鎮北油田ジュラ紀貯留層の損傷メカニズムと貯留層保護用掘削液システムに関する研究

隠れた油層を守ることが重要な理由

中国北中部の地下深部には、ジュラ紀の厚い岩層が大量の石油を静かに抱えています。これらの資源を採取することはエネルギー需要を満たすうえで重要ですが、掘削そのものが岩石を損傷し、油を閉じ込めてしまうことがあります。鄂爾多斯盆地の鎮北油田で行われた本研究は、なぜこれらの貯留層が損傷を受けやすいのかを探り、微細な通路を保護して現場での産油量を向上させる新しいタイプの掘削液を説明します。

狭い地下の“高速道路”という課題

これらのジュラ紀貯留層の岩石は天然の石のスポンジのようなものです。小さな空隙（ポア）と、それらをつなぐ狭い通路が油の流れを可能にしています。数百の試料からの測定は、これらの岩石が一般に適度な保孔率と中程度の透水性を示すことを示しています。この組み合わせは価値がある一方で脆弱でもあります：油を産出するのに十分な連通する空隙はあるものの、通路が狭いため、掘削液に含まれる余分な粒子や押し込まれた水が入り込むと容易に閉塞し、流れを遮断してしまいます。

粘土の微片と水：見えにくい損傷原因

顕微鏡観察とX線検査により、貯留層は主に石英と長石粒子から成り、それらがカオリナイトなどの粘土鉱物で結び付けられていることが分かりました。カオリナイトは力学的に弱く、高速で流れる流体にさらされると容易に薄片状に壊れます。感受性試験では、岩石は流速の変化と淡水に最も脆弱であることが示されました。掘削液が岩石を急速に通過すると、粘土粒子が剥ぎ取られて狭い孔道に引き込まれ、そこで詰まって通路を塞ぎます。淡水は粘土を膨潤させることもあります。これらの作用が組み合わさると、開いていたマイクロ通路が詰まったボトルネックに変わり、油の流動性を急激に低下させます。

保護的な掘削液処方の設計

この損傷に対抗するため、研究チームは恒久的な塞ぎではなく一時的なバンデージのように働く掘削液システムを設計しました。いくつかの添加剤を選別した結果、油溶性の一時的閉塞材G325と、漏失を抑える“自己分解性”剤を採用しました。これらの材料の粒度はジュラ紀岩石の平均孔径に合わせて慎重に選ばれており、深く侵入するのではなく岩面に緻密で薄い層を形成します。実験室試験では、この組み合わせが岩石試料への液体浸入を大幅に低減し、潜在的な漏路の70％以上を封鎖しつつ、後に油中で分解されることでプラグ層が解除されることが示されました。処理したコアを油で洗浄すると透水性は元の約98％まで回復し、岩石内部の通路が大部分残っていることを示しました。

実験室から実際の井へ

最終試験は現場で行われました。新しい掘削液システムは鎮北油田の第11油生産場のジュラ紀貯留層で使用され、従来の掘削液を用いた既存井と比較されました。導入後、その地域のジュラ紀層からの平均試験生産量はおよそ1日あたり12立方メートルから約19立方メートルへと跳ね上がり、50％を超える増加を示しました。同じ地層を類似位置で水平井として開発した場合も、保護的な掘削液を用いた井は近隣井に比べ約50〜80％優れた成績を示しました。これらの結果は、掘削時に微視的な損傷を防ぐことが地表で明確な効果をもたらしうることを示唆します。

長期にわたって孔隙を開いたままにする

簡潔に言えば、本研究は、初期段階からやさしく扱うことで油含有岩をより損傷しにくくできることを示しています。壊れやすい粘土と狭い孔隙がジュラ紀貯留層を高速流や淡水に敏感にしていることを理解したうえで、研究者らは岩石を短期間封じて侵入を制限し、その後油中で溶解する掘削液を設計しました。この手法は岩石の微細な通路を開いたままにし、より多くの油が井径へ自由に移動できるようにします。生産者にとっては既存の油田からの収率改善を意味し、一般には地下資源のより効率的な利用と無駄な井の減少につながります。

引用: Wang, J., He, W., Zhang, M. et al. Research on the damage mechanism and reservoir protection drilling fluid system of Jurassic reservoir in Zhenbei oilfield. Sci Rep 16, 6887 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35924-5

キーワード: ジュラ紀油層, 掘削液, 貯留層損傷, 粘土微粒子の移動, 鄂爾多斯盆地