JP7139546B2

JP7139546B2 - 二流路で構成される圧入井を用いる石油増進回収方法

Info

Publication number: JP7139546B2
Application number: JP2022532016A
Authority: JP
Inventors: 好弘寺尾; 利仁黒澤
Original assignee: Japan Petroleum Exploration Co Ltd
Current assignee: Japan Petroleum Exploration Co Ltd
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2021-04-02
Publication date: 2022-09-20
Anticipated expiration: 2041-04-02
Also published as: US20230038432A1; JPWO2022054326A1; WO2022054326A1

Description

本発明は、二流路で構成される圧入井を用いる石油増進回収方法に関するものである。
本願は、２０２０年９月１４日に、日本に出願された特願２０２０－１５３４９１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

地球温暖化対策は、世界中の国々にとって、全力で取り組むべき重要な課題である。世界の二酸化炭素回収・貯留技術（ＣａｒｂｏｎＤｉｏｘｉｄｅＣａｐｔｕｒｅａｎｄＳｔｏｒａｇｅ、以下、本明細書においてはＣＣＳと略記する）や二酸化炭素回収・貯留有効利用技術（ＣａｒｂｏｎＤｉｏｘｉｄｅＣａｐｔｕｒｅ，ＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＳｔｏｒａｇｅ、以下、本明細書においてはＣＣＵＳと略記する）の導入が、脱温暖化への対応策の一つとして早急な対応が求められる。
ＣＣＳは二酸化炭素（ＣａｒｂｏｎＤｉｏｘｉｄｅ、以下、本明細書においてはＣＯ_２ガスと略記する）の大幅削減が可能な技術として期待が大きい。しかし、世界的な普及は期待通りには進んでいない。その理由は、技術の不確実性や、貯留の安全性への懸念、法規制の未整備、等々幾つかあるが、特にコスト増加により事業性が見通し難いことがある。そのため、回収したＣＯ_２ガスを単に貯留するのではなく、ＣＯ_２ガスを直接あるいは間接的に利用して付加価値のある製品を生産し、回収に掛かるコストを補填することを目指すＣＣＵＳが注目を集めるようになっている。

このようなことから、ＣＣＵＳ技術の一つである石油増進回収技術（ＥｎｈａｎｃｅｄＯｉｌＲｅｃｏｖｅｒｙ、以下、本明細書においてはＥＯＲと略記する）を利用した石油貯留層へＣＯ_２ガスを含むガスを圧入する技術は技術的に確実性のある手法である。ＥＯＲは、地球温暖化対策としてＣＯ_２ガスを地下貯留することができるとともに、石油回収率を上げながら経済的な効果を上げられる。そのため、ＥＯＲは各国のＣＣＵＳ技術の普及において必要不可欠な要素となっている。

大量のＣＯ_２ガスを地下貯留する方法としては、地下の帯水層へのＣＯ_２ガス圧入法がある。
特許文献１では、ＣＯ_２ガスタンクに溜められたＣＯ_２ガスを圧送装置により昇圧し、地層に垂直に掘削した注入井から圧入することによりＣＯ_２ガスをマイクロバブル化し、地層水にマイクロバブルを分散させることによりＣＯ_２ガスを地下貯留することを特徴とする貯留装置及び貯留方法が提案されている。
特許文献２では、地層に水平に掘削した注入井からＣＯ_２ガスを圧送装置により圧入し、ＣＯ_２ガスをマイクロバブル化し、地層水にマイクロバブルを分散させることによりＣＯ_２ガスを地下貯留することを特徴とする貯留装置及び貯留方法が提案されている。
特許文献３では、地表において注入ガスを注入水の中にマイクロバブル化して混合し気液混合流体を作成し、これを圧入井から油層またはガス層に圧入することにより層内の微細な間隙に浸透させ、注入水中のマイクロバブルによって石油またはガスの増進回収を図ることを特徴とする石油または天然ガスの増進回収方法及び増進回収システムが提案されている。

日本国特許第５３１５３４６号日本国特許第５３９９４３６号日本国特開２００８－０１９６４４号

特許文献１及び特許文献２は、ＣＯ_２ガス等を含む貯留物質を圧送する注入井の先端または下方側にフィルタを設ける。特許文献１と特許文献２では、圧送する流体を気液混合流体とする時に、液体中の微細な懸濁固体分によってフィルタが目詰まりするおそれがある。特許文献３は、油井の坑内上部（深度が５ｍから５０ｍの地表に近い井戸の内部）にマイクロバブル化装置を設置する。特許文献３では、地下数千メールに存在する地下貯留層に搬送する過程で、チュービングやケーシングの継ぎ目からマイクロバブル水の漏洩は避けられず、また地中温度及び水圧の変化等がマイクロバブル水の性状の変化を誘引してしまい、当初の想定通りに石油、ガスとマイクロバブル水との置換が進まない虞がある。

そこで、発明者らは、二流路で構成される圧入井を用いて圧入ガスと圧入水を別々に圧入井内に圧入し、圧入ガスをガス流路の下端に設置したマイクロバブル発生装置に通すことで、マイクロバブルを効率良く発生させ、地下の石油貯留層の間隙にマイクロバブルを効率良く浸透させることを見出した。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、マイクロバブルを利用して石油貯留層に含まれる石油を増進回収するための方法を提供することである。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用している。
（１）本発明の一態様に係る石油増進回収方法は、水流路及びガス流路の二流路で構成される圧入井を用いて石油貯留層に含まれる石油を増進回収するための石油増進回収方法であって、
前記水流路から圧入水を圧入する工程と、
前記ガス流路から圧入ガスを圧入し、前記ガス流路の下端に設置したマイクロバブル発生装置を通して前記圧入ガスをガス微細流として噴射する工程と、
前記圧入井内で前記圧入水と前記ガス微細流とが混合されることにより生成されるマイクロバブルを含む気液混合流体が前記石油貯留層に浸透する工程と、
を有する。

（２）上記（１）に記載の石油増進回収方法は、前記水流路が水圧入管、前記ガス流路がガス圧入管、であってもよい。

（３）上記（１）に記載の石油増進回収方法は、
前記水流路の内側に前記ガス流路を配置し、
前記水流路の内側と前記ガス流路の外側との間に前記圧入水を圧入してもよい。

（４）上記（１）に記載の石油増進回収方法は、
前記ガス流路の内側に前記水流路を配置し、
前記ガス流路の内側と前記水流路の外側との間に前記圧入ガスを圧入してもよい。

（５）上記（１）から（４）のいずれか１項に記載の石油増進回収方法は、前記マイクロバブル発生装置を、前記石油貯留層が位置する深さに配置してもよい。

本発明の上記態様によれば、マイクロバブルを利用して石油貯留層に含まれる石油を増進回収するための方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る石油増進回収方法を説明するための概略図である。本発明の第２実施形態に係る石油増進回収方法を説明するための概略図である。本発明の第３実施形態に係る石油増進回収方法を説明するための概略図である。マイクロバブル発生装置の一例を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して具体的に説明する。以下の説明では、各実施形態において共通する構成要素には同一符号を付してそれらの重複説明を省略する場合がある。

（第１実施形態）
図１及び図４を参照して第１実施形態に係る石油増進回収方法について説明する。
図１は、本実施形態に係る石油増進回収方法を説明するための概略図である。
図１に示すように、水流路１０４及びガス流路１０５の二流路で構成される圧入井１０１を用いて石油貯留層２１２に含まれる石油を増進回収する。本実施形態に係る石油増進回収方法は、水流路（水圧入管）１０４から圧入水１０２を圧入する工程と、ガス流路（ガス圧入管）１０５から圧入ガス１０３を圧入し、ガス流路１０５の下端に設置したマイクロバブル発生装置２１０を通して圧入ガス１０３をガス微細流として噴射する工程と、圧入井１０１内で圧入水１０２とマイクロバブル発生装置２１０から発生したガス微細流とが混ざり合うことにより生成されるマイクロバブルを含む気液混合流体が石油貯留層２１２に浸透する工程と、を有する。

図１に示すように、圧入井１０１の上端以外は地表２１１に埋め込まれる。圧入井１０１の下端は石油貯留層２１２が位置する深さに達する。圧入井１０１は水流路１０４及びガス流路１０５の二流路で構成される。

地表２１１側の水流路１０４の開口部より、圧入水１０２を圧入する。圧入水１０２は、河川水や海水が使用されるが、生産井から生産される地層水や圧入水等も河川水や海水と混合されることにより再利用されることがある。しかし、いずれの場合も地層由来以外の水を圧入するため、圧入水による地層膨潤等による微細な間隙の閉塞を発生させないように、圧入される前に薬剤などを加えて処理される。

地表２１１側のガス流路１０５の開口部より、圧入ガス１０３を圧入する。圧入ガス１０３は、炭化水素ガス、油田フレアガス、窒素ガス、ＣＯ_２ガス、燃焼排ガス、またはこれらを混合したガスである。圧入ガス１０３にＣＯ_２ガスや燃焼排ガスを使用する場合、ＣＯ_２ガス地下貯留が可能となるため、地球温暖化対策において効果を上げる。

本実施形態では、水流路１０４とガス流路１０５は圧入井１０１内において略平行に配置される。すなわち、圧入ガス１０３と圧入水１０２は別々に圧入井内１０１に圧入される。換言すれば、本実施形態では、水流路（水圧入管）１０４及びガス流路（ガス圧入管）１０５の、二本の管により二流路を構成する管２０２ａの構造である。

ガス流路１０５の下端には、多孔質部材であるフィルタが中心素材となったマイクロバブル発生装置２１０が設置される。マイクロバブル発生装置２１０は、石油貯留層２１２が位置する深さに設置される。図４に例示するように、本実施形態の場合、フィルタの形状は、筒状である。後述する実施形態における二重管の外管に設置される場合は、フィルタの形状は中空同軸円筒状である。
フィルタとしては、例えばセラミックス製の粒子と、前記粒子を結合する結合剤とを混合して焼成した部材や、ステンレス製の焼結フィルタが使用できる。なお、フィルタの孔径は、細かければよりマイクロバブルを発生させやすいが、流体の通過抵抗が大きくなるため、圧入ガス１０３の流量を大きくするための圧送装置が大型化する。また、フィルタの孔径を大きくすれば、流体の通過抵抗は小さくなるが、マイクロバブル化の効率が劣ることとなり、更にマイクロバブル発生装置２１０に圧入水を通すことは、水中の浮遊物質がフィルタに詰まる可能性が有り好ましいことではない。なお、マイクロバブルとは直径１ｍｍ未満の気泡（超臨界状態を含む）を指す。

本実施形態によれば、圧入ガス１０３と圧入水１０２を別々に坑井内に圧送し、マイクロバブル発生装置２１０を通してガス微細流を噴射させ、圧入水１０２とガス微細流が混ざり合うことにより生成されるマイクロバブルを含む気液混合流体を地下の石油貯留層２１２の間隙に浸透させることによって、石油貯留層２１２の微細な間隙から石油、天然ガス及び地下水を追い出すことができる。これにより、石油及び天然ガスを増進回収することが可能となる。

マイクロバブル発生装置２１０は、圧入井１０１下端の石油貯留層２１２が位置する深さに配置されてもよい。石油貯留層２１２が位置する深さとは、圧入井１０１下端の外周に分布する石油貯留層２１２の深さに相当する深さ方向の位置である。マイクロバブル発生装置２１０を石油貯留層２１２が位置する深さに配置することにより、発生させたマイクロバブルの経済的消失を抑えて、石油貯留層２１２にマイクロバブルを浸透させることができる。

パッカー２０３は、水流路１０４の下端から噴出された圧入水１０２及びガス流路１０５の下端から噴出された圧入ガス１０３が逆流するのを防ぐ。

水流路１０４は水圧入管であってもよい。ガス流路１０５はガス圧入管であってもよい。

上述のように、本実施形態によれば、二流路で構成される圧入井１０１を用いて圧入ガス１０３と圧入水１０２を別々に圧入井１０１内に圧入し、マイクロバブル発生装置２１０を通すことで効率良くマイクロバブルを発生させ、ガスが微細流として噴射される。坑内で圧入水１０２と混ざり合うことにより生成されるマイクロバブルを含む気液混合流体が石油貯留層２１２に効率良く浸透する。その結果、マイクロバブルを含む気液混合流体が石油貯留層２１２内の微細な間隙に加わる効果により、圧入井１０１と別の地点に掘削された生産井からの石油や天然ガスの生産量が増加する。これにより、石油貯留層２１２に含まれる石油を増進回収することができる。

石油貯留層２１２内においてマイクロバブルによって微細な間隙から追い出された石油、天然ガス及び地層水とともに圧入井１０１から生産井まで移動してきた圧入水及び圧入ガスを生産井から生産して分離する。分離した天然ガス及び圧入ガス並びに地層水及び圧入水を圧入井に再利用する装置のうち、油井管の内側を通して生産流体が生産される。地表において比重の違う生産流体を分離する三相気液分離装置により、天然ガス及び圧入ガス、石油、並びに地層水及び圧入水に分離され、天然ガス及び圧入ガスは圧入ガスタンクに移送され、圧入ガスとして再利用される。分離された地層水及び圧入水についても、圧入水タンクに移送され、圧入水として再利用される。
（注記：石油貯留層から石油・天然ガスを生産させるときに使用される管を油井管と称し、石油、天然ガス、圧入ガス、地層水及び圧入水の気液混合流体が上方に通過していく。）

（第２実施形態）
次に、図２を参照して第２実施形態に係る石油増進回収方法について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
第２実施形態では、水流路２０４の内側にガス流路２０５を配置し、水流路２０４の内側とガス流路２０５の外側との間に圧入水１０２を圧入する点において、第１実施形態と相違する。
図２は、本実施形態に係る石油増進回収方法を説明するための概略図である。
図２に示すように、本実施形態に係る石油増進回収方法は、水流路（外管）２０４の内側にガス流路（内管）２０５を配置する。すなわち、本実施形態に係る圧入井２０１は、水流路（外管）２０４及びガス流路（内管）２０５の二重管により二流路を構成する管２０２ｂの構造である。本実施形態では、水流路２０４とガス流路２０５の間に圧入水１０２を圧入し、ガス流路２０５に圧入ガス１０３を圧入し、ガス流路２０５の下端にマイクロバブル発生装置２１０が設置される。

本実施形態においも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、ガス流路２０５の下端に設定したマイクロバブル発生装置２１０を通すことで効率良くマイクロバブルを発生させ、ガスが微細流として噴射される。坑内で圧入水１０２と混ざり合うことにより生成されるマイクロバブルを含む気液混合流体が石油貯留層２１２に効率良く浸透する。その結果、マイクロバブルを含む気液混合流体が石油貯留層２１２内の微細な間隙に加わる効果により、圧入井２０１と別の地点に掘削された生産井からの石油や天然ガスの生産量が増加する。これにより、石油貯留層２１２に含まれる石油を増進回収することができる。
また、本実施形態のように二重管の構造を有する場合、一本の管として取り扱えることから、坑井改修作業費用や坑井設備費用を低減する効果が見込まれる。

（第３実施形態）
次に、図３を参照して第３実施形態に係る石油増進回収方法について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
第３実施形態では、ガス流路３０５の内側に水流路３０４を配置し、ガス流路３０５の内側と水流路３０４の外側との間に圧入ガス１０３を圧入する点において、第１実施形態と相違する。
図３は、本実施形態に係る石油増進回収方法を説明するための概略図である。
図３に示すように、本実施形態に係る石油増進回収方法は、ガス流路３０５（外管）の内側に水流路（内管）３０４を配置する。すなわち、本実施形態に係る圧入井３０１は、ガス流路（外管）３０５及び水流路（内管）３０４の二重管より二流路を構成する管２０２ｃの構造である。本実施形態では、水流路３０４に圧入水１０２を圧入し、ガス流路３０５の内側と水流路３０４の外側の間に圧入ガス１０３を圧入し、ガス流路３０５の下端にマイクロバブル発生装置２１０が設置される。

本実施形態においも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、ガス流路３０５の下端に設定したマイクロバブル発生装置２１０を通すことで効率良くマイクロバブルを発生させ、ガスが微細流として噴射される。坑内で圧入水１０２と混ざり合うことにより生成されるマイクロバブルを含む気液混合流体が石油貯留層２１２に効率良く浸透する。その結果、マイクロバブルを含む気液混合流体が石油貯留層２１２内の微細な間隙に加わる効果により、圧入井３０１と別の地点に掘削された生産井からの石油や天然ガスの生産量が増加する。これにより、石油貯留層２１２に含まれる石油を増進回収することができる。
また、本実施形態のように二重管の構造を有する場合、一本の管として取り扱えることから、坑井改修作業費用や坑井設備費用を低減する効果が見込まれる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲が上記実施形態のみに限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

本発明によれば、マイクロバブルを利用して石油貯留層に含まれる石油を増進回収するための方法を提供することができる。

１０１、２０１、３０１圧入井
１０２圧入水
１０３圧入ガス
１０４、２０４、３０４水流路（水圧入管）
１０５、２０５、３０５ガス流路（ガス圧入管）
２０２ａ二本の管により二流路を構成する管
２０２ｂ、２０２ｃ二重管により二流路を構成する管
２０３パッカー
２１０マイクロバブル発生装置
２１１地表
２１２石油貯留層

Claims

水流路及びガス流路の二流路で構成される圧入井を用いて石油貯留層に含まれる石油を増進回収するための石油増進回収方法であって、
前記水流路から圧入水を圧入する工程と、
前記ガス流路から圧入ガスを圧入し、前記ガス流路の下端に設置したマイクロバブル発生装置を通して前記圧入ガスをガス微細流として噴射する工程と、
前記圧入井内で前記圧入水と前記ガス微細流とが混合されることにより生成されるマイクロバブルを含む気液混合流体が前記石油貯留層に浸透する工程と、
を有し、
前記ガス流路の内側に前記水流路を配置し、
前記ガス流路の内側と前記水流路の外側との間に前記圧入ガスを圧入し、
前記マイクロバブル発生装置を、前記石油貯留層が位置する深さに配置する
ことを特徴とする石油増進回収方法。
前記水流路が水圧入管、前記ガス流路がガス圧入管、であることを特徴とする請求項１に記載の石油増進回収方法。