テクノロジーを活用したスマート掘削と未来へのエネルギー供給

石油・ガス産業は世界最大級のセクターの一つで、2024年の評価額は6.10兆ドルで、2034年までに8.79兆ドルを超えると予測されています。同セクターは昨年、推定で4.2兆ドル以上の世界的な収益を生み出しました。

朝の通勤から私たちの製品を作る工場まで、あらゆるものにエネルギーを供給する石油は、現代社会の基盤です。建物を暖め、電力を生成し、産業を稼働させ続けます。エネルギー以外でも、石油は私たちが日常的に依存する製品の原料となります。健康を支える医薬品、触れるすべてのプラスチック、そして無数の製品を可能にする化学物質はすべて石油に由来しています。石油は文字通り世界を動かしています。

しかし、石油は再生不可能な化石燃料であり、温室効果ガス（GHG）排出や気候変動など、重大な環境影響があります。また、地政学的課題を呈しています。石油埋蔵量が少数の国に集中しているため、世界のエネルギー安全保障を脅かしています。

石油は有限：生産と価格への影響

再生不可能な資源であるため、原油は置き換えることができません自然に、消費される速度で消費される。これは有限で急速に枯渇する資源が、何百万年もの間に有機物、植物、動物の分解により、極端な熱と圧力の下で形成されるためです

これは炭化水素資源であり、炭素と水素原子だけで構成された有機化合物を意味します。炭化水素は石油、天然ガス、石炭の基礎を成し、地殻の岩石中に自然に存在する物質です。

地球上の石油総量は限られています。石油が採掘・使用されるにつれて、利用可能な埋蔵量は減少し、将来の供給に対する懸念が生じます。

さらに、埋蔵量のすべての石油が抽出されるわけではありません。貯留層は通常、圧力、溶存ガス量、岩石の孔隙率や透過性などの特性、そして採用される回収技術に応じて、数パーセントから50%以上までの石油を回収します。

一次回収（初期抽出）は、石油の約20％しか回収できないことが多いです。水圧注入やガス注入といった強化回収手法は、総回収量を大幅に増加させることができます。企業はコンピュータシミュレーションを用いて貯留層の挙動をモデル化し、様々な生産シナリオを評価し、注入戦略を策定し、時間経過に伴う石油回収量を推定しています。

限られているものの、新たな埋蔵量は常に新技術と改良された技術で発見・採掘され、既存の油田からの回収率を向上させています。

原油を抽出するために、掘削とポンピング技術で地下の貯留層から地表へ引き上げます。まず、ツールで貯留層の位置と評価を行います。採算が取れる層が見つかれば、掘削技術で油井を作り、油リグなどの構造物を用いて油を汲み上げます。

油リグは地中に深い穴を掘り、石油を抽出する井戸を作ります。しかし、掘削で得られる炭化水素が事業者にとって採算が取れない場合、それは「ドライウェル」と呼ばれます。

興味深いことに、測定値がまだ油が存在すると示していても、油井が枯渇することがあります。油井に油があるかどうかを判断するために、広域の地域調査から掘削現場での直接サンプリングまで、さまざまな手法が用いられます。

掘削を開始する前に、事業者は地質・地球物理調査を用いて炭化水素が存在する可能性のある地域を特定します。地質学者は表層の特徴、地下構造、岩石の種類を研究し、潜在的な石油・ガス埋蔵量を探します。

他の手法としては、地球の重力の微細な変化を測定する重力調査や、磁気異常を測定する磁気調査があります。地質学者はまた、表層の土壌や植生を分析し、深部の貯留層から上昇した可能性のある微量の炭化水素を探します。

これらの手法の中でも、地震探査は特に重要です。地球内部を伝わる音波を利用して油田の位置を明らかにし、埋蔵量の概算サイズを推定します。

それでも、予想される油の一部が抽出された直後に油井が枯渇することはかなり一般的です。

なぜ『ドライ』ウェルが発生するのか—そして4D地震がそれを解決する方法

重要かつ限られた資源である石油を見つけることは複雑です。さらに、石油・ガス採掘がもたらす環境への負の影響が緊急性を高めており、掘削はよりスマートで効率的である必要があります。これは、貯留層が実際にどれだけの油を含んでいるかをより正確に測定することを求めます。

ペンシルベニア州立大学の研究者グループは、特定の井戸が実際に生産できる石油量をより正確に算出する手法を開発しました。彼らの研究は重要な疑問に答えます：地震スキャンで地下にまだ油があると示されているのに、なぜ井戸が枯渇するのか？

“実際に北海のデータでテストしました。ご存知の通り、2008年に掘削を開始し、彼らの推定に基づくと…20年、30年油を生産できるとされました。しかし残念ながら、2年後には何もなく、井戸は枯渇しました。彼らは混乱しました。油はどこに？消えたのか？実際の大きな問題は、貯留層の地質の複雑さです。”

– ペンシルベニア州立大学の地球物理学者、研究者・朱鉄遠（Tieyuan Zhu）

そこで、朱氏は学生やポスドク研究員と共に、従来よりも詳細な音波測定データの研究に取り組むことにしました。

このため、チームは計算能力と大量のメモリが必要となり、問題の一部をコンピュータのプロセッサに保持して、データストレージへの時間とコストのかかるアクセスを回避しました。

解決策は、PSCの旗艦であり、米国国立科学財団が資金提供したBridges-2スーパーコンピュータでした。これは、統合型でスケーラブルなHPC、機械学習、データ分析の新技術を組み合わせ、データ集約型研究を可能にします。

このシステムは、数百の標準メモリーノードに1,000台以上の高性能CPUを搭載し、汎用計算やデータ分析の高速処理を実現します。また、各CPUノードは256GBから512GBのRAMを備えており、先進的なゲーミングラップトップの8〜16倍のメモリ容量を提供します。

さらに、Extreme Memory（EM）ノードを備え、4TBの共有メモリを提供し、GPUノードによりディープラーニングやアクセラレートコンピューティングの卓越した性能とスケーラビリティを実現します。

この計算能力を活用し、研究者はBridges-2を用いて地震測定に時間次元を加え、油が音波の音量をどのように抑制するかを分析しました。

チームの初期分析では、油埋蔵層に隠れた岩構造が存在し、そこに含まれる全ての油の抽出を妨げていることが判明しました。 実用的な、大規模油田に取り組むため、研究者は現在システムのスケールアップに取り組んでいます。

研究者は昨年、ジャーナル『Geophysics』で結果を最初に報告し、今年はさらに詳細な結果を再び発表しました。

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隠れた地下構造：井戸が期待以下になる本当の理由

石油は地下のプールにただ座っているだけで引き上げられるわけではありません。実際には多孔質の堆積岩に浸透し、地表へ向かって移動します。しかし、石油が低多孔質のキャップロックの下に閉じ込められると、貯留層が形成されます。

ここで音波が役立ちます。固体の岩石は油で飽和した岩石よりも高速で音を伝えます。岩石を通過する音波が油によってどれだけ遅くなるかを測定することで、専門家は油埋蔵層を特定できます。

これらの地震手法は、油で浸透した岩石の位置を3D画像として作成し、医療用超音波が筋肉や内部臓器を映し出すのと同様です。

これらの能力にもかかわらず、洗練された画像に基づいて掘削された井戸は、期待よりも少ない油しか産出しません。これは3Dイメージが全体像を捉えていないためで、重要な情報が欠落しています。

研究チームは、同じ埋蔵層を異なる時間で撮像すれば、より正確な画像を生成する4Dアニメーションになると考えています。分析に地震データのさらなる側面を利用すれば、現象の理解が深まります。

従来、油埋蔵層は音波が通過するのに要する時間の長さで検出されていました。現在、研究者は信号の振幅、すなわち油が音量を減衰させる度合いを時間データに加えました。

高速に全計算を行い、問題の異なる要素を一時的にメモリに保存するため、チームはBridges-2を使用しました。

スーパーコンピュータは2つのフェーズで使用されました。第一フェーズでは研究コードの並列化と実用化が行われ、第二フェーズではフィールドデータへのコード実装が行われました。

「PSCは私に10万時間の計算時間と、データやフィールドデータを保存するメモリを保証してくれました…これはローカルのリソースでは到底実現できません。」

– 朱

この拡張分析と繰り返し測定は成果を上げました。ペンシルベニア州立大学の科学者は、時間だけで単一測定でマッピングした場合、画像が油埋蔵層内部の構造を捉えていないことを発見しました。

これは、埋蔵層内のより固い岩層などの構造が音速に十分な影響を与えず検出できないものの、下部からの油の汲み上げを妨げるためです。

場合によっては、少し深く掘削することでこの問題を解決し、井戸内の残りの油にアクセスできます。

しかし、研究者はこの手法を約9平方マイルという限定的な地質領域に適用しました。現時点でペンシルベニア州立大学の研究は概念実証にすぎません。チームは現在、計算ノードを増やし、はるかに広い領域の正確なマップ作成を可能にすることに注力しています。

チームは作業を拡大する別の選択肢として、Bridges-2のエクストリームメモリーノードを利用することを検討しています。これらのノードはそれぞれ4,000GBのRAMを備えています。

枯渇井戸からエネルギー貯蔵へ：CAES と地熱

石油は1世紀以上にわたり支配的なエネルギー源でしたが、現在、世界は化石燃料から風力や太陽光といった再生可能エネルギーへとシフトしています。これは、気候変動、空気・水質汚染、そして非再生資源による生息地破壊への懸念が背景にあります。

再生可能エネルギー源は本質的に間欠的であり、後で使用するためのエネルギー貯蔵方法が必要です。興味深いことに、枯渇した油・ガス井戸がこの課題への解決策を提供する可能性があります。
これらの井戸は実際に自然地熱熱源として重要であり、今年初めのペンシルベニア州立大学の研究によると、その熱を利用して圧縮空気エネルギー貯蔵（CAES）の効率を9.5％向上させ、貯蔵エネルギーの回収と電力変換を増やすことができることが分かりました。

「この効率向上は、圧縮空気エネルギー貯蔵プロジェクトの経済性を正当化するゲームチェンジャーとなり得ます。さらに、既に生産されていない既存の油・ガス井戸を利用することで、初期コストを大幅に回避できるでしょう。これはウィンウィンの状況です。」

– 研究共同著者 アラッシュ・ダヒ・タレガニ

枯渇した油・ガス井戸の再利用は、孤児井戸の負の影響を減らすのにも役立ちます。これらは所有者が経済的に維持できないため、放置された井戸です。

監視がない場合、これらの井戸口からはメタンなどの有毒物質が漏れ出す可能性があり、メタンは20年間でCO2の84倍の温暖化効果を持ちます。また、硫化水素、ヒ素、ベンゼンなどの物質も放出され、地域の大気・水・土壌に浸透し、重大な汚染問題を引き起こします。

ロイターの2020年の推定によれば、世界で少なくとも2,900万本の放棄された井戸が存在します。

今年初めの報告によれば、放棄された油・ガス（AOG）井戸の総数は4,499,000本で、うち3,557,000本が米国に位置しています。さらに、世界中で約4.5百万本の井戸からのメタン排出量は2022年に約0.4百万トン（Mt）で、これは100年スケールでのCO2換算で10.5 Mtに相当します。

しかし、すべての孤児井戸が記録されているわけではありません。実際、多くは正式な記録にも載っておらず、所有者も不明です。

この問題に対処するため、エネルギー省のローレンス・バークレー国立研究所の研究者は、最新のツールを使用、センサー、レーザーイメージング、ドローン、AI を用いて、これらの未記録の孤児井戸（UOW）を発見しました。

「AIは現代的で急速に進化する技術ですが、最新のデータソースだけに結び付けるべきではありません。AIは過去のデータから情報を抽出し、数年前には不可能だった規模で過去の理解を深めることができます。未来に進むほど、過去も活用できるのです。」

研究では、初期の石油生産が多い4つの郡を調査し、約1,300件の潜在的なUOWを発見しました。そのうち29件は衛星画像で確認され、現地調査でさらに15件が検証されました。

このAI駆動のマッピングと検証作業は、未記録の孤児井戸に対処する大規模な取り組みの一部です。失われた油・ガス井戸評価技術推進コンソーシアム（CATALOG）プログラムは、井戸の探索、メタン検出・測定、井戸状態のスクリーニング、塞止優先順位付け、そして広範な利用向けの低コストツール作成を改善するための協働です。

「現在、油・ガス井戸の塞止前後の排出量を定量化する必要があります。これは、塞止が正しく行われたことを確認するためと、プログラム自体が気候緩和戦略、特に二酸化炭素よりも速く地球温暖化を引き起こすメタン排出に与える影響を定量化するためです。」

– カリフォルニア大学バークレー研究所でCATALOGプロジェクトを率いる科学者 セバスチャン・ビラウド

スマートエネルギー探査への投資

スマート掘削に関しては、Baker Hughes (BKR ) はエネルギー技術サービスのリーダーとして知られています。同社は高度なセンサー、クラウドコンピューティング、デジタルツイン、AI を活用して掘削最適化を行っています。また、メタン検出および排出削減技術も提供しています。

Baker Hughes (BKR )

時価総額478億ドルで、BKR株は現在48.50ドルで取引されており、今年は18.24％上昇しています。会社は1株当たり利益（TTM）2.93ドル、株価収益率（TTM）16.58を提供しています。Baker Hughesは配当利回り1.90％を支払っています。

財務面では、同社は2025年第2四半期の売上高が69億ドルであると報告しました。帰属純利益は7億100万ドルです。四半期のGAAP希薄化EPSは0.71ドル、調整後希薄化EPSは0.63ドルでした。

「売上はやや減少したものの、総調整EBITDAマージンは前年同期比で170ベーシスポイント上昇し、17.5％となる強力な第2四半期の結果を達成しました。この業績は、構造的コスト改善とビジネスシステムの継続的な展開の恩恵を反映しており、生産性の向上、オペレーティングレバレッジの強化、そして全社的により持続的な利益をもたらしています。」

– CEO ロレンツォ・シモネリ

この期間中、同社は産業・エネルギー技術（IET）部門で35億ドルの過去最高の受注残高を報告しました。この部門はエネルギー産業全体の発電用途にサービスを提供しています。
営業活動によるキャッシュフローは5億1000万ドルで、フリーキャッシュフローは2億3900万ドルでした。Baker Hughesは2025年第2四半期に株主へ総額4億2300万ドルを還元し、そのうち1億9600万ドルは自社株買いによるものでした。

最新の Baker Hughes (BKR) 株式ニュースと動向

結論

原油は世界経済の重要な部分を占める最も重要なエネルギー源の一つであり続けます。しかし、有限資源であるため、将来的に課題をもたらす可能性があります。

手軽に採掘できる油が枯渇するにつれ、企業はかつてないほど深く掘削し、先進技術だけがこの停滞を打破できます。これにはハイパフォーマンスコンピューティング、先進的な地震解析、センサー、データサイエンス、AI が必要です。これらのツールは、油の探査・抽出方法、さらには古い井戸の再利用方法さえ変革しています。

したがって、目標は単に地下からより多くの油を抽出することだけでなく、環境へのダメージを減らすことです。また、場合によっては同じ技術が枯渇井戸をクリーンエネルギー貯蔵ソリューションへと転換するのに役立ちます。

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参考文献

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