重質原油

重質原油（または超重質原油）は、通常の貯留層条件下では生産井から容易に流出することができない高粘度の油である。 [ 1 ]軽質原油よりも密度または比重が高いため、「重質」と呼ばれる。重質原油は、API 比重が20° 未満の液体石油と定義される。 [ 2 ]重質原油とより軽質グレードの原油の物理的特性の相違点には、粘度と比重が高いこと、および炭化水素組成の分子量が高いことが挙げられる。2010 年に世界エネルギー会議（WEC）は、超重質原油を、比重が 10° 未満で貯留層粘度が 10,000センチポアズを超える原油と定義した。[ 3 ]貯留層粘度の測定値が入手できない場合、WEC では超重質原油の下限は API 4° であるとみなしている。[ 4 ]つまり、密度が1000 kg/m 3（または比重が1）以上で、油層粘度が10,000センチポイズ以上の油のことです。[ 3 ] [ 5 ]重油とアスファルトは高密度非水相液体（DNAPL）です。これらは溶解度が低く、粘度と密度は水よりも高いです。[ 6 ] DNAPLが大量に流出すると、すぐに水域の深度全体に浸透し、底に堆積します。[ 7 ]

準備金

世界資源研究所によると、カナダとベネズエラには大量の重質油とオイルサンドが集中している。[ 2 ] [ 8 ]米国エネルギー情報局は2001年に、世界最大の重質原油埋蔵量はオリノコ川の北、ベネズエラ東部の長さ270マイル、幅40マイルのオリノコベルトにあると報告した。当時、ベネズエラは「超重質原油資源の改良のための合弁事業」を認可し始めた。[ 9 ]当時、ベネズエラ石油公社は、この地域に回収可能な埋蔵量を2700億バレルと推定しており、 [ 9 ]これはサウジアラビアの在来型石油埋蔵量と同量である。 [ 10 ]オリノコベルトはオイルサンドと呼ばれることもありますが、これらの鉱床は非瀝青質であり、粘度が低いため重質油または超重質油のカテゴリーに分類されます。[ 11 ] 30か国以上で埋蔵量が知られています。

抽出

通常の原油よりも油が濃く重い油田には蒸気が注入されることが多い。

重質油の生産は多くの国で一般的になりつつあり、2008年の生産量はカナダとベネズエラがトップでした。[ 12 ]抽出方法には、砂を使った冷間重質油生産、蒸気支援重力排水、蒸気注入、蒸気抽出、つま先からかかとまでの空気注入、および非常に砂が多く油分が豊富な鉱床の 露天掘りなどがあります。

重質原油の生産、輸送、精製は、軽質原油に比べて特別な課題を抱えています。一般的に、重質原油を輸送するパイプラインには、流動性を高めるために一定の間隔で希釈剤が添加されます。ディルビット（希釈ビチューメン）は、高粘度炭化水素の輸送手段です。アルバータ州オイルサンド・ビチューメン評価方法論によれば、「ディルビットブレンド」とは、「パイプラインの粘度と密度の仕様を満たす目的で、重質原油および／またはビチューメンと希釈剤（通常は凝縮液）から作られたブレンドであり、ブレンドに含まれる希釈剤の密度は800 kg/m 3未満である」ことを意味します。[ 13 ] [ 14 ]

環境への影響

現在の生産・輸送方法では、重質原油は軽質原油よりも環境への影響が深刻です。生産が困難になるにつれて、蒸気攻法や坑井間隔の狭小化（1エーカーあたり坑井1本という狭い間隔で坑井を掘ることも少なくありません）など、さまざまな石油増進回収技術が採用されます。重質原油も汚染物質を運びます。例えば、オリノコ超重質油には4.5%の硫黄のほか、バナジウムとニッケルが含まれています。[ 15 ]しかし、原油は使用前に精製され、クラッキングと分留によって特定のアルカンが生成されるため、この比較は実際的な意味では有効ではありません。ただし、重質原油精製技術にはより多くのエネルギー入力が必要になる場合があり、そのため、意図されている最終製品が軽質炭化水素（ガソリン自動車燃料）である場合、重質原油の環境影響は現時点では軽質原油よりも大きくなります。一方、道路のアスファルト混合物の原料としては、軽質原油よりも重質原油の方が適しています。

現在の技術では、重質油とオイルサンドの抽出・精製は、従来の石油と比較して最大3倍のCO2排出量を生み出します[ 16 ] 。これは主に、抽出プロセスにおける余分なエネルギー消費（流動を促進するために貯留層を加熱・加圧するために天然ガスを燃焼させるなど）によるものです。現在、より優れた生産方法の研究が行われており、この環境への影響を軽減することを目指しています。

2009年の報告書では、米国政府の二酸化炭素情報分析センターとカナダ石油生産者協会から提供されたデータを引用し、生産されたエネルギー単位あたりのCO2排出量は石炭（0.078/0.093）の約84%であり、従来の石油のCO2排出量よりも高いと述べました。[ 17 ]

環境リサーチウェブは、「抽出と処理に必要なエネルギーのため、カナダのオイルサンドからの石油は、従来の化石燃料と比較してライフサイクル排出量が多く、最大25％多い」と報告しています。[ 18 ]

経済

重質原油は、石油開発の経済性にとって興味深い状況をもたらす。世界の重質原油資源量は、従来の軽質原油の2倍以上である。2009年10月、米国地質調査所はオリノコ鉱床の回収可能価値を5130億バレル（8.16 × 10 10  m 3）に更新し、[ 19 ]この地域は世界最大級の回収可能な石油鉱床の一つとなった。しかし、重質油の回収率は、多くの場合、原油埋蔵量の5～30%に制限される。化学組成は、回収率を決定づける変数となることが多い。重質油の回収に利用される新技術は、回収率を着実に向上させている。[ 20 ]

一方では、精製コストの上昇と一部の油田の硫黄含有量の高さから、重質原油は軽質原油よりも安価で販売されることが多い。粘度と密度の上昇も生産を困難にする（貯留層工学を参照）。その一方で、カナダ、ベネズエラ、カリフォルニアを含む南北アメリカ大陸では、大量の重質原油が発見されている。重質油田の深さは比較的浅く[ 12 ]、多くの場合、水深3,000フィート（910メートル）未満であるため、生産コストは低くなる可能性がある。しかし、生産と輸送の難しさによって、従来の生産方法は効果的ではなくなる。[ 12 ]重質油の探査と生産のための特殊な技術が開発されている。

プロパティ

重質油は、更新世、鮮新世、中新世[ 12 ] （2500万年未満）の岩石を含む浅い若い貯留層で発見されることがあります。場合によっては、より古い白亜紀、ミシシッピ紀、デボン紀の貯留層でも発見されることがあります。

重油はアスファルト質で、アスファルテンと樹脂を含みます。その密度と粘度は、直鎖アルカンに対する芳香族とナフテンの比率が高く、NSO（窒素、硫黄、酸素、重金属）のレベルが高いことに起因します。重油には60個以上の炭素原子を持つ化合物の割合が高いため、沸点と分子量が高くなります。たとえば、オリノコ超重質原油の粘度は1,000～5,000 cP（1～5 Pa·s）の範囲ですが、カナダの超重質原油の粘度は5000～10,000 cP（5～10 Pa·s）で、糖蜜とほぼ同じかそれ以上です（最も粘度の高い商業的に採掘可能な鉱床では最大100,000 cPまたは100 Pa·s）。[ 2 ]シェブロンフィリップスケミカル社 による定義は次のとおりです。

重油の「重質性」は、主に、複雑で高分子量の非パラフィン性化合物の混合物の割合が比較的高く、揮発性の低分子量化合物の割合が低いことに起因します。重油には通常、パラフィンはほとんど含まれておらず、アスファルテンは高濃度に含まれる場合と含まれない場合があります。[ 21 ]

重質原油は一般的に次の 2 つの方法に分類されます。

  1. 硫黄含有量が1%を超えるもの（高硫黄原油）で、芳香族化合物とアスファルテンを含みます。これらは主に北米（カナダ（アルバータ州、サスカチュワン州）、アメリカ合衆国（カリフォルニア州）、メキシコ）、南米（ベネズエラ、コロンビア、エクアドル）、中東（クウェート、サウジアラビア）で産出されます。
  2. 硫黄含有量が 1% 未満のもの(低硫黄原油)、芳香族、ナフテン、樹脂を含むもの。これらは主に西アフリカ(チャド)、中央アフリカ(アンゴラ)、東アフリカ(マダガスカル)で産出されます。

重質原油は、オイルサンド由来の天然ビチューメンと密接な関連があります。石油地質学者は、オイルサンド由来のビチューメンの密度が10°  API未満であるため、超重質油に分類します。[ 22 ]ビチューメンは石油の中で最も重く、最も粘度の高い形態です。[ 23 ]米国地質調査所によると、ビチューメンはさらに粘度（つまり、流動抵抗）が高い超重質油として分類されます。「天然ビチューメンはタールサンドまたはオイルサンドとも呼ばれ、重質油の特性を備えていますが、より高密度で粘性があります。天然ビチューメンは、粘度が10,000センチポアズを超える油です。」[ 22 ]天然ビチューメンと重質油は、貯留層温度での粘度が高いこと、密度が高いこと（API比重が低い）、窒素、酸素、硫黄化合物、重金属汚染物質を多く含むことで、軽質油とは異なります。これらは軽質油の精製残渣に似ています。重質油のほとんどは地質盆地の縁辺部に存在し、かつて軽質であった油がバクテリアによる分解、水洗、蒸発によって軽分子成分を失った残渣であると考えられています。従来型の重質油とビチューメンは、バクテリアや浸食によって元の原油からどの程度分解されたかが異なります。[ 24 ]ビチューメンは多くの場合、冷糖蜜よりも粘性が高く、常温では流動しません。[ 23 ]天然ビチューメンと超重質油は、バクテリアによって元の従来型油からどの程度分解されたかが異なります。

参照

参考文献

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  24. ^ (マイヤーとアタナシ、2003、p. 1)
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