地質ニュｰス510号､67‑72頁､1997年2月
ChishitsuNewspo.510,p.67‑72,Febma町,1997
アラスカ⑧ノｰススロｰプ油田とメタンハイドレｰト
今井登1〕
1､はじめに
ノｰススロｰプはアラスカ北端に位置し北極海に面した北アメリカ最大の油田地帯である(第1図).
この地域の永久凍土の下にメタンハイドレｰトが広く分布しているといわれている.メタンハイドレｰ
トが陸上に存在するのは北極圏に近い地域に限られ,アラスカ(ノｰススロｰプ),シベリア(メソヤハ),カナダ北西部(マッケンジｰデルタ)などに広がる凍土の下にのみ存在している.先頃ノｰススロｰプのプルトｰベイ油田に行く機会を得たので,ここにノｰススロｰプ油田とハイドレｰトについて概要をまとめる.
2,ノｰススロｰプ油田
アラスカのノｰススロｰプ地域は巨大な油田地帯であり,世界でも18番目のプルトｰベイ油田をはじめとして,クパルタリバｰ,エンディコットなど9つの油田があり,米国の6大油田のうち3つがアラスカに集中している.1950年代後半から1960年代前半にノｰススロｰプ油田の探査が始まり,エクソンが1968年にプルトｰベイで最初に試掘に成功し開発が始まった.採掘された石油と天然ガスは1977年に完成したアラスカ縦断パイプライン(第2図,総距離1,200キロ,パイプ径122cm)によりアンカレッジ東方の不凍港バルデｰズに輸送され全米の港に向けて船積みされている.
この地域は南から北へBrooksRange,丘陵部,沿岸平野部の3つに分けられ(第3図),地質的には構造運動や岩相により基盤岩(古生代カンブリア紀からデボン紀),炭酸塩岩および珪質堆積岩が卓越
第1図
アラスカと縦断パイプライン(プルトｰベイからバルデｰズを結ぶ線:途中に石油を輸送するためのポンプステｰションがある)(Gousha,1993
による)
第2図
フェアバンクスにおけるパイプライン
する石炭系からジュラ系,珪質堆積岩を含む白亜系から第四系に分けられる.石油は主として古生代石
1)地質調査所地殻化学部
キｰワｰド1ハイドレｰト,ノｰススロｰプ,プルトｰベイ,メタン,天然ガス
1997年2月号

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第3図
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アラスカ･ノｰスス1コｰプ地域の地質単位と構造(Collet,1993による)..･･.̀oG1品
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炭紀と中生代自亜紀後期の地層(Sagavanirktok層の下側のWestSakとUgm砂岩層)に胚胎しており,天然ガスは主として中生代三畳紀,ジュラ紀,白亜紀後期の地層から産出している.
ブルトｰベイは北米最大の油田であり推定埋蔵量は240億バレルにのぼり,可採埋蔵量は120億バレ
ルで,これまでに90億バレル以上が生産された.また,天然ガスの埋蔵量は80億m3とされている.プ
ルトｰベイにおける油層は地下3,000mの砂岩およ一
ひ礫岩であり層厚は150mである.プルトｰベイ油田は1977年に生産を開始し10年以上にわたって日産150万バレル生産していたが,1988年より減退し始め,現在の生産量は100万バレル程度である.一方,クパルタリバｰは米国第2の油田であり推定埋蔵量50億バレル,可採埋蔵量は約20億バレルである.1981年に生産を開始し,現在の生産量は約30万バレル/日である.油層は深度1,800m前後のクパルタリバｰ砂層であり,層厚は15m程度である.
ノｰススロｰプ地域にはアルコ,英国石油,エクソン,モｰビルなどの多数の石油開発会社が石油を生産している.第4図にこの地域における石油生産設備の概要を示した.十数ヵ所の掘削場所で数百本の抗弁から採掘された流体は,分離施設(Sepa‑rati㎝C㎝ter)で油,水,天然ガスに分離される.
ガスと水を分離後,油は冷却されポンプステｰション(P汕mpStation1)からパイプラインで南部のバル第4図
ノｰスス回一プ地域の石油生産設備(BPExp1orationa11dARCOA1aska,1995による)デｰズまで輸送される.また,分離された水は海水とともに,油層圧力の維持と油層の掃攻のために貯留槽に再圧入される.ガス成分は世界最大級のガス処理施設(Centra‑GasFaci1ityおよびCentralCompressionP1ant)に送られ,ここで処理された天然ガスの一部は石油とともにパイプラインでバルデ地質ニュｰス510号

アラスカ･ノｰスス回一プ油田とメタンハイドレｰト
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策5図石油生産井およびガス分離施設
一ズに輸送されるが,大部分(85%)は昇圧後ガス圧力井よりガスキヤップに再圧入される.
3,プルトｰベイの;石油基地
プルトｰベイにはアンカレッジから毎日運行している定期便で訪門した.石油基地での勤務は1週間または2週間交代であり,厳寒の地に隔離されてこの期間を過ごすことになる.フライトの所要時間は1時間半余りである.我々が訪れた11月30日は天気予
報ではブリザｰドで大荒れとのことで着陸できるか心配したが,何事もなく氷の中の空港に降り立つことができた.外は猛吹雪で,気温は一50℃前後で数分間と外にとどまっていることができない.冬季は太陽が全く昇らない期間が56日以上もあり,到着したときは真っ暗で昼頃の2〜3時間空がわずかに白くなる程度であった.一転して夏季は75日間白夜が続き,気温も時には30℃前後になり湿地帯にトナカイや水鳥,野ウサギ,キツネなどが見られるという.'プルトｰベイでは英国石油とアルコが隣接して開発を行っているが,両者で通常期には約1,500人の職員が常駐しピｰク時には倍増するとのことである.
女性も様々な職場で多数働いている.最初に訪れた英国石油の中央管理棟は各地に点在する抗弁や各施設の集中管理を行っているが,同時に居住空間となっている.管理棟は雪原の中に細長い建物をいくつもつなげたような構造になっており,中は暖房完備で快適な環境が保たれている.管理棟の広さは2万平方メｰトル近くあり,図書館やサウナなどのほかバレｰボｰルやバスケットのコｰトやプｰルなどの設備があり様々な運動ができるようになっている.ここ
第6図石油の掘削には500人程度が宿泊できるとのことである.冬季
は見渡す限りの広大な雪原であり,その中にアラスカを縦断するパイプラインの起点となっているポン
プステｰション1,巨大な発電所群,生産升およびガス分離施設(第5図),石油を掘削する掘削リグ(第6図)が点在している.
4｡アラスカにおける天然ガスハイドレｰト
アラスカにおいてガスハイドレｰトが分布していると考差られているのはノｰススロｰプのプルトｰベ
イからクパルタリバｰにかけてと隣接するNati㎝a1
PetroleumReserves‑A1aska(NPRA)の陸域の凍土地帯,およびボｰフォｰト海からべ一リング海の太平洋岸にかけての広大な海域である.
ノｰスス回一プの北極海沿岸部の平坦地にはガスハイドレｰトが広1く分布しているとされ,様々な検層や地震探査,掘削により詳細なデｰタが得られている.しかしながら実際にこの地域にハイドレｰトが存在することが確認されたのは1972年にクパルタリバ
ｰのノｰスアイリｰン2号井の深度664mから667mでハイドレｰトコァが回収されたことによってであり,現在に至るまでこれ以外ではコアが回収されたという報告はない.これらの地域のガスハイドレｰト中の天然ガスの埋蔵量は1.0兆m3から1.2兆m3と推定され,これはプルトｰベイの在来型の天然ガス資源量の2倍である.第7図に本坑井におけるガスハイドレｰトの安定領域の温度圧力条件を示す.安定領域を決める主要なファクタｰは地殻熱流量とガス組成である.図に示したようにガス組成がプロパンになると安定領域は広くなる.メタン100%として安定領域
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第8図ノｰススロｰプ中央部におけるメタンハイドレｰトの安定領域層原図(Co11et,1993による)の計算からメタンガスハイドレｰトの厚さを計算して作成した等厚線図は第8図のように示される.これによるとハイドレｰト層の厚さはNPRAの東側の沿岸平野部で500m,プルトｰベイからクパルタリバｰで最大1,000m以上,NP艮Aの大部分と丘陵地域では500m以下となっている.
Co11etらはノｰススロｰプの445坑井の検層結果を解析し,50坑井でガスハイドレｰトの存在を推定
地質ニュｰス510号

アラスカ･ノｰスス回一プ油田とメタンハイドレｰト
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永久凍土層の基底
第9図
クパルタリバｰからプルトｰベイにかけての坑井断面図.ガスハイドレｰト層はAからFで示されている(Co11et,1993による)した.このときのガスハイドレｰトが存在する判定条
件は水と比べて高い電気抵抗(約50倍),早い音波
速度,著しい量のフリｰガス(50‑100ppt),2坑井以上の連続性によっている.
第9図にノｰスアイリｰン2号井を含むこの地域の坑井とハイドレｰト層の対比を示す.これによれば
ガスハイドレｰトはクパルタリバｰからプルトｰベイにかけて横方向に連続した6層の砂岩および礫岩層(AからF)中に形成されその下にはフリｰガスの集積が認められる.ガスハイドレｰトが形成されている岩石層は比較的孔隙率が大きく,ハイドレｰトはこの中に分散していると考えられている.坑外デｰタより推定されたハイドレｰトとフリｰガスの分布を第10図に示す.A層はクパルタリバｰの南東部までの394km2の規模で広がり,ガスハイドレｰト層の厚さは9mから27mで,永久凍土層の基底下部に生じている.B層は永久凍土層の下部に形成されており,分布面積は122km2,厚さは3mから18mである.またA層と同様にハイドレｰト層の下方にはフリ｣ガス層があると考えられる.検層とコア分析からハイドレｰト層の孔隙率は22‑48%,ハイドレｰト飽和率は85%と推定される.
また,｡ノｰススロｰプのハイドレｰトに伴う炭化水素ガスの起源については,炭素同位体比(一49%｡)
およびガスの組成(メタン:83‑88%,エタ!:5‑7%,プロパン:1‑2%)より生物起源のガスと地下深部の熱分解ガスが混在していると考えられる.このようなガスが地層断層面に沿って上方に移動してガスハイドレｰトが直接形成されたか,または一旦トラップに集積した後にハイドレｰトになったと考えら
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クパルタリバｰからプルトｰベイにかけてのガスハイドレｰトとフリｰガスのAからFの各ユニットの分布の合成因(Co11et,1993による)
れる.
現在のところ天然ガス資源の豊富な来園では,コスト面から必ずしもガスハイドレｰトに対して関心は高くない.従ってノｰススロｰプ地域ではガスハイドレｰトの開発に対して特別な関心は払っていないとのことである.むしろ現在は再圧入している天然ガスを,近い将来日本をはじめとするアジア･太平洋地域に輸出することを目指して西方の太平洋岸の港までパイプラインを引きそこから砕氷液化天然ガス(LNG)船により輸出する計画を立てている.資源の少ない日本でこそガスハイドレｰトの開発に対する進展が大いに期待されている.
謝辞:本原稿は石油公団のメタンハイドレｰト海外調査においてアラスカ･プルトｰベイ地域の調査を行ったことによる.関係する石油公団の方々および現地の英国石油株式会社,アラスカ大学の皆様に感謝します.
参考文献
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