JP6250492B2

JP6250492B2 - 圧入水生産システム

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Publication number: JP6250492B2
Application number: JP2014150648A
Authority: JP
Inventors: 中山　善雄; 善雄中山; 雅智渡部; 山田　学; 学山田; 照井　茂樹; 茂樹照井; 隆滑川; 佑一中野; 真人大西; 植田　良平; 良平植田; 恵星林田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2034-07-24
Also published as: JP2016022458A

Description

本発明は、圧入水生産システムに関する。

地中の油層から原油を採取する方法の分類には、一次採取法、二次採取法、三次採取法等がある。一次採取法は、自然の排油エネルギを利用して原油を生産する方法である。一次採取法の具体例としては、自噴採油と人工採油（ポンプ採油等）が該当する。また、二次採取法は、油層に人工的に排油エネルギを付与して採取する方法である。二次採取法の具体例としては、一次採取法による生産の減退後、水（圧入水）を圧入して油層圧の回復、産油量の増加を図る水攻法が該当する。さらに、三次採取法は、一般的に、二次採収後に適用される採取法である。三次採取法の具体例としては、ケミカル攻法や熱攻法等が該当する。

これらのうち、二次採取法では、油層の地質が微細かつ圧密した粒子により構成される場合、圧入水中の微粒子数を可能な限り除去することが望ましい。そこで、このような場合には、逆浸透膜（以下「ＲＯ膜」という）が使用され、微粒子数を可能な限り除去した淡水が、油層に圧入されることがある。しかし、圧入水が採油現場近傍から得られない洋上油田等では、海水を淡水化して得られた淡水が使用されることがある。

淡水化設備では、ＲＯ膜に供給されるまでの配管等内で、ＲＯ膜を閉塞させる閉塞物質除去のための砂濾過装置や限外ろ過膜（ＵＦ膜）、精密ろ過膜（ＭＦ膜）等において、取水した海水由来の微生物や貝類が繁殖することがある。そこで、これを防止するために、取水した海水に、殺菌剤が注入されることがある。このとき、殺菌剤を供給する位置としては、海中の取水ポンプ表面における貝殻等の繁殖を防止する目的で、取水ポンプ近傍の海中から、取水ポンプ表面に殺菌剤を供給するケースもある。

殺菌剤は、例えば次亜塩素酸が用いられる。次亜塩素酸の添加量（使用量）としては、例えば、薬品メーカから購入した製品の次亜塩素酸濃度に基づいて、海水に添加したときに目標濃度となるように、当該製品の添加量が算出される。そして、海水に対して、算出された添加量の次亜塩素酸が添加されることになる。このとき、次亜塩素酸は、製品タンクからの吐出量が算出された添加量となるように、一定量が供給されている。

ただし、次亜塩素酸は、ＲＯ膜を劣化させる。そのため、通常は、ＲＯ膜前段の配管ラインで重亜硫酸ナトリウム（以下ＳＢＳ）等の還元剤を添加し、脱塩素化処理が行われる。そして、酸化還元電位計（ＯＲＰ計）により、脱塩素化処理の状況がモニタリングされている。もし、残留塩素が検出された場合には、ＲＯ膜の劣化防止のため、ＲＯ膜の高圧濾過用に設置されている高圧ポンプが停止され、淡水化設備の全体が停止することになる。

海水を殺菌する技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、取水口とバラストタンクとを接続するバラスト水供給ラインと、前記ラインに配置され、前記取水口から取水された液体中の水生生物を電気的又は機械的に殺傷処理するための殺傷処理装置と、前記ラインに接続し、前記取水口から取水された液体中の水生生物の殺滅処理を行うための次亜塩素酸ナトリウム水溶液を前記ラインに供給する薬液供給装置とを備えるバラスト水処理システムが記載されている。そして、前記薬液供給装置は、前記バラスト水供給ラインが接続する取水口とは異なる第２の取水口と接続し、前記第２の取水口から取水された液体を電気分解して次亜塩素酸ナトリウムを発生させることが記載されている。

特開２０１３−３９５１６号公報

洋上の原油採掘現場において淡水の水を圧入する場合、ＲＯ膜によって淡水となる海水は、洋上の原油採掘現場近傍から取水されることが多い。また、海水中の有機物を含む濁質濃度は、風向や潮流等によって変化する。特に、濁質物質は、水深が浅い海域では常時変動することが確認されている。従って、添加された次亜塩素酸は、変動する海水中の濁質成分により消費されることで有効塩素濃度も大きく変動し、海水中での次亜塩素酸の濃度管理が困難である。

次亜塩素酸は安価で強力な殺菌（酸化）剤である反面、不安定な物質であり、常温でも保管中に徐々に自己分解して、殺菌力が失われる。即ち、弱酸である次亜塩素酸が自己分解することにより、殺菌に有効な成分の濃度（有効塩素濃度）が低くなることは公知である。自己分解は、特に、温度が高いほど進みやすくなる。そのため、薬品の保管期間や保管時の温度等の要因により、薬品メーカが納入時に表示している濃度と実際の使用時の次亜塩素酸濃度が大きく異なることがある。

これに関連して、「平成１９年度厚生労働省受託「水道用薬品等基準に関する調査」水道用次亜塩素酸ナトリウムの取扱い等の手引き（Ｑ＆Ａ）」には、温度変化による有効塩素濃度の経時変化が記載されている。この文献には、２０℃の温度では、１３％の有効塩素濃度の原液が１ヵ月後には１２％程度、３０℃の温度では、１３％の有効塩素濃度の原液が１ヵ月後には１０％、３５℃の温度では、１３％の有効塩素濃度の原液が１ヵ月後には７％強になることが記載されている。このように、次亜塩素酸は、保管温度が高いと分解が特に速く、有効塩素濃度が急激に減少してしまう。

この自己分解は、主に、薬品メーカで充填された容器内や、設備に設けられた次亜塩素酸原液タンク（殺菌剤貯留タンク）内で進行する。従って、実濃度は常時変動しているにも関わらず、次亜塩素酸の添加量は固定されているため、海水中の次亜塩素酸濃度が変動するといった課題がある。

更には、洋上の原油採掘現場で使用する消耗品は船舶により輸送されるため、天候により、補給が滞る可能性がある。そのため、過剰量の次亜塩素酸がストックされることになり、保管期間が長くなるため保管タンク内部での自己分解の課題がいっそう大きなものとなる。

そして、前記のような課題により、新たな課題が発生する。
殺菌剤が添加された海水は、その後、ＲＯ膜（逆浸透膜）に供給される。しかし、ＲＯ膜に供給される海水に残留塩素が含まれていると、ＲＯ膜は、残留塩素によって劣化する。そこで、ＳＢＳ（重亜硫酸ソーダ）等の還元剤がＲＯ膜前段で添加され、脱塩素化された海水がＲＯ膜に供給される。ここで、脱塩素化の効果を把握するため、還元剤添加後、ＲＯ膜前段に、ＯＲＰ計（酸化還元電位計）が備えられていることが多い。残留塩素による高酸化還元電位がＯＲＰ計によって検出された場合には、システムの運転が停止され、ＲＯ膜の保護が図られる。これにより、ＲＯ膜への残留塩素の到達が抑制され、ＲＯ膜の劣化が防止される。

一方で、安定的な運転を行うために、ＲＯ膜前段で添加する還元剤（ＳＢＳ等）を化学的反応当量以上に増やすことも一般的に行われている。具体的には例えば、還元剤（ＳＢＳ）は、添加する殺菌剤（次亜塩素酸）の反応当量の２倍〜５倍程度、好ましくは３倍程度以上と設定される場合もある。しかし、還元剤の過剰投与は、地球環境やコストの点から好ましいものではない。

本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、自己分解する塩素系殺菌剤を用いた場合でもＲＯ膜の劣化を防止し、安定して運転可能な圧入水生産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、残留塩素濃度を測定する測定装置をＲＯ膜前段に設け、測定された残留塩素濃度に基づいて添加する還元剤の量を制御することで、前記課題を解決できることを見出した。

本発明によれば、自己分解する塩素系殺菌剤を用いた場合でも安定して運転可能な圧入水生産システムを提供することができる。

第１実施形態の圧入水生産システムの系統図である。第１実施形態の圧入水生産システムにおいて行われる制御フローである。第２実施形態の圧入水生産システムの系統図である。第２実施形態の圧入水生産システムにおいて行われる制御フローである。第３実施形態の圧入水生産システムの系統図である。

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。

図１は、第１実施形態の圧入水生産システム１００の系統図である。以下、「圧入水生産システム」を「生産システム」と略記することがある。はじめに、生産システム１００の構成について説明する。なお、以下の実施形態では、殺菌剤（塩素系殺菌剤）として、次亜塩素酸を具体例に挙げるものとする。

生産システム１００は、海洋から海水を取水するポンプ１と、海水に添加するための殺菌剤（次亜塩素酸を含む）を貯留する殺菌剤貯留タンク２と、殺菌剤を海水に添加するポンプ２１と、添加された殺菌剤と海水とを静的に混合するスタティックミキサ３（静止混合器）と、ＲＯ膜１０と、ＲＯ膜１０に海水を透過させるためのポンプ９（高圧ポンプ）とを備えている。

また、生産システム１００は、ＲＯ膜１０の前段において、海水中の殺菌剤を中和する還元剤（重亜硫酸ナトリウム（ＳＢＳ））が貯留された還元剤貯留タンク６と、還元剤を海水に添加するポンプ７とを備えている。さらに、生産システム１００は、海水中の残留塩素濃度（次亜塩素酸の濃度）を測定する残留塩素濃度センサ４と、還元剤を添加した後の海水の酸価還元電位を測定する酸化還元電位センサ１３と、を備えている。

これらのセンサのうち、残留塩素濃度センサ４としては、例えば、電流滴定法の原理を利用したセンサや、ポーラログラフ法の原理を利用したセンサが適用可能である。ポーラログラフ法とは、残留塩素が電極表面で還元される際、電極間に流れる電流値に基づいて、残留塩素濃度が測定される方法である。これらのうち、生産システム１００では、ポーラログラフ法の原理を利用したセンサが設置されている。このようなセンサを用いることで、インラインでの連続測定が可能になるため、連続監視をすることができる。

さらに、生産システム１００には、残留塩素濃度センサ４により測定された残留塩素濃度に基づいてポンプ２１の駆動制御を行う演算制御装置４２が備えられている。ポンプ２１の駆動制御が行われることで、海水に添加される殺菌剤の添加量が制御される。他にも、生産システム１００には、通流している海水又は淡水中の異物を除去するためのフィルタ５，８，１１や、圧入水を圧入するためのポンプ１２が備えられている。

なお、演算制御装置４２は、いずれも図示しないが、ＣＰＵと、ＲＯＭと、ＲＡＭと、ＨＤＤと、Ｉ／Ｆと、モニタとを備えている。そして、ＲＯＭやＨＤＤに記録されたプログラムがＣＰＵによって実行されることで、演算制御装置４２が具現化されることになる。

次に、生産システム１００における圧入水の生産方法の概略を説明する。
まず、海洋から、ポンプ１（原水ポンプ）により海水が取水される。取水された海水には、殺菌剤貯留タンク２から殺菌剤が添加される。この殺菌剤には、前記のように次亜塩素酸が含まれている。
なお、殺菌剤の添加は、ポンプ１後段が望ましいが、ポンプ１近傍であってもよい。

殺菌剤が添加された海水は、スタティックミキサ３において十分に混合される。スタティックミキサ３は、駆動部のない静止混合器であり、ラインミキサともいわれるものである。スタティックミキサ３は、殺菌剤が添加された海水に乱流を発生させることで、殺菌剤と海水とを十分に混合することができる。また、スタティックミキサ３のメンテナンスが容易で、駆動部が無いため省エネルギであり、小型であるから省スペースという利点もある。
なお、ポンプ１への貝殻等の付着防止の観点から、殺菌剤が海洋中のポンプ１近傍において添加される場合等、配管内で殺菌剤が海水に十分混合される場合には、スタティックミキサ３を設置しなくてもよい。

スタティックミキサ３において殺菌剤と十分に混合された海水に対しては、残留塩素濃度センサ４により、海水中の残留塩素の濃度が測定される。なお、ここでいう「残留塩素」とは、海水の殺菌に関与する殺菌剤濃度、即ち、遊離残留塩素と結合塩素を合算した量のことである。生産システム１００では、残留塩素濃度センサ４により測定される海水中の残留塩素濃度として、好ましくは０．２ｐｐｍ〜５ｐｐｍ程度、より好ましくは０．５ｐｐｍ〜２．５ｐｐｍ程度になるように、殺菌剤が添加される。

ここで、前記したように、殺菌剤貯留タンク２内の殺菌剤に含まれる次亜塩素酸の有効塩素濃度は温度等によって変化する。そこで、生産システム１００においては、残留塩素濃度センサ４により測定された残留塩素濃度に基づいてポンプ２１が制御され、殺菌剤の添加量が制御される。具体的な制御方法については、図２を参照しながら後記する。

残留塩素濃度が測定された後の海水はフィルタ５に供され、海水中の濁質成分が除去される。フィルタ５は、ＵＦ膜（限外ろ過膜）やＭＦ膜（精密ろ過膜）等であるが、砂ろ過装置等であってもよい。次いで、濁質成分が除去された後の海水には、還元剤貯留タンク６からの還元剤（ＳＢＳ）が添加され、必要があれば図示しない混合器により十分に混合される。還元剤が添加されることで、海水の脱塩素化（酸化力の中和）が行われる。酸化力が中和されることで、ＲＯ膜１０の酸化劣化が防止される。

還元剤の添加によって中和が行われたかどうかは、その後に、酸化還元電位センサ１３によって測定される酸化還元電位に基づいて確認される。即ち、生産システム１００では、酸化還元電位センサ１３により測定された酸化還元電位が１７５ｍＶ〜２００ｍＶ程度になれば残留塩素が許容範囲内まで中和されたと判断される。

酸化力が中和された海水は、フィルタ８を透過して、ポンプ９（高圧ポンプ）により、ＲＯ膜１０に供給される。ＲＯ膜１０では、供給された海水が透過することで、淡水が得られる。ここで得られる淡水は、生産システム１００では、電気伝導率として通常は１００μＳ／ｃｍ以上、好ましくは５００μＳ／ｃｍ以上で十分である。即ち、通常の飲料水レベルの淡水に要求される電気伝導率は数十〜１００μＳ／ｃｍ程度であるため、生産システム１００では、飲料水レベルの淡水を得るためのＲＯ膜よりも緩い条件で淡水が得られればよい。

そして、得られた淡水は、更に所望の水質条件に対応するために必要に応じ設置されたフィルタ１１を介してポンプ１２（圧入ポンプ）に移送され、油層に圧入水として圧入される。なお、フィルタ１１は省略することも可能であるが、ＲＯ膜１０の後段に脱酸素剤（薬品）を注入する場合には、脱酸素剤（薬品）由来のコンタミ物質を除去するために有効である。

なお、図１では図示を省略したが、各装置間には、海水や淡水を一時的に貯留するタンクを設置することができる。また、必要に応じて、フィードポンプを設置することもできる。

図２は、第１実施形態の圧入水生産システム（生産システム１００）において行われる制御フローである。図２に示す制御フローは、定常運転時に行われる。また、図２に示すフローは、特に示さない限り、演算制御装置４２（図１参照）により行われる。

殺菌剤が添加された海水が通流しているとき、残留塩素濃度センサ４により、その海水中の残留塩素濃度が測定される（ステップＳ１０１）。そして、演算制御装置４２は、残留塩素濃度の測定値が、０．２ｐｐｍ以上かつ５ｐｐｍ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。

判断の結果、残留塩素濃度が０．２ｐｐｍ未満であった場合、殺菌剤を添加するポンプであるポンプ２１からの吐出量（添加量）が５％増加される（ステップＳ１０３）。即ち、海水中に残留塩素が殆ど存在していない、即ち残留塩素が殆ど存在していない場合には、殺菌剤貯留タンク２内での次亜塩素酸の自己分解が相当程度進行していると判断され、殺菌剤貯留タンク２内の殺菌剤の添加量が増加される。

また、殺菌剤貯留タンク２内の殺菌剤の自己分解は殆ど進行していないにも関わらず、海水中の濁質成分由来の有機成分によって、次亜塩素酸が想定以上に消費されてしまい、海水中の残留塩素濃度が０．２ｐｐｍ未満まで低下してしまうことがある。そこで、このような場合にも、十分な殺菌を行うため、殺菌剤の添加量が増加される。

また、残留塩素濃度が０．２ｐｐｍ以上かつ５ｐｐｍ未満であった場合、ポンプ２１の吐出量はそのまま維持される（ステップＳ１０４）。これは、殺菌剤貯留タンク２内での次亜塩素酸の自己分解が想定の範囲内であり、殺菌剤中の次亜塩素酸により十分な殺菌が可能と判断されるためである。

さらに、残留塩素濃度が５ｐｐｍ以上であった場合、殺菌剤を添加するポンプであるポンプ２１からの吐出量が５％減少される（ステップＳ１０５）。即ち、この場合には、殺菌剤貯留タンク２内での次亜塩素酸の自己分解が殆ど進行しておらず、想定している自己分解の程度よりも自己分解していないと考えられる。そこで、この場合には、殺菌剤には十分量の次亜塩素酸が含まれているため、殺菌剤の添加量を減少させても問題ないと判断され、殺菌剤の添加量が減少される。

また、殺菌剤貯留タンク２に新たな殺菌剤（製品）が補充された場合、殺菌剤貯留タンク２内の殺菌剤中の残留塩素濃度は上昇することになる。そのため、添加される殺菌剤の残留塩素濃度は、補充前の残留塩素濃度と比べて上昇するため、このような場合にも、添加量が５％減少されることになる。

そして、ポンプ２１の吐出量の制御又は維持が完了した後、演算制御装置４２は所定時間待機する（ステップＳ１０６）。ここでいう「所定時間」は、吐出量を制御後再び残留塩素濃度を測定するまでのインターバルを調整する時間であり、目安としては、ポンプ２１で供給された殺菌剤が残留塩素濃度センサまで到達するに要する時間（配管内に滞留する時間）の２〜５倍を目安とすれば良い。その後は、再び図２の制御フローが、所定時間（前記のステップＳ１０６）毎に繰り返され、殺菌剤添加後の残留塩素濃度に応じて、ポンプ２１の吐出量がフィードバック制御される。

なお、図２では、ポンプ２１の吐出量の変化割合として５％としたが、変化割合はこの値に限られるものではない。即ち、変化割合は、例えば１％〜２０％程度の範囲内の任意の所定値であればよく、好ましくは、３％〜１０％程度の範囲内の任意の所定値である。

また、ステップＳ１０６における「所定時間」は「３倍」の時間に限られるものではない。即ち、例えば、殺菌剤を添加してから測定するまでの間に、海水が配管内に滞留する時間に対して１倍〜１０倍程度の範囲内の任意の所定値とすることが好ましく、より好ましくは、２倍〜７倍程度の範囲内の任意の所定値である。

さらに、図２では、０．２ｐｐｍ以上かつ５ｐｐｍ以下のときにポンプ２１の吐出量が維持されるようにしたが、これに限られるものではない。従って、例えば、０．５ｐｐｍ以上かつ２．５ｐｐｍ以下のときにポンプ２１の吐出量が維持されるようにすることも好ましい。

生産システム１００では、残留塩素濃度に応じて殺菌剤の添加量が制御される。そのため、残留塩素が過剰量になることを抑制できる。これにより、酸化還元電位センサ１３により測定される酸化還元電位が比較的小さな値となる。そのため、酸化還元電位が異常値を示すことによる、生産システム１００の停止が抑制される。従って、海水中の微生物や貝殻等の増殖及び付着が十分に防止されるとともに、生産システム１００の運転を安定して行うことができる。

さらに、残留塩素が過剰量になることを抑制できるため、残留塩素の中和に用いられる還元剤の量を抑制することができる。これにより、還元剤のコスト削減を図ることができる。また、所定量の殺菌剤を添加し続ける場合と比べて、残留塩素濃度に基づいて添加量が制御されることで殺菌剤の使用量を減らし、殺菌剤の使用コスト削減を図ることができる。

また、生産システム１００は、気温が３５℃を超える高温となる条件（例えばそのような地域への設置）や、一日の温度変化や年間の温度変化が大きい条件で使用する場合に特に好適である。これらのような条件では、次亜塩素酸の自己分解（劣化）が進み易く、殺菌剤貯留タンク内での殺菌剤の濃度変化が進行し易い。そのため、生産システム１００をこれらの条件に設置すれば、殺菌剤の濃度が大きく変化した場合でも、その変動による影響が吸収され、生産システム１００を安定して運転することができる。

さらに、前記のように、次亜塩素酸は濁質成分によって消費される。従って、濁質成分が変動し易い海水を取水する場合、濁質成分の量によって、残留塩素濃度が変動することがある。しかし、このような場合であっても、残留塩素濃度の大小（即ち、濁質成分量の多い少ない）に基づいて殺菌剤の添加量が制御される。そのため、海水の水質変動が大きい場所でも、生産システム１００を安定して運転することができる。

［２．第２実施形態］
次に、図３及び図４を参照しながら、第２実施形態の圧入水生産システム（生産システム２００）を説明する。生産システム２００は、基本的には図１及び図２に示す生産システム１００と同じである。そこで、以下の説明では、水生産システム１００と同じものについては同じ符号を付すものとし、また、重複する内容の説明は省略する。

図３は、第２実施形態の圧入水生産システム（生産システム２００）の系統図である。生産システム２００では、図１の生産システム１００とは異なり、フィルタ５とフィルタ８との間に、殺菌剤添加海水貯留タンク１４が備えられている。そして、殺菌剤添加海水貯留タンク１４内の海水（殺菌剤を含む）は、ポンプ２４により、電解装置２２に供給される。電解装置２２では、直流電源装置２３からの電流によって海水の電気分解が行われ、次亜塩素酸が発生する。そして、電解装置２２において発生した次亜塩素酸が、殺菌剤（塩素系殺菌剤）として、取水された海水に添加されるようになっている。

即ち、図１の生産システム１００では、ポンプ２１の駆動制御により殺菌剤の添加量が制御されていた。しかし、図３の生産システム２００では、電解装置２２に供給する電流を制御することで電解装置２２に設置された電極板の電流密度も追随して制御され、発生する次亜塩素酸の量を制御し、これにより、添加する次亜塩素酸の量が制御される。
なお、電極板の電流密度は、直流電源装置２３より供給された直流電流値を電解装置２２に配設された電極板の電解面積で割った値である。

電解装置２２は、フィルタ５により濁質成分が除去された後の海水（主に塩化ナトリウムを含む水溶液）が供給されて、電気分解により、次亜塩素酸を発生させるものである。電解装置２２に備えられる陰極及び陽極から構成される一対以上の電極としては、海水から次亜塩素酸を発生可能なものであれば特に制限はないが、白金及び／又はイリジウム等の貴金属をチタン等の金属板にコーティングした電極板、又は炭素電極板が適用可能である。ただし、電極のメンテナンス及び電極板の寿命を考慮すると、前者の電極板が好ましい。
なお、本実施形態では、電解装置２２には、前記のように一対以上の電極（即ち、複数枚の陽極板と、複数枚の陰極板とが備えられている）が、一対の電極のみが備えられるようにしてもよい。

直流電源装置２３は、電解装置２２における電気分解に用いられる電流を供給するものである。供給される電流値は、次亜塩素酸を発生することができれば特に制限されない。具体的には例えば、電極板に供給される電流の電流密度としては、好ましくは０．５ｍＡ／ｃｍ^２〜１００ｍＡ／ｃｍ^２、より好ましくは１ｍＡ／ｃｍ^２〜５０ｍＡ／ｃｍ^２である。このような電解装置２２に配設された電極板の電流密度で制御することで適度な量の次亜塩素酸を発生させることができる。これにより、残留塩素濃度センサ４により測定される残留塩素濃度が０．２ｐｐｍ〜５ｐｐｍ（好ましくは０．５ｐｐｍ〜２．５ｐｐｍ）の範囲に含まれるようになり、還元剤の使用量も特に適切なものとなる。

図４は、第２実施形態の圧入水生産システム（生産システム２００）において行われる制御フローである。図４に示す制御フローは、定常運転時に行われる。また、図４に示すフローは、特に示さない限り、演算制御装置４２（図３参照）により行われる。

まず、前記の生産システム１００における制御フローと同様に、生産システム２００でも残留塩素濃度が測定される（ステップＳ１０１）。次いで、演算制御装置４２は、前記の生産システム１００における制御フローと同様に、残留塩素濃度の測定値が、０．２ｐｐｍ以上かつ５ｐｐｍ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。

判断の結果、残留塩素濃度が０．２ｐｐｍ未満であった場合、直流電流装置２３から電解装置２２に供給される電流値が２．５％増加（即ち、電極板の電流密度も２．５％増加）される（ステップＳ２０３）。即ち、残留塩素が殆ど存在していない場合には、海水の濁質成分によって次亜塩素酸が殆ど消費されてしまったため、殺菌が不完全である可能性がある。そこで、この場合には、次亜塩素酸の発生量及び添加量を増加させるため、供給する電流により電極板の電流密度が増加される。

また、残留塩素濃度が０．２ｐｐｍ以上かつ５ｐｐｍ未満であった場合、電解装置２２に供給される電流値が維持（即ち、電極板の電流密度も維持）される（ステップＳ２０４）。これは、残留塩素濃度が所定範囲内であることで、濁質成分により次亜塩素酸が所定濃度以下まで消費されることがなく、かつ、殺菌が所望の程度で行われていると判断されるからである。

さらに、残留塩素濃度が５ｐｐｍ以上であった場合、直流電流装置２３から電解装置２２に供給される電流値が２．５％減少（即ち、電極板の電流密度も２．５％減少）される（ステップＳ２０５）。即ち、残留塩素が過剰量存在しているため、後段の還元剤により十分に中和できない可能性がある。そこで、この場合には、供給する電流により電極板の電流密度を減少させて海水を電気分解することで、次亜塩素酸の発生量及び添加量が抑制される。

そして、電流密度の制御又は維持が完了した後、前記の生産システム１００における制御フローと同様に、演算制御装置４２は所定時間待機する（ステップＳ１０６）。その後は、再び図４の制御フローが、所定時間（前記のステップＳ１０６）毎に繰り返され、殺菌剤添加後の残留塩素濃度に応じて、電解装置２２に供給される電流により電極板の電流密度がフィードバック制御される。

なお、図４では、電流値や電流密度の変化割合として２．５％としたが、変化割合はこの値に限られるものではない。即ち、変化割合は例えば０．５％〜１０％程度の範囲内の任意の所定値であればよく、中でも、１％〜５％程度の範囲内の任意の所定値であることが好まし。

図３及び図４に示す生産システム２００では、残留塩素濃度（次亜塩素酸濃度）に基づいて、電解装置２２への電極板の電流密度がフィードバック制御される。そのため、濁質成分が少ないため次亜塩素酸の添加量も少なくて済むような場合には、電解装置２２への電極板の電流密度を低減する制御が行われる。

前記フィードバック制御を行わなかった場合は、電解装置２２の電極板に供給される電流の電流密度が高めに設定されるため、電解装置２２において次亜塩素酸の発生量も増加することになる。そして、電極板の寿命が短くなる傾向にある。具体的には、電極板表面にコーティングされた貴金属（白金やイリジウム等）が、電流密度の増加に伴って、溶出し易くなる。

しかし、生産システム２００における制御が行われることで、電極板に高電流密度の電流が供給され続けることを避けることができる。これにより、高価な電極板の消耗を抑制しつつ、必要なときには高電流密度で電流を流して所望量の次亜塩素酸を発生させて、殺菌を行うことができる。

また、生産システム２００では、次亜塩素酸を別途用意する必要がないため、運転コストの低減を図ることができる。さらに、殺菌剤の調達コストや在庫管理が不要となるため、この面でもコスト削減を図ることができる。

［３．第３実施形態］
次に、図５を参照しながら、第３実施形態の圧入水生産システム（生産システム３００）を説明する。図５に示す生産システム３００は、基本的には図１等に示す生産システム１００と同じである。そこで、図５では、水生産システム１００と同じものについては同じ符号を付すものとし、以下の説明でも、重複する内容の説明は省略する。

図５は、第３実施形態の圧入水生産システム（生産システム３００）の系統図である。生産システム３００では、前記の生産システム１００の装置構成に加えて、殺菌剤貯留タンク２に対して、内部の殺菌剤の温度を測定する温度センサ４３が備えられている。温度センサ４３は、演算制御装置４２に接続されている。

生産システム３００では、前記の生産システム１００と同様に、残留塩素濃度センサ４により測定された残留塩素濃度に基づき、殺菌剤の添加量が制御される。ただし、生産システム３００では、前記の生産システム１００により決定された添加量が、殺菌剤貯留タンク２に貯留された殺菌剤の温度に基づいて補正された後、その補正された量になるように、ポンプ２１が制御される。即ち、生産システム３００では、残留塩素濃度センサ４により測定された残留塩素濃度と、温度センサ４３により測定された温度との二つの情報に基づき、殺菌剤の添加量が制御されている。

前記のように、次亜塩素酸の自己分解は、主に、殺菌剤貯留タンク２の内部で殺菌剤の温度が変化することにより生じると考えられる。そのため、殺菌剤貯留タンク２の内部の殺菌剤の温度が高ければ、自己分解速度は速いと考えられ、添加される殺菌剤中の次亜塩素酸の濃度は低下していると考えられる。一方で、殺菌剤貯留タンク２の内部の殺菌剤の温度が低ければ、自己分解の速度は遅いと考えられ、添加される殺菌剤中の次亜塩素酸の濃度は維持されていると考えられる。

そこで、生産システム３００では、温度センサ４３により測定される殺菌剤の温度が高い（例えば３０℃以上）ときには、前記の生産システム１００により決定された添加量に対して所定量（例えば１０％）を上乗せした量が添加すべき殺菌剤の量として、ポンプ２１の制御が行われる。一方で、温度センサ４３により測定される殺菌剤の温度が低い（例えば３０℃未満）ときには、前記の生産システム１００により決定された添加量に対して所定量（例えば１０％）を控除した量を添加すべき殺菌剤の量として、ポンプ２１の制御が行われる。

このような制御が行われることで、殺菌剤貯留タンク２の内部の殺菌剤に含まれる次亜塩素酸の自己分解の程度を予測し、添加後の残留塩素濃度が、還元剤によってより確実に低減されることができる。また、殺菌剤や還元剤の使用量がより適切なものとなり、地球環境の保持や、コスト削減を図ることができる。

［４．変形例］
以上、本実施形態の具体例を三つ挙げたが、本実施形態は前記の内容に何ら限定されるものではない。即ち、前記の実施形態に対して、適宜変更を加えて実施することができる。

例えば、第３実施形態において説明した温度センサ４３は、前記のように第１実施形態に適用してもよいが、第２実施形態に適用してもよい。温度センサ４３を第２実施形態に適用する場合、例えば、電解装置２２内の海水の温度を測定し、次亜塩素酸の分解の程度を推測するようにしてもよい。

また、例えば、第１実施形態では、殺菌剤として次亜塩素酸を用いたが、塩素系殺菌剤であれば、どのようなものを用いてもよい。さらに、第２実施形態では、海水の電気分解により次亜塩素酸を発生させるようにしたが、他の塩素系殺菌剤を発生させるようにしてもよい。

さらに、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせてもよい。即ち、殺菌剤貯留タンク２及び電解装置２２を併設して、次亜塩素酸等の殺菌剤が添加されるようにしてもよい。

また、第２実施形態では、海水と殺菌剤との混合物は殺菌剤添加海水貯留タンク１４にいったん貯留されるようにしたが、これらの混合物は、貯留されなくてもよい。即ち、殺菌剤添加海水貯留タンク１３及びポンプ２４を省略し、フィルタ５を透過した混合物が直接、混合物にかかる重力や、フィルタ５からフィルタ８へ向かう方向の流れの水圧等の作用により、電解装置２２に供給されるようにしてもよい。このとき、電解装置２２に供給される混合物は、フィルタ８等に供給される混合物の流れから分岐したものである。そして、電解装置２２への混合物の供給量を制御するように、適宜流量制御弁等が備えられる。

２殺菌剤貯留タンク（殺菌剤添加装置）
３スタティックミキサ（静止混合器）
４残留塩素濃度センサ（残留塩素濃度測定装置）
６還元剤貯留タンク（還元剤添加装置）
７ポンプ（還元剤添加装置）
１０ＲＯ膜（逆浸透膜）
２１ポンプ（殺菌剤添加装置）
２２電解装置（電気分解装置）
２３直流電源装置（電源装置）
４２演算制御装置
４３温度センサ
１００圧入水生産システム
２００圧入水生産システム
３００圧入水生産システム

Claims

海水を逆浸透膜に透過させることで得られた淡水を用いて原油産出用の圧入水を生産する圧入水生産システムであって、
海水に塩素系殺菌剤を添加する殺菌剤添加装置と、
前記殺菌剤添加装置によって塩素系殺菌剤が添加された海水中の残留塩素濃度を測定する残留塩素濃度測定装置と、
前記残留塩素濃度測定装置の後段に設置され、前記塩素系殺菌剤が添加された海水に対して、前記海水中の残留塩素を脱塩素化する還元剤を添加する還元剤添加装置と、
前記還元剤添加装置により還元剤が添加された海水が透過されることで前記圧入水を得る逆浸透膜と、
前記殺菌剤添加装置に接続され、前記殺菌剤添加装置によって海水に添加される殺菌剤を貯留する殺菌剤貯留タンクと、
前記殺菌剤貯留タンク内の殺菌剤の温度を測定する温度センサと、
前記残留塩素濃度測定装置により測定された残留塩素濃度と、前記温度センサにより測定された殺菌剤の温度とに基づいて、前記殺菌剤添加装置による塩素系殺菌剤の添加量を制御する演算制御装置と、を備えることを特徴とする、圧入水生産システム。
前記塩素系殺菌剤が次亜塩素酸であり、
前記殺菌剤添加装置は、海水中の次亜塩素酸濃度が０．２ｐｐｍ〜５ｐｐｍになるように、前記塩素系殺菌剤を海水に添加することを特徴とする、請求項１に記載の圧入水生産システム。
前記残留塩素濃度測定装置は、ポーラログラフ法の原理を利用したセンサであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧入水生産システム。
前記殺菌剤添加装置と前記残留塩素濃度測定装置との間に、静止混合器が備えられていることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の圧入水生産システム。
陰極及び陽極が一対以上の電極を備え、前記一対以上の電極に電流を通流して海水を電気分解することにより、塩素系殺菌剤を得る電気分解装置と、
前記一対以上の電極に接続され、前記一対以上の電極に電流を通流させる電源装置と、を備え、
前記電気分解装置において得られた塩素系殺菌剤が、前記塩素系殺菌剤として、前記殺菌剤添加装置により海水に添加されることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の圧入水生産システム。
前記電源装置は、前記一対以上の電極板に通流する電流により電極板の電流密度が０．５ｍＡ／ｃｍ^２〜１００ｍＡ／ｃｍ^２になるように、前記一対以上の電極板に電流を通流することを特徴とする、請求項５に記載の圧入水生産システム。
前記演算制御装置は、前記残留塩素濃度測定装置により測定された残留塩素濃度に基づいて、前記電源装置から前記電気分解装置に供給される電流による電極板の電流密度を決定し、決定された電流密度になるように前記電源装置から供給される電流により電流密度を制御することで、前記塩素系殺菌剤の添加量を制御することを特徴とする、請求項５又は６に記載の圧入水生産システム。