JP2015058417A - 水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】環境保全を考慮しつつ、採油効率を低下させることなく採油可能な圧入水を、海水と随伴水とから調製可能な水処理システムを提供する。【解決手段】海水を淡水化して淡水を得る海水淡水化装置３からの淡水が通流される淡水流路と、油田からの随伴水に含まれる油分を除去して処理水を得る油水分離装置１０からの処理水が通流される処理水流路と、前記処理水流路を通流する処理水と、前記淡水流路を通流する淡水とを合流させて、油田に圧入する圧入水を調製する圧入水調製流路とを具備することを特徴とする、水処理システム。【選択図】図１

Description

本発明は、水処理システムに関する。

油田から石油を採油する際、圧入水を地中の油層に圧入し、油層内で発生した圧力により石油を油層から地上まで押し上げる、所謂水攻法が行われている。水攻法を利用した採油技術として、特許文献１及び２に記載の技術が知られている。

特開２００１−００２９３７号公報 特開２０１０−２７０１７０号公報

水攻法に際して、地中からは、石油とともに随伴水と呼称される水が押し上げられる。この随伴水には様々な有機物や無機物が含まれている。そのため、環境保全の観点から、この随伴水をどのように取り扱うのかが、喫緊の課題になっている。随伴水は、重金属等を含んでいるために自然界に放流廃棄するには、大規模な処理が必要となるため、油回収率増大のための圧入水に再利用することが適している。

しかし、随伴水は、一般に総溶解固形分濃度（ＴＤＳ濃度。ＴＤＳの詳細は後記する）が高いため、そのままでは圧入水に適さない。また、総溶解固形分濃度を下げるために逆浸透膜（ＲＯ膜）を使用すると、逆浸透膜の目詰まりが発生しやすくなり、副生成物である濃縮水が重金属等を含むために容易に廃棄できなくなる等の問題がある。これらの点に関して、特許文献１及び２には、油層からの石油回収効率を向上させる薬剤に関する技術が記載されているものの、採油に伴って発生する随伴水の利用、取扱については開示されていない。

また、圧入水として、特に淡水を得にくい地域では、地球に多量に存在する海水を用いることが考えられる。しかし、海水には多くの金属イオンが含まれているため、海水を圧入水として用いると、例えば硫酸イオンは地中のカルシウム、マグネシウム、ストロンチウム等と反応して、硫酸塩を生成することがある。このような硫酸塩は水に難溶性であるため、地中で硫酸塩が生成すると、地上と地中（油層）とをつなぐ配管に詰まりが発生し、採油効率が低下することがある。海水の淡水化には、ナノフィルタ膜（ＮＦ膜）で処理して硫酸イオン濃度を低減することが有効である。ただ、硫酸イオン濃度だけでなく総溶解固形分濃度を低減するためには、逆浸透膜の使用が適しているといわれている。

本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、本発明が解決しようとする課題は、環境保全を考慮しつつ、採油効率を低下させることなく採油可能な圧入水を、海水と随伴水とから調製可能な水処理システムを提供することである。

本発明者らは前記課題を解決するべく鋭意検討した結果、海水を淡水化して得られた淡水に対して随伴水を混合して圧入水とすることで前記課題を解決できることを見出した。

本発明によれば、環境保全を考慮しつつ、採油効率を過度に低下させることなく採油可能な圧入水を、海水と随伴水とから調製可能な水処理システムを提供することができる。

第１実施形態の水処理システムの系統図である。 第１実施形態の水処理システムにおける制御フローである。 第２実施形態の水処理システムにおける制御フローである。 第３実施形態の水処理システムにおける制御フローである。 第４実施形態の水処理システムにおける制御フローである。

以下、図面を適宜参照しながら、本発明を実施するための形態（本実施形態）を説明する。

［１．第１実施形態］
＜構成＞
図１は、第１実施形態の水処理システム１００の系統図である。水処理システム１００は、海水淡水化流路Ａ、随伴水処理流路Ｂ、圧入水調製流路Ｃ及びバイパス流路Ｄの４つの流路を備えて構成されている。以下、第１実施形態の水処理システムについて具体的数値を示して説明するが、数値は一例を示すものであり、実施形態としてはこれに限定されるものではない。

海水淡水化流路Ａは、海水を淡水化して淡水を得るものである。海水淡水化流路Ａを経て得られた淡水が、後記する圧入水の一部になる。海水淡水化流路Ａに供給される海水の流量は、第１実施形態では、５００００バレル／日（１バレルは約１５９Ｌ）である。また、第１実施形態では、海水の総溶解固形分濃度は３５０００ｍｇ／Ｌ、硫酸塩濃度は３０００ｍｇ／Ｌである。

なお、本明細書において、「総溶解固形分（Total Dissolved Solids；ＴＤＳ）」とは、海水や随伴水等に含まれる金属塩を表すものとする。このような金属塩は、例えば硫酸塩や金属塩化物である。金属塩は、当該金属塩を構成する金属イオン（例えばマグネシウムイオンやナトリウムイオン）と陰イオン（例えば硫酸イオンや塩化物イオン）とに電離して、海水や随伴水等に溶解している。

海水淡水化流路Ａには、海水を濾過して異物を除去する濾過装置１と、異物除去後の海水を貯水する貯水槽２と、海水を淡水化する逆浸透膜３（海水淡水化装置）とが備えられている。さらに、海水淡水化流路Ａには、流路を通流する海水を送液するポンプ４，６と、貯水槽２の水位に基づいて濾過装置１に供給する海水の量を調整するための弁５が備えられている。

濾過装置１は、例えば砂濾過装置（マルチメディアフィルタ（ＭＭＦ））等である。これにより、海水中の異物（ゴミ等）が除去され、清澄な海水が貯水槽２に供給されるようになっている。

貯水槽２は、濾過装置１によって清澄になった海水が貯水されるものである。貯水槽２には、貯水槽２内の水位を測定する水位センサ（図示しない）が備えられている。そして、貯水槽２内の水位が一定になるように弁５の開度が制御されて、過剰な海水が弁５を通じて海洋に戻されるようになっている。なお、貯水槽２には、濾過装置１を経た海水の他に、後記するバイパス流路Ｄからの戻り海水が供給されるようにもなっている。

逆浸透膜３は、貯水槽２からの海水に圧力をかけながら透過させることで淡水を得るものである。即ち、第１実施形態では、逆浸透膜３の下流側に、淡水が通流される淡水流路が形成されていることになる。逆浸透膜３においては、淡水が得られるほか、イオン等が濃縮された濃縮水が生成し、この濃縮水は海洋に戻されるようになっている。逆浸透膜３を経ることにより、海水に含まれていたＴＤＳ等が除去され、得られた淡水は、後記する圧入水調製流路Ｃを通流するようになっている。

第１実施形態では、海水淡水化流路Ａに供給された５００００バレル／日の海水のうち、４００００バレル／日の海水が逆浸透膜３に供給されるようになっている。そして、逆浸透膜３では、供給された４００００バレル／日の海水から、１６０００バレル／日の淡水と２４０００バレル／日の濃縮水とが生成するようになっている。また、逆浸透膜３に供給されなかった、残りの１００００バレル／日の海水は、詳細は後記するが、バイパス流路Ｄを通じて随伴水処理流路Ｂに供給されるようになっている。

随伴水処理流路Ｂは、油田からの随伴水に含まれる油分を除去して処理水を得るものである。随伴水処理流路Ｂに供給される随伴水の流量は、第１実施形態では、１００００バレル／日である。また、第１実施形態では、随伴水の総溶解固形分濃度は１０００００ｍｇ／Ｌ、硫酸塩濃度は１５００ｍｇ／Ｌである。さらに、随伴水に含まれる油量は１０００ｍｇ／Ｌ以下、全固形分（Solids State；ＳＳ）は３００ｍｇ／Ｌ以下である。

随伴水処理流路Ｂには、油田からの随伴水に含まれる油分を除去する油水分離装置１０と、油分を除去して得られた処理水を濾過する精密濾過膜（マイクロフィルタ）１１とを備えている。さらに、随伴水処理流路Ｂには、随伴水の流量を制御する弁１２と、流路を通流する処理水を送液するポンプ１３と、処理水のイオン濃度Ｃ１を測定するイオン濃度センサ１４（処理水イオン濃度センサ）と、処理水の流量Ｑ１を測定する流量センサ１５（処理水流量センサ）とを備えている。

油水分離装置１０は、随伴水から油分を除去し、処理水を得るものである。即ち、第１実施形態では、油水分離装置１０の下流側に、処理水が通流される処理水流路が形成されていることになる。油水分離装置１０は、例えば凝集磁気分離装置、加圧浮上装置、ガス誘発浮揚装置（ＩＧＦ）、小型浮揚装置（ＣＦＵ）等である。ただし、第１実施形態では、凝集磁気分離装置が用いられている。これにより、より効率よく油分を随伴水から除去することができ、後記する精密濾過膜１１の負荷を小さくすることができるようになっている。具体的には、油水分離装置１０を経て得られる処理水中の油量は、５ｍｇ／Ｌ以下まで低減されている。油水分離装置１０から除去された油分は水分を含むフロック状であるため、図示はしないが、遠心分離やスクリュープレス、ベルトプレス等の脱水装置を用いて脱水後、乾燥して焼却、埋め立て等により処理される。

精密濾過膜１１は、処理水中の固形分を除去するものである。従って、処理水が精密濾過膜１１を透過することで、処理水中の固形分が除去されることになる。具体的には、第１実施形態では、精密濾過膜１１を透過した後の処理水における全固形分は０．２ｍｇ／Ｌ以下となる。

なお、詳細は後記するが、油水分離装置１０を経て得られた処理水（１００００バレル／日）に対して、バイパス流路Ｄを通じて、前記の海水淡水化流路Ａを通流する海水（前記のように１００００バレル／日）が混合されるようになっている。従って、処理水中のＴＤＳ（硫酸塩を含む）は希釈されることになる。具体的には、精密濾過膜１１を透過後の処理水、即ち、圧入水調製流路Ｃで混合される処理水のＴＤＳは、第１実施形態では６７５００ｍｇ／Ｌであり、このうち硫酸塩濃度は２２５０ｍｇ／Ｌになっている。

イオン濃度センサ１４は、処理水のイオン濃度Ｃ１を測定するものである。第１実施形態では、ＴＤＳ濃度、カルシウムイオン、マグネシウムイオン及び硫酸イオンのうちの少なくとも一つが測定されるようになっている。ここで、随伴水の水質変動は、比較的長い時間をかけて変化することが多い。従って、通常、測定に即応性は要求されない。そこで、図１では図示の便宜上、インライン測定可能なようにイオン濃度センサ１４が備えられているが、カルシウムイオン、マグネシウムイオン及び硫酸イオンについては、イオン濃度センサ１４の位置で処理水を採取し、別途分析を行うものとしている。

流量センサ１５は、油水分離装置１０を経て得られた処理水の流量を測定するものである。前記のイオン濃度センサ１４及び流量センサ１５は、図１中破線で示す電気信号線により、演算制御装置５０に接続されている。演算制御装置５０については後記する。

圧入水調製流路Ｃは、随伴水を汲み上げた油田に圧入することで採油を促すための圧入水を調製するものである。具体的には、圧入水調製流路Ｃでは、海水淡水化流路Ａを経て得られた淡水（１２０００バレル／日）に対し、精密濾過膜１１を経た処理水（２００００バレル／日）が混合されることで、圧入水（３２０００バレル／日）が得られるようになっている。なお、圧入水調整流路Ｃを経て得られる圧入水のＴＤＳ濃度は、第１実施形態では３７５００ｍｇ／Ｌであり、このうち硫酸塩濃度は１２５０ｍｇ／Ｌである。

圧入水調製流路Ｃには、圧入水のイオン濃度Ｃｔを測定するイオン濃度センサ７（圧入水イオン濃度センサ）と、流量Ｑｔを測定する流量センサ８（圧入水流量センサ）とが備えられている。イオン濃度センサ７は、イオン濃度センサ１４と同様に、圧入水中のイオン濃度を測定するものである。イオン濃度センサ７による測定対象のイオンや測定方法は、前記のイオン濃度センサ１４と同様であるため、説明を省略する。

また、イオン濃度センサ７及び流量センサ８は、図１中破線で示す電気信号線により、演算制御装置５０に接続されている。演算制御装置５０については後記する。

バイパス流路Ｄは、海水淡水化流路Ａを通流する海水の少なくとも一部を、随伴水処理流路Ｂを通流する処理水に対して混合させるものである。バイパス流路Ｄには、海水を送液するポンプ２１と、随伴水処理流路Ｂに供給する海水の流量Ｑｍを制御する戻し弁３０とが備えられている。また、バイパス流路Ｄには、随伴水処理流路Ｂに供給する海水のイオン濃度Ｃｍを測定するイオン濃度センサ２０（バイパスイオン濃度センサ）が備えられている。イオン濃度センサ２０による測定対象のイオンや測定方法は、前記のイオン濃度センサ１４と同様であるため、説明を省略する。

戻し弁３０は、海水淡水化流路Ａから採取した海水を、海水淡水化流路Ａに備えられた貯水槽２に戻すものである。即ち、ポンプ２１により送液される海水の流量Ｑｍが所望量よりも多いときは、弁３０の開度を大きくして貯水槽２に戻すようになっている。第１実施形態では、ポンプ２１により送液される海水の流量は一定であり、戻し弁３０の開度の調整により、随伴水処理流路Ｂに供給される海水の流量が制御されるようになっている。そこで、第１実施形態では、戻し弁３０の開度と随伴水処理流路Ｂに供給される海水の流量Ｑｍとの間の相関関係（検量線や表等）が演算制御装置５０に記録されている。そして、演算制御装置５０は、詳細は後記するが、記録された相関関係に基づいて、供給される海水の流量Ｑｍが所望量になるように、流量戻し弁３０の開度を調整するようになっている。なお、前記例では、バイパス流路Ｄを通流する海水が随伴水処理流路Ｂを通流する処理水に混合されるようにしたが、精密濾過膜１１を通流させる必要がない場合は、バイパス流路Ｄを精密濾過膜１１の出口側流路に接続してもよい。この場合、精密濾過膜１１の負荷を軽減できる効果がある。

演算制御装置５０は、イオン濃度センサ７，１４，２０により測定されるイオン濃度Ｃｔ，Ｃ１，Ｃｍ、及び、流量センサ８，１５により測定される流量Ｑｔ，Ｑ１に基づいて、随伴水処理流路Ｂに供給する海水の流量Ｑｍを決定するものである。また、演算制御装置５０は、決定された流量Ｑｍになるように、戻し弁３０の開度を調整するようにもなっている。戻し弁３０の開度の具体的な制御方法は、＜作用＞において後記する。

なお、演算制御装置５０は、いずれも図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）等を備え、ＲＯＭに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。

＜作用＞
次に、水処理システム１００における制御について説明する。

水処理システム１００においては、例えば油水分離装置１０や逆浸透膜３の経時劣化により、油水分離装置１０を透過して得られた処理水の流量Ｑ１やイオン濃度Ｃ１、逆浸透膜３を透過して得られた淡水の流量Ｑｒやイオン濃度Ｃｒが変化してしまうことがある。これにより、淡水と処理水とが混合されてなる圧入水の流量Ｑｔやイオン濃度Ｃｔが、水処理システム１００の試運転時の条件から変化することがある。そこで、第１実施形態では、随伴水処理流路Ｂに供給される海水の流量Ｑｍを幾つかのパラメータに基づいて制御することで、圧入水の流量Ｑｔやイオン濃度Ｃｔが大きく変化することを抑制することができるようになっている。具体的には、随伴水処理流量Ｂに供給される海水の流量Ｑｍは、処理水の流量Ｑ１と、処理水のイオン濃度Ｃ１と、圧入水の流量Ｑｔと、圧入水のイオン濃度Ｃｔと、随伴水処理流路Ｂに供給される海水のイオン濃度Ｃｍと、に基づいて決定され、制御される。まず、流量Ｑｍの決定方法について、以下で説明する。

まず、前記のように、イオン濃度センサ７により測定されるイオン濃度をＣｔ、流量センサ８により測定される流量をＱｔ、イオン濃度センサ１４により測定されるイオン濃度をＣ１、流量センサ１５により測定される流量をＱ１とする。さらに、逆浸透膜３を透過して得られた淡水の流量をＱｒ、イオン濃度をＣｒとすると、イオンについての質量保存の法則により、以下の式（１）が導き出される。

ここで、淡水のイオン濃度Ｃｒはほぼ０であるから、Ｃｒ≒０とすると、以下の式（２）が得られる。

この式（２）に、流量センサ８，１５により測定される流量Ｑｔ，Ｑ１、及び、イオン濃度センサ７，１４，２０により測定されるイオン濃度Ｃｔ，Ｃ１，Ｃｍを代入することで、随伴水処理流路Ｂに供給される海水の流量Ｑｍが算出可能である。

以下、第１実施形態の水処理システム１００における具体的な流量Ｑｍの制御フローを、図２を参照しながら説明する。

図２は、第１実施形態の水処理システム１００における制御フローである。図２に示すフローは、演算制御装置５０により行われる。まず、演算制御装置５０は、流量センサ８による圧入水の流量Ｑｔと、流量センサ１５による処理水の流量Ｑ１とを測定する（ステップＳ１０１）。測定された流量Ｑｔ，Ｑ１は、演算制御装置５０が取得する。次いで、演算制御装置５０は、イオン濃度センサ７による圧入水のイオン濃度Ｃｔと、イオン濃度センサ１４による処理水のイオン濃度Ｃ１と、イオン濃度センサ２０によるバイパス流路Ｄを通流する海水のイオン濃度Ｃｍと、を測定する（ステップＳ１０２）。測定されたイオン濃度Ｃｔ，Ｃ１，Ｃｍは、演算制御装置５０が取得する。

次いで、演算制御装置５０は、バイパス流路Ｄを通流して随伴水処理流路Ｂに供給される海水の流量Ｑｍを決定する（ステップＳ１０３）。具体的には、第１実施形態では、演算制御装置５０が、測定された５つのパラメータを前記の式（２）に代入することで、流量Ｑｍが決定される。そして、演算制御装置５０は、決定された流量Ｑｍから、予め記憶された流量Ｑｍと戻し弁３０の開度との相関関係に基づき、戻し弁３０の開度を決定する（ステップＳ１０４）。その後、演算制御装置５０は、決定された開度になるように戻し弁３０の開度を制御する（ステップＳ１０５）。これにより、ステップＳ１０３で決定された流量Ｑｍの海水が随伴水処理流路Ｂに供給されることになる。

＜効果＞
第１実施形態によれば、例えば各種装置の経時劣化等により、油水分離装置１０を透過して得られた処理水の流量Ｑ１やイオン濃度Ｃ１、逆浸透膜３を透過して得られた淡水の流量等が変化した場合でも、圧入水の流量Ｑｔやイオン濃度Ｃｔの大きな変動を抑制することができる。従って、予め設定した、採油に適した圧入水条件が大きく変動することがなく、安定した採油が可能になる圧入水を調製することができる。

ここで、処理水には、前記のように大量のＴＤＳ（塩分）が含まれている。良好な採油効率とするため、圧入水にはある程度の塩分が含まれることが好ましいものの、過剰の塩分は採油効率を低下させることがある。従って、随伴水や処理水をそのまま圧入水として利用することは困難である。

さらに、処理水を例えば逆浸透膜によって脱塩しようとしても、随伴水に含まれる塩分は極めて多く、逆浸透膜によっては脱塩することが困難である。また、随伴水には油分以外にも様々な物質が含まれているため、逆浸透膜に随伴水を供給すると、逆浸透膜の劣化速度が速くなる可能性がある。従って、随伴水の圧入水への利用は通常は困難である。また、逆浸透膜等によって随伴水を淡水化できたとしても、生成する濃縮水には様々なイオン等が含まれることになる。そのため、濃縮水は、そのままでは外部に放出することができない可能性がある。

これらに加えて、処理水をそのまま圧入水に用いることが困難な理由と同様の理由により、大量の塩分を含む海水をそのまま圧入水に用いることも困難である。特に、海水をそのまま圧入水として用いると、採油効率が低下することがあるほか、含まれる硫酸イオン等と地中のカルシウム、マグネシウム、ストロンチウム等とが化学結合し、難溶性の塩が生成することがある。そして、この塩によって、地上と油層とを繋ぐ配管が詰まってしまい、採油効率が低下することがある。

しかしながら、第１実施形態では、随伴水から油分を除去して処理水とし、海水を淡水化して得られた淡水に混合させることで、圧入水を調製している。特に、随伴水を利用しつつ淡水を混合しているため、圧入水の流量を多くすることが可能となる。このように、第１実施形態によれば、処理が煩雑であり、また圧入水への利用も従来煩雑であった随伴水を、圧入水への調製に用いることができる。これにより、外部に排出される随伴水（処理済みの随伴水も含む）の量を大幅に削減することができ、環境保全の観点から有利である。

また、第１実施形態では、取水した海水の全てを逆浸透膜３によって処理するのではなく、取水した海水のうちの一部は、バイパス流路Ｄを通流して、随伴水処理流路Ｂに供給されている。特に、精密濾過膜１１ではＴＤＳ等は除去されないものの、前記のように、圧入水にはある程度のＴＤＳ等が含まれることが好ましい。そこで、圧入水に含まれるＴＤＳの濃度が好適範囲内であれば、逆浸透膜３で全ての海水を淡水化して海水中のＴＤＳ等を除去しなくてもよいことになる。逆浸透膜３は、精密濾過膜１１と比べて精巧であるため、逆浸透膜３に供給される海水の量を減少させることで、逆浸透膜３の劣化速度を抑えることができる。これにより、逆浸透膜３の交換頻度を抑制でき、コスト削減にもなる。

［２．第２実施形態］
第２実施形態の水処理システムは、基本的には前記の第１実施形態の水処理システム１００と同様の装置構成である。ただ、第２実施形態においては、第１実施形態とは異なる制御が行われる。そこで、装置構成についての説明は省略し、第２実施形態において行われる制御を中心に、第２実施形態を説明する。

前記の第１実施形態では、５つの実測値に基づいて制御が行われている。しかし、水処理システム１００においては、随伴水の流量（即ち、得られる処理水の流量Ｑ１）を一定にして運転することがある。また、随伴水のイオン濃度（Ｃ１；イオン濃度センサ１４により測定される）や、海水のイオン濃度Ｃｍは、通常は大きく変化しない。そこで、より簡易的な制御として、前記の式（２）においてこれらのパラメータを定数（試運転時に測定される値）と考えて、圧入水の流量Ｑｔやイオン濃度Ｃｔに基づいて、バイパス流路Ｄを通流する海水の流量Ｑｍを決定することが可能である。即ち、随伴水処理流路Ｂに供給される海水の流量Ｑｍは、前記の式（２）を変形して得られる以下の式（３）に基づいて算出することができる。

ただし、ａ及びｂは定数である。

図３は、第２実施形態の水処理システムにおける制御フローである。図３において、図２に示すフローと同じステップについては同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図３に示すフローは、演算制御装置５０により行われる。

まず、演算制御装置５０は、流量センサ８によって、圧入水の流量Ｑｔを測定する（ステップＳ２０１）。また、演算制御装置５０は、イオン濃度センサ７によって、圧入水のイオン濃度Ｃｔを測定する（ステップＳ２０２）。そして、測定されたこれら２つの値を前記式（３）に代入して、随伴水処理流路Ｂに供給する海水の流量Ｑｍを決定する（ステップＳ１０３）。その後は、第１実施形態と同様にして、戻し弁３０の開度を制御する（ステップＳ１０４及びステップＳ１０５）。これにより、ステップＳ１０３で決定された流量Ｑｍの海水が随伴水処理流路Ｂに供給されることになる。

式（３）を用いて制御することで、変数が２つとなるために、簡易的な制御が可能となる。特に、海水や随伴水の水質の変化（イオン濃度の変化等）は、大きく変化しないか、もし変化するとしても、比較的長い時間をかけてゆっくりと変化する。そこで、随伴水の流量（即ち、処理水の流量Ｑ１）、随伴水のイオン濃度（即ち、処理水のイオン濃度Ｃ１）及び海水のイオン濃度Ｃｍを定数と考えて決定することでも、前記の第１実施形態と同様、十分な精度を有しつつ、制御を簡略化することができる。

なお、前記の例では、圧入水の流量Ｑｔ及びイオン濃度Ｃｔを測定して制御しているが、より簡略化した制御として、いずれか一方のみに基づいて制御することも可能である。例えば、水処理システム１００に取り込まれる随伴水の流量及び海水の流量が一定であれば、通常は圧入水の流量Ｑｔも一定になる。そこで、前記３つのパラメータに加えて、圧入水の流量Ｑｔも定数であると考えて、圧入水のイオン濃度Ｃｔに基づいて、随伴水処理流路Ｂに供給される海水の流量Ｑｍを決定することができる。また、例えば油水分離装置１０により処理されて得られる処理水の流量変動が大きい場合には、圧入水の流量変動も大きくなり易い。そこで、このような場合には、圧入水のイオン濃度Ｃｔを定数と考えて、圧入水の流量Ｑｔに基づいて、随伴水処理流路Ｂに供給される海水の流量Ｑｍを決定することができる。

［３．第３実施形態］
前記のように、良好な採油効率の観点から、圧入水には、含まれるそれぞれのイオン（ＴＤＳ、硫酸イオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン等）の濃度として好適な範囲があることが分った。また、採油された量が多くなればなるほど油層の石油は減少するため、圧入水の量を多くすることが好ましい。従って、同じイオン濃度でありながら、圧入水の調製量は多くしたいときがある。

そこで、第１実施形態等では、経時劣化等に伴う圧入水の条件変動を抑制する制御を説明したが、第３実施形態では、希望の条件（イオン濃度Ｃｔ及び流量Ｑｔ）となる圧入水を調製可能な制御について説明する。なお、水処理システム１００の装置構成は図１に示した第１実施形態と同じであるため、図示及び説明は省略する。

また、圧入水のＴＤＳとしては、油田の地層によっても異なるが、例えば１０００ｍｇ／Ｌ以上１０００００ｍｇ／Ｌ以下、望ましくは１０００ｍｇ／Ｌ以上４００００ｍｇ／Ｌ以下が好ましい。そこで、第３実施形態では、調製される圧入水のＴＤＳをこの範囲にすることができる制御を行うものとする。具体的には、多少の変動が生じても問題がないように、圧入水のＴＤＳについてのイオン濃度設定値Ｃ２が、この範囲の略中間値である５００００ｍｇ／Ｌとする場合を例に挙げる。

図４は、第３実施形態の水処理システム１００における制御フローである。図４において、図２に示すフローと同じステップについては同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図４に示すフローは、演算制御装置５０により行われる。

まず、演算制御装置５０は、図１のステップＳ１０１と同様にして、二つの流量Ｑｔ，Ｑ１を測定する（ステップＳ１０１）。測定された流量Ｑｔ，Ｑ１は、演算制御装置５０が取得する。次いで、演算制御装置５０は、イオン濃度センサ１４による処理水のイオン濃度Ｃ１と、イオン濃度センサ２０による海水のイオン濃度Ｃｍとを測定する（ステップＳ３０２）。ここで、イオン濃度センサ１４，２０により測定されるイオンは、圧入水についての好適範囲を設定したイオンであり、第３実施形態では、ＴＤＳである。測定されたイオン濃度Ｃ１，Ｃｍは、演算制御装置５０が取得する。

次いで、演算制御装置５０は、管理者によって入力部（図示しない）を介して入力され、記憶部（図示しない）に記憶された、前記のイオン濃度設定値Ｃ２を取得する（ステップＳ３０３）。これは、前記の第１実施形態における、イオン濃度センサ７によって測定されるイオン濃度Ｃｔの実測値に代わるものである。

そして、演算制御装置５０は、実測された４つの条件（２つの流量Ｑｔ，Ｑ１及び２つのイオン濃度Ｃ１，Ｃｍ）及び管理者により設定されたイオン濃度設定値Ｃ２を用いて、随伴水処理流路Ｂに供給される海水の流量Ｑｍを決定する（ステップＳ１０３）。このとき、前記の式（２）中の流量Ｃｔに代えて、設定されたイオン濃度設定値Ｃ２が用いられる。その後は、第１実施形態と同様にして、戻し弁３０の開度を制御する（ステップＳ１０４及びステップＳ１０５）。これにより、ステップＳ１０３で決定された流量Ｑｍの海水が随伴水処理流路Ｂに供給されることになる。

前記の第１実施形態では、５つの実測値が用いられたが、第３実施形態では、４つの実測値と１つの設定値とが用いられている。そして、この１つの設定値に対応する流量Ｑｍが決定されることになる。このようにすることで、海水と随伴水とを用いて、例えばＴＤＳの濃度が所望の濃度に設定された圧入水を調製することができる。これにより、良好な採油効率を図れる圧入水を調製することができ、採油効率を向上させることができる。

なお、前記の例ではイオン濃度Ｃｔを好適範囲とする成分としてＴＤＳを挙げたが、例えば硫酸塩濃度（硫酸イオン濃度）、カルシウムイオン濃度、マグネシウムイオン濃度を好適範囲に調整するようにしてもよい。そして、調整するイオンに対応して、イオン濃度センサ１４，２０により測定されるイオンの種類を変えればよい。好適範囲は、油田の地層等によっても異なるため一概にはいえないが、圧入水のカルシウムイオン濃度としては、例えば１００ｍｇ／Ｌ以上１００００ｍｇ／Ｌ以下、望ましくは１５０ｍｇ／Ｌ以上２０００ｍｇ／Ｌ以下である。また、圧入水の硫酸イオン濃度は、例えば１０ｍｇ／Ｌ以上５００ｍｇ／Ｌ以下、望ましくは１０ｍｇ／Ｌ以上１００ｍｇ／Ｌである。これらのイオン濃度の範囲は、全てが満たされることが特に好ましいものの、何れか一つ以上が満たされるようにしてもよい。

また、圧入水のイオン濃度Ｃｔを維持したまま流量Ｑｔを変更したい場合には、前記のイオン濃度の変更の場合と同様に、流量センサ８により測定される流量Ｑｔの実測値に代えて、希望する流量である設定流量を式（２）に代入すればよい。これにより、流量Ｑｔとイオン濃度Ｃｔとの双方が所望のものとなる圧入水を調製することができる。

圧入水の調製に用いる淡水は、前記のように、海水を淡水化して得ることができ、海水に含まれるＴＤＳ等が除去されたものである。従って、圧入水の調製に用いる淡水は、任意の海水淡水化技術によって得ることができる。前記のように、圧入水にはＴＤＳ等の濃度の好適範囲があるが、ＴＤＳ等は随伴水に含まれているため、随伴水を用いることで、任意の海水淡水化技術により得た淡水にＴＤＳ等を含ませることができる。特に、第３実施形態においては、随伴水から油分を除去して得られる処理水の流量Ｑ１やイオン濃度Ｃ１に応じて、採油に好適な量のイオンを圧入水に含ませることができ、また、所望量の圧入水を得ることができる。

［４．第４実施形態］
前記の第２実施形態では簡略化した制御を説明し、第３実施形態では調製される圧入水の条件（流量Ｑｔ及びイオン濃度Ｃｔ）を適宜変更可能な制御を説明した。ただし、本実施形態によれば、これらを組み合わせた制御も可能である。そこで、第４実施形態では、調製される圧入水の条件を適宜変更可能な簡略化した制御方法を説明する。なお、第４実施形態では、第３実施形態と同様に、圧入水のイオン濃度をイオン濃度設定値Ｃ２にする場合を例に挙げて、制御方法を説明する。

図５は、第４実施形態の水処理システムにおける制御フローである。図２〜図４に示すフローと同じステップについては同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図５に示すフローは、演算制御装置５０により行われる。

まず、演算制御装置は、第２実施形態と同様にして、流量センサ８によって、圧入水の流量Ｑｔを測定する（ステップＳ２０１）。次いで、演算制御装置５０は、第３実施形態と同様にして、イオン濃度設定値Ｃ２を取得する（ステップＳ３０３）。そして、演算制御装置５０は、実測された流量Ｑｔ及び設定されたイオン濃度設定値Ｃ２を用いて、随伴水処理流路Ｂに供給される海水の流量Ｑｍを決定する（ステップＳ１０３）。このとき、前記の式（３）中の流量Ｃｔに代えて、入力されたイオン濃度設定値Ｃ２が用いられる。その後は、第１実施形態と同様にして、戻し弁３０の開度を制御する（ステップＳ１０４及びステップＳ１０５）。これにより、ステップＳ１０３で決定された流量Ｑｍの海水が随伴水処理流路Ｂに供給されることになる。

第４実施形態によれば、前記の第２実施形態及び第３実施形態と同様に、より簡略化した制御で、圧入水のイオン濃度Ｃｔを所望のものにすることができる。また、前記の第３実施形態と同様に、圧入水の流量Ｑｔを所望のものにする場合には、圧入水のイオン濃度Ｃｔを実測し、式（３）を用いて、海水の流量Ｑｍを算出すればよい。

［５．変形例］
以上、幾つかの実施形態を挙げて本実施形態を説明したが、本実施形態は前記の例に何ら限定されるものではない。即ち、本発明は、前記の実施形態に対して、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で任意に変更して実施可能である。

例えば、前記の各実施形態同士を適宜組み合わせて実施することができる。具体的には、例えば、管理者により、必要に応じて圧入水の流量及びイオン濃度を変更するような制御（前記の第２実施形態や第４実施形態等）が行われるとともに、演算装置５０が、所定間隔又は常時、圧入水の流量Ｑｔ及びイオン濃度Ｃｔを監視し、これらの大きな変化が生じないような制御（前記の第１実施形態や第３実施形態等）が行われるようにしてもよい。

また、例えば、前記の各実施形態（図１）においては、海水淡水化流路Ａには海水淡水化装置（逆浸透膜３）が備えられ、随伴水処理流路Ｂには油水分離装置１０が備えられている。即ち、前記の各実施形態においては、海水淡水化流路Ａは、海水が通流する流路と、逆浸透膜３と、淡水が通流する流路（淡水流路）とを備えて構成されている。また、随伴水処理流路Ｂは、随伴水が通流する流路と、油水分離装置１０と、処理水が通流する流路（処理水流路）とを備えて構成されている。しかしながら、海水淡水化装置からの淡水が通流される流路（淡水流路）が設けられていれば、必ずしも海水淡水化装置等が備えられる必要はない。同様に、油水分離装置からの処理水が通流される流路（処理水流路）が備えられていれば、必ずしも油水分離装置等が備えられる必要もない。

さらに、例えば、前記の各実施形態（図１）においては、図１中の海水淡水化流路Ａを通流する海水の少なくとも一部が、随伴水処理流路Ｂを通流する処理水に供給されるようにしている。しかしながら、処理水に供給される海水は、必ずしも、図１中の海水淡水化流路Ａを通流する海水でなくてもよい。具体的には例えば、図１の水処理システム１００に示す系統とは別系統で海水を取水し、この取水された海水が随伴水処理流路Ｂを通流する処理水に供給されるようにしてもよい。

また、例えば、図１に示す水処理システム１００において、バイパス流路Ｄを通流する海水の流量は、戻し弁３０の開度調整により変更されているが、戻し弁３０及びポンプ２１に代えて、インバータ制御されるポンプをバイパス流路Ｄに設けるようにしてもよい。これにより、当該ポンプの回転周波数を変更することで、随伴水処理流路Ｂに供給される海水の流量Ｑｍを変更することができる。また、戻し弁３０に代えてバイパス流路Ｄに適宜流量調整可能な弁を設け、この弁の開度を調整して、随伴水処理流路Ｂに供給される海水の流量Ｑｍを制御するようにしてもよい。

さらに、例えば、前記の実施形態では、各イオン濃度センサにより４種のイオン濃度（ＴＤＳ濃度、カルシウムイオン、マグネシウムイオン及び硫酸イオン）を測定しているが、これらは１〜３種のイオンの濃度を測定するようにしてもよい。即ち、圧入水に含まれるイオン（イオン濃度センサ７により則可能である）に応じて、他のイオン濃度センサにより測定されるイオンの種類を決定すればよい。
また、イオン濃度センサは必ずしもインラインのセンサである必要はなく、濃度センサ７，１４，２０に代えてサンプリング口を設け、別な場所（分析室等）でサンプリングした液のイオン濃度を測定してもよい。

また、例えば、水処理システム１００に備えられる海水淡水化装置は、必ずしも、図示の逆浸透膜である必要はない。従って、海水を淡水化できる装置であれば、逆浸透膜に限られず、どのようなものであってもよい。また、硫酸イオン濃度の低減、ＴＤＳ濃度の低減を同時に効率よく果たすために、ナノフィルタ膜及び逆浸透膜を並列に設置したり、精密濾過膜（ＭＦ膜）、ナノフィルタ膜及び逆浸透膜の３種の膜を並列に設置したりしてもよい。さらに、水処理システム１００に備えられる濾過装置１や貯水槽２、精密濾過膜１１等は必須の装置ではなく、必要に応じて設けないこともできる。また、同様の作用を有する代替装置を設けることもできる。

さらに、例えば、前記の各実施形態では、海水淡水化流路Ａから随伴水処理流路Ｂに供給される海水の流量Ｑｍは、式（２）や式（３）を用いて決定している。ただし、流量Ｑｍの具体的な決定方法はこれに制限されない。従って、圧入水の流量及びイオン濃度（いずれも、実測値及び設定値の双方を含む概念である）の少なくとも一方に基づいて、流量Ｑｍを決定すれことが好ましいものの、どのような方法で流量Ｑｍを決定してもよい。

以上述べたように、本発明によれば、環境保全を考慮しつつ、採油効率を低下させることなく採油可能な圧入水を、海水と随伴水とから調製可能な水処理システムを提供することができる。

３ 逆浸透膜（海水淡水化装置）
７ イオン濃度センサ（圧入水イオン濃度センサ）
８ 流量センサ（圧入水流量センサ）
１０ 油水分離装置
１４ イオン濃度センサ（処理水イオン濃度センサ）
１５ 流量センサ（処理水流量センサ）
２０ イオン濃度センサ（バイパス流量イオン濃度センサ）
５０ 演算制御装置
１００ 水処理システム
Ａ 海水淡水化流路（淡水流路を含む）
Ｂ 随伴水処理流路（処理水流路を含む）
Ｃ 圧入水調製流路
Ｄ バイパス流路

Claims (9)

1. 海水を淡水化して淡水を得る海水淡水化装置からの淡水が通流される淡水流路と、
   油田からの随伴水に含まれる油分を除去して処理水を得る油水分離装置からの処理水が通流される処理水流路と、
   前記処理水流路を通流する処理水と、前記淡水流路を通流する淡水とを合流させて、油田に圧入する圧入水を調製する圧入水調製流路とを具備することを特徴とする、水処理システム。
2. 海水の少なくとも一部を、前記処理水流路を通流する処理水に供給するバイパス流路を備えることを特徴とする、請求項１に記載の水処理システム。
3. 圧入水の流量と圧入水のイオン濃度とのうち少なくとも一方に基づいて、前記処理水流路に供給する海水の流量を決定するとともに、決定された流量になるように海水の流量を制御する演算制御装置を備えることを特徴とする、請求項２に記載の水処理システム。
4. 前記圧入水調製流路を通流する圧入水の流量を測定する圧入水流量センサと、
   前記圧入水調製流路を通流する圧入水に含まれるイオン濃度を測定する圧入水イオン濃度センサと、を備え、
   前記演算制御装置は、前記圧入水流量センサにより測定された圧入水の流量、及び、前記圧入水イオン濃度センサにより測定された圧入水のイオン濃度のうちの少なくとも一方を用いて、前記処理水流路に供給する海水の流量を決定することを特徴とする、請求項３に記載の水処理システム。
5. 前記処理水流路を通流する処理水の流量を測定する処理水流量センサと、
   前記処理水流路を通流する処理水に含まれるイオン濃度を測定する処理水イオン濃度センサと、
   前記バイパス流路を通流する海水に含まれるイオン濃度を測定するバイパス流量イオン濃度センサと、を備え、
   前記演算制御装置は、前記圧入水流量センサにより測定された圧入水の流量と、前記圧入水イオン濃度センサにより測定された圧入水のイオン濃度と、前記処理水流量センサにより測定された処理水の流量と、前記処理水イオン濃度センサにより測定された処理水のイオン濃度と、前記バイパスイオン濃度センサにより測定された海水のイオン濃度と、に基づいて、前記処理水流路に供給する海水の流量を決定することを特徴とする、請求項４に記載の水処理システム。
6. 管理者によって圧入水の流量及び圧入水のイオン濃度のうちの少なくとも一方の設定値を入力可能な入力部を備え、
   前記演算制御装置は、前記入力部に入力された設定値を用いて、前記処理水流路に供給する海水の流量を決定することを特徴とする、請求項３に記載の水処理システム。
7. 前記イオン濃度は総溶解固形分濃度であり、
   前記演算制御装置は、前記入力部に入力された設定値に基づいて、前記圧入水調製流路を通流する圧入水の総溶解固形分濃度が１０００ｍｇ／Ｌ以上１０００００ｍｇ／Ｌ以下になるように、前記演算制御装置が前記処理水流路に供給する海水の流量を決定することを特徴とする、請求項６に記載の水処理システム。
8. 前記イオン濃度はカルシウムイオン濃度であり、
   前記演算制御装置は、前記入力部に入力された設定値に基づいて、前記圧入水調製流路を通流する圧入水のカルシウムイオン濃度が１００ｍｇ／Ｌ以上１００００ｍｇ／Ｌ以下になるように、前記演算制御装置が前記処理水流路に供給する海水の流量を決定することを特徴とする、請求項６に記載の水処理システム。
9. 前記イオン濃度は硫酸イオン濃度であり、
   前記演算制御装置は、前記入力部に入力された設定値に基づいて、前記圧入水調製流路を通流する圧入水の硫酸イオン濃度が１０ｍｇ／Ｌ以上５００ｍｇ／Ｌ以下になるように、前記演算制御装置が前記処理水流路に供給する海水の流量を決定することを特徴とする、請求項６に記載の水処理システム。

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