Analysis JOGMEC石油開発技術センター IOR/EOR専攻 [email protected] 大野健二アナリシス石油生産ピークを遠のかせる埋蔵量成長これからのエネルギーを支えるIOR/EOR技術中東大産油地帯の政情不安をきっかけに、原油価格がそれまでの1バレル2ドルから30ドル超に急騰し、世界経済を震撼させた二度にわたるオイルショック。その第一次からちょうど30年（1ジェネレーション）を経た2004年、今度は中国、インド経済の台頭と折からの石油生産ピーク論議を背景とする供給不安に一因をなす原油価格の高騰が起こり、過去最高のバレル56ドルを記録しました。一・二次のオイルショック後、OECDに加盟する先進消費国は脱中東原油を目指し、省エネルギー、新エネルギー開発、石油備蓄に力を注ぐとともに、台頭するOPECに対抗するため中東以外の大油田地帯である北米や北海などでの石油埋蔵量の確保、生産量の増加に力を入れました。新たな投資により北海、アラスカ、コロンビアなどの新規油田の開発を進めるとともに、既開発油田の埋蔵量を成長させる増進回収（IOR/EOR）＊1技術などの研究開発が官民あげて盛んに行われました。その結果、例えば英領北海油田群では開発初期に予想された最大生産量をはるかに超え、かつ80年代後半に予想された生産減退を覆して現在もなお重要な石油生産拠点の地位を維持しています（図1）。石油生産のピーク論議は本誌2004年11月号や本号の他の記事に詳しいので、ここでは触れませんが、そこに書かれていた通り、石油開発企業は絶え間ない創意工夫で可採埋蔵量の増加を目指し、継続的な技術革新とそれを支える投資活動を行ってきています。本稿では埋蔵量の成長を支える技術、とくに IOR/EOR技術についてできるだけ平易に解説していきたいと思います。最後にこれらの技術に関する JOGMEC TRC＊2の実績について簡単に触れることにします。 1. はじめにうにどっぷんどっぷんと石油が溜まっ溜まったプランクトンや植物の遺骸がているというイメージがわきます。し土砂の堆積とともに地中深く沈んでい本論に入る前に、石油の埋蔵量やかしながら実際はこの緑の部分は図3 く過程で次第に高まる地温と圧力の影可採量、回収率といった言葉に具体的右上の写真のような地層岩石なので響を受け、その一部が石油・天然ガスなイメージを持っていただくために、す。多くの場合、石油や天然ガスが溜ちょっと遠回りでも石油や天然ガスがまるような岩石は図3の下の写真のよどのように存在するか、どのように探うな砂岩や石灰岩の種類で、中に連査・開発されるのかというところから続する非常に小さな孔が空いていて、始めます。孔を全部集めれば岩石全体の体積の 20 ∼ 30％を占めています。そこに油、 ⑴ 油田・ガス田とはいったいどのようなものでしょうか？図3の左上に示したような絵をご覧ガス、水が入っていて、その岩石の広がりが油田・ガス田と呼ばれるものです。になることがあると思います。よくこの緑色のところが油層であるという説明がなされます。この図からすると、地下に空洞があってそこにプールのよ ⑵ 石油の生まれ育ちは今あるところとは別石油や天然ガスは、海や湖沼の底に図１英領北海油田群の生産量予測と実際出典：引用文献3の図面から数値を読み込み作図＊1：IOR(Improved Oil Recovery）,EOR( Enhanced Oil Recovery)ともに増進回収法を意味するが、EORが従来の三次回収法技術を指すことに対して、IOR は坑井刺激技術なども含むより広い意味での増進回収技術を指す（後述）。＊2：TRC：Technology Research Center＝石油開発技術センター、旧石油公団の石油の探鉱・開発に関する研究機関。JOGMECの幕張に所在する技術センターがその機能を引き継いでおり、現在も略称でTRCと呼ばれる。 25 石油・天然ガスレビューアナリシス（炭化水素）となってできていきますまります。地下数千メートル、海上でマイトやエアーガンによって発生させ（図2）。プランクトンや植物の遺骸がはさらにその上に水深数百メートルとた振動が地下に伝わり、地層の境界面土砂とともに堆積してできた岩石（泥いった遠隔の場所に石油が溜まりそうから反射してくる振動を受信してその岩が多い）を根源岩（ソースロック）な形の地層があるのかどうかは主とし経過時間や位相、振幅などのデータにといいます。ここでできた石油・ガスて地震の波を使って探ります。ダイナより地下の構造を解析します（図5）。は図4のように周りの水との比重の差から数百万年、数千万年かけて岩石中（地層中）を移動し現在の位置に溜まって油田・ガス田となったのです。 ⑶ 油田・ガス田を探す方法 Analyysis Ana nalysis 石油や天然ガスは一般に周りにある水より比重が軽いことから、上部に流体を流しにくい密な地層（図3の濃い色の地層）が蓋となっている、上に凸になった形の地層や、断層で行き止まりになった地層、岩塩で盛り上げられ行き止まりになった地層などのところに溜まる可能性が高いのです。石油を探すことはまず、地下深くにあるそのような地層（岩石）を探すことから始図２石油天然ガスの生成出典：絵図は石油鉱業連盟編「石油開発技術のしおり」 An ys na l y sis 図３油ガス田を形成する地層岩石出典：絵図およびコア写真は石油鉱業連盟編「石油開発技術のしおり」 2005.5. Vol.39 No.3 26 石油生産ピークを遠のかせる埋蔵量成長原理的には図6のような人間ドックで仕切られ石油・天然ガスの分布が複雑広がりを、また井戸から得られた岩石使われる超音波エコーに似ています。になっています。しかしこのような複サンプル、井戸の孔の周り1ｍ程度のしかし、何センチか下の皮下脂肪の厚雑な地層の状態は、開発井がたくさん岩石の電気的性質、音響的性質から得さを探ることと数千メートル下の岩石掘られ石油の生産が進んだ結果、情報られる空隙比率、油・水の比率、さらの石油が入っているかもしれない岩石量が増えた時点で初めて推定できるこにテスト生産や圧力データから得られを探ることの間には不確実性に大きなとで、開発投資を決定する段階では十る平均的な流れやすさのデータなどか違いがあります。ほんのわずかな誤差分には把握できないのが普通です。ら、油層モデル（図9）を構築し、数で解釈される地下構造の形が大幅に変石油の開発では初期に巨額な投資を値シミュレーションによっていろいろわってしまうことも多々あります。行い、20年にも及ぶ生産期間を通じてな開発条件における将来の石油・天然資金の回収を図ることになります。地ガス生産プロファイル（推移）を予測震探査で得られる油層の大まかな形、し、油田開発の経済性算出に必要な基 ⑷ 石油や天然ガスを直接探査する方法油ガス田となりうる地層が見つかっても、現在の技術では数千メートル下の地層岩石中に石油や天然ガスが入っているか、それとも水しかないかを直シール接確実に知ることのできる方法はありません。石油が溜まっている可能性の貯留岩ある地層岩石に井戸を掘って、そこに到達して初めて石油・天然ガスの有り無しを知ることになります（図7）。1 油田本の試掘用の井戸を掘削するには10 4 ∼ 20億円以上、期間にして3 ∼ 6 ヵ月 2 以上かかることがあります。根源岩 ⑸ 油ガス田開発に伴う不確実性リスクた情報から、地下の油層の大きさ、広 1 基盤岩数坑の井戸により、石油・天然ガスが発見されるとそこで得られる限られ 3 ①根源岩で生成した石油は微細な割れ目を通って根源岩から排出（一次移動）される。 ②空隙の多い貯留岩に入った油は、浮力によって地質構造の高まりに移動する（二次移動）。がり、性質を推定し、埋蔵量を算定 ③地質構造（シール）によって行くてをはばまれた油は貯留岩に貯まる（集積）。し、開発投資を決定します。図8のよ ④集油地質構造（トラップ）を満たした油は、こぼれ出して別のトラップに移動することもある。うなケースでは、油層は断層によって図５地震探査による地下構造のイメージング出典：TRC 27 石油・天然ガスレビュー図４石油天然ガスの移動と油ガス田の成立出典：絵図およびコア写真は石油鉱業編「石油開発技術のしおり」図６超音波エコー診断（一般）地質構造図出典：TRC 配置された圧入井から、海水などを圧坑井（井戸）の掘削図７出典：絵図は石油鉱業編「石油開発技術のしおり」す。ここに井戸を掘りこんで出口を作入して油層内の圧力を高く保つことでると、この圧力により石油が井戸底石油の生産を維持する水攻法が開発の礎データを得ます。限られた情報からに押し流されて生産されます（図10）。早い時期から採用され、条件のよい油如何に精度の高い生産予測を行うかに必要に応じてポンプを用いてくみ出し田では50％程度まで回収できるように技術力・ノウハウが示されます。ますが、油層の中の圧力が下がれば井なってきています。水攻法による生産戸まで流れ出なくなります。自然な生が進み、油層空隙内の水の割合が増え ⑹ 石油の生産産では一般に油層の中にある石油の5 るにつれ石油と水の両方が流れるよう油層は、連続する小さな空隙内に、 ∼ 25％しか回収できません。現在はになり、最後には水の流れが主になっ油層周辺の圧入井からやパターンで An 例えば石油70％、塩水30％の割合で、＊4 ys 水頭圧＊3より高い圧力で詰まっていまて石油は流れ出なくなります。取り残生産井戸一次生産の終了生産圧力 p 油ガス層内の圧力 na l y sis 図８ Analyysis Ana nalysis アナリシス pwf 井戸底の圧力油ガス層の断面図９ 3次元油層モデル出典：TRC 図10 石油の一次生産に寄与する油ガス層内の圧力出典：TRC ＊3：その深さまで水などの溶液によって満たされることによって生ずる圧力。この場合は、岩石の過重が加わることで、空隙に封じ込められた石油などの圧力はさらに高くなる。＊4：採油井の周りに圧入井を格子状に配列（パターン）し、採油井からの石油の生産量を増加させる。採油井を中心に三角形に圧入井を配置する4点法、同様に四角形に配置する5点法などがある。 2005.5. Vol.39 No.3 28 石油生産ピークを遠のかせる埋蔵量成長された石油を回収するためには石油と水と岩石の内部界面に働く毛細管圧を変化させる、高価な界面活性剤などの化学品やガスを地上から送りこむ手法；増進回収法（EOR）の適用が必要になります。EORを実施するためには、実験室でのデータ取得から数値シミュレーション、現場パイロット操業、モニタリング、油層評価に至るまで幅広いノウハウが必要です。なお、天然ガスは石油に比べてガス層内を流れやすいこと、ガスの膨張率が高くガス層の圧力減退が小さいことなどから一図11 般に回収率が80％以上と高いため、通常は増進回収法の対象とは考えられていません。図12 油層周囲からの水攻法出典：引用文献1から転用圧入井を油層内に配置した水攻法出典：引用文献1から転用 2. IOR/EOR技術ギーと呼ぶ）により井戸に流れ出る石す。ここで一次回収はほぼ終了です。油の生産。井戸の底にポンプなどを設一般に一次回収率は20％程度であり、 ⑴ 石油の回収率置してくみ上げるものも含まれます。油層の周囲にある水層が大きく、圧力さて、石油の回収率が小さいこと、石油が流れ出ていくと油層内の圧力はの補給が十分長く保たれる場合には油層内に取り残す割合の大きさに驚か下がり始めます。油層と石油の性質に 50％近いケースがある一方、石油が重れた方も多いことでしょう。ここからよってはごく短期間に圧力が下がるこ質であったり、流れにくい油層であれ本論である石油の埋蔵量成長を支えるともあります。石油は膨潤して減ったば10％に達しないことも少なくありま IOR/EOR技術について少し詳しく述油層空間を補い、さらに圧力が下がるせん。べることにしましょう。石油の生産にと軽質な部分をガスとして分離しま二次回収とは、油層の周辺やパターついて一次回収、二次回収、三次回収す。圧力が下がり続ければ油層に連ン化した坑井配置で海水などを圧入という開発のステージに分けた呼称が続するガス層のガスが膨張したり、油したり、油層の頂部からガスを圧入使われてきました。一次回収は油層層の周囲や下部の水層から水が浸入しして油層内の排油エネルギーを補助の持つ自然のエネルギー（排油エネルてきて油層圧力を補充する場合もありし、かつ圧入された水、ガスによってます。しかし、最後は油層の圧力が下石油を生産井に向けて押し流す（置換がりすぎて井戸に流れ込まなくなりまする）ことです。今日では油層の圧力石油と地層水深度方向の流れやすさに違いがある油層での水攻効率 OIL k2 WATER k3 圧入水水攻法図13 k1 水攻法における石油の水平置換効率出典：引用文献1から転用 29 石油・天然ガスレビュー k 2> k 3 > k 1 浸透性図14 水攻法における石油の垂直置換効率アナリシスが下がらないように開発の初期から水不均質性がありますと、図14のようにミクロ的にも不均質なのが普通ですかを圧入するのが一般的です（水攻法）。圧入した水が一部の流れやすい地層をら、各々のパラメータはたいてい小さ水圧入を施した場合の平均的な回収率通って生産井に到着し、流れにくい部くなりますので、水攻法による平均的は35％といわれています。これも条件分にある石油は取り残され、Erは1よな回収率が35％程度になってしまうのの良い（軽い油質、浸透性のよい均質りずっと小さくなります。です。な油層）油田では50％以上、悪ければ微視的置換効率EDというのは、岩 15 ∼ 20％ということになります。せっ石空隙内の石油に接触した圧入水がどかく油層に排油エネルギーを供給してのくらいの効率で石油を押し流すかといるのになぜ、こんなに取り残してしいうことです。小さな空隙内では石 IORとEOR技術の定義は実はかなりまうのか不思議に思われるかもしれま油、水、岩石の互いの表面に界面張力あいまいに使われています。EORとせん。それでは、回収率について少しが働きます。例えば岩石の表面が石油は旧来は熱攻法、ケミカル攻法、ガス考えてみることにしましょう。に濡れやすい性質（親油性）を持ってミシブル攻法などの三次回収技術と訳水攻法を想定した油田の回収率Eはいると、図15のように圧入された水がされ、油層へ何らかの流体を圧入し、以下の式で表すことができます。一部の石油を押し流した後、水の比率石油を生産井に向けて押し流すことに E＝容積置換効率Ev×微視的置換効率E D が高くなると水だけが流れて、石油は加えて、圧入された流体が油層内の岩容積置換効率というのは水攻法の場岩石の表面に囲まれた孔の奥に取り残石・石油の片方ないし双方と何らかの合、圧入した水が油層のどのくらいのされます。こうしてEDは1よりも小さ反応をして石油の回収に良い影響与え部分までうまく入っていったかというい値、水攻法の場合0.6 ∼ 0.7程度になる条件を作り出すようなプロセスと定ことです。Ev＝（水平置換効率E A× ります。ここに第3の存在としてガス義されています（引用文献2, 4）。回収垂直置換効率Er）とも表現されます。があればもっと小さな値になることもに良い条件とはすなわち微視的置換効岩石が仮に水平方向に均質な流れやすあります。率EDを高めることで、例えば圧入しさをもっていても、水より石油の粘性仮に貯留岩の性状がよく、油田のた流体が石油・水・岩石の間の界面張が高い場合などは図13のように周囲に開発当初から水攻法を施したと仮定し力を下げたり、石油を膨潤させたり、石油を残したまま水が先走りをしてて、水平置換効率が9割、垂直置換効石油の粘性を下げたり、岩石表面の親圧入井から生産井に到着してしまい、率が8割、微視的置換効率が7割であっ油性／親水性を変化させることなどで EAは1より小さくなります。また油層たとしますと、回収率E＝0.9×0.8 す。よくTVの洗剤の宣伝で、油汚れを形成する岩石は堆積して岩石になる ×0.7＝0.50、50％にしかなりません。が絡まった繊維の間からポロッととれときの状況で、例えば粒の細い泥が多通常、貯留岩は図16のように岩質が異る感じのイメージがありますが、界面かったりして流れやすさが均質ではあなっていて流れやすさが違ったり、と張力を下げて石油が流れやすくするとりません。深度の方向にこのようなころどころ断層で区切られていたり、いう説明には、それが最も分かりやす Analyysis Ana nalysis 技術 An ys na l y sis 図15 ⑵ 回収率を改善するIOR技術とEOR 水攻法における微視的置換効率出典：引用文献1から転用 2005.5. Vol.39 No.3 30 石油生産ピークを遠のかせる埋蔵量成長図16 油層の不均質な性状を表す油層モデル出典：TRC いかもしれません。として最も目覚しいのは井戸を掘り増井掘削・仕上げ技術が最大の功労者で一方、IORは石油の増産、可採埋蔵すことです。例えば、1km間隔で設置しょう。90年代から技術が格段に進歩量の増加に寄与するあらゆる手段を指されている井戸の間に1本ずつ間掘しし、かつコストも通常の坑井の1.5倍し、EORも含んでいます。狭義には、ていけば水攻水の到達や生産井への流程度に低減されたことから、多くの坑主として水攻法と圧力維持のためのガれはずっと密になり、取り残しの石油井がこの方式で掘削されるようになりス圧入などのいわゆる二次回収法と水を相当に減らすことが期待できます。ました。水平坑井は坑井が油層に接し平坑井や間掘り、置換効率を改善するただし、井戸を掘削することは最もコている区間が長く取れることから、縦ポリマー圧入、生産性や圧入性を改善ストのかかる操業であり、例えば井戸の数倍高い生産性や圧入性が期待する坑井刺激法や人工採油法など、少 4,000mの坑井を1本作るには陸上であでき、また一本の井戸から数本の脚をし乱暴な言い方ですが水平置換効率れば5億円から10億円ぐらいかかるわ別々の方向や層に出すこともでき、こ EA×垂直置換効率EVを高める技術全けで、これに見合う般を指しています。近年重要視されてだけの増産が一定いる地震探査技術と地質学、油層工学、期間内に得られる統計学を統合した油層の詳細なモデルかどうかが問題と化技術（油層キャラクタリゼーション）なります。また海洋は増進回収技術をどのように適用する油田の場合には、既かを考える上で不可欠の技術になって存の海上構造物かいて、これをもIOR技術と位置づけるらでは追加坑井を専門家もいますが、通常はIORの補助掘削する余地がな技術として別にされています（引用文い場合が多いため、献4）。一方、EORとは微視的置換効追加掘削を行うた率EDを高める技術と考えればわかりめに要するコストやすいのではないかと思います。が追加増産に見合わないケースが少 ⑶ IORの現状なくありません。こ水攻法の容積置換効率を高める方法の分野では水平坑 31 石油・天然ガスレビュー図17 いろいろなタイプの水平坑井アナリシスないコールド生産量は含まれていませき残りました。西テキサスの炭酸ガス法などの置換効率を高めるのに効果的ん。攻法は、炭酸ガスの供給インフラと生です。近年では石油の取り残された場図19、図20は米国のEORプロジェ産インフラの充実を図り、20ドル／バ所に水平坑井を伸ばして回収することクト数とEOR生産量の推移を表してレルという長期的な原油価格の設定でも盛んに行われています（図17）。います。オイルショック後の80年代商業的に成立しています（引用文献8, に種々様々なEOR技術が研究され、 9）。ケミカル攻法は高い回収効率が期 ⑷ EORプロジェクトの現状フィールドのプロジェクト数も非常に待されていましたが、原油価格40ドル（OGJ EORレポート2004）増えました。しかしながら、後ほど触／バレルという採算限界の壁を越えら米国の著名な業界誌であるオイルアれますがEORは高価な流体を油層にれず、ほとんど姿を消しています。おンドガスジャーナル（OGJ）は、隔年送り込むために初期コスト、操業コスそらく今後も重質油に対するスチームで全世界のEOR統計を報告していまトが大きい上に、圧入流体の置換効率攻法と中軽質油に対するガス攻法がす（直近では2004年4月12日号）。これなどの不確実性も高く、リスクの残る EORの2大潮流であることは変わらなによれば全世界のEORによる石油のプロセスです。このため原油価格の低いと思われます。生産量（増産相当分のみ）は200万バ下に脆弱で、全体としてはインフラが総じて、1980年代後半から続いた原レル／日で、米国の70万バレル／日、整備され、歴史のあるプロジェクトが油価格低迷期には埋蔵量成長の効果インドネシアの22万バレル／日の他、生き延び、他は淘汰されています。例が早く出てリスクも少ない、規模の大中国やベネズエラが盛んです（図21）。えば、技術的に成熟した米国カリフォきい油田における坑井の追加や水平坑 EORの種類ではスチーム圧入によるルニアの重質油に対するスチーム圧入井、水攻法の強化などのIORに優先的重質油の生産とガス圧入がほぼ5割ず EORの操業コストは過去に10ドル／に投資が行われ、新規のEORは必ずしつとなっています。なお、この数値にバレルを超えていましたが、原油価も優先順位は高くなかったというのがカナダのオイルサンドの露天掘り、ベ格の低落時に懸命のコスト削減を行 EOR生産量、プロジェクト数が増えネズエラ・オリノコタールの熱を使わい、8ドル／バレル程度まで下げて生ていない理由であろうと思われます。 Analyysis Ana nalysis れらの適切な坑井の配置によって水攻 An ys na l y sis 図18 水平坑井の活用による取り残し石油の回収北海油田の事例 2005.5. Vol.39 No.3 32 石油生産ピークを遠のかせる埋蔵量成長 ⑸ 変わるEOR技術への期待これまでと違うのは中東などの大産油国がEORに強い関心を持ち始めて性をエンジニアリング成果をもとに示 400 500 熱攻法EOR ケミカル攻法EOR ガス攻法EOR 300 400 熱攻法EOR 200 300 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 1994 1996 1998 2000 2002 2004 1982 社は既生産油田の再開発はもちろんの図19 1992 ています。イランでは、国営石油会 1990 0 1990 転を求める声が上がるようになってき 1988 0 100 1982 EOR部門が組織され積極的な技術移 1988 100 200 していく中で、国営石油会社の中に 1986 究チームが炭酸ガス攻法の効果、経済ケミカル攻法EOR ガス攻法EOR 1986 の重要性が伝わり、また、TRCの研 500 600 1984 でしかありませんでした。その後、そ 600 700 1984 EOR適用など、まったく低い認識度 x1000バーレル/日 x1000バーレル/日索していた頃は、中東の巨大油田での米国におけるEOR生産量の推移 700 800 いる点ではないでしょうか。筆者が 1995年にクウェートとの共同研究を模米国におけるEOR生産量の推移 800 600 こと、新たな開発油田でも比較的早期米国におけるEOR生産量の推移出典：引用文献5の数表から作図原油価格と米国のEORプロジェクト数の推移 60 原油価格と米国のEORプロジェクト数の推移 600 500 60 50 500 400 50 40 件数 400 300 40 30 件数のEOR導入を想定しています。メキ 300 200 30 20 200 100 20 10 100 0 10 0 シコは同国最大のカンタレル油田に90 年代半ばから窒素ガスの圧入を成功さ EORや空気圧入EORへの外資導入を模索しています。リビアでもEORを適用する油田再開発への外資導入が検討されています。石油生産のピーク論ビジネスの形態としてEORが身近なものになってきていると感じられま 0 ガス攻法図20 60 米国以外でのEORプロジェクト数原油価格の変動と米国におけるEORプロジェクト数の推移出典：引用文献5の数表から作図米国以外でのEORプロジェクト数 50 60 プロジ� プクロトジ数 �クト数ガス圧入EORのうち石油随伴ガス 0 19 78 19 80 19 82 19 84 19 86 19 88 19 90 19 92 19 94 19 96 19 98 20 00 20 02 20 04 す。 ⑹ 最も高い回収率が期待される炭酸ケミカル攻法ガス攻法熱攻法ケミカル攻法原油価格ガス攻法熱攻法原油価格 19 78 19 80 19 82 19 84 19 86 19 88 19 90 19 92 19 94 19 96 19 98 20 00 20 02 20 04 とEORの貢献という視点というより、 $/BBL $/BBL せていますが、今後、炭酸ガス圧入や天然ガスを圧入する方法はガスソー似ています。天然ガスに比べて比較的 40 が整備され、運ばれたCO2は0.7ドル／スが油田の身近にある点で有利です低い圧力で石油と相互に溶け合う（ミ 1,000立方フィート程度の価格でEOR ケミカル攻法EOR が、近年の天然ガスに対する需要は大シブルな）状態になるため徴視的置換ガス攻法EOR 用に取引されています。このCO 2によその他きく、EORに使えるのは天然ガスの 20 30Dが1に近くなり、高い回収率を効率E 販売が困難なガス消費地から遠く離れ達成します。これに加えて、地球環境 10 20 商業的に経済性が成立しています（い熱攻法EOR た地域の場合や腐食性の高いガスで販保護への役割という面で、今後インセく度かの原油価格の低迷にも耐え、1 売にコストがかかる場合などに限定さベネズエラカナダ中国トリニダード・トバゴインドインドネシアンティブが期待され得るからでもありバレル20ドル程度の長期油価予測に基れる傾向が強くなってきました。 0 ます。炭酸ガスの圧入は、究極的に最も現在炭酸ガスEORが商業ベースで回収ポテンシャルの高いEOR手法と大規模に成功している米国西テキサスな圧入CO2の量は5,000 ∼ 15,000立方なってきました。炭酸ガスは油層圧では、近隣の州にある天然の炭酸ガスフィートとなっています（引用文献9）。力・温度の下では石油にとても性質が田から油田地帯までパイプライン網これは、炭酸ガスコストだけで3 ∼ 10 33 石油・天然ガスレビュー 50 30 40 0 10 ベネズエラカナダ中国トリニダード・トバゴその他熱攻法EOR ケミカル攻法EOR る三次回収的EORは、約20年前からガス攻法EOR づいています）。統計によるとEORでインドインドネシア増産される原油1バレル当たりに必要 0 78 19 80 19 82 19 84 19 86 19 88 19 90 19 92 19 94 19 96 19 98 20 00 20 02 20 04 0 19 アナリシス性があるという結果を得ています。米国以外でのEORプロジェクト数炭酸ガスの排出権1トン当たり10 60 ユーロというのは、為替レートにも 50 プロジ�クト数よりますがおよそ1,000立方フィート 40 その他ケミカル攻法EOR ガス攻法EOR 熱攻法EOR 30 20 10 当たり0.45ドルに相当します。先ほどの、中東油田で試算した排ガスからの炭酸ガス回収コスト試算値の下限1.20 ドル／ 1,000立方フィートに対して0.45 ドルのインセンティブが得られれば、北米の商業的炭酸ガスEORでの炭酸 0 ベネズエラカナダ中国トリニダード・トバゴインドインドネシアガス売買価格と同等程度になることが Analyysis Ana nalysis 分かります。もちろんプロジェクトの経済性は油田の条件、権益の条件など様々な経済要因に影響されることは確米国以外におけるEORプロジェクト数図21 出典：引用文献5の数表から作図かですが、排ガスからの炭酸ガス回収のEORへの転用が荒唐無稽なアイディアでないことがお分かりいただけドルになる計算です。中東巨大油田の的採算性が成り立つ程度の炭酸ガス価ると思います。原油価格が現在（2004 生産コストが現在2 ∼ 5ドル／バレル格が設定されていると考えてよさそう ∼ 2005年冬）のようにバレル50ドルといわれるだけに、EORプロジェクです。一方、火力発電所などの燃焼排を上回ればもちろんのこと、長期的にトの持つ厳しさは理解できると思いまガスからCO2を回収してEORに利用す 30ドル後半から40ドルを維持する、技す。生産井に帰ってくるCO2のリサイるプロセスも実用化の域にあり、近年術革新により炭酸ガス分離コストが現クルコストを下げるなどの努力が続けの温暖化ガス対策に関連した技術開発在より2 ∼ 3割安くなる、あるいは先られているのはもちろんのことです。の進展で大幅に低コスト化が図られて進国の地球温暖化防止シナリオの達成炭酸ガスEORのネックはそのソーいます。とくに日本にはこの分野に高が困難になり排出権価格が高騰する。スがどこにでもあるわけではないといい技術があります。これらのどれか一つ以上が現実のものうことです。天然の炭酸ガスソースで当機構TRCが産油国との共同研究となれば、産油国（大多数が発展途上ない例としては、カナダのサスカチェの一環として実施したスタディでは、国で排出抑制義務を負わない）で炭酸ワン州ウエイバーン油田があります。アラビア湾の巨大油田を対象に周辺のガスを火力発電所の排ガスから分離回ここでは、近隣の米国内にあるアンモ火力発電所の排ガスから炭酸ガスを収し、油田に圧入してEORと地中隔ニア製造プラントで分離される炭酸ガ分離してEOR用に供給するケースを、離を両立させること（図22）が経済的スをパイプラインでカナダに運び、油異なる2 ヵ国で試算しています。火力に成立し得るものと考えられます（引田のEOR用に圧入を開始しています。発電プラントはもとより、電気・水用文献4）。筆者が現地監督から聞き出した炭酸ガなどの各種ユーティリティの供給コスス購入価格はおよそ0.7USドル／ 1,000 ト、人件費、建設コストなども現地調立方フィートに近いものでした。この査に基づく現実的な数値を用いて詳細プロジェクトは炭酸ガス地中隔離とにスタディしたところ、かなりの幅は炭酸ガスEORが回収率向上に最も EOR両立の好例として喧伝されていあるものの1,000立方フィートの炭酸有望と言いましたが、実際、火力発電ますが、インセンティブ無しでも商業ガスを1.5ドル前後で供給できる可能所に炭酸ガス分離プラントを建設す An ys na l y sis ⑺ ガス源がどこにでもあって、初期コストも安価な空気圧入EORの出番炭酸ガス排出権ビジネス 2005年2月16日に地球温暖化防止を目指す京都議定書が発効し、3月9日炭酸ガスの排出権ビジネス（スポット取引）が欧州エネルギー取引所で開始された。この日の取引では排出権CO21トン当たり10.40ユーロ（13.89USドル）の値がつき、出来高は2万トンであった。EUでは2005年から域内1万2000箇所の工場や発電所に約22億トンの排出枠を配分。排出量が枠を超過した企業にはトン当たり40ユーロ（約50ドル）の罰金が科せられる一方、余裕のある企業から割安な排出権を購入し目標を達成することも出来ると報道されている。（ビジネスアイ、旧日本工業新聞05.03.11） 2005.5. Vol.39 No.3 34 石油生産ピークを遠のかせる埋蔵量成長るには巨額の初期コストがかかります。残存埋蔵量の大きな巨大油田を対象にしたり、近隣にたくさんの対象油田が想定されるような場合は、大規模な投資が可能となるでしょう。一方、規模の小さい油田の場合はどうでしょうか。随伴ガスは利用できず、炭酸ガス分離装置への巨額の投資はできません。そこで、地球上如何なるところでも利用可能な空気をガス源とすれば、圧入用コンプレッサーを中心とする初期投資、操業コストも大きくないことから、小規模な油田をも対象にできる可能性があります。このように空気圧入法も今後の有望なEOR手法と考えられ始めています（引用文献10）。空気を油層へ圧入することは、古くから重質な原油を対象に、その重質成分を酸化して発生する熱を利用する火攻法が試行されてきましたが、反応メカニズムが複雑で制御が難しいことから必ずしも大きな成功は得られませんでした。近年、軽質な原油の油層に圧入し、図22 燃焼排ガスからのCO2の回収・隔離とEORを両立させるプロジェクト出典：TRC その軽質成分の一部を比較的低温で酸化しながら生成させる熱を利用しつる例があります。ガス圧入といえば石空気圧入が注目され始めたわけです。つ、炭酸ガスと窒素で残存する原油を油の生産に伴って出てくる随伴ガスやそこで例えば、北海のエコフィスク油生産井に押し流すEORプロセスが別天然ガスの圧入がまず始めに採用され田やインドネシアのハンディル油田なのジャンルとして実用化されてきましたために、これまで空気圧入は必ずしどの成熟した大規模な油田で空気圧入た。これがここでいう空気圧入法です。も広く普及はしていませんでしたが、の適用が検討されています。TRCで回収効率は炭酸ガスEORに比べれば天然ガスの需要が増大し、随伴ガスやも基礎研究に目処をつけ、フィールド高くはありませんが、水攻法適用後の天然ガスは極力販売に回され、圧入用実証へ向けた検討を開始しています。油田からもさらなる回収に成功していガスの不足が課題になってきたため、 3. TRCにおけるEOR 研究の実績、今後の計画た。以来、重質油を対象とする火攻法スト）までを多くの場合民間企業と共を皮切りに、ケミカル攻法、スチーム同で実施しています。TRCは、各種攻法、炭酸ガス攻法・炭化水素ガス EOR技術に実績がありますが、特に TRCは石油公団時代の1972年に設攻法、そして近年では空気圧入法の研ガス攻法の中の炭酸ガス圧入、高圧天立されて以来、探査や油層工学関係に究開発を鋭意推進してきています（図然ガス圧入に実績があります。関連す加え、EOR技術の研究を業務の大き 23）。る実験室（相挙動試験、MMP試験、な柱としてきました。1978年には国際これらの研究開発はいずれも実験油層条件下コア掃攻実験、X線CT透エネルギー機構IEAの活動として先進室レベルから始まり、数値シミュレー視下掃攻実験など）は日々の稼動によ消費国10 ヵ国間でEORに関する研究ション評価（油層シミュレータの開発り高度なオペレーションレベルを維持協力を行う協定が締結され、日本の代も時には進めながら）を経て、最終的しています（図24、25）。TRCを視察表研究機関としてTRCが参加しましには油田での実証試験（パイロットテしたイラン、クウェート、メキシコな 35 石油・天然ガスレビュー ys TRCにおけるIOR/EORの技術開発出典：TRC Analyysis Ana nalysis An 図23 アナリシス 2005.5. Vol.39 No.3 36 na l y sis 石油生産ピークを遠のかせる埋蔵量成長どの産油国国営石油会社幹部からも技失敗すれば10億円もする坑井をだめにタディや研究を、業際型プロジェクト術レベルの高さに対する賞賛を得ておしたり、とくにEORの場合は悪くすチームを組成して複数同時に進めていり、この分野で国際的な技術競争力をると財産の入っている油層そのもののます。現地での共同作業、産油国から有することが認められています。一部を破壊してしまう可能性があるとの技術者来所、双方で開催する報告会、また、複数種類の油層シミュレータみなされ、オペレータは極度に慎重に英文による報告書作成など人材の育成も日々使用されています。炭酸ガス攻なります。このため、技術を開発してによい環境が整っています。今後、共法ではトルコおよび国内2油田で実施も実証する場（適切な油田）を得るこ同研究や共同スタディ、出向などいろしたパイロットテストにおける地上施とが非常に難しいのです。いろな形でTRCを利用いただくこと設設計、実オペレーションデータ、モ一方、産油国は自国の資源のさらなで、産業界としての技術の開発･検証・ニタリングと評価手法に関するノウハる発見、効率的な開発、最大限の採取蓄積や人材育成に役立つ場を提供できウが活用できるでしょう（図26）。最近を追求し、オペレータである外国企業るものと考えています。でもクウェート、アブダビの油田を対に対し、高い目標と厳しい技術力を要象に実験研究、シミュレーションによ求する傾向がますます強まっていまる適用性評価を行っていますが、炭酸す。これらに応えられる技術力を示さガス源として油田近隣の火力発電所のないとオペレータとしての事業への参排ガスからの回収プロセス・設備設計入はもとより、パートナーとしての資を実施し、コスト分析も行っています。格も与えられない情勢になりつつあり TRCはその中期目標に掲げられたとこます。産油国に提示する計画書に新規ろに従い、実験室の充実をベースとす技術（例えばEOR）る基盤的技術開発、操業現場の課題をを載せるためには、解決する技術サポートを推進し、文字石油開発会社は何ら通り「我が国開発企業の技術センター」かの形で、技術の適として本邦開発企業の技術力増強に役用実績を持っている立てるよう日々努力しています。必要があるのです。石油開発現場の特徴は、実際の油ガ TRCは産油国とス田で検証された技術で無ければ採用の技術協力・共同されないというところにあります。ど研究を推進していまのようにポテンシャルのある技術です。これらを通じあっても地下に存在する特定の油層条て、データの豊富な件に起因する不確実性が避けられず、油ガス田に関わるス図24 図25 37 石油・天然ガスレビューガスEOR実験装置出典：TRC 図26 TRC所有のX線CTを用いたEORコア実験出典：TRC 海外の油田で実施したCO2EORパイロットテストの圧入ガス処理プラント出典：TRC ．Ｍからメイルが入ってきた。向こうはサ Analyysis Ana nalysis プロローグ ― ― P na l y sis G ・ ys プロジェクトＥＯＲマータイム・オンだから、今、日曜夜の７時。ファミリーサービスを終えてからのこの時間帯が一番月曜日の朝一番にＰＣを立ち上げると、シカゴの相棒 4．OGJ Special Report, Future Energy Supply-4: Potential from IOR, Aug.4, 2003 社との次回技術協力会議に提案するＥＯＲのスタディ・スコープを固めることである。 industry, society, OGJ Jul.14, 2003 集中できると言っていたが、早速ジョブの打ち合わせである。目下の課題は１ヵ月後に開催される国件がヒットしている。炭酸ガスＥＯＲで国際学会に投稿した５件をリ 2．Green D.W., Enhanced Oil Recovery, SPE Textbook Series Volume 6, 1998 営石油会社相棒は提案の中にラボワークを入れることが重要だと言う。油層シミュレーションは彼のようなフリーのコンサルタントでもできる空鉄砲だが、ラボの蓄積は実弾だから説得力が違うと言う。わかったととめを依頼する。あとで基盤研究チームにラボワークのドラフトを持ち込んでラボの専門家にコンサルテーションを受けることにしよう。ＥＯＲで検索して、やっぱり２それから、ＴＲＣのホームページに行って、ＴＲＣ論文・学会発表のチェックをしておこう。ＣＯ、それから、まだ、先の話だが、パイロットテストを計画するならプラントの概略設計と設備費用を試算する必要が出てくる。確かソフトウエアツールがあったはずだ。検索〝ＥＯＲ〟ＡＮＤ〝コスト〟、﹂のマニュアルがあるが、件あった。そうそうＥＯＲプラント建設コスト推算ツール﹁ SuperIOR プロセス屋はチームメンバーにいないからきついな。えーと、精通者は誰だったかな。検索結果ではＫ．で時半か。シカゴの相棒はまだ起きてるな。金曜日までにラ 8．Griggs Reid B., State of the Industry in CO2Floods、SPE38849, 1997 マイル向こうの相棒に返事をして、頬をたたく。こっちはまだ週明けのウォームアップ中だ。をＡＮＤ検索にして入れてみる。件のレポートが登録されている。〝コアフラッド〟を追加してみる。検索キーにまず〝炭酸ガス〟と〝ＥＯＲ〟イントラのブックマークから﹁ＴＲＣ成果検索﹂を選択して、ジェクトの事前スタディのものだから今回のケースに近い。役に立ちそうだ。ダブルクリックして詳細情報を見ることにする。報告書の詳細目次がある。﹁炭酸ガスコアフラッド実験およびシミュレーション﹂の章が使えそうである。プリントアウトする。もう一件、他の国内フィールドパイロットの報告書目次も出力しておく。ディ結果で、去年国営石油会社に報告したものだ。当事者間での守秘義務があるから、図面などの取同じように英語で検索してチェックしておく。９件がヒット。英文のは中東油田を対象としたスタり扱いは注意が必要だが、プロセスを説明する英文は大いに活用できて助かる。これでコアフラッド実験の仕様書のドラフトができるから、成果普及チームに成果登録番号の一覧をつけた借出フォームを送って必要なレポートを取り寄せることにする。チームメイトのにメイルで指示を出してとりま S Ｍ．氏だが、あぁ、今技術調査Ｇにいる彼か。一度コンサルテーションを受けることにしよう。・ボワークを含めたワークスコープのアウトラインを送る旨メイルしておこう。向こうでもオースチン 10 からアドバイスをもらってくれるはずだ。おっと、別件の会議 1．Willhite G. Paul, Waterﬂooding, SPE Textbook Series Vol.3, 1986 Dr 件のヒットがある。３つ目のは少し古いが、フィールドパイロットテストまで行った研究開発プロ 36 ストアップしておこう。いずれ提案書のリファレンスに入れておくことになるだろう。 27 ようし、だいたいめどが立ったぞ。今の超大物スペシャリストＤｒ引用文献 P が始まるな。 2004 8 0 0 0 7 10 An アナリシス 3．OGJ Special Report, Future Energy Supply-1: Debate over peak-oil issue boiling over, with major implications for 5．Moritis Guntis, EOR continues to unlock oil resources, Special Report EOR Survey, OGJ April 12, 2004 6．Tippee Bob, Oil & Gas Journal's 2004 EOR Survey, SPE/DOE 14th Symposium on Improved Oil Recovery, April 19, 7．Jarrell Perry M. et al, Practical Aspects of CO2 Flooding, SPE Monograph Series Volume 22, 2002 9．Flanders W.A., CO2 EOR Economics for Small-to-Medium-Size Fields, SPE26391, 1993 10．Fassihi M.R., Economics of Light Oil Air Injection Project, SPE/DOE35393, 1996 著者紹介 JOGMEC TRCチーフエンジニア／コーディネーター、IOR/EOR専攻。80年代後半、中東のマルチナショナル操業会社出向時に、技術力と企業発言力の相関を強烈に体験。帰国後、TRCの充実と普及に傾注。自ら数件の国際EORプロジェクトを実施。現在、技術企画とメキシコプロジェクトリーダー兼務。 2005.5. Vol.39 No.3 38