(57)【要約】  クラスレートが存在するための条件があるか否かを決定する方法及びシステムが、開示される。ある方法は、少なくとも部分的には、温度がクラスレートの三相平衡温度に到達する深さに基づいて、クラスレート安定性ゾーンの厚さを決定するステップを含む。方法は、クラスレート安定性ゾーン内の深さの範囲に関する温度及び三相平衡温度を算出するステップと、その深さ範囲における深さの各々での最小孔径を決定するステップも含み、この最小孔径は、クラスレートの所定の飽和レベルを可能にし、且つ少なくとも部分的には上記温度及び三相平衡温度に基づく。方法はさらに、深さの各々での最小孔径を最小孔隙率に変換するステップを含む。
2016502662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラスレートが存在するための条件があるか否かを決定する方法であって、
少なくとも部分的に、温度が前記クラスレートの三相平衡温度に到達する深さに基づいて、クラスレート安定性ゾーンの厚さを決定するステップと、
前記クラスレート安定性ゾーン内のある深さ範囲について、温度及び三相平衡温度を算出するステップと、
前記深さ範囲内の深さの各々で最小孔径を決定するステップであって、前記最小孔径が、クラスレートの所定の飽和レベルを可能にし、且つ少なくとも部分的に、前記温度及び三相平衡温度に基づく上記ステップと、
各深さでの前記最小孔径を最小孔隙率に変換するステップと
を含む上記方法。
【請求項２】
前記温度が、少なくとも部分的に、海底での地熱勾配及び観察された温度に基づいて決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記三相平衡温度が、少なくとも部分的に、海底の深さ、静水圧勾配、及び海水塩分濃度に基づく、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
クラスレートの存在する可能性が考えられる位置の近傍で観察された温度を得るステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記クラスレート安定性ゾーンの厚さを決定するステップが、少なくとも部分的に、検出されるクラスレートに基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記クラスレート安定性ゾーン内の地下堆積物中で予想される最大孔径を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記最大孔径に基づいて孔隙率を決定するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記最小孔隙率と前記孔隙率とを比較するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記最大孔径が、サイズが様々な球状粒子のランダム分布状態において、最大孔径の検出に使用されたシミュレーションから誘導したモデルから決定される、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記シミュレーションでの各シミュレーションが、
各粒子が１個又は複数の隣接粒子に接触するまで、各粒子位置で粒子の成長をモデリングすることにより、ランダムに選択された複数の粒子位置の各々で粒子を形成するステップと、
粒子により占有されていない各点で、球体を内接させ、前記球体のサイズを決定するステップと、
占有されていない各点で内接した前記球体の中から球体の最大サイズを決定し、それによって最大孔径位置を前記体積内に位置付けるステップと
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記シミュレーションが、複数の異なる中央粒度（ｍｅｄｉａｎ  ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｓｉｚｅ）を有する粒子を使用して実施される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記球体の前記最大サイズが最大孔径に対応する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記孔隙率が、前記シミュレーションに伴う中央粒度に基づく、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
最大孔径を決定するステップが、地下堆積物により反射された音波の減衰に基づいて孔径を推定するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１５】
前記最小孔隙率と、前記クラスレート安定性ゾーンから得られるサンプルの物理測定から決定された、最大孔径から得られる孔隙率とを比較するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記最小孔隙率と、前記クラスレート安定性ゾーンの孔径及び観察可能な特性の間の経験的関係に基づいて経験的に決定された、最大孔径から得られる孔隙率とを比較するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
クラスレートの異なる複数の所定飽和レベルの各々に関し、前記深さ範囲の深さの各々で最小孔径を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記深さ範囲内のある深さにおいて、クラスレートの所定の飽和レベルを可能にする前記最小孔径を決定するステップが、少なくとも部分的に、前記深さでの前記三相温度、幾何学的因子、固−液界面の界面エネルギー、固相内のクラスレートのかさ密度、固相クラスレートの融解潜熱、及び孔隙半径に依存する、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
クラスレートが存在するための条件があるか否かを決定するコンピュータ化システムであって、
クラスレートが存在する可能性を決定することになるクラスレート安定性ゾーンでのある深さ範囲内の複数の深さで、孔隙率を確立するように構成された孔隙率決定コンポーネントと、
クラスレートが存在するための条件があるか否かを決定するように構成された計算システムと
を備え、
前記計算システムは、プログラム命令が実行されたときに、前記計算システムが、
少なくとも部分的に、温度が前記クラスレートの三相平衡温度に到達する深さに基づいてクラスレート安定性ゾーンの厚さを決定し、
前記クラスレート安定性ゾーンの前記複数の深さについて、温度及び三相平衡温度を算出し、
前記深さ範囲内の前記複数の深さの各々で、クラスレートの所定の飽和レベルを可能にし、且つ少なくとも部分的に、前記温度及び三相平衡温度に基づく最小孔径を決定し、
少なくとも前記複数の深さの前記最小孔径を最小孔隙率に変換する
ようにさせる前記プログラム命令を実行するように構成された、上記コンピュータ化システム。
【請求項２０】
前記計算システムが、各最小孔隙率と、前記孔隙率決定コンポーネントにより得られた前記孔隙率とを比較して、前記孔隙率が前記最小孔隙率よりも大きいか否かを決定し、それによってクラスレートの存在が可能である条件があることを示すように、さらに構成される、請求項１９に記載のコンピュータ化システム。
【請求項２１】
前記孔隙率決定コンポーネントが、サイズが様々な球状粒子のランダム分布において、最大孔径を検出するシミュレーションから、前記最大孔径を孔隙率と関連付けるモデルを誘導するように構成されたシミュレータを備える、請求項１９に記載のコンピュータ化システム。
【請求項２２】
実行したときに、計算システムに、クラスレートが存在するための条件があるか否かを決定する方法を実施させる、コンピュータ実行可能命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体であって、
前記方法が、
少なくとも部分的に、温度が前記クラスレートの三相平衡温度に到達する深さに基づいてクラスレート安定性ゾーンの厚さを決定するステップと、
前記クラスレート安定性ゾーン内のある深さ範囲について、温度及び三相平衡温度を算出するステップと、
前記深さ範囲内の前記深さの各々で最小孔径を決定するステップであって、前記最小孔径が、クラスレートの所定の飽和レベルを可能にし、且つ少なくとも部分的に、前記温度及び三相平衡温度に基づく上記ステップと、
前記深さの各々での前記最小孔径を最小孔隙率に変換するステップと
を含む、上記コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２３】
前記計算システムが、前記クラスレート安定性ゾーン内の位置において前記最小孔隙率と最大孔隙率とを比較して、クラスレートの存在が可能である条件があるか否かを決定するようにさらに構成された、請求項２２に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照によりそのそれぞれの開示全体が本明細書に組み込まれる、２０１２年１１月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／７２７，５５５号及び２０１２年１１月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／７２７，５６０号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本出願は、一般に、媒体中にクラスレートが存在するための最小孔隙率を決定することに関する。詳細には、本出願は、例えば孔隙率と観察可能な特性との間の経験的関係を使用して、堆積物中にクラスレートが存在するための最小孔隙率を決定することに関する。
【背景技術】
【０００３】
「クラスレート」は、一般に非化学量論的準安定性物質を指し、第１の分子成分（ホスト分子）から構成された格子構造が、１種又は複数のその他の分子構造（ゲスト分子）を、結晶様構造に似ているものに捕捉し又は閉じ込める。クラスレートは、時々、包接化合物、水和物、ガス水和物、メタンハイドレート、天然ガス水和物、及びＣＯ２水和物などと呼ばれる。
【０００４】
炭化水素の探索及び開発の分野では、クラスレートが特に関心を持たれている。例えば、クラスレートは、水ホスト分子の格子が１つ又は複数のタイプの炭化水素ゲスト分子（単数又は複数）を閉じ込めている中に存在する。そのような炭化水素クラスレートは、深層水及び永久凍土堆積物など、水及び炭化水素分子が存在する比較的低い温度及び高い圧力の環境において天然に生ずる。より低い温度にあるクラスレートは、より低い圧力で安定なままであり、逆により高い温度にあるクラスレートは、安定なままであるためにより高い圧力を要する。
【０００５】
クラスレートが、より大きな孔隙（ｐｏｒｅｓ）を有する堆積物中に優先的に形成されることは、理論的に且つ実験的に示されている。この現象は、Ｇｉｂｂｓ−Ｔｈｏｍｓｏｎ効果によるものであり、微細粒堆積物（ｆｉｎｅ―ｇｒａｉｎｅｄ  ｓｅｄｉｍｅｎｔ）の孔隙空間のような限られた空間内での固形分の核生成を抑制する。Ｇｉｂｂｓ−Ｔｈｏｍｓｏｎ効果は、細粒サイズが異なる海底堆積物中のクラスレート分布の観察内容を説明するのに使用されてもよい。しかし、Ｇｉｂｂｓ−Ｔｈｏｍｓｏｎ効果について調査する既存の研究は、孔径（ｐｏｒｅ  ｓｉｚｅ）に関して知られているクラスレートの存在理由を説明することのみに焦点を当てていた。地球物理学的探査に関する、より有用な記載は、孔隙率（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）に関するものと考えられる。しかし孔隙率と孔径との関係は複雑であり、細粒の形状及び充填に左右される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、クラスレートを形成するための条件があるか否かを検出するための方法及びシステムの改善が、特に炭化水素の探索の領域で望ましいと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
下記の開示によれば、上記及びその他の課題は下記によって対処される：
【０００８】
第１の態様では、クラスレートが存在するための条件があるか否かを決定する方法が、開示される。方法は、少なくとも部分的に、温度がクラスレートの三相平衡温度に到達する深さに基づいて、クラスレートの安定性ゾーンの深さを決定するステップを含む。方法は、クラスレート安定性ゾーン内の深さの範囲に関する温度及び三相平衡温度を算出するステップと、その深さ範囲における深さの各々での最小孔径を決定するステップも含み、この最小孔径は、クラスレートの所定の飽和レベルを可能にし、且つ少なくとも部分的には上記温度及び三相平衡温度に基づく。方法はさらに、深さの各々での最小孔径を最小孔隙率に変換するステップを含む。
【０００９】
第２の態様では、クラスレートが存在するための条件があるか否かを決定する、コンピュータ化システムが開示される。システムは、クラスレートの可能性ある存在が決定されることになるクラスレート安定化ゾーン内の深さ範囲における複数の深さで、孔隙率を確立するように構成された孔隙率決定コンポーネントを備える。システムは、クラスレートが存在するための条件があるか否かを決定するように構成された計算システム（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）も備える。計算システムはプログラム命令を実行するように構成されるが、このプログラム命令が実行された場合、計算システムは、少なくとも部分的に、温度がクラスレートの三相平衡温度に到達する深さに基づいてクラスレート安定性ゾーンの厚さを決定し、クラスレート安定性ゾーン内の複数の深さに関する温度及び三相平衡温度を算出する。計算システムはさらに、深さ範囲内の複数の深さの各々で最小孔径を決定するように構成され、この最小孔径は、クラスレートに関する所定の飽和レベルを可能にし且つ少なくとも部分的には上記温度及び三相平衡温度に基づくものであり、複数の深さの各々での最小孔径を最小孔隙率に変換する。
【００１０】
第３の態様では、コンピュータ実行可能命令が実行された場合に計算システムによって、クラスレートが存在するための条件があるか否かを決定する方法を実施する上記コンピュータ実行可能命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体が開示される。方法は、少なくとも部分的に、温度がクラスレートの三相平衡温度に到達する深さに基づいてクラスレート安定性ゾーンの厚さを決定するステップと、クラスレート安定性ゾーン内の深さ範囲に関する温度及び三相平衡温度を算出するステップとを含む。方法は、深さ範囲内の深さの各々での最小孔径を決定するステップも含み、この最小孔径は、クラスレートの所定の飽和レベルを可能にし且つ少なくとも部分的には上記温度及び三相平衡温度に基づく。方法はさらに、深さの各々での最小孔径を最小孔隙率に変換するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】１つ又は複数のクラスレート貯留層（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ）から炭化水素を受容し加工する生産設備を含む、洋上（ｏｆｆｓｈｏｒｅ）炭化水素生産システムの概略図である。
【００１２】
【図２】１つ又は複数のクラスレート貯留層から炭化水素を受容し加工する生産設備を含む、陸上（ｏｎｓｈｏｒｅ）炭化水素生産システムの概略図である。
【００１３】
【図３】所定濃度のクラスレートが存在する確率を算出することができる、計算システムの概略図である。
【００１４】
【図４】本開示の例示的な実施形態による、クラスレートが存在するための条件があるか否かを決定する例示的な方法を示すフローチャートである。
【００１５】
【図５】クラスレートの形成をシミュレートする堆積物細粒及び内接球体の相対的なサイズと、媒体の孔隙率との間の関係を示すチャートである。
【００１６】
【図６】１ミクロンの中央細粒サイズ（ｍｅｄｉａｎ  ｇｒａｉｎ  ｓｉｚｅ）を仮定して、特定濃度のクラスレートが異なる深さで形成され得る最小孔隙率を示す、実験結果を示すチャートである。
【００１７】
【図７】１０ミクロンの中央細粒サイズを仮定して、特定濃度のクラスレートが異なる深さで形成され得る最小孔隙率を示す、実験結果を示すチャートである。
【００１８】
【図８】５０ミクロンの中央細粒サイズを仮定して、特定濃度のクラスレートが異なる深さで形成され得る最小孔隙率を示す、実験結果を示すチャートである。
【００１９】
【図９】１００ミクロンの中央細粒サイズを仮定して、特定濃度のクラスレートが異なる深さで形成され得る最小孔隙率を示す、実験結果を示すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
上記にて簡単に述べたように、本発明の実施形態は、所定の飽和率のクラスレートの存在が特定位置に存在し得る、最小孔隙率を決定する方法及びシステムを対象とする。詳細には、本明細書で論じられる実施形態は、孔隙率、即ち十分な飽和率のクラスレートの存在の確率を算出するための基準を提供するために、既存の観察可能な現象に対する経験的関係を使用する。
【００２１】
本開示の目的で、「クラスレート」という用語は、任意の及び全てのタイプの格子（ホスト）分子（単数又は複数）と、任意の及び全てのタイプの閉じ込められた（ゲスト）分子（単数又は複数）とを、全ての可能な組合せで含むことになる。クラスレートは、例えば、様々なクラスレート格子構造型の間での遷移；形成、安定状態、及び解離と、１つ又は複数のタイプ（単数又は複数）の分子の、１つ又は複数のその他のタイプ（単数又は複数）の分子による置換を含むことができる。
【００２２】
本明細書に記載される方法及びシステムは、クラスレートが海底堆積物などの特定の堆積物領域に存在することを予想すべきか否かの迅速な決定を可能にし、したがって、資源評価とクラスレート沈積物の地球物理学的モデリングとの両方に関する探査ツールが提供される。本明細書に記載される方法及びシステムは、地下の不確実さを低減させ、地球物理学的モデリング技法を改善し、資源評価に高い精度を与える。
【００２３】
図１は、洋上又は深層水炭化水素生産システム１００の、例示的な実施形態の概略図である。システム１００は、海水１０４及び海底１０６の下に配置しているクラスレート貯留層１０２を含む。このクラスレート貯留層１０２は、水及び炭化水素、主に天然ガスを生成する。図示される実施形態では、洋上プラットフォーム１０８が生産設備１１０を支持し、この生産設備１１０を使用して、液体、水、及び／又は油を天然ガスから少なくとも部分的に分離する。
【００２４】
この例示的な実施形態では、クラスレート貯留層１０２は、海底坑井１１２に流体連絡する状態で示されており、この海底坑井１１２はさらに、タイバック１１４を用いて生産設備１１０に接続されている。クラスレート貯留層１０２は、天然ガスと水との混合物を主に生成し、この混合物が生産設備１１０に送出されて、天然ガスと水との分離、さらに混合物中に含有される有意な量の油がある場合には油との分離を行う。
【００２５】
図１に示される実施形態では、炭化水素生産システム１００全体の設置前に、波発生及び検出システム１１６を使用することができ、且つ海底１０６に沿った特定の位置にこの生産システム１００を位置付けるのに、波発生及び検出システム１１６を使用できることに留意されたい。波発生及び検出システム１１６は、例えば、地震波若しくはその他の音波発生システム、又は海水１０４及び海底１０６を透過することができる波を発生させることが可能なその他のシステムであって、反射波を捕捉し、それによって、移動速度に基づいて波が内部を移動する媒体中での差を検出することができるシステムとすることができる。
【００２６】
図１に示される生産システム１００は、単なる例示的な実施形態であることに留意されたい。当業者なら、多数のそのようなクラスレート貯留層と関連ある坑井とを組み合わせた炭化水素生産システム、又はそのようなクラスレート貯留層及び関連ある坑井と従来の炭化水素貯留層及び坑井システムとの組合せを提供することが、本発明の範囲内にあることが理解されよう。そのようなシステムの例は、参照によりその開示全体が本明細書に組み込まれる２００８年８月２５日に出願された米国特許第８，２３２，４２８号に示されている。
【００２７】
図２は、炭化水素生産システム２００の別の例示的な実施形態の概略図であり、この場合、システム２００は、洋上をベースにしているのではなく地上に位置付けられている。生産システム２００は、クラスレート貯留層２０２を含む。永久凍土層２０４上には極地用プラットフォーム２０６が配置されている。生産システム１１０にほぼ類似している生産設備２０８が、極地用プラットフォーム２０６の最上部に位置付けられている。生産設備２０８は、クラスレート貯留層２０２から受容した天然ガス、油、及び水を分離し加工するのに使用される。生産管材２１０は、クラスレート貯留層２０２からクラスレートと水との混合物を極地用プラットフォーム２０６及び生産設備２０８に、流体搬送するのに使用される。混合物は、ある場合において、少量の油を含んでいてもよい。
【００２８】
図１の炭化水素生産システム１００のように、図２の地上配置構成においては、図１のシステム１１６に類似した波発生及び検出システム２１６を、炭化水素生産システム２００全体の設置前に使用することができ、特定の位置にシステム２００を位置付けるのに使用できることに留意されたい。波発生及び検出システム２１６は、様々なタイプの地震波、音響、又は永久凍土層２０４を透過することができる波を発生させることが可能なその他のシステムであって、反射波を捕捉し、それによって、移動速度に基づいて波が内部を移動する媒体中での差を検出することができるシステムの、いずれかを含むことができる。陸上の地下堆積物に見られるばらつきと比較した場合の海水の相対的均一性に基づいて、図２の例では、深さが浅いほど、密度のばらつきが大きくなり易いことに留意されたい。どちらの場合も、そのようなデータは、以下にさらに深く論じられるように、本開示のいくつかの実施形態で使用するために収集することができる。
【００２９】
次に図３を参照すると、図１〜２に示されるものなどの生産システムを位置付けるのに使用することができるように、クラスレートの存在のために条件が存在するか否かを算出するのに使用することができる、例示的な計算システム３００が示されている。一般に、計算システム３００は、データバス３０６を介してメモリ３０４に通信可能に接続されているプロセッサ３０２を含む。プロセッサ３０２は、数学的及び通信タスクなどの様々なタスクを行うためにコンピュータ可読命令を実行することが可能な、様々なタイプのプログラマブル回路のいずれかとすることができる。
【００３０】
メモリ３０４は、様々なタイプのコンピュータ可読又はコンピュータ記憶媒体を使用するなど、様々なメモリデバイスのいずれかを含むことができる。コンピュータ記憶媒体又はコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置、若しくはデバイスによって又はそれらと併せて使用されるプログラムを含有し又は記憶することができる、任意の媒体であってもよい。本開示の文脈において、コンピュータ記憶媒体は、少なくともいくらかの有形コンポーネントを備え、即ち完全に一時的な又は一過性のシグナルからなるものではない。図示される実施形態では、メモリ３０４がクラスレート飽和率確率分析アプリケーション３０８を記憶する。クラスレート飽和率確率分析アプリケーション３０８は、実行される場合、所定濃度のクラスレートの存在のための条件が存在するか否かを算出し又は決定するのに使用することができる。例えば、アプリケーション３０８は、クラスレート安定性ゾーンの厚さ、即ちクラスレート形成が可能であるような圧力及び温度にある、深さの範囲を算出することができる。アプリケーション３０８は、その場の温度、及び三相平衡温度であって算出されたクラスレート安定性ゾーン内にあるクラスレート相に関するものを計算することもできる。
【００３１】
いくつかの実施形態では、アプリケーション３０８は、いくつかのコンポーネント、最小孔径決定コンポーネント３１０、最大孔径推定コンポーネント３１２、及び任意選択で三次元モデリングコンポーネント３１４を含んだコンピュータ実行可能コードを含む。最小孔径決定コンポーネント３１０は、少なくとも部分的にその場の温度及び三相平衡温度に基づいて、所定のクラスレート飽和率を支持する最小孔径を決定するように構成される。所定のクラスレート飽和率は、例えば、使用者が選択可能な所望のクラスレート飽和率とすることができる。いくつかの実施形態では、最小孔径決定コンポーネント３１０は、全体としてアプリケーション３０８の代わりにクラスレート安定性ゾーンの厚さと三相及びその場での温度も算出する。そのような場合、安定性ゾーンの厚さは、検出される特定のタイプのクラスレート（例えば、メタンハイドレートなど）をベースにしてもよく、少なくとも部分的には表層深さのある範囲全体にわたって観察された温度及び圧力（例えば、異なる試験坑井又はある領域でのその他の歴史的知識から）をベースにすることができる。最小孔径決定コンポーネント３１０は、所与の濃度のクラスレートを形成することができる最小孔隙半径を算出するようにも構成される。この算出は、例えば、Ｇｉｂｂｓ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ効果をベースにすることができる。
【００３２】
Ｇｉｂｂｓ−Ｔｈｏｍｓｏｎ効果は、制約ある空間ドメイン内での、溶液から固体核生成がなされる凝固点の低下である。言い換えれば、この効果は、条件に直面する限定空間により、適切な温度／圧力条件で固体を形成する難しさを述べている。本明細書で適用されるように、ΔＴｆ［Ｋ］として本明細書で引用される、Ｇｉｂｂｓ−Ｔｈｏｍｓｏｎ効果により示される凝固点の変化は：
ΔＴｆ＝−Ｔｆ，ｈ（Ｆγｓｌ／ｒρｓΔＨｓｌ）
によって与えられる。
【００３３】
この方程式において、Ｔｆ，ｈはバルク溶液の凝固点［Ｋ］であり、Ｆは幾何学的因子であり、γｓｌは固−液界面の界面エネルギー［Ｊ／ｍ２］であり、ｒは制約のある空間の空間寸法［ｍ］であり、ρｓは固相のかさ密度［ｋｇ／ｍ３］であり、ΔＨｓｌは固相の融解潜熱［Ｊ／ｍｏｌ］である。クラスレートを保持する堆積物の場合、Ｔｆ，ｈは、固体クラスレート−溶解気体−遊離気体に関する三相平衡温度を表し、ｒは孔隙半径である。検討中のクラスレートがメタンハイドレートである場合、上記の方程式に含まれる関連あるパラメータは：γｓｌ＝０．２７Ｊ／ｍ３、ρｓ＝９３０ｋｇ／ｍ３、及びΔΗｓｌ＝５４．５ｋＪ／ｍｏｌを含む。さらに、パラメータＦは２に等しく、これは一般に円筒状及び球状の両方の孔隙を代表する値である。本開示で多孔質堆積物に適用されるＧｉｂｂｓ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ効果について、図４と併せて以下に論じる。
【００３４】
最大孔径推定コンポーネント３１２は、クラスレート安定性ゾーン内で予想される最大孔径を経験的に決定するように構成される。言い換えれば、コンポーネント３１２は例えば、直接測定以外で利用可能な観察内容又は検出プロセスに基づいて、例えば図１〜２に関連して既に論じたように音波又は地震波の伝達の使用及び反射波の捕捉を経て、最大孔径を推定するように構成される。
【００３５】
いくつかの実施形態では、アプリケーション３０８はさらに、三次元データモデリングコンポーネント３１４を備えることができる。三次元データモデリングコンポーネント３１４は、特定の体積（ｖｏｌｕｍｅ）において、様々なサイズの細粒の分布をモデル化するように構成することができ、三次元データモデルで構築されたモデルに基づいて最大孔径が決定されるように最大孔径推定コンポーネント３１２により使用することができる。そのようなモデリングに関するさらなる詳細は、参照によりそのそれぞれの開示全体が組み込まれる、２０１２年１１月１６日に出願された「堆積物サンプルの物理測定を使用して堆積物中の孔径を決定するための方法及びシステム（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ｐｏｒｅ  Ｓｉｚｅ  ｉｎ  Ｓｅｄｉｍｅｎｔ  Ｕｓｉｎｇ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｓｅｄｉｍｅｎｔ  Ｓａｍｐｌｅｓ）」という名称の米国仮特許出願第６１／７２７，５６７号（整理番号Ｔ−９１７３）、２０１２年１１月１６日に出願された「数値モデリングを使用して堆積物中の孔径を決定するための方法及びシステム（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ｐｏｒｅ  Ｓｉｚｅ  ｉｎ  Ｓｅｄｉｍｅｎｔ  Ｕｓｉｎｇ  Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）」という名称の米国仮特許出願第６１／７２７，５６９号（整理番号Ｔ−９１７４）、及びこれと同じ日に出願された「堆積物中の孔径を決定するための方法及びシステム（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ｐｏｒｅ  Ｓｉｚｅ  ｉｎ  Ｓｅｄｉｍｅｎｔ）」という名称の米国特許出願第＿＿／＿＿＿＿＿＿号に、より詳細に論じられている。
【００３６】
任意選択で、いくつかの実施形態では、メモリ３０４は、実験データ解析モジュール３１６及び物理測定データモジュール３１８を含むこともできる。実験データ解析モジュール３１６は、堆積物の性質の１つ又は複数のモデルを含有し、堆積物の特定のタイプ又はサンプルに関するデータを含み又は受信することができる。例えば実験データ解析モジュール３１６は、最大孔径推定コンポーネント３１２と並行して使用して、例えば歴史データ又はサンプルデータ又はその他のタイプの実験データに基づき最大孔径を決定することができる。
【００３７】
物理測定データモジュール３１８は、本明細書に記載されるように、表層堆積物の物理測定値を受信し且つ様々な物理測定プロセスのいずれかを実施することが可能である。これは、特定のサンプルの粒度（ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｓｉｚｅ）分布を決定するために、レーザ粒度分析、Ｓｔｏｋｅｓ沈降分析、画像解析、又はその他の技法など、様々な直接物理測定のいずれかを含むことができる。
【００３８】
さらにアプリケーション３０８は、比較コンポーネント、又は決定された最大孔径と所定のクラスレート飽和率を支持する最小孔径とを比較して、所定のクラスレート飽和率がクラスレート安定性ゾーン内で可能であるか否かを決定するように構成されたその他のコンポーネントを含むことができる。コンポーネント３１０、３１２の出力のそのような比較に基づいて、クラスレートのそのような濃度が可能であるか否か、したがって直接的な地下探査を遂行する価値があるか否か、を決定することが可能である。
【００３９】
図３の全体を参照すると、その他のモジュール若しくはフィーチャをそのような計算システム３００に全体として組み込むことができ、又はアプリケーション３０８などのアプリケーションに組み込むことができることに留意されたい。さらに、いくつかのコンポーネント又はモジュールが指定された機能を含むことを述べたが、この機能は、全体としてアプリケーション３０８内に常駐すると一般に言うこともでき、又はマルチプロセッサシステム若しくはマルチコンピュータネットワークの全体にわたって実施することができる。
【００４０】
図４を参照すると、クラスレートの存在に必要な最小孔隙率を決定する例示的な方法４００を示す、フローチャートが示されている。詳細には、方法４００は一般に、細粒サイズと孔径との間の経験的関係を使用して、球体としてモデル化された、ランダムにサイズが決められた堆積物粒子の充填と併せて使用可能である。
【００４１】
図示される実施形態では、方法４００は、既知の海底の温度及び深さ、並びに既知の地熱勾配、塩分濃度、及びクラスレートの組成を得て、クラスレート安定性ゾーンの厚さを計算することにより開始される（ステップ４０２）。特に、これらの特徴のそれぞれは、直接測定によって区別可能であり、そのために正確な厚さを計算することができる。一般に、そのようなゾーンの深さを変えることができるが、典型的なクラスレート安定性ゾーンは、約８００メートル以下の深さに形成される。
【００４２】
方法４００は、安定性ゾーンでの溶解した気体状のクラスレート相に関するその場の温度及び三相平衡温度を計算して、そのようなクラスレートが存在する可能性があり又は存在しない可能性がある点を決定するステップも含む（ステップ４０４）。様々な実施形態において、算出された温度は、例えば他の位置での地下深さの範囲全体にわたり観察された温度及び圧力に基づいて、クラスレート安定性ゾーン内の様々な深さで決定される。いくつかの実施形態では、方法４００は、海底での又はそうでない場合には算出されたクラスレート安定性ゾーン近傍での温度の直接測定も含み得る。
【００４３】
いくつかの実施形態では、三相平衡温度は、少なくとも部分的には海底の深さ、静水圧勾配、及び海水塩分濃度に基づく。さらに、いくつかの実施形態では、その場の温度は海底温度及び地熱勾配から計算され、三相平衡温度は、Ｄｕａｎ，Ｚ．Ｈ．，ら、「０から２５０Ｃ及び０から１６００バールでの、高イオン強度までの天然水中のメタン溶解度の予想（Ｔｈｅ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｅｔｈａｎｅ  Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ  ｉｎ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｗａｔｅｒｓ  ｔｏ  Ｈｉｇｈ  Ｉｏｎｉｃ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｆｒｏｍ  ０  ｔｏ  ２５０Ｃ  ａｎｄ  ｆｒｏｍ  ０  ｔｏ  １６００  Ｂａｒ）」、Ｇｅｏｃｈｉｍｉｃａ  ｅｔ  Ｃｏｓｍｏｃｈｉｍｉｃａ  Ａｃｔａ、５６、１４５１〜１４６０、１９９２で与えられた状態方程式から計算される。この計算は、海底の深さを使用し、静水圧勾配及び海水塩分濃度を想定する。２つの温度が等しい深さは、関数の１つの根に近付くために反復プロセスを使用するＮｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎアルゴリズムにより、繰り返し操作で決定される。いくつかの実施形態では、「シミュレーション最適化のための適応型Ｎｅｗｔｏｎベースの多数変数滑らか関数アルゴリズム（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｎｅｗｔｏｎ−Ｂａｓｅｄ  Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ  Ｓｍｏｏｔｈｅｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ  ｆｏｒ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）」、Ｂｈａｔｎａｇａｒ，Ｓ．、Ｊｏｕｒ．ＡＣＭ  Ｔｒａｎｓ．  ｏｎ  Ｍｏｄ．  ａｎｄ  Ｃｏｍｐ．  Ｓｉｍ．、Ｖｏｌ．１８、Ｉｓｓｕｅ  １、（２００７）に記載される方法に従う。その場の温度及び三相平衡温度が等しい深さを決定するその他のタイプのプロセスも、同様に使用されてもよい。
【００４４】
クラスレート安定性ゾーンの厚さと、その場の温度及び三相平衡温度の両方とがわかると、最小孔径決定コンポーネント３１０は、使用者により選択されたクラスレート飽和率が、クラスレート安定性ゾーンを構成する深さ範囲を上回る可能性のある、最小孔隙率を計算する（ステップ４０６）。いくつかの実施形態では、この最小孔隙率は、Ｇｉｂｂｓ−Ｔｈｏｍｓｏｎ効果を表す方程式を使用して、その場の温度と三相平衡温度との差から算出される。
【００４５】
特に、所与の深さでクラスレートの特定の飽和率を支持すると考えられる最小孔隙率は、少なくとも部分的には、その深さでの三相温度、並びに幾何学的因子、固−液界面の界面エネルギー、固相中のクラスレートのかさ密度、固相クラスレートの融解潜熱、及び孔隙半径に依存する。上記方程式ΔＴｆ＝−Ｔｆ，ｈ（Ｆγｓｌ／ｒρｓΔＨｓｌ）に基づき、且つパラメータＦが、円筒状孔隙及び球状孔隙の両方を一般に代表する値である２に等しいと仮定すれば、特定の孔隙半径は、クラスレートの濃度が増大するにつれ一般に減少することになる。特に、クラスレートが孔隙内で成長し且つ球状細粒の周りのコーティングとして成長すると仮定すると、孔隙半径は１／（１−Ｓｃ）１／３に減少することになり、但しＳｃは、クラスレートの飽和率、又はクラスレートにより占有された孔隙空間の体積分率である。この修正を使用すれば、その場の温度と三相平衡温度との間の差は、下記の方程式を使用して（ｒ０は初期（クラスレート無し）孔隙半径であると仮定する）、クラスレートの飽和率として表すことができる：
【００４６】
ΔＴｆ＝−Ｔｆ，ｈ（Ｆγｓｌ／ｒ０（１−Ｓｃ）１／３ρｓΔＨｓｌ）
【００４７】
とりわけ、クラスレートが堆積物孔隙空間内で成長するにつれ、三相平衡温度は局所的なその場の温度に到達するまで低下することになり、その低下した温度では、クラスレートはもはや単なる安定な相ではないので、クラスレートの形成は停止するはずである。したがって、その場の温度及び三相平衡温度を想定すれば、選択されたクラスレート飽和率Ｓｃを可能にする最小初期孔隙率を、下記の方程式からステップ４０６で最小孔径決定コンポーネント３１０により計算することができる：
【００４８】
ｒ０＝Ｔｆ，ｂＦγｓｌ／（（Ｔｆ，ｂ−Ｔ）（１−Ｓｃ）１／３ρｓΔＨｓｌ）
【００４９】
最小孔隙率がステップ４０６で決定されると、中央孔隙率及び中央細粒サイズを決定することができる（ステップ４０８）。これは、例えば最大孔径コンポーネント３１２を使用して実現することができる。半径ｒが距離２ａだけ離れている均等な球体の立方充填の場合、８個の隣接する球体により生成された孔隙内の内接球体の半径ｒｓは、下式で表される：
【００５０】
【数１】
2016502662.tif 000003
【００５１】
さらに、媒体の空隙比ｅは、下式により表すことができる：
【００５２】
【数２】
2016502662.tif 000004
【００５３】
これらの方程式に基づいて、内接球体半径ｒｓと、半径ｒを有する球体の充填との比、又はｒｓ／ｒは、下式のように空隙比として表される：
【００５４】
【数３】
2016502662.tif 000005
【００５５】
ψ（ｅ＝ψ／（１−ψ））として示される孔隙率に関し、上記方程式を、下記の通り書き直すことができる：
【００５６】
【数４】
2016502662.tif 000006
【００５７】
上記方程式に基づいて、このｒｓとｒとの比は、下式の関数として書き直すことができる：
【００５８】
【数５】
2016502662.tif 000007
【００５９】
中央堆積物細粒径Ｄ５０に関し、これは下式の通り書き直すことができる：
【００６０】
【数６】
2016502662.tif 000008
【００６１】
いくつかの実施形態では、アプリケーション３０８は、上記方程式を適用し、中央細粒径Ｄ５０を、ほとんどの海底堆積物を代表する範囲である１、１０、５０、及び１００ミクロンとする。これらの細粒サイズを上記方程式で使用して、様々な深さでの孔隙率について記載するグラフを作成することができ、このグラフは、孔径と、支持され得るクラスレート飽和率との間の関係を示している。
【００６２】
ある範囲の細粒サイズ及び孔径を有する多孔質媒体において、クラスレートの存在又は不存在は最大孔隙のサイズに影響を受けることになる。ランダムにサイズが決められた球体の充填の８５０回のシミュレーションに基づいて、上記方程式ではＡ＝１．０９１３及びＢ＝０．３５０３であることが実験的に見出された。したがって図５でわかるように、チャート５００は、孔隙率と、内接球体の相対半径ｒｓ及び中央細粒サイズＤ５０との関係を表す、この例示的なシミュレーションデータ及び回帰曲線５０２を示す。孔隙率は、０から１の間のスケール上で一般に表され、ここで０は孔隙率が無いことを表し、１は完全な孔隙率を表す。点線５０４ａ〜ｂは、回帰曲線５０２から９５％信頼区間であることを表す。
【００６３】
次に図６〜９を参照すると、Ｂｌａｋｅ  Ｒｉｄｇｅに関するパラメータを使用した分析の結果が示されている。Ｂｌａｋｅ  Ｒｉｄｇｅは、大西洋の、南カロライナ州の沖合いに位置する、十分に研究がなされたメタンハイドレート堆積物である。この領域では、温度及び圧力条件が、水深２７８１ｍで、海底温度２７６．４Ｋ及び地熱勾配０．０４Ｋ／ｍである。図６〜９に示されるように、中央細粒径が１０ミクロンよりも大きい場合（例えば、図７〜９のグラフ７００、８００、９００に示されるように）、孔径は、ハイドレートの存在にほとんど影響を及ぼさない。しかし、図６のチャート６００に示されるように中央細粒径が１ミクロンの状態では、ハイドレートは、孔隙率が約５０％未満である場合にクラスレート安定性ゾーンの最低８メートルで一般に形成されないことになる。これは、この深さでの堆積物のほぼ正確な細粒サイズ及び孔隙率であるため、有意である。
【００６４】
さらに元の図４を参照すると、問題となっている堆積物中で予想することができる最大孔径も、細粒サイズ分布から決定することができる（ステップ４１０）。いくつかの実施形態では、最大孔径は、最大孔径コンポーネント３１２及び三次元データモデリングコンポーネント３１４を使用して計算することができる。最大孔径を決定する様々な方法が可能である。いくつかの実施形態では、最大孔径は、様々なサイズの堆積物細粒を有する例示的な体積をモデリングし、その後、そのような細粒間に位置決めされた空隙内での球体の内接をシミュレートすることによって、決定することができる。そのような配置構成の例は、参照によりその開示全体が既に組み込まれた、２０１２年１１月１６日に出願された「堆積物サンプルの物理測定を使用した堆積物中の孔径を決定するための方法及びシステム（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ｐｏｒｅ  Ｓｉｚｅ  ｉｎ  Ｓｅｄｉｍｅｎｔ  Ｕｓｉｎｇ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｓｅｄｉｍｅｎｔ  Ｓａｍｐｌｅｓ）」という名称の同時係属の米国仮特許出願第６１／７２７，５６７号（整理番号Ｔ−９１７３）、及び２０１２年１１月１６日に出願された「数値モデリングを使用した堆積物中の孔径を決定するための方法及びシステム（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ｐｏｒｅ  Ｓｉｚｅ  ｉｎ  Ｓｅｄｉｍｅｎｔ  Ｕｓｉｎｇ  Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）」という名称の米国仮特許出願第６１／７２７，５６９号（整理番号Ｔ−９１７４）に示されている。
【００６５】
いくつかのそのような実施形態では、最大孔径を決定するステップは、レーザ粒度分析、ストークス沈降分析、画像解析、又は細粒サイズ分布を得るその他の技法を経るなど、最大孔径コンポーネント３１２により行うことができた。次いで中央細粒サイズ及び孔隙率に関連したデータを、例えば、物理測定データモジュール３１８により、物理測定データとしてアプリケーション３０８により記憶させることができる。そのような実施形態では、最大孔径は、経験的関係を使用して決定することができる。これは例えば、粒子のタイプ／サイズとその他の観察可能な現象との間の既存の経験的関係に基づくことができる。例えばこのプロセスは、地下堆積物により反射した音波の減衰に基づいて、孔径を推定するステップを含むことができる。一般に、音波は、より高い密度の材料内をより速い速度で、且つより低い密度の材料内をより遅い速度で移動することになる。特定の位置で地下条件の音響解析を行うことにより、且つ、観察された反射波の値と最大孔径がわかっている領域での類似の値とを比較することにより、堆積物中で予想することができるそのような最大孔径を決定することができる。例えば、堆積物中で予想される最大孔径は、参照によりその開示全体が本明細書に組み込まれる、「飽和砂中の音の粘性減衰（Ｖｉｓｃｏｕｓ  ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｏｕｎｄ  ｉｎ  ｓａｔｕｒａｔｅｄ  ｓａｎｄ）」、Ｈｏｖｅｍ，Ｊ．Ｍ．及びＩｎｇｒａｍ，Ｇ．Ｄ．、Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．、６７、１５５９〜１５６３（１９７９）に論じられたような、経験的関係に基づくことができる。
【００６６】
最大孔径がステップ４１０で決定され、特定の濃度を支持する最小孔径がステップ４０６で計算されると、その２つの値を比較することができる（ステップ４１２）。最大孔径が、最小限必要とされる孔径よりも小さい場合、それによってアプリケーションは、検討中の領域が所望の飽和率のクラスレート形成を支持できないと決定することができる（ステップ４１４）。したがって使用者は、例えば、異なる地下領域を分析するようにアプリケーションを方向付けることにより、又は分析で使用するために所望のクラスレート濃度を調節することにより（それによって、図３のアプリケーション３０８を使用して、図４で例示した方法の少なくとも一部が再開される）、異なる分析を進めることができた。逆に、検討中の領域の最大孔径が、所与の濃度の又は所与の濃度よりも高いクラスレート形成を支持するのに必要な最小孔径よりも大きい場合、クラスレート形成が可能になり、アプリケーション３０８は、それに応じて使用者に知らせることになる（ステップ４１６）。したがって使用者は、検討中の特定の位置が、上記の図１〜２のシステムの使用を経るなどしてクラスレートを収集するための、可能性ある候補位置であることを示すことができる。
【００６７】
次に図３〜４を参照すると、図４の方法及びシステムを具体化する特定の計算システムでは、様々な計算システムを使用して、本明細書に開示されたプロセスを行うことができることに留意されたい。例えば、本開示の実施形態は、個別の電子素子を含む様々なタイプの電気回路、論理ゲートを収容するパッケージ若しくは集積電子チップ、マイクロプロセッサを利用する回路、又は電子素子若しくはマイクロプロセッサを収容する単一チップで、実施されてもよい。本開示の実施形態は、機械、光学、流体、及び量子技術を含むがこれらに限定することのない、例えばＡＮＤ、ＯＲ、及びＮＯＴなどの論理演算を行うことが可能なその他の技術を使用して実施されてもよい。さらに、本明細書に記載される方法の態様は、汎用コンピュータで又は任意のその他の回路若しくはシステムで実施することができる。
【００６８】
本開示の実施形態は、コンピュータプロセス（方法）、計算システム、又は製品、例えばコンピュータプログラム製品若しくはコンピュータ可読媒体として、実現することができる。コンピュータプログラム製品は、コンピュータシステムにより読み取り可能であり、コンピュータプロセスを実行する命令のコンピュータプログラムをコード化しているコンピュータ記憶媒体でもよい。このように、本開示の実施形態は、ハードウェア及び／又はソフトウェア（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）に具体化されてもよい。言い換えれば、本開示の実施形態は、命令実行システムによって又は命令実行システムと併せて使用される媒体中に具体化された、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読プログラムコードを有するコンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体上の、コンピュータプログラム製品の形をとってもよい。
【００６９】
本開示の実施形態は、例えば、本開示の実施形態による方法、システム、及びコンピュータプログラム製品の、ブロック図及び／又は動作説明図に関連して上記される。ブロック内に記載される機能／動作は、任意のフローチャートに示される順序から外れて実施されてもよい。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際に、実質的に同時に実行されてもよく、又はブロックは、関係ある機能／動作に応じて時々逆の順序で実行されてもよい。
【００７０】
本開示の、ある実施形態について記載してきたが、その他の実施形態が存在し得る。さらに、本開示の実施形態は、メモリ及びその他の記憶媒体に記憶されたデータに関連するものとして記載してきたが、データは、その他のタイプのコンピュータ可読媒体に記憶させることもでき又はその他のタイプのコンピュータ可読媒体から読み取ることもできる。さらに、開示された方法の段階は、本開示の全体的概念から逸脱することなく、段階の順序を並べ替えること及び／又は段階を挿入し若しくは削除することも含めた任意の手法で修正されてもよい。
【００７１】
上記明細書、実施例、及びデータは、本発明の構成の製造及び使用の完全な記載を提供する。本発明の多くの実施形態は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく成すことができるので、本発明は、以下に添付される特許請求の範囲内に存在する。
【図１】
2016502662.tif 000009
【図２】
2016502662.tif 000010
【図３】
2016502662.tif 000011
【図４】
2016502662.tif 000012
【図５】
2016502662.tif 000013
【図６】
2016502662.tif 000014
【図７】
2016502662.tif 000015
【図８】
2016502662.tif 000016
【図９】
2016502662.tif 000017
【国際調査報告】
2016502662.tif 000018
2016502662.tif 000019