(57)【要約】-地下にある帯水層中の細菌個体群の作用による、オイル貯留層またはトラップ中に閉じ込められた炭化水素の生分解をモデル化する方法。-貯留層の形状および高さ、多孔性媒体の物理特性、炭化水素と水の間の遷移ゾーンの厚さ、炭化水素の組成、貯留層に入る電子受容体のフローについての調査対象の貯留層に関するデータ、ならびに帯水層中の細菌個体群に関するデータから、各格子状セルの高さが遷移ゾーンの厚さである格子で貯留層を区分することによってモデル化を実施し、細菌個体群の各格子状セルにおいて、利用できる炭化水素の量、利用できる細孔空間、貯留層中に存在する電子受容体の量および前記個体群の分解能力に対する調節を繰り返すことによって、前記貯留層の高さにわたる、生分解の影響の下での炭化水素の重質フラクションの割合の変化を決定する。-適用分野:貯留層中のオイルの組成、特に最も重質のフラクションの位置の決定。
2005504977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯留層の開発条件を決定するために、貯留層の形状および高さ、多孔性媒体の物理特性、炭化水素と水層との間の遷移ゾーンの厚さ、炭化水素の組成、貯留層に入る電子受容体のフローについての調査対象の貯留層に関するデータ、ならびに帯水層中の細菌個体群に関するデータから、調査対象のオイル貯留層中またはトラップ中にトラップされた炭化水素の、帯水層中の細菌個体群の作用による漸進的生分解をモデル化する方法であって、
-各格子状セルの高さが遷移ゾーンの厚さである格子によって貯留層を区分するステップと、
-細菌個体群の各格子状セルにおいて、利用できる炭化水素の量、利用できる細孔空間、貯留層中に存在する電子受容体の量および前記個体群の分解能力に対する調節を繰り返すことによって、前記貯留層の高さにわたる、生分解の影響の下での炭化水素の重質フラクションの割合の変化を決定するステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
貯留層を支配する条件、特に温度自体が生分解の助けとなる場合、貯留層の初期の炭化水充てん速度を最初に決めることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調査対象の貯留層(reservoir)に関するデータから、帯水層中の細菌個体群の作用によるオイル貯留層またはトラップ中に閉じ込められた炭化水素の生分解をモデル化する方法に関する。
【０００２】
本発明による方法は、とりわけリスク区域から調査を方向付けたいと願う地質学者に特に有用な評価のツールをもたらすことができる。
【背景技術】
【０００３】
オイルの生分解は、微生物または細菌フローラによるある種の炭化水素分子の酸化によって引き起こされる、重油の生成をもたらす変化現象であり、したがって製造することが困難で、経済的にコスト効率がよいとはいえない。細菌は呼吸するときにこれらの分子を消費し、その増殖および複製に必須な元素を得る。この現象の研究は、重油の存在が主要なリスクである深海の探査の展開に関する新たな関心を惹起している。生分解リスクを予測し、この現象を説明するのに利用できる手段は多くはないが、他方、定量的なツールの開発の経済的必要性は今日非常に大きい。
【０００４】
生分解は微生物によって行われる低温燃焼に類似した生物地球化学的プロセスである。炭化水素化合物を分解できる細菌は、実際は電子受容体イオン(酸化剤と比較される)を用い、還元剤を退ける炭化水素消費マシーンとして考えることができる。
【０００５】
生分解が存在するための第一条件は当然微生物の存在である。微生物は堆積層の表面に沈着して以来、あるいは天水によってそこにもたらされたことによって媒体中に存在する。石油有機物質または他の炭素源(ＣＯ2、炭酸イオン等)が存在しない場合、細菌は包嚢に包まれて、非常に長期間保存される。
【０００６】
有機物質の分解を引き起こす２つの異なる細菌メカニズムがあることが知られている。
-呼吸作用とも称される異化作用。これはＡＴＰ(アデノシン３リン酸)分子中に貯えられているエネルギーを供給するための、酸化による有機物質の分解プロセスである。これは有機物質と電子受容体(必ずしも酸素である必要はない)を必要とする。化学的収支はまだよく分かっておらず、それぞれの炭化水素分子について変わる。
-同化作用。細菌の複製および増殖を可能にする細胞性物質の生成プロセスである。細菌はそのすべての構成元素、主にＣ、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｋ、Ｐを必要とする。細菌中のこれらの各元素の割合がわかれば媒体中でのその相対的な消費の第１の収支が得られることになる。同化作用は、呼吸によって供給されたエネルギーを使用してその化学反応を実行する。したがって、その同化作用を実行する細菌の全体的な化学収支は、細胞物質および呼吸の発生に関連する収支の組合せである。
【０００７】
呼吸は恒久的なプロセスであるが、同化作用は細菌の一生における特定の時点だけに起こるものである。炭化水素の分解においては呼吸が同化作用に対して優勢であると考えられたので、呼吸だけが研究されてきた。しかし、この２つのメカニズムは無関係ではない。細菌がその同化プロセスを実行する場合、エネルギーを多く必要とするので呼吸は増加する。
【０００８】
以下の表は、オイル貯留層で観察される電子の供給源および供与体ならびに反応生成物の例を示す。
【０００９】
【表１】
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【００１０】
北海のＧullfaks油田からのデータによる油田の既知の生分解モデルが以下の出版物に記載されている。
-Horstad I., Larter S.R., Mills N.のA quantitative model of biological petroleum degradation within the Brent group reservoir", Org.Geochem., 第19巻、107〜117頁。
【００１１】
このモデルによれば、炭化水素によるトラップの充てん(filling)は一定したフローによるものであると考えられる。電子受容体で飽和された水層も一定したフローで循環する。フィールドは単純な平行六面体状の対称を有している。遷移ゾーン(transition zone)に充てんする間の４種のn-アルカンの崩壊は、実験室で得られる通常の一次の速度論的法則によって計算される。収支式は、炭化水素崩壊の速度項と、対流による炭化水素および電子供与体供給の項からなる。分解は好気性と硫酸塩還元の二重による。
【００１２】
この系では、電子受容体の供給が制限因子である。系を制御するパラメータは遷移ゾーンの厚さ、遷移ゾーン下での水層の流速である。この種のモデルで得られた結果はあまり実際的ではない。これはその収支と選択した反応速度機構のためであり、後者は細菌の反応機構および細菌によって展開される攻撃メカニズムに関する知見の欠如と関連している。
【００１３】
浅い汚染層での生分解をシミュレーションするために、多孔性媒体や物質移動のより複雑なアプローチを用いたモデルが一般に使用される。SIMUSCOPモデルがよく使用される。これによって、以下の出版物に記載されている成果を基に本出願者が開発した、サブオイル(suboil)の２Ｄ-グリッド化およびＢＴＥＸでの好気性生分解の計算が可能になる。
-Come J.M.,Experimentation et modelisation de procedes in situ de depollution par biodegradation aerobie des aquiferes contamines par des hydrocarbures,memoire de these,pp.75-93,april 95.
ECHOSCAN社によって開発されたソフトウェアＢＩＯ１Ｄ、ＲＴ３ＤまたはPARSSIM１(テキサス大学)も挙げることができる。これらのモデルに関する資料は以下のインターネットアドレスで入手できる。
-Ｍodel ＢＩＯ１Ｄ:http://people.becon.org/〜echoscan/13-22.htm
-Ｍodel PARSSIM:http://king.ticaｍ.utexas.edu/Groups/SubSurfMod/ColorPictures/caption.html
-Ｍodel ＲＴ３Ｄ:http://bioprocess.pnl.gov/rt３d descrip.htm.
汚染除去の枠組みに入る生分解のシミュレーションに関する文献も以下のアドレスで入手できる。
-http://www.nal.usda.gov/ｗqic/Ｂibliographies/qb9406.htｍl.
これらの大部分のモデルでは、水(BTEX)への高い溶解性を有する炭化水素分子だけが考慮されている。したがって、オイルは溶解した形で存在し、拡散によってのみ移動する。場合によっては、対流で移動する残留オイルも考慮される。用いられるオイル飽和度はオイル貯留層中の場合と同様ではなく、帯水層中での物質移動が重要視されるが、数学的な諸問題は実際には貯留層にも適用可能である。
【００１４】
これらのすべてのモデルで使用される式は以下のような形である。
【００１５】
【数１】
2005504977.tif 000004
【００１６】
この式で、
【００１７】
【数２】
2005504977.tif 000005
【００１８】
は蓄積項、Ｖcαは移動項、
【００１９】
【数３】
2005504977.tif 000006
【００２０】
は一次の反応項、qαcαは供給源項であり、
Ｔは時間であり、
xiはx、yおよびzでの空間変数であり、
Ｐは化学反応種の数であり、
Ｖ(xi,t)は流体(水層)の速度フィールドであり、
Ｄ(xi,t)は拡散係数であり、
cαは反応種αの濃度であり、
qαは反応種αの一次反応速度係数である。
【００２１】
初期濃度、拡散供給源ゾーン、移動不可能ゾーンなどの一定の数の初期条件および境界条件によって、問題は解かれる。
【００２２】
地質学的多孔性媒体を説明するために、帯水層ゾーンを格子状にし、速度フィールドと濃度を各格子状セル内で決定する３Ｄモデルが開発された。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
これらのモデルはすべて、地質学的媒体の非常に実際的な説明を与えるが、これらはその組成が複雑でなく、最も溶解性のものの中のいくつかの分子、場合によっては単一のタイプの炭化水素分子に限定されたオイルだけを考慮している。したがって、オイルの展開を説明するために、これらのモデルを貯留層中の生分解のモデル化にそれ自体使用することができない。さらに、地質学的時間の尺度に適用するためには、生分解反応に適用する速度機構の種類の問題が残る。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明による方法によって、貯留層の開発条件を決定するために、貯留層の形状および高さ、多孔性媒体の物理特性、炭化水素と水の間の遷移ゾーンの厚さ、炭化水素の組成、貯留層に入る電子受容体のフローについての調査対象の貯留層に関するデータ、ならびに帯水層中の細菌個体群に関するデータから、調査対象のオイル貯留層中またはトラップ中にトラップされた炭化水素の、帯水層中の細菌個体群の作用による漸進的生分解をモデル化することが可能になる。
【００２５】
これは
-各格子状セルの高さが遷移ゾーンの厚さである格子によって貯留層を区分すること、および
-細菌個体群の各格子状セルにおいて、利用できる炭化水素の量、利用できる細孔空間、貯留層中に存在する電子受容体の量および前記個体群の分解能力に対する調節を繰り返すことによって、前記貯留層の高さにわたる、生分解の影響の下での炭化水素の重質フラクションの割合の変化を決定すること
を含むことを特徴とする。
【００２６】
実施モードによれば、貯留層を支配する温度条件が生分解の助けとなる場合、貯留層の初期の炭化水素充てん速度を最初に決定する。
【００２７】
貯留層中のオイルの生分解の長期的な影響を考慮に入れることによって、本方法によって、従来技術の方法よりさらに実際的な炭化水素構成フラクションの分布の評価が得られ、より良い貯留層開発ゾーンの選択が可能になる。
【００２８】
付属の図面を参照して以下の非限定的実施例の説明を読むことによって、本発明による方法の他の特徴および利点が明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
このモデルは８種の化合物クラスを含むオイル組成を考慮する。各化合物クラスは化学量論的収支および優先ファクターに関連する。したがって、シミュレーションによってオイル組成の展開を追跡することが可能である。
【００３０】
このシミュレーションは多孔性媒体中での細菌攻撃メカニズムを含む生分解速度機構を用いる。
【００３１】
1.1.1  モデル
モデルを実行するためのツールは、例えばトラップ、流体および混合、浸出、相変化、熱分解などの変化現象の迅速なシミュレーションに適したＦＬＵIＤ  ＦＯＬＤＥＲと呼ばれる既知のソフトウェアプラットフォームである。
【００３２】
このモデルで、我々はグリッドパターンによって区分されたトラップ(オイルの蓄積が可能な、曲面形状を有する細孔ゾーン)を考える。流体は貯留層の水/オイル遷移ゾーン近傍に位置する格子状セル中で生分解する(図１Ａ、１Ｂ)。各格子状セルは平行六面体の形のものであり、その底面は１単位の表面積を有し、その高さは細菌が接近できる水/オイル遷移ゾーンの厚さである。各格子状セル(図２)において、オイルは、水だけを含有するゾーン底部から、それより減らせない飽和度の20％のオーダー以上の残留量の水を含むセルの頂部まで、可変の飽和度である。計算を簡単にするために、セル中での平均の全飽和度を考慮する。
【００３３】
格子状セルに関連する量は、
-生分解時間
-全オイル飽和度
-オイル組成(とりあえず、８種の化合物クラス)
-細菌個体群
である。
【００３４】
1.1.1.1  トラップの説明
以下の量が細孔ゾーンに関連する。
【００３５】
-トラップの形状、例えば高さおよびトラップの頂部を形成する表面。これは、構造盆地での地震予知調査の際に得られた地震イメージから知見が得られる。
【００３６】
-多孔性媒体(空隙率、細孔サイズ等)の特徴。調査対象の地質学的トラップがまだボーリングされていなくても、従来の地域の地質学的研究で得られた沈降堆積物のタイプが既知である場合、これらを評価することができる。これらは一般に、炭化水素の量にその場で影響を与える敏感なパラメータである。このモデルによって、オイルに対するこれらのパラメータの影響を適切に試験することが可能になる。地質学的トラップにわたって、調査ボーリングがすでに実施されている場合、多孔性媒体の特徴は検層もしくはコア掘り(logging or coring)操作の結果からわかる。
【００３７】
-炭化水素フローおよびその時間的変化。これは、ＴＥＭIＳなどの知られている構造盆地モデル化ツールを用いて求められるか、または推定される。
【００３８】
-遷移ゾーンの厚さ。トラップがまだボーリングされていない場合、このゾーンの厚さは、毛細管圧力と遷移ゾーンの厚さとを結びつける専門家に既知の関係から推定される。
【００３９】
-オイルの組成。現地での測定ができない場合、使用する組成は、ＴＥＭIＳＣＯＭＰなどの既知の構造盆地組成モデル化ツールを用いて得られるもの、あるいは同じ石油系に属する分解していないオイルの組成である。８種の化合物クラスなどについての組成が考えられる。
【００４０】
-電子受容体フローおよびその時間的変化。構造盆地モデルを用いたモデル化によって、トラップ中での水のフローも得られる。調査対象のトラップがまだボーリングされていない場合、考慮される水層の組成は、その中にトラップが存在する既知の堆積構造盆地のゾーンのものである。水層の組成も、DIAPHOREなどの公知の続成作用(diagenesis)シミュレーションツールを用いて得ることができる。トラップがすでにボーリングされている場合、選択される水層組成は先験的に帯水層の現在の組成である。
【００４１】
-貯留層に対応する媒体への細菌の適応に関する一般的データ:細菌の平均サイズ、電子受容体の消費速度、種々の分子クラスについての絶対優先ファクター。トラップがまだボーリングされていない場合、実験室で得られている既知の結果を用いる。トラップが帯水層までボーリングされている場合、水層に対してその現在の状態で細菌による測定(好気性条件下では非常に遅い)を実施する。
【００４２】
このトラップで生分解をモデル化するために、可能性のある２つの地質学的シナリオについて検討した。
【００４３】
1.1.1.1.1  格子状セル内のこれらの量を決定するのは以下の式である。
【００４４】
a)格子状セルを決定する物質収支式
-対流によってセルに供給されるオイルおよび生分解反応によって除去されるオイルを考慮したオイル収支式。
【００４５】
-拡散と対流によってセルに供給され、生分解によって除去される電子受容体の収支式。生分解は細菌個体群の消費速度によって制御される。
【００４６】
-細菌個体群を決定する式。この個体群は水/オイル界面、使用できる容積および電子受容体の関数として調節される。
【００４７】
【数４】
2005504977.tif 000007
【００４８】
これらの式で、
-[Ａcc]は電子受容体質量濃度であり、
-[Ｃi]は炭化水素iの質量濃度であり、
-Ｂは細菌個体群(単位/ｍl)であり、
-stoichio(i)は炭化水素iを伴う反応での化学量論生分解係数炭化水素i＋stoichio(i)[Ａcc]-＞生成物であり、
-Ｘrel_iは炭化水素iの相対優先ファクターである。
【００４９】
【数５】
2005504977.tif 000008
【００５０】
細菌の個体群に依存し、その呼吸に対応する一次の速度関数。
【００５１】
【数６】
2005504977.tif 000009
【００５２】
【数７】
2005504977.tif 000010
【００５３】
は利用できる空間の限界内で単層の界面を覆うのに必要な細菌の数を表す(少なくとも自由細孔容積の20％が残留しなければならない)。
【００５４】
1.1.1.1.2  化合物クラスとその優先係数
オイルを代表するために選択された化合物クラスは、例えば以下の出版物で定義される優先ファクターの知見の現状に対応する、ＰetersおよびＭoldoｗanの生分解前進スケールから推定される。
【００５５】
-Ｐeters  Ｋ.Ｅ.およびＭoldoｗan  Ｊ.Ｍ.の「Ｔhe  Ｂioｍarker  Ｇuide」、Ｅd.Ｐrintice  Ｈall、1993年。
【００５６】
これらのクラスは、攻撃優先性の順に以下の通りである。
１-Ｃ６〜
２-Ｎ-パラフィンＣ６〜Ｃ15
３-イソパラフィンＣ６〜Ｃ15
４-イソプレノイドＣ６〜Ｃ15
５-ナフテンＣ６〜Ｃ15
６-芳香族化合物Ｃ６〜Ｃ15
７-飽和化合物Ｃ15＋
８-芳香族化合物Ｃ15＋
各化合物クラスに絶対および相対優先係数が指定される。
【００５７】
絶対優先係数は、各化合物クラスが均等なアクセスを有する状態に細菌がおかれている場合の、消費されたこの化合物クラスの量(総オイルに対する)である。この係数は、様々な化合物のクラスに対する純粋な細菌の誘発度を表す。
【００５８】
化合物クラスiの相対優先係数は化合物クラス含量で重み付けられた絶対係数から推定される。
【００５９】
【数８】
2005504977.tif 000011
【００６０】
[式中、Ｘabs_iは炭化水素iに対する絶対優先ファクター]
1.1.1.1.3  生物化学的速度機構
第１の仮定により、細菌は呼吸状態下のみで機能する。このことは、生分解についての細菌個体群の増殖段階、およびこの増殖段階で用いられる反応物の量はこのモデルでは無視されることを意味する。系は各計算ステップで、それ自体によって再生し、呼吸する単純な系として全体的に外部環境に対して挙動する、安定した細菌個体群に戻される。
【００６１】
上記したように、このモデルは、特にＭonodの法則による反応物だけでなく、細菌個体群の関数である生分解速度機構も考慮する。生物化学的速度機構はもはや地質学的環境によって提供される反応物の量だけに依存するものではない。細菌個体群は関連する反応物の量に影響を及ぼす。
【００６２】
この速度機構を考慮するために、細菌個体群の関数である生分解に関わる電子受容体の量を計算する。地質学的に取り込まれた量が最大細菌個体群に対して過剰である場合、この量の一部だけが有効に消費される。過剰でない場合、完全に消費されるものと考えられる。次いで一次型の法則が適用される。
細菌個体群の計算
すでに述べたように、細菌は互いに結合して生物学的フロックとなり、水/オイル界面の表面積を増大させる傾向がある。単純化するために、これらのメカニズムは利用可能容積、深さに応じて減少する空隙率によって制限されると仮定する。細菌個体群は、多孔性媒体中の液滴のスケールで、単層の水/オイル界面を占めると考える。
【００６３】
細菌個体群を計算するために、形状的にはより単純な等価の媒体(図３Ａ、３Ｂ)で多孔性媒体を表わす。各細孔の隙間を球状の空隙に変形する。各細孔隙間では、現在の飽和度のオイルが集合して球状の粒になる。液滴を覆うことのできる各細菌の比表面Ａbが分かっていて、この表面積を覆う細菌の最大数Ｎbを計算する。
Ｎb＝界面/Ａb、式中Ａb＝π.Ｒb2(Ｒb:細菌の平均半径)である。
【００６４】
次いで得られたこの細菌の数を、２つの基準によって調節しなければならない。
１)残る自由空隙空間(一旦オイルおよび細菌個体群によって占有される容積を算出して)は20％超でなければならない。
【００６５】
自由空隙空間が20％未満である場合、自由空隙空間が20％(20％は一定の細菌移動性を可能にする「妥当な」任意の値である)に達するように個体群を調節する。この場合、このことは細菌個体群の数が界面のすべてを覆うのに十分ではないことを意味する。次いで分子の一部は帯水層中に溶解する。このことも、帯水層を占有してこれらの分子を補足するために細菌とって有利である。
【００６６】
図４は１ミクロンの平均半径を有する細菌について上記したように細菌個体群を決定した適用例を示す。個体群を種々の空隙率および種々のオイル飽和度で計算する。傾斜した線は修正を必要としない個体群に対応し、自由空間は20％超である。水平な線は20％の空隙率が得られるように調節された個体群を表す。完全に界面を覆うことを期待するには、100ミクロンのオーダーの最小細孔サイズおよび比較的低いオイル飽和度が必要であることが観察される。
２)格子状セルに関連する時間の間の細菌の電子受容体の必要量は、供給される電子受容体の量以下でなければならない。
【００６７】
帯水層によって供給された電子受容体の量が、炭化水素の量に適合する個体群のすべてが生き残るのに必要な量より少ない場合、利用できる電子受容体の量に合わせるために、細菌個体群は非常に短期間で減少することになる(実際には一世代について数時間で十分なはずである)。この場合そしてこの場合だけ、このことは結局、速度機構が電子受容体供給によって制御され、細菌の増殖速度と存在する生物体の量を結びつける、専門家によく知られたＭonod型の法則で収支式を直接表すことができる系に戻ることを意味する。
【００６８】
したがってこのモデルは、反応速度機構を制御するために、細菌によるオイル攻撃のストラテジーおよび存在する細菌個体群を考慮する新たなアプローチを構築する。
対流によって供給されたオイルおよび電子受容体の量の計算
このモデルでは、垂直グリッドパターンのセルについて、対流は一定したフローの現象であるが、その下に位置する次のセルの充てんの間に変化することができる。続く複数の格子状セルの充てんの間、フローが一定に保持される場合、トラップの形状のためこの複数のセル中のオイルと電子受容体の量は変化できることになる。
【００６９】
オイルのために使用される量は、トラップに入る年間あたりの容積である。この量を各単位時間で一個のセルを充てんするオイル量を得るために、遷移ゾーンで横方向に配列できる格子状セルの数で割る。これはトラップの形状の関数として変化する量である。
【００７０】
実行したシミュレーションでは、このフローについてとった参考ケースの値は1.4l/年である。これは100000年で高さ100ｍ、幅2000ｍのGaussianトラップの充てんを可能にする。電子受容体については、用いた量は帯水層中で１年に１ｍlの水層を通って流れる電子受容体の質量である。
【００７１】
このタイプのケースで実施したシミュレーションでは、25ppｍ/ｍl水の電子受容体飽和度を考慮した。モル質量16g/モルの酸素だけを考慮する場合、これは１cｍ/年で移動する帯水層について、２ｍg/ｍl水/年のフローを意味する。
拡散した電子受容体量の計算
拡散は、一定した電子受容体濃度の無限の媒体として考えられる水層のカラムから遷移ゾーンへ垂直に起こる。拡散は遷移ゾーン中で濃度勾配を生み出す。簡単にするために、遷移ゾーンのすべてについて平均濃度を計算する。
【００７２】
そうした系はFickの法則で規定される。したがって、収支式は、
【００７３】
【数９】
2005504977.tif 000012
【００７４】
となり、式中、Ｋは拡散係数であり、
【００７５】
【数１０】
2005504977.tif 000013
【００７６】
は屈曲度(空隙率)を表す。
【００７７】
この式の解は
【００７８】
【数１１】
2005504977.tif 000014
【００７９】
となる。
【００８０】
濃度Ｃの平均値の計算は
【００８１】
【数１２】
2005504977.tif 000015
【００８２】
となる。
貯留層充てんシナリオ
トラップ中でのオイルの蓄積が、好都合な条件下(特に適した温度)で起きたかあるいは生分解現象と見なされないかによって、２つのシナリオが可能である。
シナリオ１
図１Ａで示される第１のシナリオでは、トラップの埋蔵深度での温度自体が細菌の作用の助けとなるので、生分解が非常に早期に、オイルによるトラップの充てんの段階の最初から起こる。遷移ゾーンには電子受容体を含む水層によって非生分解性のオイルが一定の流速で供給される。したがって、生分解フロントはトラップが充てんされるのにしたがって下方に移動する。トラップの形状は細菌に異なる充てん時間をもたらす。トラップが開放されている場合、その時間は著しく長くなる。したがって、一定の炭化水素フローで、オイルカラム中に生分解の勾配が現れてくる。トラップ中に移動するオイルは遷移ゾーンおよび全フィールドに供給される。分解性オイルと非分解性オイルとの混合が永続的に起こる。図６に見られるように、重油の割合は深さと共に増大する。
【００８３】
図８のフロー図によって、シナリオ１によるその様々な段階での本方法の実施が以下のように可能になる。
【００８４】
１-モデルに必要なデータのインプット。
【００８５】
２-トラップの形状、遷移ゾーンの厚さによる、トラップの閉じた高さに対応する格子状セルの数の計算。この値は、遷移ゾーンの高さによって誘導される閉じたゾーンの高さである。各セルについてフロー中の炭化水素を計算する。このフローは、フィールドの規模で、貯留層に入る全フローを遷移ゾーンの全容積で割ったものに相当する(遷移ゾーンの高さ*セルの深さでの貯留層の表面積)。
【００８６】
３-第１のセルでの生分解計算の開始。この計算はセルの空隙率がオイルで最大80％に充てんされるまで実行されるループである。この計算では、「新鮮な」炭化水素およびセルに入る電子受容体フローの値ならびに細菌によるこれらの炭化水素の一部の分解を考慮する。
【００８７】
４-すぐ下に位置する次の格子状セルへの切り替えおよびこの新規のセルでの生分解計算の再開、さらに同様にして最後のセルまで続行。
【００８８】
５-１つの格子状セルから次への連鎖は下方へ続く。
シナリオ２
図１Ｂで示す第２のシナリオでは、トラップの埋蔵位置が非常に深く、したがって温度が非常に高く、細菌の活動に不都合なので、生分解は非分解性オイルによってトラップの充てんの後の方の段階で開始される。したがって、細菌は、電子受容体を含む帯水層によって供給される遷移ゾーンのフィールドの底部からオイルを攻撃する。オイルの消費によって遷移ゾーンでの容積が減少し、したがってこのゾーンでのオイル飽和度が減少し、毛細管圧力に関係する平衡によって、遷移ゾーンは上方へ移動し、それによって水と細菌を徐々にフィールド中に浸透させる。
【００８９】
結果的に、生分解はトラップの頂部へ深く拡張することができず、そのため高い割合の蓄積したオイルが分解しないことが多い。これは作業者が求める最も好ましいケースである。本提案の方法は、作業者が貯留層の開発条件を選択できるようにする。
【００９０】
図９のフロー図によってシナリオ２によるその様々な段階で、本方法を実行することができる。セルからセルへの進展の方向が、ここでは上方へであって図８のフロー図と異なっており、これは連鎖を変える。
【００９１】
期待されるトラップを扱うためにシナリオ１またはシナリオ２を選択するのには充てん温度の条件付けをする、その生成条件とその変位の知見が必要である。この選択はＴeｍis２もしくは３Ｄなどの構造盆地モデル、またはGenexなどの１Ｄモデルによって行うシミュレーションの結果によって行われる。
【００９２】
生分解性オイルの組成が分かっていれば、従来の熱力学的ガスーオイル計算モジュールを用いてオイルの密度を計算することができ、それによってトラップ中のオイルの深さの関数としてのＡＰＩ度を推定することができる。
【００９３】
実際の成分での本方法の検証
図６はGaussian形状のトラップへのモデルの適用結果を示し、図７は油田への実際の適用を示す。
【００９４】
最初の流体は南アメリカの油田からのオイルである。この油田は生分解しており、異なる生分解の程度での一連のサンプルが提供されている。さらに、連続的な当てはめと開始によって、この油田で生分解が起きており、系には定常的に新規のオイルパルスが供給され、時には分解され時には分解されない。非生分解性オイルはそれ以前に分解したオイルと混合する。
【００９５】
実行することは、種々の優先係数および化学量論的係数を較正することにある。各格子状セルでは、分解したオイルを25％の一定した混合速度で非生分解性オイルと混合し、その結果分解なしでオイルのエピソードを再現した。図７に示すように、このアプローチによって考慮した２つのサンプルを再現することができた。
【００９６】
構造盆地モデルによって上流で得られた特定のデータを用いて、生分解モデルを分離して述べてきた。本方法を実行するために用いたソフトウェアツールを、提供できるモデル化の結果を直接得るために、補完的なモジュールとして構造盆地モデル化ツールに好都合に含めることが可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１Ａ】充てん下にある地質学的トラップ中における、水/炭化水素遷移ゾーンの変位、フィールドが充てんされるのにしたがって下方に移動する遷移ゾーン中で発生する生分解を示し、オイルがすべて完全に分解される場合を示す図である。
【図１Ｂ】貯留層の基底部に位置する水/炭化水素遷移ゾーンにおいて、トラップの充てんによって初めて生分解が起こる他の状態を示す図であって、貯留層中で生分解が徐々に「上昇」し、貯留層の基底部だけに影響を与えることを示す図である。
【図２】グリッドパターンによって区分されたトラップの格子状セル内の水/炭化水素遷移ゾーンを示す図である。
【図３Ａ】「実際の」多孔性媒体を示す図である。
【図３Ｂ】細孔スケールでの水/オイル接触表面を計算するために、細孔中に存在するオイルを、容積が細孔のオイル飽和部に一致する単一球で表した単純化された多孔性媒体を示す図である。
【図４】様々な飽和度でオイルを含有する多孔性媒体中の細孔サイズの関数としたモデルによって計算した細菌個体群の展開を示す図である。
【図５】石油物理的パラメータ(細孔容積、飽和度)および格子状セル中に時間Ｔにおいて存在する電子受容体の量に適合するように調節される細菌個体群の計算のための論理フローを示す図である。
【図６】充てんの間に生分解が起こるシナリオ２のモデルで実施された計算結果の一例を示す図であって、トラップの形状と関連して、フィールドの垂直方向のオイル組成の変化が明らかである図である。
【図７】実際のケース(南アメリカ-生分解オイル１および２)を基に測定した組成と関係させたシミュレーション制御での生分解シミュレーションの結果を示す図である。
【図８】第１の生分解シナリオによる、地質学的トラップの垂直方向での生分解の計算のための論理フローを示す図である。
【図９】第２の生分解シナリオによる、充てんされた地質学的トラップの垂直方向での生分解を計算するための同様の論理フローを示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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