花の東京淳八会コミュの石油開発の関連技術

石油ガスの暴噴事故は何故おきる？　メタンハイドレートを効率的に開発するにはどうすれば良い？　等の疑問に答える為には、油層の圧力と浸透率（岩石中の流体の流れ易さ）の話をしなければなりません。
原油や天然ガスは地層の隙間に浸み込んで存在します。流体ですから、圧力を持っています。通常水層はどこかで地表と繋がっていると考えられます。この場合には深度10mで１kg/cm2の圧力が増えます。5000mの深度では500kg/cm2、約480気圧の高圧になります。地層内流体の圧力としてはこの静止水頭圧が最低値で、油やガスがあるとこれ以上になり、地質的に閉じ込められていて異常に高圧になっている地層もあります。
この地層に対して採掘用の井戸を掘削します。井戸の内部に水が満たされていれば、坑底では基本的に油層圧とバランスするはずです。バランスしていれば油層から坑内にモノは流れて来ません。ただし坑内の圧力が下がると圧力のバランスが崩れ、差圧により坑内に流体が侵入します。井戸の中の圧力が下がる要因はいくつもあります。良く水を通す層が浅い部分にあるとそこに水が逃げて坑内の水頭圧が下がります。高圧層や低圧層があると坑内流体とのバランスが崩れて、流出したり流入したりする現象が起きます。危険な層には鉄管（ケーシング）を入れてセメントで固めて、塞いでから掘り進む必要があります。坑内に油ガスが入り込むと平均比重が下がって坑底圧力が低くなります。わずかな圧力差で原油が流れ込むと、原油に溶け込んでいるガスが遊離して膨張します。急速に坑内の平均比重が下がるので流入が加速します。ガスキックと呼んでいます。
油層流体の流入量は、油層と坑内の圧力差と油層岩の浸透率で決まります。差圧が大きく、浸透率が大きい方が流量は多くなります。深度が深く油層圧力が高い方が生産性は良くなり、軽石のようにスカスカの石の方が、流量は多くなります。
制御できない状態で原油が坑内に入ってくると、ガスが発生してどんどん差圧が大きくなり大変危険です。暴噴です。
浅い油層であれば圧力はあまり高くないので、流れにくい。適当な差圧を得るにはポンプなどで汲んでやる必要があります。メタンハイドレート層は浅く、圧力はあまり高くないので、減圧法で生産するためには、ポンプなどで汲んで出来るだけ圧力を下げてやる必要があります。
差圧は十分でも、浸透率が低く適当な生産量が得られない場合には、緻密な岩石に対して水圧破砕等の方法で人工的に割れ目を創り、浸透率を高める工夫をすることもあります。

コメント(1)

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[1] mixiユーザー 05月28日 18:57

2010年4月20日、米国ルイジアナ州の沖合に位置するマコンド油田を開発中の掘削リグで暴噴事故が起こり、噴出したガスに引火して火災が発生した。4月22日にはリグDeepwater Horizonは水深約1500メートルの海底に沈没した。死者11名。事故発生直後から、大規模な原油流出が起こり、様々な手段を講じて流出停止が試みられたものの、流出箇所が海底1500メートルという深海であった為、作業は難航を極めた。
事故による深刻な環境被害の拡大への懸念が、メディアで大々的に報道される事態を受け、オペレーターであるBPは様々な技術手段を用いて、懸命に原油流出停止と流出原油回収を試みた。その結果、7月15日に噴出箇所の上に被せたCapping Stackと呼ばれる設備を用いて、ようやく原油が外部に流出しない状態に至った。その後、この流出停止の状態からさらに根本的に流出を止める為、井戸に比重の重い泥水を流し込む手法を用いて井戸を封鎖し、8月5日にはマコンド油田の封鎖完了を宣言した。なお同時並行的に進められていた救助井掘削による井戸の封鎖作業も、確実に井戸の封鎖を行うために、その後も続けられ、9月19日に作業を完了した。事故発生から7月15日までの87日間にわたって石油流出が継続した為、今回の事故による原油の総流出量は推計490万バレルに達した。BPは当初、漏出する原油量を、2,000B/Dとか5,000B/Dとか「発表」していたが、それは被害を小さく見せかける為の「政治的」なコメントだった。
水深1,500mの海底は150kg/cm2（2,130psi）の高圧だ。油層深度は5,500mだから低く見積もっても550kg/cm2（7,800psi）の高圧となる。コントロールを失った油層には、差圧が5,600psiもがかかり、猛烈に原油が流出する。この地域の砂岩は浸透率が良いので、生産性は10B/D/psi程度とみられる。差圧1psiで10B/Dだから、通常は差圧1,000psi程度に絞り、10,000B/D位で生産する。制御を失った、ここの差圧5,600psiでは50,000B/D以上で原油は流出したことになる。これに対してBPは流出量を「過少申告」するとともに、流出個所と海面で、大量の分散剤を散布した。界面活性剤で原油と水のエマルジョンを形成させ、原油が海面に浮上しないように努めた。海面にさえ出なければ、そのうち大西洋に流れ出ると考えた。90日で流出が止まったから、全量490万バレルと「発表」できたが、長引いたらとんでも無い量になる可能性があった。
圧力差と浸透率によって原油が流れる原理が、流出量を決めるのです。
このような事故が起きないように、暴噴防止装置など8つの防止策が採られていたのですが、それが全て機能しなかったと言われています。人災だと言われています。この話は次回にします。

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