JPS6095095A - 原油の増回収方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は地下油脂からの原油の増回収方法およびその装
置に関し、さらに詳しくはメタンおよび改質原料の分解
により得られる水素と一酸化炭素との混合ガスによるメ
タン合成時に発生する熱的工不ルキーを利用して油層か
らの重質油の回収を行なうとともに該混合ガスを回収原
油に水添用水素として供給して回収原油の軽質化、高品
質化を行なう方法およびその装置に関する。

従来より油層からの原油の採取は、まず原油自身の油層
上２、ルギー（圧縮流体工不ルキー、重力工不ルギー）
によるいわゆる−次回状が行なわれるが、これによって
回収しつる景は原始埋蔵量の２０％程度である。このた
め、壮年期以後の／ＬＩＪ層においては液体・ガスの圧
入により油層圧力の回復をはかる二次回収、さらには三
次回収を行なうことにより原油の増浦回収を行なうこと
が重要である。

三次回収の方法としては（イ）水蒸気圧入法、火攻法な
どの熱回収法、（ロ）ＣＯ２・メタンなどを用いるガス
圧入法、（ハ）ミセル溶液、水溶性高分子液などによる
溶出をはかる化学的方法などがある。

−次、二次回収後、油層中には主に重質油成分が残存す
るがこれは粘度が高く、比重も大きく採油は困難である
。これに対しての三次回収技術としては、油層内に熱を
加え、油温度を上げることによって油の粘度を下げ流動
性を高める熱回収法が効果的であり、特に水蒸気圧入法
が好ましい。

水蒸気圧入法は、熱容量の大きな水蒸気を油層の熱源と
して用いるもので、通常は地上にボイラーを設置し、各
油層までパイプラインを設けて水蒸気を供給する方法を
とっているか次のような問題点を有している。すなわち
、 （１）水蒸気か高温であるため地上ボイラ、地上スチー
ム用配管、坑井内スチーム用チュービング等からの熱損
失が大きく、全体的な熱効率（油層内原油に与えられる
熱量／スチーム発生に要する熱量）は４０〜６０％と極
めて低く、大容量ボイラーおよび多量の燃料を必要とす
る。

ｆｉｔ）　水蒸気の搬送距離が極めて長いため、スチー
ム配管内における圧力および熱損失は著しく、過大なボ
イラーおよび多量の燃料を必要とする。

（ｉｉｌ）　以上の理由等にもとつき、経済面、技術面
から、適用しつる油層深度および寒冷地での適用に制限
がある。

このような各種の問題点を有し、現在行なわれている水
蒸気圧入法では回収する油の１／３もの燃料油を要して
いる。

一方、熱損失を減少させるため、地下に燃焼型蒸気発生
装置を設置し油層近傍で蒸気を発生さぜる方法もあるが
これは次のような問題点が存在する。すなわち、 （１）不完全燃焼による系内汚染を避は地下における長
期安定燃焼を確保するため、燃料は気体または高級液体
燃料を用いる必要があり、また地下の狭い空間で十分な
燃焼空気の供給と排気を行なうためには大型圧縮送風機
が地上に必要となる。

（１１）燃焼部は地下設備であることから細長い装置と
する必要があり設計上多くの制限があり、特に水蒸気発
生用の熱交換部のスペース確保が困難である。

（ｌｉｉ）　地下における点火、再着火等燃焼の制御、
監視が困難である。

（１■）地上設備として水処理装置のほか、燃料供給装
置、空気供給装置などを必要とするなど設備投資が大き
い。

一方、生産井より採油された原油は、通常採油地て脱塩
、脱水等の処理を経て市場に供給されるが重質原油゛は
粘度が高く、パイプ輸送が困難なこと、炭素分、イオウ
分、窒素骨、重金属等の含有率が高いことからそのまま
では商品価値が低い。

このため採油地で軽質化、脱硫を施し、合成原油として
商品価値を向上させて市場に送り出される。

軽質化のプロセスには大別してコーキングと水添脱硫に
よる方法およびコーキングを行なわず水添脱硫のみで行
なう方法の二通りがあり、具体的にはＨ−ｏｉｌ法、’
Ｉ（ＤＳ法などがある。

このような重質油の軽質化にあたっては水添用として多
量の水素を必要とし、原油に対して４００〜１６５０　
ｆｔ３／ｂｂＩ！　もの水素が必要となる。

本発明は水蒸気改質装置より得られる分解混合ガスを地
下のメタネーション反応部にてメタン再生し、このとき
に発生する熱的エネルギーを利用して油層からの重質油
回収を行なうとともに前記混合ガスを回収原油の水添用
水素として供給する原油の増回収方法およびその装置を
提供することを目的とする。

すなわち本発明は、水蒸気を用いて油層より原油を三次
回収する方法であって、地上にて水蒸気改質装置により
メタンおよび改質原料を分解して得たＨ２・ＣＯを含む
混合ガスを地下のメタネーション反応部に搬送してメタ
ン変換を行ない、これにより得られる反応熱で地上より
移送された水を加熱して水蒸気を発生させ、この水蒸気
を油層に供給して油の粘度を下げて流動性を高めて原油
を回収するとともに該混合ガスを回収原油に水添用水素
として供給する原油の回収方法およびその装置である。

本発明は、ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ−３Ｈ２＋ＣＯの可逆反応を
利用するものであって地上に設置した水蒸気改質装置に
よって右辺への吸熱反応を、地下に設置したメタネーシ
ョン反応部によって左辺への発熱反応を行なわせ、地上
と地下の各反応器間の経路は常温のガスを搬送させるも
ので、長距離間においても熱損失の極めて少ない水蒸気
発生システムが実現される。さらに、前記水蒸気改質装
置により水素を水添用水素として回収原油に供給し、そ
の軽質化、高品質化を行な５つものである。

本発明においては、メタン、並ひに天然ガスあるいは重
質油軽質化装置より得られるガスナフサなどからなる改
質原料を地上の水蒸気改質装置により触媒熱分解してＨ
２・ＣＯを得、これを循環圧縮機により昇圧して地中導
管を通して地下に設置された水蒸気発生装置に配設され
たメタネーション反応部に供給し、同時に、前記Ｈ２を
水蒸気改質装置の熱回収により得られるプロセス蒸気と
ともに前記重質油軽質化プロセスに水添用水素として供
給する。該メタネーション反応部に供給されたＨ２・Ｃ
Ｏは触媒を用いて発熱反応によりＣＨ４・■１２０　に
変換される。

一方、地上の水処理装置およびポンプを経た水は地中導
管を通り、発熱反応後の混合カスと熱交換した後、メタ
ネーション反応部からの熱によって加熱された水蒸気加
熱部を通り水蒸気発生装置から水蒸気として地下油層に
噴出する。

メタネーション反応部におりる反応にて生成したＣＨ４
・Ｉ］２０はジャケット壁面を通し、あるいは水蒸気加
熱部、熱交換部を通して供給水（水蒸気発生用水）、メ
タン分解混合ガス（Ｉ−■２・ＣＯ）を加熱した後、地
下の水蒸気発生装置から地中導管を経て、地上の水蒸気
改質装置に供給され前記改質原料とともに再ひ分解反応
の原料となる。

水蒸気改質装置における熱分解は、約６００〜９００℃
、２０〜３０の気圧程度の条件下ニッケル含有触媒によ
り行なわれる。得られた熱分解混合ガスは冷却して水分
を除去する。

またメタネーション反応部におけるＨ２・ＣＯ混合ガス
のメタン生成反応は、３００〜７００℃が好ましい。触
媒は一般にニッケル系のものが好ましく、また反応圧力
は２０〜７０気圧程度を適宜に選択しうる。

地下の水蒸気発生装置は、反応後ガス（ＣＨ４・Ｈ２Ｏ
）に残存する熱を回収する熱交換部と、適宜の触媒によ
りメタネーション反応を行なわせ熱を発生する反応部と
該反応部において発生した熱により水あるいは水蒸気を
加熱する水蒸気加熱部とからなる。

以下に本発明の一具体例を図面にもとづきさらに詳しく
説明する。

第１図において、地上に設置された水蒸気改質装置（１
）に地底より還流してきたメタンおよび改質原料と水（
水蒸気を追加してＨ２０／ＣＨ４を約３／１とする）を
予熱して供給し、ニッケル系触媒を充填した外部加熱型
反応器で、５　Ｑ　ａｔａ、８５０℃にてメタンを熱分
解し、Ｈ２・ＣＯを得る。

該装置における分解メタン量は５１５　ｋｍｏｌ／ｌｉ
ｒ　。

加熱燃料は原油換算３０　ｂｂｌ！／ｈｒてあり、発生
水素量は１４７０　ｋｍｏｌ／ｂｒである。該装置（１
）を出た高温の混合ガス（８５０℃、約２Ｑ　ａｔａ　
）は、水蒸気改質装置（１）に供給されるガスを地上の
熱交換器（２）において予熱したのち、３５℃に冷却、
脱水され、さらに循環ガス圧縮機（３）により約６６　
ａｔａへ昇圧され、地中導管（４）を経て地下１０００
〜１５００ｍに設置された１３基の水蒸気発生装置（５
）（図中、１基のみを示し他は省略）へ分配導入される
。なお、このときの混合ガスの組成（ｍｏ１％）はＣＯ
：１３．３、Ｈ２ニア２．９、ＣＨ４：　５．２、Ｈ２
Ｏ：０．３、Ｃｏ２：８．３である。第２図に示すごと
く坑底水蒸気発生は多管固定層型反応器であり、多管内
を地上からの供給水が通り管外に触媒が充填されてＣ０
１Ｈ２０混合ガスか通る。混合ガスと供給水との熱交換
は並流式、向流式いずれも可能で逅るが本具体例では向
流式を採用する。すなわち該水蒸気発生装置（５）に導
入される混合ガス（Ｈ２・ＣＯ）は、メタネーション反
応部（６）で発熱反応を行なった後の混合ガス（ＣＨ４
’　Ｈ２０）により熱交換部（７）で予熱された後、中
央導管（８）を通って最下部まで導ひかれ、該中央導管
（８）周囲に設けられた触媒ｊ酌からなるメタネーショ
ン反応部（６）を通って上昇しつつ発熱反応を行なう。

該反応はニッケル系触媒の存在下、５０．ａｔａ１約３
００℃にて行なわれＣＨ４とＨ２０が生成する。この発
熱反応により発生する熱エネルギーは該反応部（６）を
貫通する多数の管（９）内を流れる水に供給されて水蒸
気を発生させるとともに前記メタネーション反応部（６
）へ導入される混合ガスを予熱する。温度の降下した混
合ガス（ＣＨ４・Ｈ２０）は再び地中導管（４）内を上
昇し地上の熱交換器（２）を経て水蒸気改質装置（１）
に循環される。そのガス組成（ｍｏｌＸ）は、ＣＯ：０
．０、ｌ−Ｉ２：　Ｂ、　１、Ｃｌ−Ｉ４：　４２．９
、Ｈ２０：　４７．１、Ｃｏ２：１．９である。

一方、水蒸気発生用の供給水は、地上の水処理装置（図
示せず）および送水用ポンプ（１ｏ）を経て分配され、
地中導管（４）を通り、地下の１３基の水蒸気発生装置
（５）に分配、導入された水はます熱交換部（７）で予
熱されて約２００℃、５　Ｑ　ａｔａの加圧水となり、
多数の管（９）を通過する間にさらに加熱され調圧され
て水蒸気噴出口（１１）より高圧・高温の水蒸気（３５
０℃、１６　Ｂ　ａｔａ、軟度８０％、１基当り３．２
　Ｌ／ｂｒ）として噴出する。

第３図は、地中に設置した水蒸気発生装置（５）内にお
けるガスと水の温度分布の一具体例を示すものであり、
横軸は水蒸気発生装置（５）における中央導管（８）の
基部からのその長さ方向の距離をあられす。ガス温度曲
線（イ）から明らかなように、導入された混合カス（Ｈ
２・ＣＯ）はメタイ、−ジョン反応部内の触媒層を通過
して発熱反応を起こし、反応部（６）を貫通する多数の
管（９）内を通る水に熱を与えつつ最高約７００℃にま
で達し、さらに導入混合ガスを加熱しつつ約３３０℃に
降温して水蒸気発生装置から出る。一方、水は水温度曲
線（ロ）に示されるように約２００℃で導入され約３５
０℃付近まで加熱昇温され水蒸気発生装置先端の水蒸気
噴出口（１１）より油層に向けて噴出される。

一方、第１図に示されるごとく生産井（１２１より採取
された回収原油は、脱塩、脱水後、軽質化プロセス（１
３）にて軽質化が行なわれる。重質原油の軽質化は、分
留、あるいは、ざらにコーキングを行なった後、前記水
蒸気改質装置（１）より得られる水素によって、水添脱
硫を経て、あるいは直接に水添処理して行なわれる。

本発明の水蒸気改質装置を用いて原油を回収するととも
に回収原油の軽質化に要する水素を供給する設備の仕様
の一例をつぎに示す。なお、前提条件として、地下油層
内水蒸気圧入ｍ　：　９６，０００ｉ／日、原油採取量
：　１８０，０００バレル／日とする。

重質油軽質化プロセスの仕様は、 処理能カニ１８０，０００バレル／日 消費燃料：１５，０００バレル／日 水素消費量：　２３０　Ｘ　Ｉ　Ｑ３ｋｍｏｌ　／　日
てあり、水蒸気改質装置の仕様は 水素製造能カニ　３３００　Ｘ　１０　”　ｋｍｏｌ　
／　Ｂ消費燃料：　４０，０００バレル／日 地下油層内水蒸気圧入量“９６，０００ｉ／日である。

なお、本発明の装置においては、運転開始にあたりメタ
ネーション反応部を加熱する必要かある。

すなわち、３Ｉ−Ｉ２０　＋　ＣＯ：　ＣＨ４＋Ｈ２０
する反応は常温では著しく反応速度か遅いので供給ガス
を２００〜３００℃に加熱するか、あるいはメタネーシ
ョン反応部を電気ヒータなどの加熱手段または多管に水
蒸気を通すことにより加熱するなどして運転を開始する
のが良い。

以上に述べたことく、本発明によれは地上に水蒸気改質
装置を、地下にメタイ、−ジョン反応部を設けてＣＨ４
＋ｌ−Ｉ２０−３■ｊ２＋ＣＯの可逆反応を進行させる
ことにより、梶？：’：＋反応を地下で起こさせ水蒸気
を発生させるものであるため、地上と地下の各反応部間
の経路は常温とすることかでき熱損失が極めて少なく、
また地下に燃焼型蒸気発生装置を設置した場合のごとき
、燃料の種類およＯ・燃料、空気の供給設備、地下装置
の設ＪＩ−上の制約などの大きな問題がなく安定して長
期間の運転を行なうことが可能である。

また、油層内に水蒸気を圧入するプロセスと回収重質油
の軽質化プロセスの両プロセスにおいて必要な水蒸気改
質装置を共用としたことによって設備費の低砧、装置の
大型化による熱効率の向上をはかることができ、水蒸気
改質装置の燃料として軽質化プロセスから得られる軽質
油が使用しうるため、燃料費の低減が達成されるととも
に、水蒸気改質装置の熱回収により街られた水蒸気が軽
質化プロセスのプロセス蒸気として利用しえ、さらに水
蒸気改質によるＣＯおよびＦ■２の原料として軽質化プ
ロセスより留出するオフガス、ナフサ等が利用しつる。

なお、本発明においてメタネーション反応部て生成した
混合ガス（ＣＨ４・Ｈ２０）を地上へ回収せず油層に注
入することも可能である。この場合は、メタネーション
反応部で反応した後の高温の混合ガス（ＣＨ４・Ｆｒ　
２０　）に地上より送られた水を直接噴射して熱効率よ
（水蒸気を発生させることができる。

また本発明において反応に用いられる混合ガスはＨ２＋
ＣＯあるいはＨ２０のほか、これにＮ２などの不活性ガ
スや空気が混入してもよく、さらにこれらの混合物であ
ってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原油増回収装置の一具体例を示す概略
図、第２図は本発明において用いられる水蒸気発生装置
の一具体例を示す縦断面図、第３図は本発明の水蒸気発
生装置の各部におけるガスおよび水の温度分布である。 図中の主な符号は次のとおりである。 １・・・水蒸気改質装置、５・・・水蒸気発生装置、６
・・メタネーション反応部、１３・・・軽質化プロセス
。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所 代理人　弁理士青白　葆外２名 乍： ど゛ 第３図 ！！、料 管軸ｆＪ臼距翅＋ｍｌ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水蒸気を用いて油層より原油を三次回収する方法
   において、水蒸気改質装置で製造される■］２・ＣＯヲ
   含む混合ガスを地下に搬送してメタン変換を行なうこと
   により得られる反応熱を地上より供給した水に与えて水
   蒸気を発生させ、該水蒸気を油層に供給するとともに、
   該混合ガスを回収原油に水添用水素として供給すること
   を特徴とする水蒸気改質装置を用いた原油の増回収方法
   。
2. （２）地下において行なわれる該メタン変換によって生
   じたＣＨ４・Ｉ（２０を地上へ回収する前記第（１）項
   記載の方法。
3. （３）地下において行なわれる該メタン変換によって生
   じたＣＩ（４・Ｈ２Ｏを地下油層へ注入する前記第（１
   ）項記載の方法。
4. （４）地上に設置され、メタンおよび改質原料を分解し
   てＩ］２・　ＣＯを生成する水蒸気改質装置と、地下に
   設置され前記水蒸気改質装置と連接して地上より搬送さ
   れた分解ガスをメタンに変換するメタネーション反応部
   を有し、この反応熱により地上より移送された水を加熱
   して得た水蒸気を地下の油層に供給する水蒸気発生装置
   とからなることを特徴とする原油の増回収装置。