石油掘削の仕組み

フォーミングオイル

石油は、1,000万年から6億年前の古代の海で死んだ小さな植物や動物（プランクトン）の残骸から生まれます。生物は死んだ後、海の底の砂や泥の中に沈みました。

長い年月をかけて、生物は堆積層の中で腐っていきました。これらの層には酸素がほとんど、またはまったく存在しませんでした。そこで微生物は遺体を炭素豊富な化合物に分解し、有機層を形成した。堆積物と混合された有機物質は、細粒頁岩または原岩を形成します。新しい堆積層が堆積すると、元の岩石に強い圧力と熱が加わりました。熱と圧力により有機物質が蒸留され、原油と天然ガスが生成されます。石油は源岩から流れ出て、貯留岩と呼ばれる、より厚く、より多孔質な石灰岩または砂岩に蓄積されました。地球の運動により、石油と天然ガスが、花崗岩や大理石などの不浸透性の岩石、つまりキャップロックの層の間の貯留岩に閉じ込められました。

地球のこれらの動きには次のようなものがあります。

褶曲– 水平方向の動きが内側に押し込まれ、岩層が上向きに移動して褶曲または背斜になります。

断層– 岩石の層に亀裂が入り、片側が上または下に移動します。

ピンチアウト– 不浸透性の岩石の層が貯留層の岩石の中に上向きに押し込まれます。

オイルの位置決め

石油会社に直接雇用されているか、民間企業からの契約に基づいて雇用されているかにかかわらず、地質学者は石油の発見を担当します。彼らの任務は、オイル トラップに適した条件、つまり適切な発生源の岩石、貯留層の岩石、トラップメントを見つけることです。何年も前、地質学者は、表面の特徴、表面の岩石と土壌の種類、そしておそらく浅い掘削で得られたいくつかの小さなコアサンプルを解釈しました。現代の石油地質学者は、衛星画像をさらに活用して、表面の岩石や地形も調査します。ただし、石油を見つけるために他のさまざまな方法も使用します。彼らは、高感度の重力計を使用して、石油の流れを示す可能性のある地球の重力場の小さな変化を測定したり、高感度の磁力計を使用して、石油の流れによって引き起こされた地球の磁場の小さな変化を測定したりできます。彼らは、スニッファーと呼ばれる敏感な電子鼻を使用して炭化水素の匂いを検出できます。最後に、最も一般的には、地震学を使用して、隠れた岩層を通過する衝撃波を作成し、地表に反射される波を解釈します。

地震探査では、衝撃波は次のように発生します。

衝撃波は地表の下を伝わり、さまざまな岩層によって反射されます。反射は、通過する必要がある岩層の種類または密度に応じて、異なる速度で進みます。高感度のマイクや振動検出器は衝撃波の反射を検出します。水上では水中聴音器、陸上では地震計です。地震学者は、測定値を解釈して、石油トラップとガストラップの兆候を確認します。

地質学者は石油ストライキの可能性を発見すると、陸上では GPS 座標を使用するか、水上ではマーカーブイを使用してその場所をマークします。

石油掘削の準備

サイトが選択されると、科学者はそのエリアを調査して境界を決定し、必要に応じて環境への影響調査を実施します。石油会社は、土地を掘削する前に、リース契約、所有権、および通行権へのアクセスを必要とする場合があります。オフショアサイトの場合は、法的管轄権を決定する必要があります。

法的問題が解決したら、乗組員は土地の準備に取り掛かります。

土地が準備されると、作業員はリグとメインの穴のための場所を確保するためにいくつかの穴を掘ります。実際の掘削穴の位置の周囲に、セラーと呼ばれる長方形の穴が掘られます。地下室は、作業者と掘削アクセサリのために穴の周囲に作業スペースを提供します。その後、作業員はメインの穴の掘削を開始しますが、多くの場合、メインリグではなく小型のドリルトラックを使用します。穴の最初の部分は主要部分よりも大きく浅く、大口径の導体パイプが内張りされています。乗組員は機器を一時的に保管するために側面に追加の穴を掘ります。これらの穴が完成すると、リグ機器を搬入してセットアップできるようになります。

掘削現場の遠隔地とそのアクセスによっては、トラック、ヘリコプター、バージなどで機材を搬入する必要がある場合があります。一部のリグは、リグを支える基礎がない内水域（沼地や湖など）で作業するために、船やはしけの上に構築されます。

次のセクションでは、石油掘削装置の主要なシステムについて見ていきます。

石油掘削装置システム

機器が現場に到着したら、作業員がリグをセットアップします。陸上石油掘削装置の主要なシステムは次のとおりです。

電源システム

機械システム– 電気モーターで駆動

回転装置– 回転穴あけに使用

ケーシング– 掘削孔の内側を覆い、孔の崩壊を防ぎ、掘削泥の循環を可能にする大口径のコンクリートパイプ

循環システム– 掘削泥水（水、粘土、重り材、化学物質の混合物。岩石の切粉をドリルビットから地表まで持ち上げるために使用）を圧力下でケリー、回転テーブル、ドリルパイプ、ドリルカラーを通してポンプで送ります。

デリック– 掘削装置を保持する支持構造。掘削が進むにつれてドリルパイプの新しいセクションを掘削装置に追加できるように十分な高さ

噴出防止装置– 高圧ドリルラインを密閉し、必要に応じて圧力を解放する高圧バルブ（ランドリグの下または海底に設置）。噴出（ガスや石油の制御されていない地表への噴出。火）

石油掘削プロセス

乗組員はリグを​​セットアップし、掘削作業を開始します。まず、チームはスターター穴から、オイルトラップがあると思われる場所より上のどこかにある、あらかじめ設定された深さまで表面穴を掘ります。表面に穴を開けるには、次の 5 つの基本的な手順があります。

事前に設定された深さに達したら、ケーシングを実行してセメントで固定する必要があります。ケーシングパイプ部分を穴に配置して、ケーシング自体が崩れるのを防ぎます。ケーシング パイプの外側にはスペーサーがあり、穴の中心に配置されます。

ケーシング作業員はケーシングパイプを穴に入れます。セメント作業員は、下部プラグ、セメント スラリー、上部プラグ、および掘削泥を使用して、ケーシング パイプにセメントをポンプで送り込みます。掘削泥水からの圧力により、セメントスラリーがケーシング内を移動し、ケーシングの外側と穴の間の空間を満たします。最後に、セメントを硬化させ、硬度、位置合わせ、適切なシールなどの特性をテストします。

次のセクションでは、ドリルビットが最終深さに到達すると何が起こるかを見ていきます。

オイルの検査

掘削は段階的に続行されます。作業員は掘削を行ってから、新しいケーシングを実行して固定し、その後再び掘削します。泥から切り出された岩石から貯留岩のオイルサンドが現れたとき、乗組員は井戸の最終深さに到達した可能性があります。この時点で、乗組員は掘削装置を穴から取り外し、この発見を確認するためにいくつかのテストを実行します。

最終深さに到達したら、乗組員は井戸を完成させ、制御された方法で石油がケーシングに流入できるようにします。まず、穿孔ガンを井戸の生産深さまで下げます。銃には爆発物が装填されており、ケーシングに油が流れる穴が開けられます。ケーシングに穴が開けられた後、石油とガスが坑井を通って流れ上がる導管として、小径のパイプ（チューブ）を穴に通します。パッカーと呼ばれる装置がチューブの外側に通されます。パッカーが生産レベルに設定されると、パッカーが拡張されてチューブの外側の周囲にシールが形成されます。最後に、クリスマス ツリーと呼ばれる複数のバルブ構造をチューブの上部に接続し、ケーシングの上部にセメントで固定します。クリスマスツリーを使うと、井戸からの石油の流れを制御できるようになります。

坑井が完成したら、乗組員は坑井への石油の流入を開始しなければなりません。石灰岩の貯留岩の場合、酸が井戸にポンプで送り込まれ、穴から排出されます。酸は石灰岩内の溝を溶解し、油を井戸に導きます。砂岩貯留岩の場合、プロッパント（砂、クルミの殻、アルミニウムペレット）を含む特別にブレンドされた液体が井戸にポンプで汲み上げられ、穴から排出されます。この流体からの圧力により砂岩に小さな亀裂が生じ、石油が坑井に流れ込みますが、プロパントがこれらの亀裂を開いた状態に保ちます。石油が流出すると、石油掘削装置は現場から撤去され、井戸から石油を抽出するための生産設備が設置されます。

油の抽出

リグが取り外された後、乗組員は井戸の頭にポンプを設置します。

ポンプ システムでは、電気モーターがギア ボックスを駆動し、ギア ボックスがレバーを動かします。レバーで研磨ロッドを上下に押し下げます。研磨ロッドは吸盤ロッドに取り付けられており、吸盤ロッドはポンプに取り付けられています。このシステムはポンプを上下させて吸引力を生み出し、油井を通して石油を引き上げます。

場合によっては、オイルが重すぎて流れないことがあります。このような場合、乗組員は貯水池にドリルで 2 つ目の穴を開け、圧力をかけた蒸気を注入します。蒸気からの熱で油層内の油が薄まり、圧力によって油が井戸内に押し上げられます。このプロセスは石油増進回収と呼ばれます。

最近、別の種類の石油掘削、海洋石油掘削がニュースになりました。詳細については、次のセクションで説明します。

海洋石油掘削

すべての石油が陸上や浅海で入手できるわけではありません。海底深くに埋もれた石油鉱床がいくつか見つかります。これらの石油鉱床に到達するのは危険ですが、正しく行えばやりがいも得られます。しかし、物事がうまくいかない場合、その結果は石油労働者と周囲の環境の両方にとって致命的になる可能性があります。

石油会社は音響装置を使用して、最も石油が生産される可能性が高い掘削現場を特定します。次に、移動式海洋掘削ユニット (MODU) を使用して最初の井戸を掘削します。一部のユニットは生産リグに変換されます。つまり、石油の掘削から、石油が見つかったら回収することに切り替わります。ほとんどの場合、石油会社は石油を回収するために MODU をより恒久的な石油生産リグに置き換えます。

MODU には主に 4 つのタイプがあります。

MODU の仕事は、海底を掘削して石油鉱床を見つけることです。デッキの下で水中を通って延びるドリルの部分はライザーと呼ばれます。ライザーにより、掘削液が床とリグの間を移動できるようになります。エンジニアはドリルストリング（油層まで掘削するように設計された一連のパイプ）をライザーを通して降下させます。

海底には噴出防止装置（BOP）があります。噴出防止装置には、噴出の場合にリグにつながるパイプを閉じることができる一対の油圧駆動のクランプが付いています。リグがドリルダウンするにつれて、エンジニアはドリルストリングにさらにパイプを追加する必要があります。パイプの各セクションの長さは約 30 フィート (9.1 メートル) です。

坑井の安定性を高めるために、エンジニアは陸上の石油掘削装置と同様に金属製のケーシングを使用しています。これらのケーシングは、井戸自体が崩壊するのを防ぐのに役立ちます。各ケーシングはセメント壁で裏打ちされています。井戸が深くなるにつれて、ケーシングは狭くなります。石油会社は、坑井の深さが増すにつれて、徐々に小型のドリルビットを使用します。各環状部(狭いケーシングと広いケーシングが結合する場所) で、エンジニアはライナー ハンガー O リングを使用して 2 つのセクションをシールします。

MODU が石油に到達すると、エンジニアは井戸を封鎖して生産リグの準備をする必要があります。エンジニアは一対のプラグを使用して坑井の穴を密閉します。底部のプラグは油堆積物の近くにあります。泥や海水を掘削することでプラグを所定の位置に保持する圧力が得られ、エンジニアは上部プラグを設置して油井に蓋をします。その後、油井は生産リグを引き継ぐ準備が整います。海洋生産リグは陸上の石油リグと同様に機能します。

これだけの石油掘削技術が使用され、新しい方法が開発されているにもかかわらず、需要を満たすのに十分な石油はあるのだろうか?という疑問が残ります。現在の推定では、現在および将来の発見物と現在の需要に基づいて、今後約 63 年から 95 年分の十分な石油が存在すると考えられます。

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