The distribution of movable fluid and its coupling influencing factors in ultra-low permeability sandstone reservoirs: a case study of Chang 6 member, Wuqi area, Ordos Basin

地球の地殻を、岩石でできた巨大で古くからのスポンジだと想像してみてください。何十年もの間、科学者たちはこのスポンジから石油を絞り出そうと試みてきました。しかし、すべてのスポンジが同じように作られているわけではありません。あるものは、水（あるいは石油）が自由に流れる大きな開いた穴を持つキッチンのスポンジのようなものです。またあるものは、非常に緻密なレンガや、穴が極めて微細で、流体が目に見えない接着剤のような微小な力によって閉じ込められている非常に硬いスポンジのようなものです。これが「超低浸透率」貯留層の世界です。これらの硬い岩石の中では、石油はただそこに座っているのではなく、岩石の微細な孔（あな）と、移動しようとする流体との間の綱引きが行われています。エネルギー企業にとっての大きな疑問は、その石油のうち、実際に「動かせる」量はどれくらいかということです。もし石油が小さすぎたり狭すぎたりする孔の中に閉じ込められていれば、それは役に立ちません。もし適切なサイズの穴に入っていれば、私たちの車を動かし、家を暖めるために汲み出すことができます。これらの微細な穴のサイズと形状を理解することが、地下深くに閉じ込められたエネルギーを解き放つ鍵となります。

本論文は、この地下世界の一片、具体的には中国のオルドス盆地にある長6（Chang 6）層について深く掘り下げています。このエリアを、石油を保持しているものの、排出が極めて困難であることで知られる、非常に硬い岩石の層だと考えてください。ホンリ・ジョン（Hongli Zhong）率いる研究チームは、これらの微細な空間のどこに「動かせる」石油が隠れているのか、そして何が一部の岩石を他の岩石よりも石油を流しやすくしているのかを正確に突き止めたいと考えました。彼らは単に推測したわけではありません。実際の岩石サンプルを取り出し、それを砕き、強力な顕微鏡で観察し、さらには孔がどのように繋がっているかを見るために、高圧の水鉄砲のような役割を果たす特殊な機械を使用しました。

以下に彼らが発見した内容を記します。これは、散らかった部屋を二つの全く異なる山に仕分ける作業に似ています。

まず、彼らはこれらの岩石が一種の混合物であることを発見しました。これらは主に石英と長石（砂の主要な構成要素のようなもの）でできており、そこにいくつかの岩石の破片が混ざっています。しかし、本当の物語は「穴」の中にあります。研究者たちは、石油が単一の大きなプールに浮いているのではなく、砂粒のサイズからウイルス程度のサイズまで、幅広い範囲の孔のネットワークの中に閉じ込められていることを発見しました。彼らは、サンプル全体にわたって「可動流体飽和度」、つまり実際に移動できる石油の割合を測定しました。数値は**31.38%から62.67%**の範囲に及びました。これは大きな差です！ある岩石は石油の半分以上が準備できている一方で、別の岩石はせいぜい3分の1程度しかありませんでした。

チームは、すべての岩石サンプルを、タイプIとタイプIIという二つの明確なチームに分けることができると気づきました。

タイプIのサンプルは、「幸運な」岩石です。これらは通常、厚い砂層の中央部や上部、つまり砂を堆積させた古代の河川のメインハイウェイのような場所にあります。これらの岩石は長石の含有量が高く、決定的なことに、「溶解孔」が多く存在します。ブロック状のチーズを酸で溶かして穴を大きくした様子を想像してみてください。これらの岩石では、穴がより大きく、かつ接続されています。これらの穴はより大きく、しばしば「ミクロン」単位（100万分の1メートル）の範囲にあります。穴が大きく、より良く接続されているため、石油はより容易に移動できます。これらのサンプルは最も高い可動流体飽和度を示し、平均して約**54.86%**でした。

タイプIIのサンプルは、「硬い」岩石です。これらは薄い層や砂体の底部に見られ、多くの場合、泥が混じっています。これらの岩石には、より小さなナノサイズの孔が多く、接続も非常に狭くなっています。それは、緻密なスポンジを通して水を押し出すのと、メッシュネットを通して押し出すことの違いのようなものです。ここでの石油は、微細な隙間に閉じ込められています。これらのサンプルは、可動流体飽和度が大幅に低く、平均して約**41.59%**でした。

最も興味深い発見の一つは、穴のサイズに関するものでした。研究者たちは、移動できる石油の量は「ミクロンサイズの」孔（0.3μmから3μmの間の穴）の存在と強く結びついていることを発見しました。もし岩石にこれら中程度のサイズの穴の良好なネットワークがあれば、石油は流れます。もしナノサイズの小さな穴しかない場合は、石油は留まったままになります。これが、これらの「超低浸透率」の岩石と、さらに硬い「タイト砂岩」との決定的な違いです。最も硬い岩石では、石油は極めて小さなナノ孔へと押し込まれ、取り出すのが非常に困難になります。しかし、ここで研究された長6層の岩石では、これらの少し大きめのミクロンサイズの穴が存在することが大きな違いを生んでいます。

論文では、岩石がどのように形成され、時間の経過とともにどのように変化したかについても考察しています。彼らは、岩石が「圧密」と呼ばれるプロセスを経て、上部の土壌の重みによって孔が押し潰され、元の空間が**65%から85%減少したことを発見しました。その後、「セメンテーション（鉱物が粒子を接着させるプロセス）」によって、空間がさらに15%から35%**減少しました。この押し潰されたにもかかわらず、タイプIの岩石は、長石が時間の経過とともに溶解したことで、新しい、より大きな石油の隠れ場所を作り出したおかげで、依然として大きな孔を維持することができました。

では、結論は何でしょうか？研究者たちは、これらの硬い岩石から実際に石油を汲み出すことができる「スイートスポット」を見つけるためには、最もよく発達したミクロンサイズの孔を持つ岩石を探すべきだと示唆しています。それは単にそこにどれだけの石油があるかではなく、石油が通るための「道」があるかどうかです。もし道が狭すぎれば（ナノスケール）、石油は行き詰まります。もし道が十分に広ければ（ミクロンスケール）、石油は移動できます。この研究は、非常に硬い岩石であっても、石油を生産する岩石としない岩石の差は、多くの場合、微細な穴のサイズとその接続の良さによって決まることを示しています。