれますが、圧力パックログの泥重量、推定間隙水圧、修正d指数（修正掘削指数）も含まれる場合があります。泥ログに通常記載されるその他の情報には、方向データ (偏差調査)、ビットの重量、回転速度、ポンプ圧力、ポンプ速度、粘度、ドリルビット情報、ケーシングシューの深さ、地層上部、泥ポンプ情報などがあります。

石油業界では、坑井ログと泥ログは通常「リアルタイム」で運営会社に転送され、運営会社はこれらのログを使用して坑井に関する運用上の決定を下し、地層の深さを周囲の坑井と相関させ、存在する炭化水素の量と質を解釈します。坑井ログの解釈に携わる専門家はログアナリストと呼ばれます。

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