水注入（石油生産）
石油生産量を増やす方法

石油産業において、水攻法または水注入法とは、油層に水を注入して圧力を維持する（空隙置換とも呼ばれる）こと、あるいは油を油井へと誘導して生産量を増加させることを指します。水注入井は、既存の油層からの石油回収量を増やすために、陸上および海上に設置されます。

通常、貯留層内の石油は 30% しか抽出できませんが、水注入により回収率 (回収率と呼ばれます) が向上し、貯留層の生産率が長期間にわたって維持されます。

1865年までにペンシルベニア州ピットホールで水攻めが偶然に始まりました。1880年代にはペンシルベニア州で水攻めが一般的になりました。[1]

注入水の供給源

ほとんどのバルク水源は圧入に使用できます。以下の水源は石油回収に使用されます。

随伴水はしばしば圧入流体​​として使用されます。これにより、不適合流体による地層損傷の可能性は低減されますが、圧入フローラインや配管におけるスケールや腐食のリスクは依然として残ります。また、随伴水は炭化水素や固形物に汚染されているため、何らかの方法で処分する必要があり、海や河川に廃棄する場合は、まず水流の浄化処理が必要です。しかし、随伴水を再圧入に適した状態にするために必要な処理には、同様にコストがかかる可能性があります。

生産される水の量は、生産量（水に加えて石油とガス）のすべてを補充するのに十分ではないため、追加の「補給」水を供給する必要があります。異なる水源からの水を混合すると、スケール付着のリスクが高まります。

海水は沖合生産施設にとって最も便利な水源であり、陸上の油田で使用するために沿岸部に汲み上げることも可能です。可能であれば、藻類の濃度を低減できる十分な深さに取水口を設置しますが、通常はろ過、脱酸素処理、殺生物剤による処理が必要です。

石油貯留層以外の含水層から採取された帯水層水は、同じ構造であれば純度と化学的適合性に富むという利点があります。しかし、サウジアラビアのように、帯水層が飲料水源となっている場合は、この方法は認められません。

川の水は注入前に濾過と殺生物剤による処理が必要となります。

フィルター

フィルターは水を浄化し、堆積物、貝殻、砂、藻類、その他の生物学的物質などの不純物を取り除きます。一般的なろ過は 2マイクロメートルですが、貯水池の要件によって異なります。ろ過後、ろ液に残っている物質は、貯水池の細孔を塞がない程度に細かくなります。 砂ろ過器は、一般的に使用されているろ過技術です。砂ろ過器には、さまざまな大きさの砂粒がある床があります。水は、最初の最も粗い砂の層を通り抜けて、最も細かい砂の層まで流れます。フィルターを浄化するには、このプロセスを逆にします。ろ過された水は、脱酸素塔に送られます。砂ろ過器はかさばり、重く、砂の粒子が多少こぼれるため、水質を改善するために化学薬品が必要です。より洗練された方法は、自動セルフクリーニング式のバックフラッシュ可能なスクリーン フィルター (吸引スキャン) を使用することです。

適切な水処理は極めて重要です。特に河川水や海水の場合、取水水質は大きく変動する可能性があり（春の藻類の大量発生、嵐や海流による海底堆積物の巻き上げなど）、水処理施設の性能に重大な影響を与える可能性があります。その結果、水質悪化、貯留層のバイオクローギング、そして石油生産量の減少につながる可能性があります。[2]

脱酸素化

酸素は腐食や特定のバクテリアの増殖を促進するため、水から除去する必要があります。貯留層内でのバクテリアの増殖は硫化水素を発生させ、生産上の問題を引き起こすだけでなく、岩石の細孔を塞ぐ可能性もあります。

脱酸素塔は、注入水をガス流（油田ではガスが容易に入手可能）と接触させます。ろ過された水は脱酸素塔を流れ落ち、一連のトレイまたはパッキングに飛び散り、溶解した空気をガス流に移行させます。

脱酸素塔のバックアップとしても使用される代替または補足的な方法は、亜硫酸水素ナトリウムや亜硫酸水素アンモニウムなどの酸素除去剤を追加することです。

もう一つの選択肢は、膜コンタクターの使用です。膜コンタクターは、水を窒素などの不活性ガス流と接触させ、溶存酸素を除去します。膜コンタクターは軽量でコンパクトなため、システムの小型化が可能になるという利点があります。

水噴射ポンプ

高圧・高流量の水注入ポンプは、脱酸素塔と加圧ポンプの近くに設置されています。これらのポンプは、ろ過された水を貯留層底部に充填し、ピストンのように油井へと油を押し出します。注入の効果はすぐに現れるものではなく、時間がかかります。

水注入プラント

本セクションでは、上記で説明したプラント要素の構成と運転条件について概説します。これらの例としては、旧アモコ・ノースウェスト・ハットン施設と北海にあるバザード施設が挙げられます。

ノースウェストハットン

水注入システムには2つの設計ケースがあった[3]

  • ケースA – 1日あたり10万バレル（BWPD）（662 m 3 /時）の水を注入、注入ポンプは3,000 psi（207 bar）の排出圧力で並列運転
  • ケースB – 60,000/65,000 BWPD（397/431 m 3 /時）、ポンプは直列/並列、吐出圧力は3,000 psi（207 bar）および30,000/35,000 BWPD（198/232 m 3 /時）、吐出圧力は5,000 psi（345 bar）

2台の海水ポンプは、1,590 m 3 /時の流量と30.5 psi（2.1 barg）の圧力で海水濾過器に水を排出した。濾過器は、6つの二重媒体（ガーネットとアンスラサイト）濾過床で構成されていた。通常の流れは下向きであった。逆洗時の水と空気の流れは上向きとなり、洗浄水は船外に排出された。[3]逆洗は、濾過床を挟んだ高い差圧によって開始された。

ろ過された水は脱気装置の上部に送られました。脱気装置は高さ12.6m、直径4.0mの垂直容器で、内部は充填層で構成されています。燃料ガスの上昇流によって水から空気が除去され、ガスと空気の混合液が容器の上部からフレアに送られました。残留酸素を除去するため、脱気装置容器に酸素除去剤が注入されました。脱気された水は脱気装置ポンプによって容器底部から汲み上げられ、90psig（6.2barg）で運転されている冷水ヘッダーに送られました。

プロセスクーラーとユーティリティクーラーには冷水ヘッダーから水が供給され、クーラーからの温水は脱ガスドラムに送られ、そこで空気やガスが除去されました。脱ガスドラムから水は注入フィルターに送られました。[3]

水は水注入フィルターで濾過され、1つは作動用、もう1つはスタンバイ／逆洗用でした。フィルターから水は水注入ポンプへと送られました。

3台の水注入ポンプはそれぞれ221 m ³ /時の吐出量で、差圧は2068.5メートル（209 bar）でした。これらのポンプは3,000 psiのマニホールドと坑口に水を排出しました。1台の水注入ブースターポンプ（221 m ³ /時、差圧1,379 m ³（139 bar））は、水注入ポンプからの吐出水を吸い込み、5,000 psi（345 bar）のマニホールドと坑口に水を排出しました。

注水井戸は8つあり、各井戸の注水能力は15,000 BWPD（99.4 m 3 /時）であった。[3]

ノスリ

北海のバザード油田では、代替の構成と技術が採用されています。[4]海水リフトポンプは、12 bargで毎時4,000 m 3 の海水を海水粗ろ過装置に送り込みます。ろ過後の水は、冷却媒体プレート交換器内の冷却媒体を冷却するために使用されます。毎時2,322.7 m 3の海水が6 barg、20°Cで微細ろ過装置に送られ、その後、硫酸塩除去膜に送られ、逆浸透膜によって水から硫酸イオンが除去されます。 [4]

脱硫処理された水は脱気塔の上部に流れ込み、脱気塔は脱気真空ユニットによって部分真空（0.3 bara）で運転されます。脱気塔内部は3つの充填層で構成されています。脱気された水は、脱気塔底から移送ポンプによって取り出され、1632 m 3 /hr（3.6 barg）の水を脱ガス装置サージドラムに送ります。[4]サージドラムから水は注水ポンプに送られ、最大11本の注水井に最大250,000 BWPDの水を供給します。[5]

生産水も最大350,000 BWPDで貯留層に注入されます。[6]

注水井

この表は、主に北海のいくつかの沖合施設における注水井戸の数を示しています。[7]

インストール 位置 注水井の数 インストール 位置 注水井の数
ブレントC 北海 9 ナモラド I 南アメリカ 3
クレイモアA 北海 10 ナモラド II 南アメリカ 11
鵜A 北海 18 チェルネ1世 南アメリカ 5
スタットフィヨルドA 北海 6 アイダー 北海 7
マーチソン 北海 10 ネルソン 北海 9
マグナス 北海 5 ティファニー 北海 7
ブレーA 北海 14 NWハットン 北海 8

出典と注釈

  • 「石油の新たな兆し」ポピュラーメカニクス誌、1933年3月号—石油回収のための水注入の発明に関する記事
  • 水注入 アーカイブ 2008-08-25 at the Wayback Machine
  • 水攻法の性能予測計算
  1. ^ Abdus Satter、Ghulam M. Iqbal、James L. Buchwalter、「Practical Enhanced Reservoir Engineering」（タルサ、オクラホマ州：Pennwell、2008年）492ページ。
  2. ^ Baveye, P.; Vandevivere, P.; Hoyle, BL; DeLeo, PC; de Lozada, DS (2006). 「飽和土壌および帯水層物質の生物学的目詰まりの環境影響とメカニズム」( PDF ) . Critical Reviews in Environmental Science and Technology . 28 (2): 123– 191. doi : 10.1080/10643389891254197 .
  3. ^ abcd ノースウェストハットン P&ID 1997年
  4. ^ abc Buzzardユーティリティフロー図（2003年）
  5. ^ 「英国バザード油ガス田、生産開始」『オイル・アンド・ガス・ジャーナル』 2007年1月8日。
  6. ^ 「バザード、英国近年最大の油田開発に」『オフショア』2006年12月1日。
  7. ^ マシュー・ホール・エンジニアリングのオフショア広報パンフレット、1991年4月


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