特許 6739684 地表下地層のかさ密度、気孔率、および気孔径分布を決定するための方法およびシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6739684

(24)【登録日】2020年7月27日

(45)【発行日】2020年8月12日

(54)【発明の名称】地表下地層のかさ密度、気孔率、および気孔径分布を決定するための方法およびシステム

(51)【国際特許分類】

   G01N 24/08 20060101AFI20200730BHJP

【ＦＩ】

   G01N24/08 510Z

   G01N24/08 510N

【請求項の数】17

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2020-507010(P2020-507010)

(86)(22)【出願日】2018年8月9日

(86)【国際出願番号】US2018045931

(87)【国際公開番号】WO2019032783

(87)【国際公開日】20190214

【審査請求日】2020年3月27日

(31)【優先権主張番号】15/673,996

(32)【優先日】2017年8月10日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】506018363

【氏名又は名称】サウジ アラビアン オイル カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100088616

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 一平

(74)【代理人】

【識別番号】100154829

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 成

(74)【代理人】

【識別番号】100132403

【弁理士】

【氏名又は名称】永岡 儀雄

(72)【発明者】

【氏名】チャン，ジリン

(72)【発明者】

【氏名】アルトハウス，ステイシィ，エム．

(72)【発明者】

【氏名】チェン，ジン‐ホン

【審査官】 嶋田 行志

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０３３４３４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０３４１６８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２８９６２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２７２８１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１７／０４８７３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 Suggested Methods for Determining Water Content, Porosity, Density, Absorption and Related Properties and Swelling and Slake-Durability Index Properties，International Society for Rock Mechanics，１９７７年 ４月 １日，ＵＲＬ，https://fenix.ciencias.ulisboa.pt/downloadFile/1688987299217431/1154021144isrm_sm_water_content,_density,_etc_-_1977.pdf

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２２／００−２２／０４

Ｇ０１Ｎ ２４／００−２４／１４

Ｇ０１Ｒ ３３／２８−３３／６４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄｉｒｅｃｔ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地表下地層を特性評価する方法であって、
前記地表下地層の流体飽和試料の空中質量を測定することであって、前記空中質量が、前記試料の基質または粒子の質量、前記試料の周囲の流体の質量、および前記試料内部の流体の質量を含み、前記液体飽和試料の前記空中質量ｍ_ｓが式

で与えられ、
式中、ρ_ｍが前記地表下地層の基質の密度であり、ρ_ｌが前記試料の内部および周囲の前記流体の密度であり、Ｖ_ｍが前記基質の体積であり、Ｖ_φが前記試料内部の前記流体の体積であり、Ｖ_ｓｕｒが前記試料の周囲の前記流体の体積である、測定すること、
核磁気共鳴（ＮＭＲ）を使用して前記試料内部の前記流体の体積Ｖ_φおよび前記試料の周囲の前記流体の体積Ｖ_ｓｕｒを決定すること、
前記流体飽和試料を所定の体積の計量流体中に配置すること、
計量流体中の前記流体飽和試料の前記質量を測定すること、
前記計量液中にあって周囲の流体を含まない前記流体飽和試料の質量ｍ_ｆが式

によって決定すること、
式中、ρ_ｆが前記計量流体の密度である、測定すること、および
式

を使用して周囲の流体を含まない前記流体飽和試料の体積Ｖ_ｃを決定すること、
を含む方法。

【請求項2】

式

を使用して周囲の流体を含まない前記流体飽和試料のかさ密度ρ_ｂを決定すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

式

を使用して基質の前記体積Ｖ_ｍを決定すること
をさらに含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

式

を使用して前記地表下地層の基質または粒子の密度ρ_ｍを決定すること
をさらに含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

測定前に洗浄流体を使用して前記試料を洗浄することであって、前記洗浄流体が掘削流体と同じであること
をさらに含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

前記流体飽和試料の少なくとも１つの寸法が約０．５ｍｍ〜３ｍｍである、請求項１から５のいずれかに記載の方法。

【請求項7】

前記計量流体が、掘削流体、または前記掘削流体と同様の重量測定特性を有する流体である、請求項１から６のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

前記計量流体がディーゼル油である、請求項１から７のいずれかに記載の方法。

【請求項9】

前記流体飽和試料が周囲の流体の物理的除去を必要としない、請求項１から８のいずれかに記載の方法。

【請求項10】

コンピュータ実行可能命令を有する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ実行可能命令は、コンピュータが、
地表下地層の流体飽和試料の空中質量を受け取る動作であって、前記空中質量が前記試料の基質または粒子の質量、前記試料の周囲の流体の質量、および前記試料内部の流体の質量を含み、前記液体飽和試料の前記空中質量ｍ_ｓが式

で与えられ、
式中、ρ_ｍが前記地表下地層の基質の密度であり、ρ_ｌが前記試料の内部および周囲の前記流体の密度であり、Ｖ_ｍが前記基質の体積であり、Ｖ_φが前記試料内部の前記流体の体積であり、Ｖ_ｓｕｒが前記試料の周囲の前記流体の体積である、動作と、
核磁気共鳴（ＮＭＲ）を使用して前記試料内部の前記流体の体積Ｖ_φおよび前記試料の周囲の前記流体の体積Ｖ_ｓｕｒを決定する動作と、
計量流体中の前記流体飽和試料の質量を受け取る動作と、
前記計量流体中の前記流体飽和試料の質量ｍ_ｆが式

によって決定する動作と、
式中、ρ_ｆが前記計量流体の密度である、動作と、
式

を使用して周囲の流体を含まない前記流体飽和試料の体積Ｖ_ｃを決定する動作と、
を実行するのを誘発する、非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項11】

前記コンピュータ実行可能命令はさらに、前記コンピュータが、
式

を使用して周囲の流体を含まない前記流体飽和試料のかさ密度ρ_ｂを決定する動作を実行するのを誘発する、請求項１０に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項12】

前記コンピュータ実行可能命令はさらに、前記コンピュータが、
式

を使用して前記基質の体積Ｖ_ｍを決定する動作を実行するのを誘発する、請求項１１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項13】

前記コンピュータ実行可能命令はさらに、前記コンピュータが、
式

を使用して前記地表下地層の基質または粒子の密度ρ_ｍを決定する動作を実行するのを誘発する、請求項１２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項14】

地表下地層を特性評価するためのシステムであって、
地表下地層の流体飽和試料と、
前記流体飽和試料を受け取って前記流体飽和試料の空中質量を出力するように構成された天秤と、
１つまたは複数のプロセッサとコンピュータ実行可能命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体とを備えるコンピュータであって、前記コンピュータ実行可能命令は、前記１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、前記コンピュータが、
前記地表下地層の流体飽和試料の空中質量を受け取ることであって、前記空中質量が前記試料の質量、前記試料の周囲の流体の質量、および前記試料内部の流体の質量を含み、前記流体飽和試料の前記空中質量ｍ_ｓが式

で与えられ、
式中、ρ_ｍが前記地表下地層の基質の密度であり、ρ_ｌが前記試料の内部および周囲の前記流体の密度であり、Ｖ_ｍが前記基質の体積であり、Ｖ_φが前記試料内部の前記流体の体積であり、Ｖ_ｓｕｒが前記試料の周囲の前記流体の体積である、受け取ること、
核磁気共鳴（ＮＭＲ）を使用して前記試料内部の前記流体の体積Ｖ_φおよび前記試料の周囲の前記流体の体積Ｖ_ｓｕｒを決定すること、
計量流体中の前記液体飽和試料の質量を受け取ること、
前記計量流体中の周囲の流体を含まない前記流体飽和試料の前記質量ｍ_ｆが式

によって決定され、
式中、ρ_ｆが前記計量流体の密度である、受け取ること、および
式

を使用して周囲の流体を含まない前記流体飽和試料の体積Ｖ_ｃを決定すること、
を誘発する、コンピュータと、
を備えるシステム。

【請求項15】

前記コンピュータ実行可能命令はさらに、前記コンピュータが、
式

を使用して周囲の流体を含まない前記流体飽和試料のかさ密度ρ_ｂを決定することを誘発する、請求項１４に記載のシステム。

【請求項16】

前記コンピュータ実行可能命令はさらに、前記コンピュータが、
式

を使用して前記基質の体積Ｖ_ｍを決定することを誘発する、請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記コンピュータ実行可能命令はさらに、前記コンピュータが、
式

を使用して前記地表下地層の基質または粒子の密度ρ_ｍを決定することを誘発する、請求項１６に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、貯留層の評価に関する。より詳細には、実施形態の例は、地表下地層のかさ密度、気孔率、および気孔径分布を決定するための方法およびシステムに関する。これらの方法およびシステムでは、ＮＭＲ（核磁気共鳴）と重量測定技術とを組み合わせたものを利用する。

【背景技術】

【0002】

かさ密度は、貯留層の評価における最も重要なパラメータのうちの１つである。かさ密度は、貯留層内の炭化水素の埋蔵量の推定に広く使用されている。これまでの貯留層の評価および説明のための主要な貯留層物性パラメータを得るための２つの手法は、坑井検層およびコア測定である。これらの測定には費用がかかり、多くの場合、これらの測定には追加のリグ時間を必要とし、これにも非常に費用がかかる。

【0003】

例えば、かさ密度は、掘削中検層（ＬＷＤ）密度検層でリアルタイムに測定することができ、あるいはワイヤライン（ＷＬ）密度検層を使用して測定することもできる。両方ともガンマ線源を使用し、地層と相互作用した後で検出器に到達する減衰したガンマ線を測定する。一般に、ＬＷＤ密度測定は孔隙内に地層流体を有する岩石のかさ密度を表すのに対して、ＷＬ密度は侵入流体を有する岩石のかさ密度を測定するものであり、浸透率の低い非在来型岩石の場合、差は最小限であるものとする。かさ密度は、コアプラグが利用可能であるときに使用して正確に測定することができる。

【0004】

ドリルカッティングから正確な貯留層物性パラメータを得ることは、少なくとも２つの理由で有益であり望ましい。第一に、ドリルカッティングは、任意の掘削済み坑井から容易に入手可能であり、したがって作業に追加リグ時間または追加費用は付加されない。第二に、測定は坑井現場で行うことができ、掘削やその後の水圧破砕などのリアルタイムの業務上の決定のためのデータを提供することができる。

【0005】

しかしながら、カッティングの表面上の流体を除去するのは困難であるので、カッティングの体積を正確に測定することは課題である。従来の試料調製方法では、湿った紙タオルを使用して表面から余分な流体を除去するが、表面特徴の形状が不規則であるため、表面流体の完全な除去の確実性は常に疑わしい。さらに、紙タオルが乾燥し過ぎていると、カッティング試料内の液体は毛管力により失われる可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本明細書で開示される諸実施形態の例は、地表下地層のかさ密度、気孔率、および気孔径分布を決定するための改善された方法およびシステムに関する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態の一例が、地表下地層の基質または粒子の密度を決定する方法である。この方法は、地表下地層の流体飽和試料の空中質量を測定することを含み、空中質量は、試料の質量、試料の周囲の流体の質量、および試料内部の流体の質量を含む。流体飽和試料の空中質量ｍ_ｓは式

で与えられる。

【0008】

式中、ρ_ｍは地表下地層の基質の密度であり、ρ_ｌは試料の内部および周囲の流体の密度であり、Ｖ_ｍは基質の体積であり、Ｖ_φは試料内部の流体の体積であり、Ｖ_ｓｕｒは試料の周囲の流体の体積である。この方法は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）を使用して、試料内部の流体の体積Ｖ_φおよび試料の周囲の流体の体積Ｖ_ｓｕｒを別々に決定することも含む。この方法は、試料を所定の体積の計量流体中に配置すること、および、計量流体中の流体飽和試料の質量を測定すること、をさらに含むことができる。計量流体中の試料の質量ｍ_ｆは式

で与えられる。

【0009】

式中、ρ_ｆは計量流体の密度である。この方法は、式

を使用して試料の体積Ｖ_ｃを決定することをさらに含むことができる。

【0010】

この方法は、式

を使用して試料のかさ密度ρ_ｂを決定することも含むことができる。

【0011】

この方法は、式

を使用して基質の体積Ｖ_ｍを決定することをさらに含むことができる。

【0012】

この方法は、式

を使用して地表下地層の基質または粒子の密度ρ_ｍを決定することも含むことができる。

【0013】

別の実施形態例は、コンピュータ可読媒体に保存されたコンピュータプログラムに関する。非一時的コンピュータ可読媒体は、例えば、コンピュータが地表下地層の流体飽和試料の空中質量を受け取る動作を実行するのを誘発するコンピュータ実行可能命令を有することができ、空中質量は、試料の質量、試料の周囲の流体の質量、および試料内部の流体の質量を含む。流体飽和試料の空中質量ｍ_ｓは式

で与えられる。

【0014】

式中、ρ_ｍは地表下地層の基質の密度であり、ρ_ｌは試料の内部および周囲の流体の密度であり、Ｖ_ｍは基質の体積であり、Ｖ_φは試料内部の流体の体積であり、Ｖ_ｓｕｒは試料の周囲の流体の体積である。コンピュータ実行可能命令は、コンピュータがＮＭＲ測定値から試料内部の流体の体積Ｖ_φおよび試料の周囲の流体の体積Ｖ_ｓｕｒを決定するのを誘発することもできる。コンピュータ実行可能命令は、コンピュータが計量流体中の流体飽和試料の質量を受け取るのを誘発することもできる。計量流体中の試料の質量ｍ_ｆは式

で与えられる。

【0015】

式中、ρ_ｆは計量流体の密度である。コンピュータ実行可能命令は、コンピュータが式

を使用して試料の体積Ｖ_ｃを計算するのを誘発することもできる。

【0016】

コンピュータ実行可能命令はさらに、コンピュータが式

を使用して試料のかさ密度ρ_ｂを計算するのを誘発することができる。

【0017】

コンピュータ実行可能命令はさらに、コンピュータが式

を使用して基質の体積Ｖ_ｍを計算するのを誘発することができる。

【0018】

コンピュータ実行可能命令はさらに、コンピュータが式

を使用して地表下地層の基質または粒子の密度ρ_ｍを計算するのを誘発することができる。

【0019】

別の実施形態例は、地表下地層の基質または粒子の密度を決定するためのシステムである。このシステムは、地表下地層の流体飽和試料および計量天秤を含むことができ、計量天秤は、流体飽和試料を受け取って試料の空中質量および流体中質量を出力するように構成され得る。このシステムは、１つまたは複数のプロセッサとコンピュータ実行可能命令を含み得る非一時的コンピュータ可読媒体とを有するコンピュータであって、コンピュータ実行可能命令は、１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、コンピュータが計量はかりから地表下地層の流体飽和試料の空中質量を取得するのを誘発する、コンピュータも含むことができる。空中質量は、試料の質量、試料の周囲の流体の質量、および試料内部の流体の質量を含むことができる。流体飽和試料の空中質量ｍ_ｓは式

で与えられる。

【0020】

式中、ρ_ｍは地表下地層の基質の密度であり、ρ_ｌは試料の内部および周囲の流体の密度であり、Ｖ_ｍは基質の体積であり、Ｖ_φは試料内部の流体の体積であり、Ｖ_ｓｕｒは試料の周囲の流体の体積である。このシステムはＮＭＲも含むことができ、ＮＭＲは、コンピュータに動作可能に接続され、ＮＭＲを使用して試料内部の流体の体積Ｖ_φおよび試料の周囲の流体の体積Ｖ_ｓｕｒを決定するように構成され得る。コンピュータは、ＮＭＲから試料内部の流体の体積Ｖ_φおよび試料の周囲の流体の体積Ｖ_ｓｕｒと、計量はかりから計量流体中の流体飽和試料の質量とを受け取るように構成され得る。計量流体中の試料の質量ｍ_ｆは式

で与えられる。

【0021】

式中、ρ_ｆは計量流体の密度である。コンピュータ実行可能命令は、コンピュータが式

を使用して試料の体積Ｖ_ｃを決定するのを誘発することもできる。

【0022】

コンピュータ実行可能命令はさらに、コンピュータが式

を使用して試料のかさ密度ρ_ｂを決定するのを誘発することができる。

【0023】

コンピュータ実行可能命令はさらに、コンピュータが式

を使用して基質の体積Ｖ_ｍを決定するのを誘発することができる。

【0024】

コンピュータ実行可能命令はさらに、コンピュータが式

を使用して地表下地層の基質または粒子の密度ρ_ｍを決定するのを誘発することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本開示の実施形態の一例による、地表下地層の試料またはドリルカッティングの例を示す図である。

【0026】

【図2】本開示の実施形態の一例による、地表下地層の流体飽和試料の空中質量を決定するための装置例を示す図である。

【0027】

【図3】本開示の実施形態の一例による、様々な量の洗浄流体を加えた地表下地層からの試料のＮＭＲスペクトルの例を示す図である。

【0028】

【図4】本開示のいくつかの実施形態例による、地表下地層の試料のＮＭＲ結果を示すグラフの例である。

【0029】

【図5】本開示の実施形態の一例による、追加流体を少しも加えていない地表下地層からの試料のＮＭＲスペクトルの例（一方のスペクトルが増分、他方のスペクトルが累積）を示す図である。

【0030】

【図6】本開示の実施形態の一例による、地表下地層の試料のＮＭＲ結果を示すグラフの例である。

【0031】

【図7】本開示の実施形態の一例による、追加流体（この例では１．５ｍｌ）を加えた地表下地層の試料からのＮＭＲ結果の例を示す図である。

【0032】

【図8】本開示の実施形態の一例による、地表下地層の試料からのＮＭＲ結果を示すグラフの例である。

【0033】

【図9】本開示のいくつかの実施形態例による、地表下地層の流体飽和試料の流体中質量を決定するための装置例を示す図である。

【0034】

【図10】本開示のいくつかの実施形態例による、地表下地層の基質または粒子の密度を決定する方法のステップ例を示す図である。

【0035】

【図11】本開示のいくつかの実施形態例による、地表下地層の基質または粒子の密度を決定するためのコンピュータセットアップ例である。

【0036】

【図12】本開示のいくつかの実施形態例による、地表下地層の基質または粒子の密度を決定するためのシステム例である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

開示される実施形態の例は、試料調製をほとんどせずに複数の主要な貯留層物性パラメータを正確に得るために、核磁気共鳴（ＮＭＲ）測定値と空中および流体中の質量測定値とを組み合わせたものを使用してドリルカッティングを測定し分析する方法を提案する。実施形態の例は、飽和ドリルカッティングを使用してかさ密度を測定する新しい正確な方法を提示し、飽和ドリルカッティングは、任意の掘削される炭化水素坑井に容易に利用できる。この方法は、ＮＭＲと重量測定技術とを組み合わせたものであり、その結果には、ドリルカッティングのかさ密度、粒子密度、気孔率、および気孔径分布が含まれる。

【0038】

ここで図を参照すると、図１は、炭化水素貯留層などの地表下地層のドリルカッティングなどの試料１０を示す。例示の方法では、第１のステップは、地表下地層を代表するドリルカッティング１０を収集することである。次のステップは、通常はケービングからのものである大きいサイズの粒子を除去するように、および、掘削泥水と共にアップホールとダウンホールのサイクルで複数回循環しているかもしれない小さ過ぎるサイズの粒子を除去するようにサイズ分類をすることである。いくつかの実施形態では、流体飽和試料の少なくとも１つの寸法が約０．５ｍｍ〜３ｍｍであり得る。しかしながら、これらの制限は、特定の地層および掘削に使用されるビットに応じて調整することができる。

【0039】

さらに、収集されたカッティングは、十分な流体を使用して、その流体が、カッティングの表面に付着する掘削泥水からの小粒子、または質量測定値とＮＭＲ測定値の両方に影響を与え得る周囲の流体中の小粒子の影響を最小限に抑えるように洗浄され得る。洗浄は、ドリルカッティング上のガンマ線測定などの他の後続の測定にも役立つことがある。というのは、ガンマ線測定に対する小粒子の影響が大きくなり得るからである。

【0040】

図１の左側、Ａと付された図は、体積Ｖ_ｓｕｒを有する、表面上の流体３０を有するドリルカッティングチップ１０を示す。流体エンベロープ内部のカッティングの体積はＶ_ｃとして与えることができる。図１の右側、Ｂと付された図は、体積Ｖ_ｍおよび密度ρ_ｍを有する基質粒子２０（球体または他の幾何形状であり得る）と体積Ｖ_Φを有し密度ρ_ｌの流体で満たされた孔隙１５とでなるカッティングチップ１０の内部の拡大部分である。

【0041】

この方法の次のステップは、収集されたドリルカッティング１０の空中質量を測定することである。例えば、図２は、カッティング試料１０の空中質量を測定するために使用され得る支持装置１２を備えた計量天秤２５などの装置を示す。空中質量は、試料の質量、試料の周囲の流体の質量、および試料内部の流体の質量を含む。流体飽和試料の空中質量ｍ_ｓは式

で与えられる。

【0042】

式中、ρ_ｍは地表下地層の基質の密度であり、ρ_ｌは試料の内部および周囲の流体の密度であり、Ｖ_ｍは基質の体積であり、Ｖ_φは試料内部の流体の体積であり、Ｖ_ｓｕｒは試料の周囲の流体の体積である。

【0043】

次のステップは、核磁気共鳴（ＮＭＲ）を使用して試料内部の流体の体積Ｖ_φおよび試料の周囲の流体の体積Ｖ_ｓｕｒを別々に決定することである。カッティング内部の液体およびカッティング周囲の液体に対するＮＭＲ信号を明確に分離するために、十分な量の周囲流体が１回または段階的に使用され得る。粘土の鋭敏性の問題のために、非在来型プレイ（ｐｌａｙｓ）内の多くの坑井が油性泥水（ＯＢＭ）を使用して掘削される。開示される実施形態例は、２つの仮定、すなわち（１）頁岩カッティング内部の流体は短い緩和時間を有する、（２）ＯＢＭからの流体はカッティングの存在下でも長いＴ_２を有する、に基づいてカッティング表面上の流体およびカッティング試料の内部細孔からの流体のＮＭＲ信号を分離する新しい方法を提案する。

【0044】

図３は、本開示の実施形態の一例による、試料に様々な流体内容物を加えた地表下地層のＮＭＲ読取値（スペクトル）試料を示す例のグラフ３５を示す。カッティング試料に対して一連のＮＭＲ実験を行うことができ、例えば図３に示すようにＴ_２増分分布スペクトルを得ることができる。既知量の掘削流体、例えばディーゼル油をカッティング試料に徐々に加えることができ、測定を行うことができ、例えば、「１．５ＭＬディーゼル油増分」は、元のカッティング試料に１．５ｍｌのディーゼル油が加えられた後の増分Ｔ_２分布曲線を表す。Ｔ_２分布の２つのモード、例えば、自由流体を表す２５ｍｓ前後の大きなモードおよびカッティング試料内部の流体を表す１ｍｓ未満の小さなピークに注目することができる。

【0045】

カッティングに対する一連のＮＭＲ実験では、カッティング外側のＯＢＭのＴ_２信号のモード位置は、さらなる流体が徐々に加えられるにつれてより長い緩和時間へ移動し（図３）、加えられた流体の体積が表面上の流体の元の量に比べて比較的大きいときに移動が止まることを示している。また、Ｔ_２分布には２つのモードがあるので（図３）、大量の掘削流体が存在するときのカッティング内部の流体の分離および定量化が達成できることにも留意されたい。２５ｍｓ前後の大きなピークはカッティング外側の自由流体を表し、１ｍｓ未満の小さなピークはカッティング試料内部の流体を表す。最上の曲線（１．５ｍｌディーゼル油増分、ただし、「増分」という語は増分Ｔ_２分布を表す）において、２つのモードは最下の曲線（受け取ったままの、すなわち、追加のディーゼル油は加えられない）よりもさらに明確に分離される。

【0046】

図４は、カッティング試料に加えられた追加流体（ｍｌ、横軸）に対するＮＭＲによって測定された流体の総量（縦軸）の例のグラフ４０を示す。このグラフから、線４５が１のすぐ上で縦軸と交差していることが分かり、この交差部は、ディーゼル油を加える前のカッティング試料の表面上および内部の流体の総量である。図５は、追加流体が加えられていない場合のグラフ５０、Ｖ_ｓｕｒとＶ_Φの分離の単一点法を示す。ここでは、ＮＭＲ測定からの流体のＴ_２分布の累積体積５２（右側の目盛り）およびＮＭＲ測定からの流体の増分体積５３（左側の目盛り）がプロットされていることが分かる。

【0047】

上記方法のこのバリエーションでは、追加の流体は加えられない。カットオフ５１は増分Ｔ_２分布線から選択される（図５の増分曲線の谷に描かれた垂直境界線、その線の左側の体積はカッティング内部の流体体積を表し、線の右側の体積は表面上の体積、またはさらなる流体が加えられるときの可動かさ体積（ＢＶＭ）を表す）。カッティング内部の流体の全体積（５４、破線）は累積曲線５２から読み取ることができ、カッティングの表面上の体積は、全体積とカッティング内部の体積との差（図５のＶ_ｓｕｒ、または既知の量の追加流体が加えられるときの実験でのＢＶＭ）である。

【0048】

過剰な流体が存在する場合、図６のようにプロットをグラフで示すことができる。図４に示した線４５と同様に、図６に示すグラフ６０の線６５は、追加流体がカッティング試料に加えられるにつれてＮＭＲからのＢＶＭ体積測定値が増加することを示す。グラフ６０は、Ｖ_ｓｕｒおよびＶ_Φを分離するためのＢＶＭからの多点測定値、すなわちカッティング試料に加えられた流体の量に対するＢＶＭを示す。回帰線６５の切片は、カッティングの表面上の流体の体積を示す（Ｖ_ｓｕｒは回帰線の切片、すなわちこの例では１．００７３ｍｌである）。

【0049】

図７は、１．５ｍｌの流体が試料に加えられた場合の別の例のグラフ７０を示す。この場合も、ＮＭＲ測定からの流体のＴ_２分布の累積体積７５（右側の目盛り）とＮＭＲ測定からの流体のＴ_２分布の増分体積７２（左側の目盛り）の両方がプロットされている。Ｔ_２分布曲線の増分体積７２（左側の目盛り）から、「Ｔ_２ＢＶＭ」と表記した可動かさ体積の平均が見られる。様々な量の流体が試料に加えられると、ここで概説される方法またはここで概説される方法に類似した他の方法で一連の「Ｔ_２ＢＶＭ」値を得ることができ、「Ｔ_２ＢＶＭ」の使用は図８に示す。図８に示すグラフ８０は、Ｔ_２ＢＶＭ値を使用してカッティングの表面上の流体の量Ｖ_ｓｕｒを得る第３の方法を示す。回帰線８５の切片の負は、試料の表面上の流体の体積である（Ｖ_ｓｕｒは回帰線の負の切片、すなわち、この例では１．００２２２ｍｌである、ただしＴ_{２ｂｕｌｋｍｕｄ}は、試料を洗い流すための流体（掘削流体またはその他であり得る）のＴ_２緩和時間である。

【0050】

次のステップは、計量流体中の試料質量を測定することである。図９は、実施形態の一例による、試料の流体中質量を測定するための装置２５を含む実験セットアップ９０を示す。この例では、流体飽和試料１０は計量流体９４中に配置することができ、計量はかり２５は、試料１０の流体中質量を測定するために使用することができる。計量流体は、掘削流体、または掘削流体と同様の重量測定特性を有する流体とすることができる。実施形態の一例では、計量流体はディーゼル油である。

【0051】

計量流体中の試料の質量ｍ_ｆは式

で与えられる。

【0052】

式中、ρ_ｆは計量流体の密度である。貯留層の特性評価に関する以下のセクションで概説するように、２つの質量測定値とＮＭＲ測定値とを組み合わせたものから複数の主要なパラメータを得ることができる。これらのパラメータは、気孔率、カッティングの全体積、かさ密度、および基質／粒子密度を含む。例えば、この方法は、式

を使用して試料の体積Ｖ_ｃを決定することをさらに含むことができる。

【0053】

次のステップでは、この方法は、式

を使用して試料のかさ密度ρ_ｂを決定することも含む。

【0054】

次のステップでは、この方法は、式

を使用して基質の体積Ｖ_ｍを決定することをさらに含むことができる。

【0055】

最後のステップとして、この方法は、式

を使用して地表下地層の基質または粒子の密度ρ_ｍを決定することを含むことができる。

【0056】

これらの測定は、掘削された坑井全体に沿ってカッティング試料に対して行うことができ、したがって、垂直坑井または水平坑井の不均一性を評価するためにデータを得ることができる。このデータは、潜在的には、非在来型貯留層の破砕ステージの数および配置を最適化するためにリアルタイムで使用することができる。

【0057】

ここでは、試料支持装置（図１の１２）の寄与は、試料支持装置の体積がカッティングの体積に比べて最小になるように試料支持装置が選択されるので、無視される。ドリルカッティングの分析に必要な３種類の流体、すなわち、カッティング試料内の流体、掘削流体、および計量流体がある。坑井の現場では、岩石の浸透性に応じて、内部の流体は掘削流体で様々な程度に置き換えられる可能性がある。例えば、非在来型岩石のカッティングでは、カッティングの表面上の流体は内部の流体とは異なる可能性があるのに対して、非常に浸透性の高い岩石のカッティングでは、カッティング内部の元の流体は掘削流体でかなり迅速に置き換えられる。掘削流体を計量流体として選択した場合、最も複雑な状況は、２種類の流体、すなわち細孔内部の元の流体および掘削流体を伴う。高浸透性岩石に対して３つの流体のすべてが同じである場合、以下の計算はさらに簡略化され得る。以下の計算では、例として２種類の流体を使用する。

【0058】

図１０は、地表下地層の基質または粒子の密度を決定する例の方法１００を示す。方法は、ステップ１０２で地表下地層の流体飽和試料の空中質量を測定することを含み、空中質量は、試料の質量、試料の周囲の流体の質量、および試料内部の流体の質量を含む。流体飽和試料の空中質量ｍ_ｓは式

で与えられる。

【0059】

式中、ρ_ｍは地表下地層の基質の密度であり、ρ_ｌは試料の内部および周囲の流体の密度であり、Ｖ_ｍは基質の体積であり、Ｖ_φは試料内部の流体の体積であり、Ｖ_ｓｕｒは試料の周囲の流体の体積である。方法１００は、ステップ１０４で、核磁気共鳴（ＮＭＲ）を使用して試料内部の流体の体積Ｖ_φおよび試料の周囲の流体の体積Ｖ_ｓｕｒを別々に決定することも含む。方法１００は、ステップ１０６で試料を所定の体積の計量流体中に配置すること、および、ステップ１０８で計量流体中の流体飽和試料の質量を測定すること、をさらに含むことができる。計量流体中の試料の質量ｍ_ｆは式

で与えられる。

【0060】

式中、ρ_ｆは計量流体の密度である。ステップ１１０で、方法１００は、式

を使用して試料の体積Ｖ_ｃを決定することをさらに含むことができる。

【0061】

方法１００は、式

を使用して試料のかさ密度ρ_ｂを決定することも含むことができる。

【0062】

ステップ１１２で、方法１００は、式

を使用して基質の体積Ｖ_ｍを決定することをさらに含むことができる。

【0063】

最後に、ステップ１１４で、方法１００は、式

を使用して地表下地層の基質または粒子の密度ρ_ｍを決定することを含むことができる。

【0064】

〔コンピュータ可読媒体〕
別の実施形態例は、コンピュータ可読媒体に保存されたコンピュータプログラムに関する。図１１を参照すると、図１〜図１０を参照して説明した前述のプロセスは、コンピュータ可読コードで具現化することができる。コードは、例えば、ディスクドライブ１５６、１５８で読み取ることができるフロッピーディスク１６４、ＣＤ−ＲＯＭ１６２や汎用プログラマブルコンピュータの一部を形成する磁気（または他種）ハードドライブ１６０などの非一時的コンピュータ可読媒体に保存することができる。当該技術分野で知られているコンピュータは、中央処理装置１５０と、キーボード１５４などのユーザ入力装置と、フラットパネルＬＣＤディスプレイやブラウン管ディスプレイなどのユーザディスプレイ１５２と、を含む。この実施形態によれば、コンピュータ可読媒体１６０、１６２、１６４は、コンピュータが上記に記載され、前の図に関して説明された動作を実行するのを誘発するように動作可能なロジックを含む。非一時的コンピュータ可読媒体１６０、１６２、１６４は、例えば、コンピュータが地表下地層の流体飽和試料の空中質量を受け取る動作を実行するのを誘発するコンピュータ実行可能命令を有することができ、空中質量は、試料の質量、試料の周囲の流体の質量、および試料内の流体の質量を含む。流体飽和試料の空中質量ｍ_ｓは式

で与えられる。

【0065】

式中、ρ_ｍは地表下地層の基質の密度であり、ρ_ｌは試料の内部および周囲の流体の密度であり、Ｖ_ｍは基質の体積であり、Ｖ_φは試料内部の流体の体積であり、Ｖ_ｓｕｒは試料の周囲の流体の体積である。コンピュータ実行可能命令は、コンピュータが核磁気共鳴（ＮＭＲ）を使用して試料内部の流体の体積Ｖ_φおよび試料の周囲の流体の体積Ｖ_ｓｕｒを決定するのを誘発することもできる。コンピュータ実行可能命令は、コンピュータが計量流体中の流体飽和試料の質量を受け取るのを誘発することもできる。計量流体中の試料の質量ｍ_ｆは式

で与えられる。

【0066】

式中、ρ_ｆは計量流体の密度である。コンピュータ実行可能命令は、コンピュータが式

を使用して試料の体積Ｖ_ｃを決定するのを誘発することもできる。

【0067】

コンピュータ実行可能命令はさらに、コンピュータが式

を使用して試料のかさ密度ρ_ｂを決定するのを誘発することができる。

【0068】

コンピュータ実行可能命令はさらに、コンピュータが式

を使用して基質の体積Ｖ_ｍを決定するのを誘発することができる。

【0069】

コンピュータ実行可能命令はさらに、コンピュータが式

を使用して地表下地層の基質または粒子の密度ρ_ｍを決定するのを誘発することができる。

【0070】

〔システムの例〕
別の実施形態例は、地表下地層の基質または粒子の密度を決定するためのシステム１２００である。システム１２００は、図１、図２、および図９に示すような地表下地層の流体飽和試料１０を含むことができる。システム１２００は、図２および図９に示すような計量はかり２５も含むことができ、計量はかり２５は、流体飽和試料１０を受け取るとともに、試料１０の空中質量および流体中質量を出力するように構成され得る。システム１２００は、１つまたは複数のプロセッサ１５０および非一時的コンピュータ可読媒体１６０を有するコンピュータ２００も含むことができ、非一時的コンピュータ可読媒体１６０は、１つまたは複数のプロセッサ１５０によって実行されると、コンピュータ２００が計量はかり２５から地表下地層の流体飽和試料１０の空中質量を受け取るのを誘発するコンピュータ実行可能命令を含むことができる。空中質量は、試料の質量、試料の周囲の流体の質量、および試料内部の流体の質量を含むことができる。流体飽和試料の空中質量ｍ_ｓは式

で与えられる。

【0071】

式中、ρ_ｍは地表下地層の基質の密度であり、ρ_ｌは試料の内部および周囲の流体の密度であり、Ｖ_ｍは基質の体積であり、Ｖ_φは試料内部の流体の体積であり、Ｖ_ｓｕｒは試料の周囲の流体の体積である。システム１２００はＮＭＲ装置５００も含むことができ、ＮＭＲ装置５００は、コンピュータ２００に動作可能に接続され、核磁気共鳴（ＮＭＲ）を使用して試料内部の流体の体積Ｖ_φおよび試料の周囲の流体の体積Ｖ_ｓｕｒを決定するように構成され得る。コンピュータ２００は、ＮＭＲ装置５００から試料内部の流体の体積Ｖ_φおよび試料の周囲の流体の体積Ｖ_ｓｕｒを受け取り、計量はかり２５から計量流体中の流体飽和試料の質量を受け取るように構成され得る。計量流体中の試料の質量ｍ_ｆは式

で与えられる。

【0072】

式中、ρ_ｆは計量流体の密度である。コンピュータ実行可能命令は、コンピュータが式

を使用して試料の体積Ｖ_ｃを決定するのを誘発することもできる。

【0073】

コンピュータ実行可能命令はさらに、コンピュータが式

を使用して試料のかさ密度ρ_ｂを決定するのを誘発することができる。

【0074】

コンピュータ実行可能命令はさらに、コンピュータが式

を使用して基質の体積Ｖ_ｍを決定するのを誘発することができる。

【0075】

コンピュータ実行可能命令はさらに、コンピュータが式

を使用して地表下地層の基質または粒子の密度ρ_ｍを決定するのを誘発することができる。

【0076】

本発明は、限られた数の実施形態に関して記述されているが、本開示の利益を有する当業者なら、本明細書で開示される本発明の範囲から逸脱しない他の実施形態が考案され得ることを理解するであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。

【要約】

本明細書では、地表下地層の基質または粒子の密度を決定するための方法およびシステムが記述される。この方法は、地表下地層の流体飽和試料の空中質量を測定することを含み、空中質量は、試料の質量、試料の周囲の流体の質量、および試料内部の流体の質量を含む。試料内部の流体の体積Ｖ_φおよび試料の周囲の流体の体積Ｖ_ｓｕｒは核磁気共鳴（ＮＭＲ）を使用して決定される。次いで、試料は所定の体積の計量流体中に沈めることができ、計量流体中の流体飽和試料の質量ｍ_ｆが測定される。測定された値および決定された値を使用して、試料の体積Ｖ_ｃ、試料のかさ密度ρ_ｂ、基質の体積Ｖ_ｍ、および地表下地層の基質もしくは粒子の密度ρ_ｍを決定することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】