特開 2022-47614 ベンチュリ効果を利用した、圧入ガスと圧入水の圧送システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022047614

(43)【公開日】2022-03-25

(54)【発明の名称】ベンチュリ効果を利用した、圧入ガスと圧入水の圧送システム

(51)【国際特許分類】

   F04F 5/46 20060101AFI20220317BHJP

   B01F 23/2326 20220101ALI20220317BHJP

   B01F 25/30 20220101ALI20220317BHJP

   E21B 43/00 20060101ALI20220317BHJP

【ＦＩ】

F04F5/46 A

B01F3/04 F

B01F5/04

E21B43/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020153494

(22)【出願日】2020-09-14

(71)【出願人】

【識別番号】591090736

【氏名又は名称】石油資源開発株式会社

(72)【発明者】

【氏名】寺尾 好弘

(72)【発明者】

【氏名】黒澤 利仁

【テーマコード（参考）】

3H079

4G035

【Ｆターム（参考）】

3H079AA14

3H079AA23

3H079BB10

3H079CC21

3H079DD03

3H079DD22

4G035AB20

4G035AC22

4G035AE13

(57)【要約】

【課題】
圧入ガスと圧入水を一つの高圧ポンプで昇圧し、坑内に圧入する方法の提供。
【解決手段】
一つの高圧ポンプより圧入水と圧入ガスを昇圧する方法で、圧入水を高圧ポンプにより昇圧しベンチュリチューブに圧送する工程と、昇圧された圧入水をベンチュリチューブ内の高圧水ノズルより高圧水ジェットとして噴射することにより、高圧水ジェット周囲にベンチュリ効果による負圧を発生させ、圧入ガスをベンチュリチューブ内に引き込むとともに、引き込まれた高速の圧入ガスはベンチュリチューブ内で減速しながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換し、最終的にベンチュリチューブ内の圧力と同じ圧力まで昇圧され、圧入水と混合し気液混合流体となる工程と、昇圧された気液混合流体を気液分離装置まで圧送し、圧入水と圧入ガスに分離する工程からなる。
【選択図】図－１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧入水を高圧ポンプにより昇圧しベンチュリチューブに圧送する工程と、
昇圧された圧入水をベンチュリチューブ内の高圧水ノズルより高圧水ジェットとして噴射することにより、高圧水ジェット周囲にベンチュリ効果による負圧を発生させ、圧入ガスをベンチュリチューブ内に引き込むとともに、引き込まれた高速の圧入ガスはベンチュリチューブ内で減速しながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換し、最終的にベンチュリチューブ内の圧力と同じ圧力まで昇圧され、圧入水と混合し気液混合流体となる工程と、
昇圧された気液混合流体を気液分離装置まで圧送し、圧入水と圧入ガスに分離する工程と、
からなる、
一つの高圧ポンプより圧入水と圧入ガスを昇圧する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスポンプ等の複雑な貯留・圧送システムを使用する必要がない、ベンチュリ効果を利用した圧入ガスと圧入水の圧送システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

地球温暖化対策は、世界中の国々にとって、全力で取り組むべき重要な課題であり、２０１５年にパリで開かれた「国連気候変動枠組条約締約国会議（通称ＣＯＰ）」で、２０２０年以降の気候変動問題に関する国際的な枠組み「パリ協定」が合意され、２０１６年１１月に発効された。パリ協定では、「世界的な平均気温上昇を産業革命以前に比べ２０℃より十分低く保つとともに、上昇幅を１．５℃に抑える努力を追求すること」、「今世紀後半に人為的な温室効果ガスの排出と吸収源による除去の均衡を達成するために、最新の科学に従って早期の削減を行う」などの重要項目が含まれている。その結果、世界の二酸化炭素回収・貯留技術（Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ、以下、本明細書においてはＣＣＳと略記する）や二酸化炭素回収・貯留有効利用技術（Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｃａｐｔｕｒｅ， Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ、以下、本明細書においてはＣＣＵＳと略記する）の導入が、脱温暖化への対応策の一つとして早急な対応が求められる。
しかし、ＣＣＳやＣＣＵＳは二酸化炭素（Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ、以下、本明細書においてはＣＯ２ガスと略記する）の大幅削減が可能な技術として期待が大きい一方で、ガスポンプ等の複雑な貯留・圧送システムを必要とするため、事業性が見通し難いことがある。特にＣＣＳは、世界的な普及は期待通りには進んでおらず、技術の不確実性や、貯留の安全性への懸念、法規制の未整備、等々幾つかあるが、特にコスト増加により事業性が見通し難いことがある。また、ＣＣＳやＣＣＵＳ技術に限らず、ガスポンプ等の複雑な貯留・圧送システムを必要としない安価なシステムを求める動きがある。このため、ガスポンプ等の複雑な貯留・圧送システムを必要としない、投下資金回収に掛かるコストを補填することを目指す手法が注目を集めるようになっている。

【0003】

このようなことから、ＣＣＵＳ技術の一つである石油増進回収技術（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｉｌ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ、以下、本明細書においてはＥＯＲと略記する） を利用した石油貯留層へＣＯ２ガスを含むガスを圧入する技術は技術的に確実性のある手法であり、地球温暖化対策であるＣＯ２ガスを地下貯留することができるとともに、石油回収率を上げながら経済的な効果を上げられることもあり、各国のＣＣＵＳ技術の普及において必要不可欠な要素となっている。また、同様にガスポンプ等の複雑な貯留・圧送システムを使用する業種においても、ガスポンプ等の圧送システムを省略できることは、経済的な効果を上げられることを示す。

【0004】

石油貯留層から石油を採取する方法には、１次から３次の回収法があり、１次回収法は自噴採油と人工採油による採油であり、２次回収法では石油貯留層に水を圧入して油層圧を回復させることにより、産油量の増加を行うものである。１次から２次回収法では、石油の回収率を３０％から４０％に高めることができると言われている。３次回収法はＥＯＲとも呼ばれ、２次回収法適用後に適用される回収法であり、ケミカル攻法、熱攻法、ＣＯ２ガスを含むガス攻法、微生物攻法などが知られており、薬剤や熱を石油貯留層内に圧入して石油の流動性増進や水と油間の表面張力を減少させたり、ＣＯ２ガスを含む圧入ガスと油の間に超臨界圧下での混合状態（ミシブル状態）を作り出したりすることにより、石油回収率の向上を図る手法である。これらの回収法の適用により、回収率を５０％から６０％程度に高めることができると言われている。

【0005】

大量のＣＯ２ガスを地下貯留する方法としては、地下の帯水層へのＣＯ２ガス圧入法があり、特許第５３１５３４６号においては、ＣＯ２ガスタンクに溜められたＣＯ２ガスを圧送システムにより昇圧し、地層に垂直に掘削した注入井から圧入することによりＣＯ２ガスをマイクロバブル化し、地層水にマイクロバブルを分散させることによりＣＯ２ガスを地下貯留することを特徴とする貯留装置及び貯留方法、特許第５３９９４３６号では地層に水平に掘削した注入井からＣＯ２ガスを圧送システムにより圧入し、ＣＯ２ガスをマイクロバブル化し、地層水にマイクロバブルを分散させることによりＣＯ２ガスを地下貯留することを特徴とする貯留装置及び貯留方法が提案されている。

【0006】

また、特開２００８－０１９６４４においては、石油または天然ガスの増進回収方法は、地表において注入ガスを注入水の中にマクロバブル化して混合し気液混合流体を作成し、これを圧入井から油層またはガス層に圧入することにより層内の微細な間隙に浸透させ、注入水中のマイクロバブルによって石油またはガスの増進回収を図ることを特徴とする石油または天然ガスの増進回収方法及び増進回収システムが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第５３１５３４６号

【特許文献2】特許第５３９９４３６号

【特許文献3】特開２００８－０１９６４４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、ＣＣＵＳに供する圧入ガスと圧入水を得るため、ベンチュリ効果を利用して一つの高圧ポンプにより、圧入ガスと圧入水を同時に昇圧し、続いて気液分離装置により圧入ガスと圧入水に分離した後、これを別々に圧送できる圧送システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明においては、圧入水を高圧ポンプにより昇圧しベンチュリチューブに圧送する工程と、昇圧された圧入水をベンチュリチューブ内の高圧水ノズルより高圧水ジェットとして噴射することにより、高圧水ジェット周囲にベンチュリ効果による負圧を発生させ、圧入ガスをベンチュリチューブ内に引き込むとともに、引き込まれた高速の圧入ガスはベンチュリチューブ内で減速しながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換し、最終的にベンチュリチューブ内の圧力と同じ圧力まで昇圧され、圧入水と混合し気液混合流体となる工程と、昇圧された気液混合流体を気液分離装置まで圧送し、圧入水と圧入ガスに分離する工程からなる、一つの高圧ポンプより圧入水と圧入ガスを昇圧することを特徴とする。

【0010】

前記圧入ガスは、炭化水素ガス、油田フレアガス、窒素ガス、ＣＯ２ガス、燃焼排ガス、及びこれらを混合したガスであることを意味し、圧入ガスにＣＯ２ガスや燃焼ガスを使用する場合、ＣＯ２ガスを地下貯留する場合、地球温暖化対策において効果を上げることを特徴とする。
また、圧入水は、上水道水、河川水や海水等が使用されるが、生産井から生産される地層水や圧入水等も上水道水、河川水や海水と混合されることにより再利用される。

【発明の効果】

【0011】

本発明の実施により、一つの高圧ポンプにより圧入水を昇圧しベンチュリチューブに圧送することにより、ベンチュリチューブ内でベンチュリ効果が発生するため、圧入水と混合しながら圧入ガスを適切な圧力まで昇圧することが可能となり、ガスポンプ等の複雑な貯留・圧送システムは必要としない。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図-1】圧入水と圧入ガスの圧送システムを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を実施するための形態を、図－１を参照して具体的に説明する。本発明の目的は、一つの高圧ポンプにより圧入ガスと圧入水を気液混合流体として同時に昇圧し、つづいて気液混合流体を気液分離装置により圧入ガスと圧入水に分離することにある。本構成は、図－１に示すとおり、１０１圧入水タンク、１０２圧入ガスタンク、１０３高圧ポンプ、１０３高圧ポンプにより１０９圧入水を高圧で噴射することにより、１０２圧入ガスタンクより１１０圧入ガスを吸い込み昇圧する１０４ベンチュリチューブ、１０４ベンチュリチューブにより昇圧された１０９圧入水と１１０圧入ガスの気液混合流体を分離するための１０７気液分離装置、１０７気液分離装置により分離された１０９圧入水を減圧するための１０８減圧弁が備えられている。

【0014】

図－１に示すとおり、１０９圧入水は１０３高圧ポンプにより昇圧されベンチュリチューブに圧送される。昇圧された１０９圧入水は、１０４ベンチュリチューブ内の１０５高圧水ノズルより１０６高圧水ジェットとして噴射することにより、１０６高圧水ジェット周囲にベンチュリ効果による負圧を発生させ、その結果として１１０圧入ガスを１０４ベンチュリチューブ内に引き込むとともに、引き込まれた高速の１１０圧入ガスは１０４ベンチュリチューブ内で減速しながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換し、最終的に１０４ベンチュリチューブ内の圧力と同じ圧力まで昇圧され、１０９圧入水と混合し気液混合流体となる。
この気液混合流体は、１０７気液分離装置まで圧送され、１０９圧入水と１１０圧入ガスに分離され、１０９圧入水については１０８減圧弁により減圧され、坑井に挿入されているパイプから坑内に圧入される。また、１１０圧入ガスについては、同様に坑井に挿入されているパイプから坑内に圧入される。
１０３高圧ポンプにより圧送される１０９圧入水の圧力に対し、ベンチュリチューブ内に引き込まれた１１０圧入ガスと圧送された１０９圧入水が混合した気液混合流体の圧力の割合は、１１０圧入ガスの圧力によって変化するが、概ね４０－５０％程度と考えられる。
（注記１：圧入水の圧力と気液混合流体の圧力との関係は、ベンチュリチューブ内の圧力上昇割合＝（気液混合流体圧力―吸い込まれる１１０圧入ガス圧力）/（１０３高圧ポンプ圧力―気液混合流体圧力））

【符号の説明】

【0015】

１０１ 圧入水タンク
１０２ 圧入ガスタンク
１０３ 高圧ポンプ
１０４ ベンチュリチューブ
１０５ 高圧水ノズル
１０６ 高圧水ジェット
１０７ 気液分離装置
１０８ 減圧弁
１０９ 圧入水
１１０ 圧入ガス

【図-1】