地層パラメーターの推定方法
【課題】比抵抗検層で取得した測定データを解析し、地熱資源開発に有用な地層の孔隙率、泥水ろ過水侵入率、地層水比抵抗値、地層水塩分濃度などの地熱資源探査に有用な情報を得ることができ、地層のパラメーターを推定できるようにすることにある。
【解決手段】掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、さらにSN値と泥水ろ過水比抵抗値から地層係数を算出し、この地層係数からアーチ経験則に基づいて孔隙率を算出する。
【解決手段】掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、さらにSN値と泥水ろ過水比抵抗値から地層係数を算出し、この地層係数からアーチ経験則に基づいて孔隙率を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、地熱資源の探査に有用な情報となる地層の孔隙率、泥水ろ過水侵入率、地層水比抵抗値、地層水塩分濃度などの情報を得て、地層パラメーターを推定する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
地熱資源開発に際しては、原油、天然ガスなどの地下資源開発と同様に、試験用の抗井を掘削し、ボーリング調査や種々の物理検層が行われており、電気検層の1種である比抵抗検層も行われている。
しかし、従来は比抵抗検層で取得した測定データを十分に解析、活用されてはいなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開昭58−198784号公報
【特許文献2】特開昭58−2688号公報
【特許文献3】特開2000−121657号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
よって、本発明における課題は、比抵抗検層で取得した測定データを解析し、地熱資源開発に有用な地層の孔隙率、泥水ろ過水侵入率、地層水比抵抗値、地層水塩分濃度などの地熱資源探査に有用な情報を得ることができ、地層のパラメーター、地熱資源の分布、性状を推定できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、さらにSN値と泥水ろ過水比抵抗値から地層係数を算出し、
この地層係数からアーチ経験則に基づいて孔隙率を算出することを特徴とする地層構造のパラメーター方法である。
【0006】
請求項2にかかる発明は、地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、
この地層比抵抗値とLN値とSN値とから泥水ろ過水侵入率を算出することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
【0007】
請求項3にかかる発明は、地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、さらにこの地層比抵抗値から地層係数を算出し、
この地層係数と地層比抵抗値とから地層水比抵抗値を算出することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
【0008】
請求項4にかかる発明は、地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、さらにこの地層比抵抗値から地層係数を算出し、
この地層係数と地層比抵抗値とから地層水比抵抗値を算出し、
この地層水比抵抗値と温度検層にて計測された地層温度とから地層水塩分濃度を算出することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
【0009】
請求項5にかかる発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の推定方法において、取得されたLN値およびSN値に対して、検層時の測定温度を標準温度に標準化する補正を加え、LN(1)値およびSN(1)値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
請求項6にかかる発明は、請求項5に記載の推定方法において、LN(1)値およびSN(1)値に対して、岩石固有比抵抗値および冷却摂理による比抵抗値を排除する補正をして、LN(2)値およびSN(2)値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
【0010】
請求項7にかかる発明は、請求項6に記載の推定方法において、検層が抗井の深さ方向に複数回にわたって実施された場合、複数の検層間の測定温度の相異に基づく偏差を補正する補正をLN(2)値およびSN(2)値に対して行って、LN(3)値およびSN(3)値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
請求項8にかかる発明は、請求項7に記載の推定方法において、LN(3)値およびSN(3)値に対して、泥水ろ過水比抵抗を標準抵抗に標準化し、さらに検層間の泥水ろ過水比抵抗の差異に基づく偏差を補正する補正を加えて、LNrev値およびSNrev値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
請求項9にかかる発明は、請求項1記載の方法で推定された孔隙率を縦軸に、請求項2記載の方法で推定された泥水ろ過水浸透率を横軸にプロットして、プロット点の集合が2つに区分された場合、孔隙率が高く、かつ泥水ろ過水浸透率が低い領域にあるプロット点の集合を粘土鉱物が満たされた部位と見なして、これより地層中の粘土鉱物分の比体積を推定することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、比抵抗検層により得られたLN値およびSN値、抗井温度、泥水比抵抗値などのデータを用いることにより、地熱資源開発に有用な地層の孔隙率、泥水ろ過水侵入率、地層水比抵抗値、地層水塩分濃度などの地熱資源探査に有用な情報を得ることができる。
なお、本発明の推定方法は、温泉資源の探査に際しても応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】LN−SNクロスプロットの一例を示すグラフである。
【図2】LN値およびSN値と抗井深度との関係を示すグラフである。
【図3】地層比抵抗値Rtと抗井深度との関係を示すグラフである。
【図4】地層係数Fと抗井深度との関係を示すグラフである。
【図5】孔隙率φと抗井深度との関係を示すグラフである。
【図6】泥水ろ過水透過率Xと抗井深度との関係を示すグラフである。
【図7】地層水比抵抗値Rwと抗井深度との関係を示すグラフである。
【図8】LN−SNクロスプロットの他の例を示すグラフである。
【図9】LN値およびSN値と抗井深度との関係を示すグラフである。
【図10】LN(1)値およびSN(1)値と抗井深度との関係を示すグラフである。
【図11】LN(2)値およびSN(2)値と抗井深度との関係を示すグラフである。
【図12】LN(3)値およびSN(3)値と抗井深度との関係を示すグラフである。
【図13】LNrev値およびSNrev値と抗井深度との関係を示すグラフである。
【図14】泥水ろ過水浸透率と孔隙率とをプロットしたグラフである。
【図15】地層中の粘土鉱物の比体積の一例を示すグラフである
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の推定方法では、次のデータを出発データとする。
1)比抵抗検層によって測定されたSN値とLN値。
2)温度検層による抗井温度。
3)使用する泥水の比抵抗値。
4)アーチ経験則での固結係数mおよび迂回係数a。
【0014】
比抵抗検層は、掘削抗井の地表電極と孔内電極との間で、孔壁を構成する地層の比抵抗を測定する方法であって、二電極法のノルマル方式が標準的に採用されている。
抗井の掘削は、ベントナイト泥水、粘土材泥水などの泥水を用い、孔壁保護を行いつつなされ、掘削された抗井内にはこれら泥水が満たされた状態となっており、この状態でゾンデを抗井内に挿入して検層が行われる。
ノルマル方式の電極配置は、孔内を降下するゾンデに取り付けられた一組の電流電極A、電位電極Mと、地表に設置した一組の電流電極B、電位電極Nとからなる。測定は、電流電極A−B間に電流Iを流し、電位電極M、N間に生じる電位差Vをゾンデを降下させつつ連続的に測定し、以下の式により電流電極Aと電位電極Mとの間隔aを半径とする地層の見掛けの比抵抗Raを求める。
Ra=4πaV/I
地熱資源開発における比抵抗検層においては、電流電極Aと電位電極Mとの間隔aが25cmである場合をショートノルマル(SN)と言い、間隔aが100cmである場合をロングノルマル(SN)と言いわれている。
【0015】
本発明では、ショートノルマルの電極配置によって測定された比抵抗値をSN値とし、ロングノルマルの電極配置によって測定された比抵抗値をLN値と呼ぶことにする。SN値は抗井の孔壁に近い領域の地層の比抵抗を示し、LN値は孔壁から離れた領域の地層の比抵抗を示すものとなる。
検層は抗井の掘削作業に連動する形で行われ、1回の掘削により深さ約500mの抗井が形成されたならば、その深さ約500mの抗井に対して1回の検層が行われ、1本の抗井の全体の深さが1500m程度であれば、3回の掘削と検層とがその実施時期をずらして行われる。
1回の検層では、例えば、その抗井の深さ方向に測定間隔10cmで比抵抗測定を行い、1回の検層により5000個程度のSN値とLN値とが組となったデータを取得する。
なお、比抵抗検層についは、例えば山口久之介(1962)「さく泉の電気検層法」昭晃堂、1〜23頁、山本 荘毅(1983)「地下水調査法」古今書院、119〜122頁などに詳しく記載されている。
【0016】
温度検層は、測温センサーを取り付けたゾンデを孔内に降下させ、細かい測定では比抵抗検層と同様に10cm間隔で測温して抗井温度を各深さでの温度を取得する。抗井温度は実際にはそこに存在する泥水の温度でもある。
泥水の比抵抗は、試験用抗井を掘削する際に使用するベントナイト泥水などの泥水自体の比抵抗値であって、これは使用する泥水の種類などを変えない限り、一定の値となる。
アーチ経験則とは、石油探査の分野で用いられ、主に堆積岩にあてはまる孔隙率φと地層比抵抗Rtとの関係であって、以下の式で示される。
F=Rt/Rw=aφ−m ・・・(1)
ここで、Fは地層係数、Rwは孔隙水の比抵抗、aは迂回係数でa=1とされ、mは固結係数と言われ、m=1または2とされる。
【0017】
次に、上述の出発データを用いて、地層の孔隙率、泥水ろ過水浸透率、地層水比抵抗値、地層水塩分濃度(以下、これらのパラメーターを出力パラメーターと呼ぶことがある)を推定する方法について説明する。
初めにこの推定方法の基本フローについて説明するが、以下の説明では深さ1100mから1600mまでの1回の掘削に伴って行った1回の比抵抗検層で得られたデータを用いる例を示す。
【0018】
まず、比抵抗検層によって得られた約5000個のSN値およびLN値を用いて、LN−SNクロスプロットを作成する。
LN−SNクロスプロットとは、図1に示すような横軸(対数目盛)にSN値(Ω−m)を、縦軸(対数目盛)にLN値(Ω−m)を取って、すべての測定位置でのLN値−SN値をプロットしたものである。1つの測定位置で1つのLN値と1つのSN値とが1組となって計測されるので、グラフ上には約5000個のドットがプロットされることになる。
【0019】
LN−SNクロスプロットでは、図1に示すように、大多数のドットが幅のある帯状で右肩上がりの集団(塊り)を形成する。
次に、このLN−SNクロスプロットからB値を算出する。これには、LN−SNクロスプロットの集団において、LN/SN値が最も高くなる上限値領域の1つを選び、この領域を通り、傾きが1である直線を引く。この直線が縦軸(SN値=1Ω−m)と交わる点のLN値をB値とする。B値の意味は、B値=log(LN/SN)と言うことができる。
このB値は、1回の同一条件での比抵抗検層によって地下の地熱資源の性状が同一の場合、1つの値が定まることになる。
図2は、図1にプロットしたSN値、LN値を深さ方向にプロットしたものである。
【0020】
次に、このB値に基づいて地層比抵抗値Rtを算出する。地層比抵抗値Rtは、抗井掘削時に泥水ろ過水が浸透せず、抗井から十分離れた領域での地層水が100%充填された岩石(地層)の比抵抗値である。地層水比抵抗値をRwとすると、地層比抵抗値Rtは、経験的に下記(2)式で表現される。
Rt=F×Rw ・・・(2)
本発明での地層比抵抗値Rtの算出は、地層係数および地層水比抵抗値が未だ求められていないので、以下の(3)式を用いて行う。
logRt=logSN値+B値 ・・・(3)
この式によって算出される地層比抵抗値は、抗井の深さ方向に検層によって得られた約5000個のSN値に対応して、抗井の深さ方向の各地層に対応して約5000個の値が算出されることになる。
図3は、このようにして算出された地層比抵抗値Rtを抗井の深さ方向にプロットしたものである。
【0021】
続いて、地層比抵抗値Rtから地層係数Fを下記(4)式によって算出する。
F=SN値/Rmf ・・・(4)
Rmfは、泥水が抗井側壁に浸透することで、泥水中の固形分がろ過された状態の泥水の比抵抗値;泥水ろ過水比抵抗値であり、一般的には測定された泥水比抵抗値の85%の値を採用する。
抗井近傍において、孔壁の崩壊、泥水により冷却に起因する摂理(裂け目)などの地層劣化がない場合、泥水ろ過水が100%置換した地層の比抵抗値Rxoは、
Rxo=F×Rmf ・・・(5)
で表される。また、抗井近傍の比抵抗値を測定するSN値はRxoを計測していることになって、
SN値=Rxo ・・・(6)
と表せる。よって、(5)式と(6)式とから(4)式が導かれることになる。
この地層係数Fは、抗井の深さ方向に検層によって得られた約5000個のSN値に対応して、抗井の深さ方向の各地層に対応して約5000個の値が算出されることになる。
図4は地層係数Fを抗井の深さ方向にプロットしたものである。
【0022】
ついで、このようにして求められた地層係数Fから出力パラメータの1つである孔隙率を算出する。孔隙率(φ)の算出は、前記(1)式に基づいて行われる。
F=aφ−m ・・・(1)
(1)式において、迂回係数aを1とし、固結係数mを地層によって1または2とすることによって孔隙率(φ)を算出する。
この孔隙率も、抗井の深さ方向の各地層に対応して約5000個の値が算出されることになる。
図5は、このようにして算出された孔隙率φを抗井の深さ方向にプロットしたものである。
【0023】
また、LN値とSN値と地層比抵抗値Rtとから泥水ろ過水浸透率Xを算出できる。この泥水ろ過水浸透率Xは、LN値の測定地点における泥水ろ過水の浸透割合を示すものである。
この場合、1つの検層位置で得られたLN値とSN値と先に述べた算出方法によって得られた同一位置での地層比抵抗値とから算出するものであり、抗井の深さ方向の各地層に対応して約5000個の値が算出されることになる。
算出には、下記(7)式が用いられる。
X=(ρLN値−ρt)/(ρSN値−ρt) ・・・(7)
ここで、ρLN値=1/LN値、ρSN値=1/SN値、ρt=1/Rtである。ρは抵抗の逆数の電導率を意味する。
図6は、このようにして算出された泥水ろ過水浸透率Xを抗井の深さ方向にプロットしたものである。
【0024】
また、地層水比抵抗値Rwを算出する。この地層水比抵抗値Rwの算出には、前記(1)式を用いる。
F=Rt/Rw ・・・(1)
すなわち、先に算出された地層比抵抗値Rtと地層係数Fとから算出される。
図7は、このようにして算出された地層水比抵抗値Rwを抗井の深さ方向にプロットしたものである。
【0025】
さらに、地層水塩分濃度Pを算出する。この地層水塩分濃度Pは、地層水に含まれている各種水溶性塩の濃度を塩化ナトリウム濃度換算でppm単位で示すものである。
この地層塩分濃度Pは、前記地層水比抵抗値Rwを用い、下記(8)式に基づいて算出される。
P=5470・((Rw・(Tis+21.5)/46.3−0.0126)(1/1.04) ・・・(8)
(8)式において、Tisは温度検層にて計測された地層温度である。
【0026】
以上の手順が4個の出力パラメーターを得るための基本フローである。
しかし、実際の比抵抗検層では、上述のように、抗井をある深さまで掘削してから1度検層を実施し、ついでさらに掘削を進めて次の検層を行うことが多く、1つの抗井の検層を複数回に分けて実施することが多い。このような複数回に分けて検層を行うと、抗井温度、泥水ろ過水比抵抗値などがその都度変わり、測定毎のSN値、LN値の連続性が得られないことになってしまう。
また、抗井掘削時の泥水によって孔壁が冷却され収縮して摂理(裂け目)が生じ、この裂け目に泥水が浸入してSN値に影響を与えること、岩石が元々持っている比抵抗値、粘土鉱物による比抵抗値がSN値およびLN値に影響を与えることもある。
本発明では、これらの影響を種々の手段にて排除し、これらの影響を排除したSNrev値、LNrev値を求め、このSNrev値、LNrev値を用いて上述の基本フローを実施することで、出力パラメーターの推定精度を高めるようにしている。
【0027】
図8は、深さ500mから1100mまでの掘削と検層を行い、ついで1100mから1600mまでの掘削と検層を行って場合に得られたSN値、LN値を用いて作成したLN−SNクロスプロットである。このプロットでは、ドットがそれぞれの検層に対応する2つの群に分かれてプロットされている。これは上述のように検層が連続性を有さずになされたことを意味している。
図9は、図8において示したLN値、SN値を抗井の深さ方向に示したものである。
【0028】
(補正ステップ1)
まず、抗井温度を標準温度(例えば、100℃)に標準化してSN値、LM値を補正する。
抗井温度の標準化による補正は、以下の(9)式で示される比抵抗値と温度との経験則によって行う。
R2=R1×(T1+21.5)/(T2+21.5) ・・・(9)
ここで、R1は温度T1での比抵抗であり、R2は温度T2での比抵抗である。
例えば、標準温度を100℃とする場合には、T2を100℃とし、T1に検層時の抗井温度を、R1にその時のSN値またはLN値を代入することで、標準温度(100℃)に標準化した時のSN値またはLN値(=R2)の値が求められる。
このようにして抗井温度を標準化することによって補正されたSN値、LN値を、SN(1)値、LN(1)値と表記する。標準温度を100℃とした時のSN(1)値およびLN(1)値は、したがって、
SN(1)値=SN値×(21.5+T1)/121.5
LN(1)値=LN値×(21.5+T1)/121.5
により算出できる。
【0029】
具体的にある抗井のある深さ位置での例を示す。検層によって、深さ850mでのLN値が218.60Ω−m、SN値が59.99Ω−m、抗井温度T1が76.31℃とすると、上記式に当てはめることにより、LN(1)値が175.97Ω−m、SN(1)値が48.29Ω−mとなる。
図10は、図9でのLN値、SN値を標準温度100℃として標準化して得られたLN(1)値、SN(1)値を抗井の深さ方向に示したものである。
【0030】
(補正ステップ2)
ついで、抗井掘削時の泥水によって孔壁が冷却され収縮して摂理(裂け目)が生じ、この裂け目に泥水が浸入してSN値に影響を与えること、岩石が元々持っている比抵抗値、粘土鉱物による比抵抗値がSN値およびLN値に影響を与える点を補正する。
この補正を行って得られたSN値をSN(2)値とし、LN値をLN(2)値とすると、SN(2)値、LN(2)値は、以下のようにして求められる。
1/SN(2)値=1/SN(1)値−1/Rc−1/Rj ・・・(10)
1/LN(2)値=1/LN(1)値−1/Rc ・・・(11)
ここで、Rcは岩石固有の比抵抗値であり、Rjは冷却されて生じた摂理に泥水ろ過水が侵入したことによって増加した比抵抗値である。
【0031】
Rcは以下のようにして求められる。
図10のグラフは、上述のようにして、抗井温度を標準温度に標準化して得られたSN(1)値、LN(1)値を抗井の深さ方向にプロットして得られた具体例である。
このグラフのデータは、深さ500mから1100mにかけて1回目の検層を行い、ついで1100mから1570mにかけて2回目の検層を行い、標準温度を100℃として補正したSN(1)値、LN(1)値を示すものである。
【0032】
そして、1回目の検層によるLN(1)値の極大値を結ぶ包括線イを引き、この包括線イの抗井の深さ方向での位置の比抵抗値を取ることで1回目の検層でのRcを求める。同様に、2回目の検層によるLN(1)値の極大値を結ぶ包括線ロを引き、この包括線ロの抗井の深さ方向での位置の比抵抗値を取ることで2回目の検層でのRcを求める。
【0033】
また、Rjは、以下のようにして求められる。
図10の1回目の検層によるSN(1)値の極大値を結ぶ包括線ハを引き、この包括線ハの抗井の深さ方向での位置の比抵抗値を取り、この比抵抗値を1回目の検層でのRcから差し引くことで1回目の検層でのRjが求められる。また、第2回目の検層によるSN(1)値の極大値を結ぶ包括線ニを引き、この包括線ニの抗井の深さ方向での位置の比抵抗値を取り、この比抵抗値を2回目の検層でのRcから差し引くことで2回目の検層でのRjが求められる。
具体例を示すと、図10に示した例において、深さ850mでの包括線イの比抵抗値が298Ω−mで、これがRcとなる。また、深さ850mでの包括線ハの比抵抗が97Ω−mで、これがRjとなる。LN(1)値が175.97Ω−m、SN(1)値が48.29Ω−mであるので、これらの数値を(10)式、(11)式に代入すると、LN(2)値が430.0Ω−m、SN(2)値が142Ω−mとなる。
図11は、このようにして補正されたSN(2)値、LN(2)値を抗井の深さ方向にプロットしたものである。
【0034】
(補正ステップ3)
この図11のグラフにおいても、図10のグラフと同様に、1回目の検層でのSN(2)値、LN(2)値と2回目の検層でのSN(2)値、LN(2)値では全体的に2回目の検層による値が高い傾向になっていることがわかる。
図10のグラフでは、1回目の検層によるLN(1)値の極大値を結ぶ包括線イと2回目の検層によるLN(1)値の極大値を結ぶ包絡線ロとには段差が生じ、非連続性を示している。この非連続性は1回目の検層時の抗井温度と2回目の検層時の抗井温度とが異なるためである。
これらLN値の極大値は孔隙率が極めて小さい堅牢な地層の比抵抗値Rcに相当し、それらを結ぶ包括線はすべての地層が堅牢な地層の場合の比抵抗値Rcと見なされ、岩石そのものの性状により変動するが(抗井温度が同一であれば)、検層間で本来的に変動しないものであるからである。
この2つの検層間における非連続性は出力パラメーターの推定精度にとって負の要素となるので、これを取り除く必要がある。
そのため、1回目の検層によるLN(1)値を補正する。上記包絡線イと包絡線ロとが連続するような修正温度(ΔT)を推定し、これを上記(9)式に代入してトライアンドエラーを行い、2つの包括線イとロとが一致するまで計算を行う。同様にして、1回目の検層によるSN(1)値も補正する。
【0035】
この検層間での抗井温度の相違を補正したSN値をSN(3)値とし、LN値をLN(3)値とすると、
SN(3)値=SN(2)値×(21.5+T1+ΔT)/(21.5+T1)
LN(3)値=LN(2)値×(21.5+T1+ΔT)/(21.5+T1)
により算出できる。
ここで、T1は抗井温度、ΔTは上記修正温度である。
ここでも先と同様に具体例を示すと、深さ850mでのLN(2)値が430.0Ω−m、SN(2)値が142Ω−mと求められ、T1(抗井温度)が76.31℃であり、ΔTを150℃と推定すると、LN(3)値は1090.2Ω−m、SN(3)値は359.7Ω−mとなる。
図12は、この検層間での抗井温度が異なることによる補正を行って得られたLN(3)値、SN(3)値を深さ方向にプロットしたグラフである。
【0036】
検層間での抗井温度の差異による補正は、すべての検層でのSN(2)値、LN(2)値について実施する必要はなく、LN(2)値の包括線が連続性を示すようになればよいので、かかる補正の対象となる検層は限られることになる。例えば、2回の検層を行った場合ではいずれか一方の検層が補正の対象となる。
【0037】
(補正ステップ4)
ついで、泥水ろ過水比抵抗を標準抵抗に標準化し、さらに泥水ろ過水比抵抗の検層間での差異による偏差を補正する補正を行って、SNrev値とLNrev値を得る。
抗井の掘削時に用いられる泥水は掘削毎にその組成を変化させることがある。
このため、検層毎に泥水比抵抗値が変化し、この変化に伴って泥水ろ過水比抵抗も検層毎に変化する。したがって、検層毎での泥水ろ過水比抵抗の変化を補正してSNrev値、LNrev値を求めることが望ましい。
【0038】
具体的には、まず泥水ろ過水比抵抗を標準抵抗、例えば1Ω−mに標準化し、ついで検層間でのB値の連続性が得られるような泥水ろ過水比抵抗値補正率αをトライアンドエラーで求めて、SNrev値、LNrev値を算出する。
ここで、αは計測された泥水比抵抗値が必ずしも実際の泥水比抵抗値を反映していないことに相当し、掘削過程で大規模な逸水が起きた場合、掘削中は泥水を使っているが逸水後は清水を使う例が地熱井掘削では見受けられる。補正が必要ない場合、α=1となる。
泥水ろ過水比抵抗値標準化および検層間の補正の前後の泥水ろ過水比抵抗値をそれぞれRmf、Rmf´とすると、算出は下記式による。
LNrev値=1/(x×(α×Rmf/Rmf´−1)/SN(3)値+1/LM(3)値)
SNrev値=SN(3)値×Rmf´/(α×Rmf)
図13は、このようにして補正されたLNrev値、SNrev値を深さ方向にプロットしたものである。
このようにして上記補正ステップ1ないし4の補正をして得られたSNrev値とLNrev値を用いて、LN−SNクロスプロットを作成し、これからB値を得る。このB値を用いて、前述の基本フローの手順に従って出力パラメーターを得る。
【0039】
以上の説明では、補正ステップ1から補正ステップ4までを行って、SNrev値、LNrev値を算出し、このSNrev値、LNrev値に基づいて上記基本フローによって出力パラメーターを算出する例を説明したが、この手順に限定されず、補正ステップのいずれか1つ以上を実施し、その時点で得られたSN値、LN値に基づいて基本フローによって出力パラメーターを算出するようにしてもよい。
【0040】
本発明では、必要に応じて地層中に存在する粘土鉱物の影響を排除してかかる推定をすることもできる。
地熱資源抗井掘削では、ガンマ線検層などによって地層内の粘土鉱物分の比体積を検量することは行われない。このため、比抵抗検層の解析では高伝導性の粘土鉱物が地層内に存在しない前提で行われているが、粘土鉱物の存在は過去および現在の熱水流動を示唆し、熱水移動できる開口性フラクチャーの存在を推定できるため、粘土鉱物の存在を知ることは地熱資源開発に有用である。
一般に、孔隙率φが増加すると泥水ろ過水も地層内に浸透しやすい。この前提で得られた孔隙率φと泥水ろ過水浸透率Xとを統計的に処理すると、地層内の粘土鉱物の比体積を推定することができる。
【0041】
上述の手法により算出されたある深さでの泥水ろ過水浸透率Xを横軸に、これと同一深さでの孔隙率φを縦軸にプロットすると、図14に示すようなグラフが得られる。
このグラフ中の右肩上がりのプロット点の塊(破線で囲った部分)が得られ、この塊から外れた点の塊(一点鎖線で囲った部分)も見受けられる。前者の塊は孔隙率が増加すると泥水ろ過水が浸透し易くなる一般則に対応し、後者の塊は、孔隙率が増加しても泥水ろ過水の浸透の徴候がない、言い換えれば他の充填物(粘土鉱物)に満たされていることに対応していると解釈される。これら2つの塊の区分けはグラフ中の実線にて想定することができる。
【0042】
計算手順は以下の通りとなる。
SN値、LN値、Rt、RmfおよびRwの逆数をσSN、σLN、σt、σmfおよびσwとすると、
σSN=σmf/F (前記(4)式に相当)
σLN=X×σmf/F+(1−X)×σw/F
σt=σw/F (前記(1)式に相当)
となる。
Fは上述の地層係数で、Xは泥水ろ過水浸透率である。
グラフの実線より上部の塊の部分について、(1−X)×σw/Fの一部は元々地層水に充填されていたのではなく粘土鉱物分に満たされており、その泥質分が導電率に寄与していると解釈できる。
したがって、粘土鉱物の導電率σsh、粘土鉱物分比体積Vcl、粘土鉱物分充填率α(α=0〜100%)、βはある孔隙率にて取れる最大の泥水ろ過水浸透率(上記グラフの実線、例えばφ=10%でβ=30%、同20%では100%)とすると、
Vcl×σsh=α×(β−X)×σw/F
Vcl×σshは粘土鉱物分の導電率σclであり、粘土鉱物分による導電率を取り除いた導電率σ’SN、σ’LN、σ’tは
σ’SN=σSN−σcl
σ’LN=σLN−σcl
σ’t =σt−σcl
となる。σwは変化しないので粘土鉱物を取り除いて考慮した地層係数F’= F×σt/σ’tとなり、粘土鉱物を取り除いて考慮した孔隙率φ’が計算される。
【0043】
粘土鉱物分σclを考慮すると、σ’SN(理論値)=σmf/F’となり、この値は上記粘土鉱物分を取り除いた導電率σ’SN=σSN−σclとは異なった値となる。
比抵抗検層測定によるSN値は実測値であり処理過程で不変であり、その逆数1/SN値=σmf/F+σj+σc+σclとなる。σc、σclはLN値に共通であることから、σ’SNと理論値σ’SN(理論値)との差はSN値に固有な冷却摂理算出に起因すると考えられる。
よって、σmf/F+σj=σmf/F’+σ’jとなり、σ’j=σmf/F+σj −σmf/F’となる。
したがって、粘土鉱物分を取り除いた泥水ろ過水侵入率X’=F’×(σ’LN−σ’t)/(σmf−σw)となる。
図15は、このようにして求められた地層中の粘土鉱物分の比体積Vclの一例を示すグラフである。
【0044】
ところで、図13では、LN値がSN値よりも低くなって逆転している地点がある(図中丸印付した部分)。これは、この位置の地層が透水性が良好で閉塞型の断裂帯があることを意味し、地熱熱水貯留層を形成しているものと解される。
地層温度Tisは抗井壁あるいは内部の泥水温度を反映している一方、貯留層は泥水ろ過水が断裂帯に浸透し、地熱熱水との対流、混合等により高温になっており、周辺部分よりも早く温度回復していると考えられる。この貯留層の温度はLN値とSN値が同一値となるようなδT(=(21.5+Tis)×(SN値/LN値−1))で計算できる。
【0045】
以上説明したように、本発明の推定方法では、抗井の比抵抗検層によって実測して得られた測定データであるLN値およびSN値に種々の演算処理を施し、必要に応じて補正処理を施すことで、この測定データから地熱資源開発に有用な地層の孔隙率などの地層パラメータを求めることができる。また、他の物理検層を必ずしも実施する必要がなく、探査費用を安価とすることができる。
【技術分野】
【0001】
この発明は、地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、地熱資源の探査に有用な情報となる地層の孔隙率、泥水ろ過水侵入率、地層水比抵抗値、地層水塩分濃度などの情報を得て、地層パラメーターを推定する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
地熱資源開発に際しては、原油、天然ガスなどの地下資源開発と同様に、試験用の抗井を掘削し、ボーリング調査や種々の物理検層が行われており、電気検層の1種である比抵抗検層も行われている。
しかし、従来は比抵抗検層で取得した測定データを十分に解析、活用されてはいなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開昭58−198784号公報
【特許文献2】特開昭58−2688号公報
【特許文献3】特開2000−121657号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
よって、本発明における課題は、比抵抗検層で取得した測定データを解析し、地熱資源開発に有用な地層の孔隙率、泥水ろ過水侵入率、地層水比抵抗値、地層水塩分濃度などの地熱資源探査に有用な情報を得ることができ、地層のパラメーター、地熱資源の分布、性状を推定できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、さらにSN値と泥水ろ過水比抵抗値から地層係数を算出し、
この地層係数からアーチ経験則に基づいて孔隙率を算出することを特徴とする地層構造のパラメーター方法である。
【0006】
請求項2にかかる発明は、地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、
この地層比抵抗値とLN値とSN値とから泥水ろ過水侵入率を算出することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
【0007】
請求項3にかかる発明は、地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、さらにこの地層比抵抗値から地層係数を算出し、
この地層係数と地層比抵抗値とから地層水比抵抗値を算出することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
【0008】
請求項4にかかる発明は、地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、さらにこの地層比抵抗値から地層係数を算出し、
この地層係数と地層比抵抗値とから地層水比抵抗値を算出し、
この地層水比抵抗値と温度検層にて計測された地層温度とから地層水塩分濃度を算出することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
【0009】
請求項5にかかる発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の推定方法において、取得されたLN値およびSN値に対して、検層時の測定温度を標準温度に標準化する補正を加え、LN(1)値およびSN(1)値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
請求項6にかかる発明は、請求項5に記載の推定方法において、LN(1)値およびSN(1)値に対して、岩石固有比抵抗値および冷却摂理による比抵抗値を排除する補正をして、LN(2)値およびSN(2)値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
【0010】
請求項7にかかる発明は、請求項6に記載の推定方法において、検層が抗井の深さ方向に複数回にわたって実施された場合、複数の検層間の測定温度の相異に基づく偏差を補正する補正をLN(2)値およびSN(2)値に対して行って、LN(3)値およびSN(3)値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
請求項8にかかる発明は、請求項7に記載の推定方法において、LN(3)値およびSN(3)値に対して、泥水ろ過水比抵抗を標準抵抗に標準化し、さらに検層間の泥水ろ過水比抵抗の差異に基づく偏差を補正する補正を加えて、LNrev値およびSNrev値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
請求項9にかかる発明は、請求項1記載の方法で推定された孔隙率を縦軸に、請求項2記載の方法で推定された泥水ろ過水浸透率を横軸にプロットして、プロット点の集合が2つに区分された場合、孔隙率が高く、かつ泥水ろ過水浸透率が低い領域にあるプロット点の集合を粘土鉱物が満たされた部位と見なして、これより地層中の粘土鉱物分の比体積を推定することを特徴とする地層パラメーターの推定方法である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、比抵抗検層により得られたLN値およびSN値、抗井温度、泥水比抵抗値などのデータを用いることにより、地熱資源開発に有用な地層の孔隙率、泥水ろ過水侵入率、地層水比抵抗値、地層水塩分濃度などの地熱資源探査に有用な情報を得ることができる。
なお、本発明の推定方法は、温泉資源の探査に際しても応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】LN−SNクロスプロットの一例を示すグラフである。
【図2】LN値およびSN値と抗井深度との関係を示すグラフである。
【図3】地層比抵抗値Rtと抗井深度との関係を示すグラフである。
【図4】地層係数Fと抗井深度との関係を示すグラフである。
【図5】孔隙率φと抗井深度との関係を示すグラフである。
【図6】泥水ろ過水透過率Xと抗井深度との関係を示すグラフである。
【図7】地層水比抵抗値Rwと抗井深度との関係を示すグラフである。
【図8】LN−SNクロスプロットの他の例を示すグラフである。
【図9】LN値およびSN値と抗井深度との関係を示すグラフである。
【図10】LN(1)値およびSN(1)値と抗井深度との関係を示すグラフである。
【図11】LN(2)値およびSN(2)値と抗井深度との関係を示すグラフである。
【図12】LN(3)値およびSN(3)値と抗井深度との関係を示すグラフである。
【図13】LNrev値およびSNrev値と抗井深度との関係を示すグラフである。
【図14】泥水ろ過水浸透率と孔隙率とをプロットしたグラフである。
【図15】地層中の粘土鉱物の比体積の一例を示すグラフである
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の推定方法では、次のデータを出発データとする。
1)比抵抗検層によって測定されたSN値とLN値。
2)温度検層による抗井温度。
3)使用する泥水の比抵抗値。
4)アーチ経験則での固結係数mおよび迂回係数a。
【0014】
比抵抗検層は、掘削抗井の地表電極と孔内電極との間で、孔壁を構成する地層の比抵抗を測定する方法であって、二電極法のノルマル方式が標準的に採用されている。
抗井の掘削は、ベントナイト泥水、粘土材泥水などの泥水を用い、孔壁保護を行いつつなされ、掘削された抗井内にはこれら泥水が満たされた状態となっており、この状態でゾンデを抗井内に挿入して検層が行われる。
ノルマル方式の電極配置は、孔内を降下するゾンデに取り付けられた一組の電流電極A、電位電極Mと、地表に設置した一組の電流電極B、電位電極Nとからなる。測定は、電流電極A−B間に電流Iを流し、電位電極M、N間に生じる電位差Vをゾンデを降下させつつ連続的に測定し、以下の式により電流電極Aと電位電極Mとの間隔aを半径とする地層の見掛けの比抵抗Raを求める。
Ra=4πaV/I
地熱資源開発における比抵抗検層においては、電流電極Aと電位電極Mとの間隔aが25cmである場合をショートノルマル(SN)と言い、間隔aが100cmである場合をロングノルマル(SN)と言いわれている。
【0015】
本発明では、ショートノルマルの電極配置によって測定された比抵抗値をSN値とし、ロングノルマルの電極配置によって測定された比抵抗値をLN値と呼ぶことにする。SN値は抗井の孔壁に近い領域の地層の比抵抗を示し、LN値は孔壁から離れた領域の地層の比抵抗を示すものとなる。
検層は抗井の掘削作業に連動する形で行われ、1回の掘削により深さ約500mの抗井が形成されたならば、その深さ約500mの抗井に対して1回の検層が行われ、1本の抗井の全体の深さが1500m程度であれば、3回の掘削と検層とがその実施時期をずらして行われる。
1回の検層では、例えば、その抗井の深さ方向に測定間隔10cmで比抵抗測定を行い、1回の検層により5000個程度のSN値とLN値とが組となったデータを取得する。
なお、比抵抗検層についは、例えば山口久之介(1962)「さく泉の電気検層法」昭晃堂、1〜23頁、山本 荘毅(1983)「地下水調査法」古今書院、119〜122頁などに詳しく記載されている。
【0016】
温度検層は、測温センサーを取り付けたゾンデを孔内に降下させ、細かい測定では比抵抗検層と同様に10cm間隔で測温して抗井温度を各深さでの温度を取得する。抗井温度は実際にはそこに存在する泥水の温度でもある。
泥水の比抵抗は、試験用抗井を掘削する際に使用するベントナイト泥水などの泥水自体の比抵抗値であって、これは使用する泥水の種類などを変えない限り、一定の値となる。
アーチ経験則とは、石油探査の分野で用いられ、主に堆積岩にあてはまる孔隙率φと地層比抵抗Rtとの関係であって、以下の式で示される。
F=Rt/Rw=aφ−m ・・・(1)
ここで、Fは地層係数、Rwは孔隙水の比抵抗、aは迂回係数でa=1とされ、mは固結係数と言われ、m=1または2とされる。
【0017】
次に、上述の出発データを用いて、地層の孔隙率、泥水ろ過水浸透率、地層水比抵抗値、地層水塩分濃度(以下、これらのパラメーターを出力パラメーターと呼ぶことがある)を推定する方法について説明する。
初めにこの推定方法の基本フローについて説明するが、以下の説明では深さ1100mから1600mまでの1回の掘削に伴って行った1回の比抵抗検層で得られたデータを用いる例を示す。
【0018】
まず、比抵抗検層によって得られた約5000個のSN値およびLN値を用いて、LN−SNクロスプロットを作成する。
LN−SNクロスプロットとは、図1に示すような横軸(対数目盛)にSN値(Ω−m)を、縦軸(対数目盛)にLN値(Ω−m)を取って、すべての測定位置でのLN値−SN値をプロットしたものである。1つの測定位置で1つのLN値と1つのSN値とが1組となって計測されるので、グラフ上には約5000個のドットがプロットされることになる。
【0019】
LN−SNクロスプロットでは、図1に示すように、大多数のドットが幅のある帯状で右肩上がりの集団(塊り)を形成する。
次に、このLN−SNクロスプロットからB値を算出する。これには、LN−SNクロスプロットの集団において、LN/SN値が最も高くなる上限値領域の1つを選び、この領域を通り、傾きが1である直線を引く。この直線が縦軸(SN値=1Ω−m)と交わる点のLN値をB値とする。B値の意味は、B値=log(LN/SN)と言うことができる。
このB値は、1回の同一条件での比抵抗検層によって地下の地熱資源の性状が同一の場合、1つの値が定まることになる。
図2は、図1にプロットしたSN値、LN値を深さ方向にプロットしたものである。
【0020】
次に、このB値に基づいて地層比抵抗値Rtを算出する。地層比抵抗値Rtは、抗井掘削時に泥水ろ過水が浸透せず、抗井から十分離れた領域での地層水が100%充填された岩石(地層)の比抵抗値である。地層水比抵抗値をRwとすると、地層比抵抗値Rtは、経験的に下記(2)式で表現される。
Rt=F×Rw ・・・(2)
本発明での地層比抵抗値Rtの算出は、地層係数および地層水比抵抗値が未だ求められていないので、以下の(3)式を用いて行う。
logRt=logSN値+B値 ・・・(3)
この式によって算出される地層比抵抗値は、抗井の深さ方向に検層によって得られた約5000個のSN値に対応して、抗井の深さ方向の各地層に対応して約5000個の値が算出されることになる。
図3は、このようにして算出された地層比抵抗値Rtを抗井の深さ方向にプロットしたものである。
【0021】
続いて、地層比抵抗値Rtから地層係数Fを下記(4)式によって算出する。
F=SN値/Rmf ・・・(4)
Rmfは、泥水が抗井側壁に浸透することで、泥水中の固形分がろ過された状態の泥水の比抵抗値;泥水ろ過水比抵抗値であり、一般的には測定された泥水比抵抗値の85%の値を採用する。
抗井近傍において、孔壁の崩壊、泥水により冷却に起因する摂理(裂け目)などの地層劣化がない場合、泥水ろ過水が100%置換した地層の比抵抗値Rxoは、
Rxo=F×Rmf ・・・(5)
で表される。また、抗井近傍の比抵抗値を測定するSN値はRxoを計測していることになって、
SN値=Rxo ・・・(6)
と表せる。よって、(5)式と(6)式とから(4)式が導かれることになる。
この地層係数Fは、抗井の深さ方向に検層によって得られた約5000個のSN値に対応して、抗井の深さ方向の各地層に対応して約5000個の値が算出されることになる。
図4は地層係数Fを抗井の深さ方向にプロットしたものである。
【0022】
ついで、このようにして求められた地層係数Fから出力パラメータの1つである孔隙率を算出する。孔隙率(φ)の算出は、前記(1)式に基づいて行われる。
F=aφ−m ・・・(1)
(1)式において、迂回係数aを1とし、固結係数mを地層によって1または2とすることによって孔隙率(φ)を算出する。
この孔隙率も、抗井の深さ方向の各地層に対応して約5000個の値が算出されることになる。
図5は、このようにして算出された孔隙率φを抗井の深さ方向にプロットしたものである。
【0023】
また、LN値とSN値と地層比抵抗値Rtとから泥水ろ過水浸透率Xを算出できる。この泥水ろ過水浸透率Xは、LN値の測定地点における泥水ろ過水の浸透割合を示すものである。
この場合、1つの検層位置で得られたLN値とSN値と先に述べた算出方法によって得られた同一位置での地層比抵抗値とから算出するものであり、抗井の深さ方向の各地層に対応して約5000個の値が算出されることになる。
算出には、下記(7)式が用いられる。
X=(ρLN値−ρt)/(ρSN値−ρt) ・・・(7)
ここで、ρLN値=1/LN値、ρSN値=1/SN値、ρt=1/Rtである。ρは抵抗の逆数の電導率を意味する。
図6は、このようにして算出された泥水ろ過水浸透率Xを抗井の深さ方向にプロットしたものである。
【0024】
また、地層水比抵抗値Rwを算出する。この地層水比抵抗値Rwの算出には、前記(1)式を用いる。
F=Rt/Rw ・・・(1)
すなわち、先に算出された地層比抵抗値Rtと地層係数Fとから算出される。
図7は、このようにして算出された地層水比抵抗値Rwを抗井の深さ方向にプロットしたものである。
【0025】
さらに、地層水塩分濃度Pを算出する。この地層水塩分濃度Pは、地層水に含まれている各種水溶性塩の濃度を塩化ナトリウム濃度換算でppm単位で示すものである。
この地層塩分濃度Pは、前記地層水比抵抗値Rwを用い、下記(8)式に基づいて算出される。
P=5470・((Rw・(Tis+21.5)/46.3−0.0126)(1/1.04) ・・・(8)
(8)式において、Tisは温度検層にて計測された地層温度である。
【0026】
以上の手順が4個の出力パラメーターを得るための基本フローである。
しかし、実際の比抵抗検層では、上述のように、抗井をある深さまで掘削してから1度検層を実施し、ついでさらに掘削を進めて次の検層を行うことが多く、1つの抗井の検層を複数回に分けて実施することが多い。このような複数回に分けて検層を行うと、抗井温度、泥水ろ過水比抵抗値などがその都度変わり、測定毎のSN値、LN値の連続性が得られないことになってしまう。
また、抗井掘削時の泥水によって孔壁が冷却され収縮して摂理(裂け目)が生じ、この裂け目に泥水が浸入してSN値に影響を与えること、岩石が元々持っている比抵抗値、粘土鉱物による比抵抗値がSN値およびLN値に影響を与えることもある。
本発明では、これらの影響を種々の手段にて排除し、これらの影響を排除したSNrev値、LNrev値を求め、このSNrev値、LNrev値を用いて上述の基本フローを実施することで、出力パラメーターの推定精度を高めるようにしている。
【0027】
図8は、深さ500mから1100mまでの掘削と検層を行い、ついで1100mから1600mまでの掘削と検層を行って場合に得られたSN値、LN値を用いて作成したLN−SNクロスプロットである。このプロットでは、ドットがそれぞれの検層に対応する2つの群に分かれてプロットされている。これは上述のように検層が連続性を有さずになされたことを意味している。
図9は、図8において示したLN値、SN値を抗井の深さ方向に示したものである。
【0028】
(補正ステップ1)
まず、抗井温度を標準温度(例えば、100℃)に標準化してSN値、LM値を補正する。
抗井温度の標準化による補正は、以下の(9)式で示される比抵抗値と温度との経験則によって行う。
R2=R1×(T1+21.5)/(T2+21.5) ・・・(9)
ここで、R1は温度T1での比抵抗であり、R2は温度T2での比抵抗である。
例えば、標準温度を100℃とする場合には、T2を100℃とし、T1に検層時の抗井温度を、R1にその時のSN値またはLN値を代入することで、標準温度(100℃)に標準化した時のSN値またはLN値(=R2)の値が求められる。
このようにして抗井温度を標準化することによって補正されたSN値、LN値を、SN(1)値、LN(1)値と表記する。標準温度を100℃とした時のSN(1)値およびLN(1)値は、したがって、
SN(1)値=SN値×(21.5+T1)/121.5
LN(1)値=LN値×(21.5+T1)/121.5
により算出できる。
【0029】
具体的にある抗井のある深さ位置での例を示す。検層によって、深さ850mでのLN値が218.60Ω−m、SN値が59.99Ω−m、抗井温度T1が76.31℃とすると、上記式に当てはめることにより、LN(1)値が175.97Ω−m、SN(1)値が48.29Ω−mとなる。
図10は、図9でのLN値、SN値を標準温度100℃として標準化して得られたLN(1)値、SN(1)値を抗井の深さ方向に示したものである。
【0030】
(補正ステップ2)
ついで、抗井掘削時の泥水によって孔壁が冷却され収縮して摂理(裂け目)が生じ、この裂け目に泥水が浸入してSN値に影響を与えること、岩石が元々持っている比抵抗値、粘土鉱物による比抵抗値がSN値およびLN値に影響を与える点を補正する。
この補正を行って得られたSN値をSN(2)値とし、LN値をLN(2)値とすると、SN(2)値、LN(2)値は、以下のようにして求められる。
1/SN(2)値=1/SN(1)値−1/Rc−1/Rj ・・・(10)
1/LN(2)値=1/LN(1)値−1/Rc ・・・(11)
ここで、Rcは岩石固有の比抵抗値であり、Rjは冷却されて生じた摂理に泥水ろ過水が侵入したことによって増加した比抵抗値である。
【0031】
Rcは以下のようにして求められる。
図10のグラフは、上述のようにして、抗井温度を標準温度に標準化して得られたSN(1)値、LN(1)値を抗井の深さ方向にプロットして得られた具体例である。
このグラフのデータは、深さ500mから1100mにかけて1回目の検層を行い、ついで1100mから1570mにかけて2回目の検層を行い、標準温度を100℃として補正したSN(1)値、LN(1)値を示すものである。
【0032】
そして、1回目の検層によるLN(1)値の極大値を結ぶ包括線イを引き、この包括線イの抗井の深さ方向での位置の比抵抗値を取ることで1回目の検層でのRcを求める。同様に、2回目の検層によるLN(1)値の極大値を結ぶ包括線ロを引き、この包括線ロの抗井の深さ方向での位置の比抵抗値を取ることで2回目の検層でのRcを求める。
【0033】
また、Rjは、以下のようにして求められる。
図10の1回目の検層によるSN(1)値の極大値を結ぶ包括線ハを引き、この包括線ハの抗井の深さ方向での位置の比抵抗値を取り、この比抵抗値を1回目の検層でのRcから差し引くことで1回目の検層でのRjが求められる。また、第2回目の検層によるSN(1)値の極大値を結ぶ包括線ニを引き、この包括線ニの抗井の深さ方向での位置の比抵抗値を取り、この比抵抗値を2回目の検層でのRcから差し引くことで2回目の検層でのRjが求められる。
具体例を示すと、図10に示した例において、深さ850mでの包括線イの比抵抗値が298Ω−mで、これがRcとなる。また、深さ850mでの包括線ハの比抵抗が97Ω−mで、これがRjとなる。LN(1)値が175.97Ω−m、SN(1)値が48.29Ω−mであるので、これらの数値を(10)式、(11)式に代入すると、LN(2)値が430.0Ω−m、SN(2)値が142Ω−mとなる。
図11は、このようにして補正されたSN(2)値、LN(2)値を抗井の深さ方向にプロットしたものである。
【0034】
(補正ステップ3)
この図11のグラフにおいても、図10のグラフと同様に、1回目の検層でのSN(2)値、LN(2)値と2回目の検層でのSN(2)値、LN(2)値では全体的に2回目の検層による値が高い傾向になっていることがわかる。
図10のグラフでは、1回目の検層によるLN(1)値の極大値を結ぶ包括線イと2回目の検層によるLN(1)値の極大値を結ぶ包絡線ロとには段差が生じ、非連続性を示している。この非連続性は1回目の検層時の抗井温度と2回目の検層時の抗井温度とが異なるためである。
これらLN値の極大値は孔隙率が極めて小さい堅牢な地層の比抵抗値Rcに相当し、それらを結ぶ包括線はすべての地層が堅牢な地層の場合の比抵抗値Rcと見なされ、岩石そのものの性状により変動するが(抗井温度が同一であれば)、検層間で本来的に変動しないものであるからである。
この2つの検層間における非連続性は出力パラメーターの推定精度にとって負の要素となるので、これを取り除く必要がある。
そのため、1回目の検層によるLN(1)値を補正する。上記包絡線イと包絡線ロとが連続するような修正温度(ΔT)を推定し、これを上記(9)式に代入してトライアンドエラーを行い、2つの包括線イとロとが一致するまで計算を行う。同様にして、1回目の検層によるSN(1)値も補正する。
【0035】
この検層間での抗井温度の相違を補正したSN値をSN(3)値とし、LN値をLN(3)値とすると、
SN(3)値=SN(2)値×(21.5+T1+ΔT)/(21.5+T1)
LN(3)値=LN(2)値×(21.5+T1+ΔT)/(21.5+T1)
により算出できる。
ここで、T1は抗井温度、ΔTは上記修正温度である。
ここでも先と同様に具体例を示すと、深さ850mでのLN(2)値が430.0Ω−m、SN(2)値が142Ω−mと求められ、T1(抗井温度)が76.31℃であり、ΔTを150℃と推定すると、LN(3)値は1090.2Ω−m、SN(3)値は359.7Ω−mとなる。
図12は、この検層間での抗井温度が異なることによる補正を行って得られたLN(3)値、SN(3)値を深さ方向にプロットしたグラフである。
【0036】
検層間での抗井温度の差異による補正は、すべての検層でのSN(2)値、LN(2)値について実施する必要はなく、LN(2)値の包括線が連続性を示すようになればよいので、かかる補正の対象となる検層は限られることになる。例えば、2回の検層を行った場合ではいずれか一方の検層が補正の対象となる。
【0037】
(補正ステップ4)
ついで、泥水ろ過水比抵抗を標準抵抗に標準化し、さらに泥水ろ過水比抵抗の検層間での差異による偏差を補正する補正を行って、SNrev値とLNrev値を得る。
抗井の掘削時に用いられる泥水は掘削毎にその組成を変化させることがある。
このため、検層毎に泥水比抵抗値が変化し、この変化に伴って泥水ろ過水比抵抗も検層毎に変化する。したがって、検層毎での泥水ろ過水比抵抗の変化を補正してSNrev値、LNrev値を求めることが望ましい。
【0038】
具体的には、まず泥水ろ過水比抵抗を標準抵抗、例えば1Ω−mに標準化し、ついで検層間でのB値の連続性が得られるような泥水ろ過水比抵抗値補正率αをトライアンドエラーで求めて、SNrev値、LNrev値を算出する。
ここで、αは計測された泥水比抵抗値が必ずしも実際の泥水比抵抗値を反映していないことに相当し、掘削過程で大規模な逸水が起きた場合、掘削中は泥水を使っているが逸水後は清水を使う例が地熱井掘削では見受けられる。補正が必要ない場合、α=1となる。
泥水ろ過水比抵抗値標準化および検層間の補正の前後の泥水ろ過水比抵抗値をそれぞれRmf、Rmf´とすると、算出は下記式による。
LNrev値=1/(x×(α×Rmf/Rmf´−1)/SN(3)値+1/LM(3)値)
SNrev値=SN(3)値×Rmf´/(α×Rmf)
図13は、このようにして補正されたLNrev値、SNrev値を深さ方向にプロットしたものである。
このようにして上記補正ステップ1ないし4の補正をして得られたSNrev値とLNrev値を用いて、LN−SNクロスプロットを作成し、これからB値を得る。このB値を用いて、前述の基本フローの手順に従って出力パラメーターを得る。
【0039】
以上の説明では、補正ステップ1から補正ステップ4までを行って、SNrev値、LNrev値を算出し、このSNrev値、LNrev値に基づいて上記基本フローによって出力パラメーターを算出する例を説明したが、この手順に限定されず、補正ステップのいずれか1つ以上を実施し、その時点で得られたSN値、LN値に基づいて基本フローによって出力パラメーターを算出するようにしてもよい。
【0040】
本発明では、必要に応じて地層中に存在する粘土鉱物の影響を排除してかかる推定をすることもできる。
地熱資源抗井掘削では、ガンマ線検層などによって地層内の粘土鉱物分の比体積を検量することは行われない。このため、比抵抗検層の解析では高伝導性の粘土鉱物が地層内に存在しない前提で行われているが、粘土鉱物の存在は過去および現在の熱水流動を示唆し、熱水移動できる開口性フラクチャーの存在を推定できるため、粘土鉱物の存在を知ることは地熱資源開発に有用である。
一般に、孔隙率φが増加すると泥水ろ過水も地層内に浸透しやすい。この前提で得られた孔隙率φと泥水ろ過水浸透率Xとを統計的に処理すると、地層内の粘土鉱物の比体積を推定することができる。
【0041】
上述の手法により算出されたある深さでの泥水ろ過水浸透率Xを横軸に、これと同一深さでの孔隙率φを縦軸にプロットすると、図14に示すようなグラフが得られる。
このグラフ中の右肩上がりのプロット点の塊(破線で囲った部分)が得られ、この塊から外れた点の塊(一点鎖線で囲った部分)も見受けられる。前者の塊は孔隙率が増加すると泥水ろ過水が浸透し易くなる一般則に対応し、後者の塊は、孔隙率が増加しても泥水ろ過水の浸透の徴候がない、言い換えれば他の充填物(粘土鉱物)に満たされていることに対応していると解釈される。これら2つの塊の区分けはグラフ中の実線にて想定することができる。
【0042】
計算手順は以下の通りとなる。
SN値、LN値、Rt、RmfおよびRwの逆数をσSN、σLN、σt、σmfおよびσwとすると、
σSN=σmf/F (前記(4)式に相当)
σLN=X×σmf/F+(1−X)×σw/F
σt=σw/F (前記(1)式に相当)
となる。
Fは上述の地層係数で、Xは泥水ろ過水浸透率である。
グラフの実線より上部の塊の部分について、(1−X)×σw/Fの一部は元々地層水に充填されていたのではなく粘土鉱物分に満たされており、その泥質分が導電率に寄与していると解釈できる。
したがって、粘土鉱物の導電率σsh、粘土鉱物分比体積Vcl、粘土鉱物分充填率α(α=0〜100%)、βはある孔隙率にて取れる最大の泥水ろ過水浸透率(上記グラフの実線、例えばφ=10%でβ=30%、同20%では100%)とすると、
Vcl×σsh=α×(β−X)×σw/F
Vcl×σshは粘土鉱物分の導電率σclであり、粘土鉱物分による導電率を取り除いた導電率σ’SN、σ’LN、σ’tは
σ’SN=σSN−σcl
σ’LN=σLN−σcl
σ’t =σt−σcl
となる。σwは変化しないので粘土鉱物を取り除いて考慮した地層係数F’= F×σt/σ’tとなり、粘土鉱物を取り除いて考慮した孔隙率φ’が計算される。
【0043】
粘土鉱物分σclを考慮すると、σ’SN(理論値)=σmf/F’となり、この値は上記粘土鉱物分を取り除いた導電率σ’SN=σSN−σclとは異なった値となる。
比抵抗検層測定によるSN値は実測値であり処理過程で不変であり、その逆数1/SN値=σmf/F+σj+σc+σclとなる。σc、σclはLN値に共通であることから、σ’SNと理論値σ’SN(理論値)との差はSN値に固有な冷却摂理算出に起因すると考えられる。
よって、σmf/F+σj=σmf/F’+σ’jとなり、σ’j=σmf/F+σj −σmf/F’となる。
したがって、粘土鉱物分を取り除いた泥水ろ過水侵入率X’=F’×(σ’LN−σ’t)/(σmf−σw)となる。
図15は、このようにして求められた地層中の粘土鉱物分の比体積Vclの一例を示すグラフである。
【0044】
ところで、図13では、LN値がSN値よりも低くなって逆転している地点がある(図中丸印付した部分)。これは、この位置の地層が透水性が良好で閉塞型の断裂帯があることを意味し、地熱熱水貯留層を形成しているものと解される。
地層温度Tisは抗井壁あるいは内部の泥水温度を反映している一方、貯留層は泥水ろ過水が断裂帯に浸透し、地熱熱水との対流、混合等により高温になっており、周辺部分よりも早く温度回復していると考えられる。この貯留層の温度はLN値とSN値が同一値となるようなδT(=(21.5+Tis)×(SN値/LN値−1))で計算できる。
【0045】
以上説明したように、本発明の推定方法では、抗井の比抵抗検層によって実測して得られた測定データであるLN値およびSN値に種々の演算処理を施し、必要に応じて補正処理を施すことで、この測定データから地熱資源開発に有用な地層の孔隙率などの地層パラメータを求めることができる。また、他の物理検層を必ずしも実施する必要がなく、探査費用を安価とすることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、さらにSN値と泥水ろ過水比抵抗値から地層係数を算出し、
この地層係数からアーチ経験則に基づいて孔隙率を算出することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【請求項2】
地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、
この地層比抵抗値とLN値とSN値とから泥水ろ過水侵入率を算出することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【請求項3】
地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、さらにこの地層比抵抗値から地層係数を算出し、
この地層係数と地層比抵抗値とから地層水比抵抗値を算出することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【請求項4】
地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、さらにこの地層比抵抗値から地層係数を算出し、
この地層係数と地層比抵抗値とから地層水比抵抗値を算出し、
この地層水比抵抗値と温度検層にて計測された地層温度とから地層水塩分濃度を算出することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【請求項5】
請求項1ないし4のいずれかに記載の推定方法において、取得されたLN値およびSN値に対して、検層時の測定温度を標準温度に標準化する補正を加え、LN(1)値およびSN(1)値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【請求項6】
請求項5に記載の推定方法において、LN(1)値およびSN(1)値に対して、岩石固有比抵抗値および冷却摂理による比抵抗値を排除する補正をして、LN(2)値およびSN(2)値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【請求項7】
請求項6に記載の推定方法において、検層が抗井の深さ方向に複数回にわたって実施された場合、複数の検層間の測定温度の相異に基づく偏差を補正する補正をLN(2)値およびSN(2)値に対して行って、LN(3)値およびSN(3)値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメータの推定方法。
【請求項8】
請求項7に記載の推定方法において、LN(3)値およびSN(3)値に対して、泥水ろ過水比抵抗を標準抵抗に標準化し、さらに検層間の泥水ろ過水比抵抗の差異に基づく偏差を補正する補正を加えて、LNrev値およびSNrev値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【請求項9】
請求項1記載の方法で推定された孔隙率を縦軸に、請求項2記載の方法で推定された泥水ろ過水浸透率を横軸にプロットして、プロット点の集合が2つに区分された場合、孔隙率が高く、かつ泥水ろ過水浸透率が低い領域にあるプロット点の集合を粘土鉱物が満たされた部位と見なして、これより地層中の粘土鉱物分の比体積を推定することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【請求項1】
地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、さらにSN値と泥水ろ過水比抵抗値から地層係数を算出し、
この地層係数からアーチ経験則に基づいて孔隙率を算出することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【請求項2】
地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、
この地層比抵抗値とLN値とSN値とから泥水ろ過水侵入率を算出することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【請求項3】
地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、さらにこの地層比抵抗値から地層係数を算出し、
この地層係数と地層比抵抗値とから地層水比抵抗値を算出することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【請求項4】
地熱掘削抗井の比抵抗検層を行い、これにより抗井の深さ方向の多数の測定位置でのLN値およびSN値を取得し、
この多数のLN値およびSN値をグラフ上にプロットしてLN−SNクロスプロットを作成し、このLN−SNクロスプロットからB値を求め、
このB値に基づいて地層比抵抗値を算出し、さらにこの地層比抵抗値から地層係数を算出し、
この地層係数と地層比抵抗値とから地層水比抵抗値を算出し、
この地層水比抵抗値と温度検層にて計測された地層温度とから地層水塩分濃度を算出することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【請求項5】
請求項1ないし4のいずれかに記載の推定方法において、取得されたLN値およびSN値に対して、検層時の測定温度を標準温度に標準化する補正を加え、LN(1)値およびSN(1)値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【請求項6】
請求項5に記載の推定方法において、LN(1)値およびSN(1)値に対して、岩石固有比抵抗値および冷却摂理による比抵抗値を排除する補正をして、LN(2)値およびSN(2)値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【請求項7】
請求項6に記載の推定方法において、検層が抗井の深さ方向に複数回にわたって実施された場合、複数の検層間の測定温度の相異に基づく偏差を補正する補正をLN(2)値およびSN(2)値に対して行って、LN(3)値およびSN(3)値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメータの推定方法。
【請求項8】
請求項7に記載の推定方法において、LN(3)値およびSN(3)値に対して、泥水ろ過水比抵抗を標準抵抗に標準化し、さらに検層間の泥水ろ過水比抵抗の差異に基づく偏差を補正する補正を加えて、LNrev値およびSNrev値とし、この値を用いてLN−SNクロスプロットを作成することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【請求項9】
請求項1記載の方法で推定された孔隙率を縦軸に、請求項2記載の方法で推定された泥水ろ過水浸透率を横軸にプロットして、プロット点の集合が2つに区分された場合、孔隙率が高く、かつ泥水ろ過水浸透率が低い領域にあるプロット点の集合を粘土鉱物が満たされた部位と見なして、これより地層中の粘土鉱物分の比体積を推定することを特徴とする地層パラメーターの推定方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図2】
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【図4】
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【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【公開番号】特開2012−37422(P2012−37422A)
【公開日】平成24年2月23日(2012.2.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−178733(P2010−178733)
【出願日】平成22年8月9日(2010.8.9)
【出願人】(000217686)電源開発株式会社 (207)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年2月23日(2012.2.23)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年8月9日(2010.8.9)
【出願人】(000217686)電源開発株式会社 (207)
【Fターム(参考)】
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