1.2頁岩

頁岩層とシルト層は、地球の地殻で最も豊富な堆積岩です。石油地質学では、有機頁岩層は根源岩であると同時に、石油とガスをトラップするシール岩でもあります（Speight、2014年）。貯留層工学では、頁岩層は流れの障壁です。掘削では、ビットは貯留層の砂よりも多くの頁岩の量に遭遇することがよくあります。地震探査では、他の岩石と接触する頁岩層がしばしば優れた地震反射体を形成します。その結果、頁岩層の地震学的および岩石物理学的特性とこれらの特性間の関係は、探査と貯留層管理の両方にとって重要です。頁岩層は世界的に発生しています（第2章を参照）。

頁岩は粘土が豊富な地質学的な岩層で、通常は細かい堆積物に由来し、海や湖の底のかなり静かな環境に堆積します。何百万年もかけて埋葬されました。頁岩層は、盆地の圧力障壁、上部シール、およびシェールガスプレイの貯留層として機能します。

より技術的には、頁岩は、粒子がほとんどシルトと粘土のサイズである、分裂性の陸源堆積岩です。 （Blatt and Tracy、2000）。この定義では、核分裂性とは頁岩が層に沿って薄いシートに分裂する能力を指し、陸生とは堆積物の起源を指します。多くの流域では、水系の流体圧力が大幅に上昇し、ハイドロフラクチャーが形成され、流体が流出します。ただし、ほとんどの盆地に存在する状況では、自然のハイドロフラクチャーが発生する可能性はほとんどありません。

堆積物に大量の有機物が堆積している場合、頁岩の岩石には有機固体物質が含まれている可能性があります。 （ケロゲン）。頁岩の特性と組成は、泥岩として知られる堆積岩のカテゴリーに分類されます。頁岩は、層状で核分裂性であるため、他の泥岩と区別されます。頁岩は、多くの薄い層で構成され、層状構造に沿って簡単に薄い断片に分割されます。

頁岩は、主に粘土サイズの鉱物粒子で構成されています。通常、イライト、カオリナイト、スメクタイトなどの粘土鉱物です。頁岩には通常、石英、チャート、長石などの他の粘土サイズの鉱物粒子が含まれています。他の成分には、有機粒子、炭酸塩鉱物、酸化鉄鉱物、硫化鉱物、および重鉱物粒子が含まれる可能性があり、頁岩中のそのような鉱物の存在は、頁岩成分が存在した環境によって決定されます。

頁岩が来る有機物含有量に基づく2つの一般的な品種：（i）暗いまたは（ii）明るい。暗い色または黒い頁岩層は有機物が豊富ですが、明るい色の頁岩層は有機物が少ないです。有機物に富む頁岩層は、水中の酸素がほとんどまたはまったくない条件下で堆積し、有機物の腐敗を防ぎました。有機物は主に堆積物とともに蓄積した植物の残骸でした。

黒色の有機頁岩層は、世界の多くの石油および天然ガス鉱床の根源岩です。これらの黒色頁岩層は、頁岩が形成された泥とともに堆積した有機物の小さな粒子から黒色を獲得します。泥が地球の中に埋められて暖められると、有機物の一部が石油と天然ガスに変化しました。

堆積岩の黒い色は、ほとんどの場合、有機物の存在を示しています。有機材料のわずか1％または2％が、岩に濃い灰色または黒色を与えることができます。さらに、この黒色は、ほとんどの場合、酸素欠乏環境に堆積した堆積物から形成された頁岩を意味します。環境に入った酸素は、腐敗している有機物の破片とすぐに反応しました。大量の酸素が存在する場合、有機物の破片はすべて崩壊していたでしょう。酸素の少ない環境は、黄鉄鉱などの硫化鉱物の形成に適切な条件も提供します。黄鉄鉱は、ほとんどの黒色頁岩の堆積物または地層に見られるもう1つの重要な鉱物です。

黒色頁岩層に有機物の破片が存在すると、それらは石油とガスの生成の候補。埋葬後に有機物を保存し、適切に加熱すると、石油や天然ガスが発生する可能性があります。バーネットシェール、マーセラスシェール、ヘインズビルシェール、ファイエットビルシェール、およびその他のガス生成岩はすべて、天然ガスを生成するダークグレーまたはブラックの頁岩層です。

石油と天然ガスは、シェールから上向きに移動しました。それらの低密度のために堆積物の塊を通して。石油とガスは、砂岩層など、上にある岩石ユニットの細孔空間内に閉じ込められることがよくありました。これらのタイプの石油およびガス鉱床は、流体が岩石の細孔を通って抽出井に容易に流れることができるため、従来の貯留層として知られています。

各頁岩層には、影響を与えるさまざまな地質特性がありますガスの生産方法、必要な技術、生産の経済性。 （一般に大きな）シェール鉱床のさまざまな部分にもさまざまな特性があります。小さなスイートスポットまたはコア領域は、多くの場合、透過性を高める自然の割れ目が存在するため、地層の残りの部分よりもはるかに優れた生産を提供する可能性があります（Hunter and Young、 1953）。

天然ガスの生産に一般的に関連する天然ガス液（NGL-メタンより高分子量の炭化水素、たとえばプロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、さらにはオクタン）の量ガス中に存在するものもかなり変動する可能性があり、生産の経済性に重要な影響を及ぼします。米国のほとんどのドライガスプレイは、現在の低い天然ガス価格ではおそらく不経済ですが、かなりの液体含有量のプレイは、液体の価値に対してのみ生成できます（NGLの市場価値は、ガスではなく石油価格と相関しています）

1990年代後半、天然ガス掘削会社は、頁岩の小さな細孔空間に閉じ込められた石油と天然ガスを解放するための新しい方法を開発しました。この発見は、世界最大の天然ガス鉱床のいくつかを解き放ったため、重要でした。

テキサスのバーネットシェールは、頁岩貯留岩で開発された最初の主要な天然ガス田でした。バーネットシェールからガスを生成することは、シェールの細孔空間が非常に小さいため、ガスがシェールを通って井戸に移動するのが難しいため、課題でした。掘削者は、頁岩を破砕するのに十分な高さの圧力で井戸に水を汲み上げることにより、頁岩の浸透性を高めることができることを発見しました。これらの破砕により、ガスの一部が細孔空間から解放され、そのガスが井戸に流れることができました（水圧破砕、水圧破砕）。

水平掘削と水圧破砕は掘削技術に革命をもたらし、いくつかの巨人を開発する道を開きました。天然ガス田。これらには、アパラチア山脈のマーセラス頁岩、ルイジアナ州のヘインズビル頁岩、アーカンソー州のフェイエットビル頁岩が含まれます。これらの巨大な頁岩貯留層は、20年以上にわたって米国のすべてのニーズを満たすのに十分な天然ガスを保持しています。

水力特性は、透水性や多孔性などの岩石の特性であり、水、石油、天然ガスなどの流体を保持および伝達する能力を反映しています。この点で、頁岩の粒子サイズは非常に小さいため、間質空間は非常に小さくなります。実際、それらは非常に小さいため、石油、天然ガス、および水は岩を通過するのが困難です。したがって、頁岩は石油や天然ガスのトラップのキャップロックとして機能し、地下水の流れを遮断または制限することもできます。

頁岩層の隙間は非常に小さいですが、岩のかなりの量を占めます。これにより、頁岩はかなりの量の水、ガス、または油を保持できますが、浸透性が低いため、それらを効果的に伝達することはできません。石油およびガス産業は、水平掘削と水圧破砕を使用して岩石内に人工的な多孔性と浸透性を作り出すことにより、頁岩のこれらの制限を克服します。

頁岩で発生する粘土鉱物の一部には、吸収または吸着する能力があります。大量の水、天然ガス、イオン、またはその他の物質。シェールのこの特性により、流体やイオンを選択的かつ粘り強く保持または自由に放出することができます。

したがって、このシェールガス資源は、他の方法では非生産的な岩石からのガス生産を達成するために必要な技術主導の資源と見なすことができます。技術集約的なプロセス。ガス回収を最大化するには、従来の天然ガス操業の場合よりもはるかに多くの坑井が必要です。さらに、最大1マイル以上の長さの水平脚を備えた水平井戸は、可能な限り貯水池にアクセスするために広く使用されています。

頁岩が下で割れる多段水圧破砕（第3章を参照）井戸の水平セクションに沿ったいくつかの場所での高圧は、ガスが流れることができる導管を作成するために使用されます。脈動イメージングにより、オペレーターはこの破砕の成長が貯留層のどこで発生しているかを視覚化できます。ただし、技術主導の資源として、シェールガスの開発速度は、淡水、破砕プロッパント、2マイル以上の長さの井戸を掘削できる掘削リグなどの必要な資源の利用可能性によって制限される可能性があります。