JP4239781B2 - 生産物処理システム - Google Patents

Description

本発明は、油田地帯において生産される生産物を処理するシステムに関するものである。

油田地帯における生産井から採油する場合、多くの水の産出を伴う。通常、三相セパレータにより生産物から原油とガスと水（産出水と称す）とに分けるが、この産出水は依然として大量に油分を含んでいる。

例えば非特許文献１の「Experience of Produced Water Treatment in the North Sea, Marine Pollution Bulletin, Vol.29, No.6-12, (1994), p312-316」に採油時における産出水の処理に関する記述がある。
この非特許文献１によると、液体サイクロンにより産出水から油を分離し、約50ppm程度の油濃度となった処理水を海洋へ投棄している。しかしこの方式は多量の油を海洋へ放出することになり、環境負荷が大きい。

非特許文献２には、排水を井戸に圧入するシステムが記載されている。

「Experience of Produced Water Treatment in the North Sea, Marine Pollution Bulletin, Vol.29, No.6-12, (1994), p312-316」

「Environmental effects of discharge and reinjection of Produced Water, Environmental Science Research, Vol.52, (1996), p275-288」

点在する生産井一つずつに廃棄井を設けるにはあまりにもシステムが大掛かりでコストも高く現実的ではないため、通常は複数の生産井からの生産物をパイプラインで運んで一ヶ所にまとめて処理し、処理した廃水を廃棄井に圧入する方法がとられる。

しかし、生産物中の産出水割合は油田の採油年数とともに増大するため、パイプラインを流れる産出水の割合がだんだん多くなり、実質の製品生産量が低下してしまう。さらに産出水は塩分を含んでおり、この塩分がパイプラインの腐食の原因となる。

本発明の目的は、環境負荷として油分を投棄すること無く、余分な汚泥を発生させること無く、製品生産量の低下やパイプラインの腐食を招くこと無く、しかも今まで環境負荷として投棄していた原油を製品原油として有効利用することが可能となる生産物処理システムを提供することにある。

上記目的は、油田地帯で生産物から原油や天然ガスを取り出す生産物処理システムにおいて、パイプラインの上流側と下流側に処理設備を有し、上流側処理設備内に生産物からの産出水分離手段および産出水処理手段を設け、産出水処理手段により処理された水を排水する排水手段を有し、前記産出水処理手段で取り除いた不純物を、前記産出水分離手段で分離した産出水以外の生産物とともにパイプラインにより下流側に運送し、パイプライン下流側の処理設備で原油や天然ガスを取り出すことにより達成される。

また、上記目的は、前記産出水処理手段中に、パイプラインで運送する不純物の減容化手段を設けたことにより達成される。

また、上記目的は、前記パイプラインは定期的に内部を移動する清掃手段を有し、前記パイプラインを運送する不純物の運送手段が、複数の移動型清掃手段の間の空間を利用したことにより達成される。

また、上記目的は、前記不純物減容化手段が燃焼によるものであることにより達成される。

また、上記目的は、前記不純物減容化手段が脱水手段によるものであることにより達成される。

また、上記目的は、前記産出水処理手段で処理された水の排水手段において、処理水質により許容値未達の場合には排水をパイプラインに流すことを可能としたことにより達成される。

また、上記目的は、前記パイプラインの下流側の設備において、廃棄井による排水手段を有していることにより達成される。

本発明によれば、環境負荷として油分を投棄すること無く、余分な汚泥を発生させること無く、製品生産量の低下やパイプラインの腐食を招くこと無く、しかも今まで環境負荷として投棄していた原油を製品原油として有効利用することが可能となる生産物処理システムを提供できる。

油を含む水から油分を高速・高除去率で分離するためには、凝集剤により油分を凝集させ、それを分離するのが有効であると考えられる。また、このような凝集＋分離方式を採れば、被処理水中の固形浮遊物質も凝集・分離させることが可能になるため、水質基準としてよく用いられるSS(Suspended Solids：浮遊物質)の値も低減させることが可能である。

しかしながら、凝集剤を利用した処理システムは油分とＳＳおよび凝集剤を含んだ汚泥が発生し、この中からできる限り油分を回収して発生する汚泥の処理をできるだけ簡素化する必要がある。

油田地帯では通常複数の生産井から生産物を取り出す。生産物の三相セパレータを分散的に配置し、ここで出てきた産出水を同様に分散的に凝集剤を利用した分離法により油を分離して処理した水を海洋へ放流する。ここで出てきた汚泥はそのまま、あるいはある程度減容化してパイプラインに流し、下流に設けた一括処理部において原油処理過程の中で熱により汚泥を分解して油を製品原油として回収する。

図１に本発明の一実施例を示す。
図１において、本実施例は海底油田の採油システムを示している。各生産井１で採掘した生産物はそのプラットフォーム、あるいは複数の生産井からの生産物を複合したプラットフォーム２２上で三相セパレータ２あるいは二相セパレータにより水（産出水）３と原油１１、ガス１２（あるいは原油とガスの混合物）に分離される。三相セパレータ２は比重差を利用した静置タンクあるいは液体サイクロン等で構成され、簡単な構造で産出水、原油、ガスの分離が可能である。しかしここで分離される産出水３には油分が相当量含まれており、この油分を分離するために凝集分離装置４に入る。

凝集分離装置４は、例えば図２に示すような膜ろ過装置が考えられる。凝集分離装置４により処理された産出水は、油分や浮遊物質を除去されて海洋放流基準を満たし、排水路５より海洋に放流される。場合によっては、溶解性のＣＯＤやＢＯＤ、フェノール類等を除去するために生物処理等の溶解性有機物除去手段を追設しても良い。電気分解により発生する次亜塩素酸や、オゾン発生装置を利用することにより、ＣＯＤやＢＯＤだけでなく、アンモニア性窒素も除去することができる。排水路５中を流れる排水の水質を、例えば濁度計や油分濃度計等を用いて定期的に、あるいは連続的に計測をしており、海洋放流基準の許容値を越えそうになった場合、あるいは凝集分離装置４の初期運転時や異常時において海洋放流基準の許容値を満足しない処理水が排水されるのが明らかな場合には弁７および９を切り替えることにより、排水を海洋に放流するのを停止して原油パイプライン１１内に合流１０させる。

本構造により、常に環境規制を満足する排水を、プラットフォーム上の小さな処理設備で達成することができる。これにより、排水は希釈すること無く環境規制値を満足でき、環境負荷を最低限に抑えることができる。

なお、凝集分離装置４で回収される油や浮遊物質の濃縮水８は、原油パイプライン１１に入れられて下流にある陸上の処理設備２３に運搬される。三相セパレータ２により分離された原油とガスはそれぞれ原油パイプライン１１およびガスパイプライン１２で陸上処理設備２３に送られるか、洋上設備２２で再び混合されて一本のパイプラインで陸上設備２３に送られる。陸上処理設備２３に送られたガスはガス処理設備１３で製品天然ガス１４を取り出し、同様に原油は原油処理設備１５で製品原油１６を取り出すことができる。

ここで、原油処理設備では、例えばデソルターで塩分を除去し、加熱して製品原油を取り出す。デソルターでは海水を加えて電圧をかける等の方法により塩分除去が可能であり、油汚濁水排水が生じる。また、加熱処理部でも同様に油汚濁排水が生じる。これらの油汚濁水は陸上処理設備２３上にある水処理設備１７で処理されて海洋に放流１９されるか、地中まで廃棄用の井戸（廃棄井２１）を掘ってそこに圧入２０される。

ここで、通常海洋放流手段１９を採用する場合でも、廃棄井２１をバックアップ用として有しておくことにより、水処理設備１７に異常が起きた時、あるいは洋上設備での凝集分離設備４で異常が起きて処理できなかった産出水がパイプラインを通じて送られてきた時に海洋を汚濁すること無く水を排水することが可能となる。なお、ここで用いる水処理設備１７は、凝集分離法でも良いし、液体サイクロンや加圧浮上法等の比重差分離法でも良いし、生物処理法でも良いし、これらの組み合わせでも良いが、一括処理部は比較的スペースの余裕のある位置に設置することができる場合が多いため、容積は大きいが簡素な構造である静置タンク等を利用するのが有効である場合が多い。

ここで、洋上設備において水は処理されるため、パイプライン中を輸送される生産物はほとんどがガスと原油であり、実質の製品産出量を多く輸送することができる。特に、油田が古くなり油層の圧力が低下してくると周りに掘った井戸から海水を押し込んで油層の圧力を高めて生産量を増加させる水攻法を採ると年月とともに生産物に対する水の割合が増加してくるため、一定の製品産出量を確保するためには洋上における水の除去が重要である。

また、地中から出る水には多くの塩分を含んでおり、この塩分がパイプラインの腐食の原因となることから、水の割合を低減した本実施例は腐食の危険性割合を低くすることが可能である。パイプラインに入れられた濃縮水８にはフロック化した油や浮遊物質が含まれているが、陸上処理設備２３の原油処理設備１５内においてデソルター内の電圧や加熱処理手段によりフロックは分解され、内部の油分のみが製品原油として回収され、残りの浮遊物質等は汚泥１８として処理される。

ここで、本実施例によると、汚泥発生は点在した洋上の処理設備２２では存在せず、集中的に陸上処理設備のみであるため、汚泥搬出やその場での焼却処理等の処理がし易い。また、洋上で汚泥を発生させてしまうとその中に含まれる油分を製品原油として有効に活用できないが、本実施例によると洋上で濃縮した油分はすべて陸上施設に集められてそこから製品原油を取り出すため、現状の生産物処理システムにおいても大きな変更をすることなく油分を有効に利用することが可能となる。

さらに、すべての産出水を一つの陸上処理設備で処理しようとすると、非常に大きな設備が必要となるが、これが小さな設備ですむと同時に、排水用のポンプ、廃棄井までのパイプライン、廃棄井が不要になるか、あるいは緊急用に小さな１式の廃棄井ラインのみを設けておけば良くなる。

なお、本実施例では、海底油田においてパイプラインの上流側を洋上、下流側を陸上と仮定したが、両者とも洋上施設であっても、両者ともに陸上のような陸上油田の場合であっても本発明の効果は同様である。

図２および図３を用いて、本発明中の凝集分離設備４の例を説明する。
図２は凝集分離設備４の一例である凝集膜ろ過装置のフローを示す図である。
図３は図２のA-A'断面図である。
図２，３において、油等を含んだ産出水３１に、薬注設備３３により硫酸ばん土、ＰＡＣ、塩化鉄、ポリ鉄等の凝集剤３４を入れて攪拌槽３６で攪拌すると、油エマルジョンが凝集剤の効果により凝集し、油フロックになる。この時、ポリアクリルアミド系の高分子ポリマー３８を添加するとフロックを大きく強固にすることができる。また、このとき攪拌槽のｐHをｐH計３０により測定し、その値が最適となるように水酸化ナトリウム等のｐH調整剤３７を添加すると凝集効果を最適値に制御することが可能である。回転円筒膜４０を有する分離部３９が攪拌槽３６の後段に設置してあり、フロック４４を多数含む水を分離部３９の回転円筒膜４０の内側に送水する。回転円筒膜４０はモータ４１により一定方向に一定回転で回転している。

回転円筒膜の側面は例えば20〜100μｍ程度のメッシュサイズのステンレス製のもので構成されており、内側４５から外側４６へ水が通過する際にろ過されて奇麗な処理水４７が得られる。水が回転円筒膜４０を通過する際に膜表面に吸着するフロック４４は、回転円筒膜４０の回転に伴って上方に移動し、上部で洗浄水４３によって外側から洗浄されて内部濃縮水流路４２に落下し、装置外に送水４８される。洗浄水４３は、処理水４７の一部が使われる。

なお、本実施例では膜ろ過装置を用いたが、後述する膜磁気分離装置や凝集加圧浮上装置等を用いても効果は同様である。このような凝集分離法を用いることにより、もともと原水中に固形物として存在する重金属等の化合物がフロック内に取り込まれたり、凝集剤やポリマーと重金属や、あるいは砒素、あるいはリン等とが反応してフロックに取り込まれたりすることにより、重金属、砒素、リン等の除去も可能である。

また、ここで得られる濃縮排水４８は、そのまま原油パイプラインに流してもよいが、本実施例では、汚泥分解槽６１で塩酸等の酸６２によりｐHを３以下に低減することによってフロックの分解を行い、静置タンク等６３で浮かび上がった油層とその他のSS成分６４を原油パイプラインに流し、残り６５を凝集剤として薬注設備に戻せば凝集剤の再利用が可能になる。この際、汚泥分解槽６１の前にベルトプレス等の脱水行程５０を設けると塩酸等の酸使用量を低減することができる。脱水して取り除いた水は凝集分離装置の前か、あるいはシステムの三相セパレータの前に返送する。

本実施例の分離部３９では回転円筒膜４０と重力によりフロック４４を回収する手法を示したが、後述するように磁気の力を使ったり、サイクロン等の比重差を利用したりする場合には、薬注設備３３から凝集剤３４を注入するのと同時に磁性粒子や砂粒子等の微粒子３５を添加すれば良い。

これにより、フロック中に微粒子を取り込むことが可能になり、例えば磁性粒子を取り込んだ場合には磁気力によるフロックの回収が可能になるし、砂粒子を取り込んだ場合にはサイクロン等によるフロックの分離が容易となる。この場合も汚泥分解槽で分解できるがそのまま薬注設備に返送して、凝集剤とともに微粒子を再添加、再利用することができる。この場合には、SS成分も返送されて凝集剤や微粒子とともに原水に添加されるため、定期的に返送部をパイプラインに流すことによって系内に堆積しないようにした方が良い。このように、凝集剤やポリマー等、場合によっては磁性粒子や砂粒子等といった、使用する薬剤を回収、再利用することにより、使用薬剤量を低減することができる。

図４は、本発明の他の実施例を示す図である。
図４において、本実施例では、便宜上、生産井やパイプラインの上流側の処理設備を一つだけ記載した。また、本実施例では、濃縮水４８をそのまま原油パイプライン１１に入れるのではなく、遠心分離や液体サイクロン、ベルトプレス等の脱水手段５０により脱水した後５２に原油パイプライン１１に入れている。これにより、原油パイプライン１１に入る水の量を低減することができ、原油やガス等の実質製品生産物送量を多くすることができる。また、パイプライン中に入る塩分が少なくなるため、パイプライン腐食の危険性が小さくなり、防腐剤使用量の低減化が図れる。

また、パイプラインは通常、定期的にPIGと呼ばれる清掃機を流してパイプライン内の洗浄を行う。このPIGをピグランチャー５３から２台挿入し、その間にできた空間に脱水濃縮水５２を入れると、原油と脱水濃縮水とが混合しないため、パイプライン１１下流側の処理設備において、ピグレシーバでPIGを受け取るとともに脱水濃縮水をそのまま汚泥処理過程に送ることが可能である。本構造により処理速度を速めることができるため、非常に小さなスペースに設置することができる。小さなスペースしかないプラットフォーム上に設置する処理装置として適した構造である。

図５は、本発明のさらに他の実施例を示す図である。
図５において、本実施例では、凝集分離手段として膜磁気分離を利用している。薬注設備より凝集剤とともに磁性粒子を添加することにより攪拌槽３６で磁性フロックを形成し、回転円筒膜４０の外側から通水する。回転円筒膜４０でろ過されて処理水４７が得られるとともに、膜外表面に堆積した磁性フロックは内部から洗浄水４３で洗浄されて外側に剥がれ落ちる。この近傍に磁石５９を設置しておき、磁石５９側に磁性フロックを吸引させて回転円筒体６０表面にのせて運搬し、スクレーパ６１でかきとる。

本実施例ではかなり含水率の低い濃縮物４７が取れるので、そのまま原油パイプライン１１に送ってもよいし、本実施例に記載してある通り燃焼炉５６で燃焼した後の灰を貯蔵タンク５７で溜めておいて定期的に、例えばPIGで清掃を行う時にポンプ５８で送り出して原油パイプラインで下流設備に運搬する。磁石は永久磁石や電磁石、超電導磁石等が考えられるが、超電導磁石等の強磁場が発生できる磁石を利用した方が添加する磁性粒子を低減することができる。

本実施例のように、膜磁気分離を利用した凝集分離手段では低含水率の汚泥を得ることができるために燃焼炉の熱量を小さくすることができるし、さらに燃焼炉５６の前に図４に示したようなベルトプレス等の脱水行程を入れればより、少ないエネルギーで可能である。この時は脱水した水は生産物１のラインに戻すのが良い。

図４や図５に示した実施例に対しても、図２で示した実施例同様、凝集剤の再利用を考えても本発明の効果は同様である。

なお、上記の実施例すべてにおいて、パイプラインの上流側処理設備における水処理手段として凝集分離装置の例を示したが、例えば活性炭や膜や疎水処理した表面を有する吸着材等に直接油分を吸着させて除去する装置として、定期的に洗浄した洗浄後の水を濃縮水としてパイプラインに送っても効果は同様である。

このように、油田地帯における油分放出による地球環境への負荷は、世界規模で問題となっており、本発明によりこの問題が解決できるため利用価値は極めて大きい。

図１は、本発明の一実施例を備えた生産物処理システムのフロー図である。 図２は、本発明の一実施例を備えた凝集分離手段を説明する図である。 図３は、図２に示した凝集分離手段の断面図である。 図４は、本発明の他の実施例を備えた生産物処理システムのフロー図である。 図５は、本発明の他の実施例を備えた生産物処理システムのフロー図である。

符号の説明

１…生産井、２…三相セパレータ、４…凝集分離装置、８…濃縮水、10…異常時バイパス流路、11…原油パイプライン、12…ガスパイプライン、13…ガス処理設備、15…原油処理設備、21…廃棄井、31…生産物、33…薬注設備、36…攪拌槽、39…分離部、40…回転円筒膜、43…洗浄水、44…フロック、47…処理水。

Claims (7)

1. 油田地帯で生産物から原油や天然ガスを取り出す生産物処理システムにおいて、
   パイプラインの上流側と下流側に処理設備を有し、上流側処理設備内に生産物からの産出水分離手段および産出水処理手段を設け、産出水処理手段により処理された水を排水する排水手段を有し、前記産出水処理手段で取り除いた不純物を、前記産出水分離手段で分離した産出水以外の生産物とともにパイプラインにより下流側に運送し、パイプライン下流側の処理設備で原油や天然ガスを取り出すことを特徴とする生産物処理システム。
2. 前記産出水処理手段中に、パイプラインで運送する不純物の減容化手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の生産物処理システム。
3. 前記パイプラインは定期的に内部を移動する清掃手段を有し、前記パイプラインを運送する不純物の運送手段が、複数の移動型清掃手段の間の空間を利用したことを特徴とする請求項１又は２に記載の生産物処理システム。
4. 前記不純物減容化手段が燃焼によるものであることを特徴とする請求項２に記載の生産物処理システム。
5. 前記不純物減容化手段が脱水手段によるものであることを特徴とする請求項２又は３に記載の生産物処理システム。
6. 前記産出水処理手段で処理された水の排水手段において、処理水質により許容値未達の場合には排水をパイプラインに流すことを可能としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の生産物処理システム。
7. 前記パイプラインの下流側の設備において、廃棄井による排水手段を有していることを特徴とする請求項６に記載の生産物処理システム。

Images