蒸気注入（石油産業）

通常の原油よりも粘度が高く重い油田では、蒸気圧入が頻繁に行われます。このスケッチは蒸気圧入法を示しています。

蒸気注入は、重質原油を抽出する方法としてますます一般的になりつつある。1960年代から商業的に利用されており^{[ 1 ]} 、石油増進回収法（EOR）の一つとみなされ、油層への熱刺激法の主流となっている。この技術にはいくつかの異なる形態があり、主なものはサイクリックスチームスティミュレーションとスチームフラッディングである。どちらも、比較的浅く、地層温度で非常に粘性の高い原油を含む油層に最も一般的に適用されている。蒸気注入は、カリフォルニア州サンホアキンバレー（米国）、ベネズエラのマラカイボ湖周辺、カナダのアルバータ州北部のオイルサンドで広く利用されている^{[ 1 ]}。

蒸気注入による原油生産量の増加に寄与するもう一つの要因は、坑井近傍の浄化に関連しています。この場合、蒸気はパラフィンとアスファルテンを岩石表面に固定する粘度を低下させ、同時に原油軽質留分を水蒸気蒸留することで、閉じ込められた原油を混和除去できる小さな溶媒バンクを形成します。^{[ 2 ]}

周期的蒸気刺激（CSS）

サイクリックスチーム刺激法の図解

ハフ・アンド・パフ法としても知られるこの方法は、注入、浸漬、生産の3段階から構成されます。まず、一定時間、井戸に蒸気を注入し、周囲の油層を加熱することで、原油埋蔵量（OOIP）の約20%を回収します。一方、蒸気補助重力排ガス法では、OOIPの50%以上を回収できると報告されています。通常、井戸は数サイクルの間、循環蒸気法で生産され、その後、他の井戸と同様に蒸気攻法に移行します。

このメカニズムは、蒸気注入、浸漬、および石油生産のサイクルを通じて進行します。まず、数週間から数ヶ月間、300～340℃の温度で蒸気を井戸に注入します。次に、熱が地層に浸透するように、井戸を数日から数週間放置します。最後に、高温の石油を数週間から数ヶ月間、井戸から汲み出します。生産率が低下すると、井戸は再び注入、浸漬、生産のサイクルを経ます。このプロセスは、蒸気注入のコストが石油生産による収益を上回るまで繰り返されます。^{[ 3 ]} CSS法の利点は、回収率が約20～25％であることです。欠点は、蒸気注入コストが高いことです。

カナディアン・ナチュラル・リソーシズは、ビチューメン資源の開発に「循環式蒸気圧入法、すなわち「ハフ・アンド・パフ」技術を採用しています。この技術は1本の坑井を必要とし、生産は圧入段階と生産段階から構成されます。まず、蒸気を数週間にわたって圧入し、冷たいビチューメンを流動化させます。次に、圧入井の流れを逆転させ、同じ圧入井から石油を生産します。圧入段階と生産段階を合わせて1サイクルを構成します。貯留層の冷却により石油生産率が臨界閾値を下回ると、蒸気が再圧入され、新しいサイクルが開始されます。この段階では、人工採油法が使用される場合があります。数サイクル後には、ハフ・アンド・パフ法による生産が経済的に採算が取れなくなる可能性があります。その他の条件が良好であれば、蒸気攻法による更なる石油回収が検討されます。ハフ・アンド・パフ法では最大30%、蒸気攻法では最大50%の回収率が得られることが確認されています」（CNRL 2013）。^{[ 4 ]}harv エラー: ターゲットなし: CITEREFCNRL2013 (ヘルプ)

蒸気攻法

蒸気ドライブとも呼ばれる蒸気攻法では、一部の井戸は蒸気注入井として使用され、他の井戸は石油生産に使用されます。回収される石油の量を増やすために、2つのメカニズムが働いています。1つ目は、石油を高温に加熱して粘度を下げ、地層を通って生産井に向かって流れやすくすることです。2つ目のメカニズムは、水攻法に似た方法で物理的な置換を行い、石油を生産井に押し出すことです。この方法では循環法よりも多くの蒸気が必要ですが、通常、より多くの石油を回収するのに効果的です

アルバータ州のオイルサンドで普及している蒸気攻法の形態は、蒸気補助重力排水法（SAGD）です。この方法では、2つの水平井を掘削し、一方をもう一方より数メートル高い位置に置き、上側の井に蒸気を注入して、ビチューメンの粘度を、重力によって生産井に引き下げられるレベルまで下げます。

2011年にラリシナ・エナジー社は溶剤注入と蒸気注入を組み合わせ、溶剤循環式蒸気補助重力排液（SC-SAGD）と呼ばれるプロセスを導入した（カナダ石油生産者協会CAPP 2009）。^{[ 5 ]} ラリシナ社は、溶剤と蒸気を組み合わせることで回収する蒸気油比率が全体的に30%削減されると主張している。 harv エラー: ターゲットなし: CITEREFCanadian_Association_of_Petroleum_Producers_CAPP2009 (ヘルプ)

地上蒸気生成の代替手段は、熱損失を低減し、貯留層内で高品質の蒸気を生成するダウンホール蒸気生成です。これにより、重質油とオイルサンドの生産量と生産速度が向上します。ダウンホール蒸気発生器は、1960年代初頭に大手石油会社によって初めて提案されました。過去50年間で、DOEとSANDIAのダウンホール燃焼システム（Project Deep Steam）など、複数のダウンホール蒸気技術が開発されてきました。このシステムは1982年にカリフォルニア州ロングビーチでフィールドテストされましたが、失敗に終わりました。唯一成功を収めたダウンホール蒸気発生器は、eSteamというブランド名です。

参考文献

1. Zerkalov, Georgy (2015年12月7日). 「石油増進回収のための蒸気注入」 . large.stanford.edu . 2022年6月15日閲覧
2. steamflood . 油田用語集. シュルンベルジェ・リミテッド.
3. バトラー、ロジャー（1991年）「石油とビチューメンの熱回収」イングルウッド・クリフス：プレンティス・ホール、p.104。
4. 「循環蒸気刺激」。原位置熱回収オイルサンド。CNRL。2013年。 2015年10月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。
5. 現場溶剤：オイルサンドのハイブリッドカー（報告書）。カナダ石油生産者協会（CAPP）。2009年。 2012年4月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。オイルサンド事業者は、ビチューメンの分離・抽出を促進するために、蒸気補助重力式ドレン（SAGD）と溶剤の使用を検討している。ラリシナ・エナジーのCEO、グレン・シュミット氏は、この技術をハイブリッドカーに例えている。

さらに詳しい情報

• バトラー、ロジャー・M.（1997年）『石油とビチューメンの熱回収』ISBN 0-9682563-0-9。