油ガス田からの残留原油回収方法
【課題】ＣＣＳとＭ−ＥＯＲの組み合わせによる残留原油のメタンガスへの変換・回収技術において、充分なメタンガス生産効率を確保する。
【解決手段】油層への注入液として二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを生成する注入液生成工程（Ｓ１）と、注入液を油層に注入して孔隙に浸透させる注入液注入工程（Ｓ２）と、孔隙に棲息する微生物群により注入液中の二酸化炭素と残留原油とを原料として産生されるメタンガスを回収するメタンガス回収工程（Ｓ４）とを含むようにしている。さらに、注入液注入工程（Ｓ２）において孔隙から押し出された残留原油及び／又は残留天然ガスを回収する孔隙残留物回収工程（Ｓ３）をさらに含むようにした。
【解決手段】油層への注入液として二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを生成する注入液生成工程（Ｓ１）と、注入液を油層に注入して孔隙に浸透させる注入液注入工程（Ｓ２）と、孔隙に棲息する微生物群により注入液中の二酸化炭素と残留原油とを原料として産生されるメタンガスを回収するメタンガス回収工程（Ｓ４）とを含むようにしている。さらに、注入液注入工程（Ｓ２）において孔隙から押し出された残留原油及び／又は残留天然ガスを回収する孔隙残留物回収工程（Ｓ３）をさらに含むようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油ガス田からの残留原油回収方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、油ガス田の油層の孔隙に残留する残留原油をメタンガスに変換して回収する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油ガス田の油層からの原油の回収方法は、一次回収法、二次回収法、増進回収法（三次回収法）に分類される。
【０００３】
＜一次回収法＞
一次回収法とは、自然の排油エネルギーを利用して原油を回収する方法である。具体的には、自噴採油法、ポンプやガスリフト等を利用した人工採油法が挙げられる。
【０００４】
＜二次回収法＞
二次回収法とは、油層に人工的に排油エネルギーを付与することによって原油を回収する方法である。つまり、油層圧力の経時的な衰退による排油力の減退を、人工的に排油エネルギーを付与することでカバーするものである。最も一般的な方法としては、一次回収法による採油量が減退した後、油層に外部から水や海水を注入して油層圧の回復を図り、採油量を増加させる水攻法が挙げられる。その他にも、一次回収法による採油量の減退が起こる前に水や海水、天然ガスを外部から油層に注入し始めて油層圧を維持する油層圧維持法が挙げられる。
【０００５】
＜増進回収法（三次回収法）＞
増進回収法（ＥＯＲ：Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｉｌ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）とは、二次回収法を実施した後に適用される回収法であり、「通常のガス圧入法や水攻法で得られるより高い置換効率を目的とした回収法」と定義される。つまり、水と原油間の界面張力が高いことや、水に比較して原油の粘性が高いこと、油層の構造が不均一であること等に起因する石油回収の制限要因を排除することで、原油の回収率を向上させるものである。具体的には、熱攻法、ケミカル攻法、ミシブル攻法、水圧破砕法等が挙げられる。
【０００６】
熱攻法は、油層に外部から熱を注入して原油の粘性を低下させて原油を回収する方法の総称である。例えば、熱攻法に分類される水蒸気攻法は、油層に外部から水蒸気を注入して、水蒸気によって油層の孔隙に沈積した粘性の高い原油を温め溶かし、原油を凝結した水と共に流動化させて原油回収率を高めるものである。また、熱攻法としては、他にも、熱水攻法や油層内燃焼法等が知られている。
【０００７】
ケミカル攻法は、油層に外部から化学薬剤等を注入して原油の回収率を高める方法の総称である。例えば、ケミカル攻法に分類される界面活性剤攻法は、油層に外部から界面活性剤を水に溶解させた界面活性剤溶液を注入して、水と原油の間に作用する界面張力を解消ないしは低下させ、原油を界面活性剤溶液と共に流動化させて原油回収率を高めるものである。また、ケミカル攻法としては、他にも、アルカリ攻法、ポリマー攻法、Ａ−Ｓ−Ｐ攻法等が知られている。
【０００８】
ミシブル攻法は、油層に外部から注入したガスと原油との混合物をミシブル状態とし、原油の粘性を低下させて原油を回収する方法であり、例えば、ＣＯ２−ＥＯＲ法が知られている（例えば、非特許文献１〜３を参照）。この方法は、油層に外部からＣＯ２を注入し、油層にて超臨界状態となったＣＯ２を油層の孔隙に沈積した粘性の高い原油と接触させてミシブル状態とすることで、原油の粘性を低下させて流動化させやすくして原油回収率を高めるものである。また、ケミカル攻法としては、他にも、ハイドロカーボン攻法等が知られている。
【０００９】
水圧破砕法は、水圧により油層内に物理的に亀裂・割れ目（フラクチャー）を作り、その中に砂などの支持材を充填することによりその閉塞を防ぎ、油層内に浸透性の高い通路を形成することによって、原油の採油量回復や低浸透率油層の流動性改善による採油量の向上を図るものである。
【００１０】
上記のように、現在に至るまでに、様々な原油回収法が提案・実施されているわけであるが、上記方法を採用しても、経済的に回収可能な原油量は、油層中に埋蔵されている原油のおよそ１０〜２０％程度に過ぎず、残り８０〜９０％は技術的な面とコスト的な面から考えると回収不可能な状況にある。したがって、油ガス田の油層中には未だかなりの量の原油が残留していることになる。
【００１１】
ところで、近年、微生物を利用した増進回収法（Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｉｌ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ：以下、Ｍ−ＥＯＲと呼ぶ）の研究開発が進められつつある。この方法は、水と原油間の界面張力が高いことや、水に比較して原油の粘性が高いこと、油層の構造が不均一であること等に起因する石油回収の制限要因を、微生物の機能を利用して解消しようとするものである。Ｍ−ＥＯＲは、微生物の機能を利用したものであるから、環境にも優しく、またコストを抑制できる可能性も高いことから、増進回収法の中でも特に重要な技術として位置づけられつつある。
【００１２】
また、最近では、Ｍ−ＥＯＲの応用技術として、二酸化炭素の地中への隔離技術（Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ：以下、ＣＣＳと呼ぶ）をＭ−ＥＯＲと組み合わせることにより、油層の孔隙に残留している残留原油をメタンガスに変換して回収する方法が提案されている。具体的には、油層内に棲息する原油成分分解水素生成菌群によって原油を基質として産生される水素と地中への隔離のために地上から供給される二酸化炭素とを利用して、油層内のメタン生成菌群にメタンガスを産生させ、これを地上に回収する手法であり、八橋油田の油層から採取したサンプルを用いた実証試験も実施されている（例えば、非特許文献４及び５を参照）。この方法は、温暖化ガスである二酸化炭素を地中に隔離するだけに留まらず、この二酸化炭素と油層中の残留原油とをエネルギー資源として有用なメタンガスに変換して回収することができ、ＣＣＳにより隔離された二酸化炭素の資源化と油層中の残留原油の回収とを同時に達成できる極めて優れた技術であると言える。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】EPRI:Enhanced Oil Recovery Scoping Study, EPRI, Palo Alto, CA:1999.TR113836, 1999.9
【非特許文献２】三菱重工技報Vol.41,No.4, pp.198-203, 2004.7 「大容量排出源からのＣＯ２回収・ＣＯ２−ＥＯＲトータルシステムとコスト」岩崎省二郎他
【非特許文献３】三菱重工技報Vol.41,No.4, pp.192-197, 2004.7 「エネルギー問題とＣＯ２排出抑制の展望」
【非特許文献４】Jornal of the Japan Petroleum Institute, 52, (6), 297-306(2009)
【非特許文献５】Jornal of the Japan Petroleum Institute, 50, (3), 169-177(2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、ＣＣＳとＭ−ＥＯＲの組み合わせによる残留原油のメタンガスへの変換・回収技術において、仮に油層内に１００％に近い液体二酸化炭素を注入したとすると、注入部（例えば注入井）の周囲の広範囲に超臨界二酸化炭素の高濃度領域が形成されてしまい、微生物群の活性の低下や死滅等によって、微生物群が充分に機能しなくなると考えられる。したがって、ＣＣＳとＭ−ＥＯＲの組み合わせによる残留原油のメタンガスへの変換・回収技術においては、油層内への二酸化炭素の注入方法を十分に考慮して、充分なメタンガス生産効率を確保することが重要であるものと考えられる。
【００１５】
そこで、本発明は、ＣＣＳとＭ−ＥＯＲの組み合わせによる残留原油のメタンガスへの変換・回収技術において、充分なメタンガス生産効率を確保することを可能とする方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
かかる課題を解決するため、本発明の残留原油回収方法は、油ガス田の油層の孔隙に残留する残留原油を回収する方法であって、油層への注入液として二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを生成する注入液生成工程と、注入液を油層に注入して孔隙に浸透させる注入液注入工程と、孔隙に棲息する微生物群により注入液中の二酸化炭素と残留原油とを原料として産生されるメタンガスを回収するメタンガス回収工程とを含むようにしている。
【００１７】
このように、油層の孔隙に二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを注入液として浸透させることで、注入部（例えば注入井）の周囲に超臨界二酸化炭素の高濃度領域を形成することなく、メタンガス生成源としての二酸化炭素を微生物群に適した濃度で接触させることができる。したがって、微生物群の活性の低下や死滅等を抑制して、充分なメタンガス生産効率が確保される。
【００１８】
尚、本発明における「孔隙に棲息する微生物群」とは、油層の孔隙に元々棲息している微生物群は勿論のこと、油層の孔隙に添加して人工的に棲息させた微生物群も含むものである。ここで、油層の孔隙に添加して人工的に棲息させる場合には、注入液生成工程において、微生物群を水に添加することが好ましい。この場合には、注入液注入工程において注入液を油層の孔隙に浸透させる過程で、油層の孔隙に人工的に微生物群を棲息させることができる。より具体的には、注入液生成工程において、原油成分分解水素生成菌及び水素資化性メタン生成菌のいずれか一方または双方を前記水に添加することで、これらの微生物を油層の孔隙に人工的に棲息させることができる。
【００１９】
ここで、本発明の残留原油回収方法においては、注入液注入工程において孔隙から押し出された残留原油及び／又は残留天然ガスを回収する孔隙残留物回収工程をさらに含むことが好ましい。この場合、油層の孔隙への注入液の浸透に伴って孔隙から押し出される残留原油及び／又は残留天然ガスをも回収して、油層内からのエネルギー資源回収率をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の残留原油回収方法によれば、ＣＣＳとＭ−ＥＯＲの組み合わせによる残留原油のメタンガスへの変換・回収技術において、注入部（例えば注入井）の周囲に超臨界二酸化炭素の高濃度領域を形成することなく、メタンガス生成源としての二酸化炭素を微生物群に適した濃度で接触させることができる。しかも、油層への注入液として二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを用いることによって、１００％またはそれに近い液体二酸化炭素を油層内に注入する場合に比較して、微生物群が活動可能な水領域を拡大して、微生物群の活動領域を拡大することができる。したがって、充分なメタンガス生産効率を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の残留原油回収方法の工程概略図である。
【図２】陸域の油ガス田において本発明を適用した場合と従来法を適用した場合とを比較した概念図である。
【図３】海域の油ガス田において本発明を適用した場合と従来法を適用した場合とを比較した概念図である。
【図４】海域の油ガス田において本発明を適用した場合の注入井と生産井の配置を示す概略図である。
【図５】注入井の上端部分の概略構造を示す図である。
【図６】注入井の下端部分の概略構造を示す図である。
【図７】エマルジョンを製造する装置の一例を示す断面図（Ａ−Ａ断面）である。
【図８】エマルジョンを製造する装置の一例を示す断面図（Ｂ−Ｂ断面）である。
【図９】エマルジョンを製造する装置の一例を示す平面図（Ｃ−Ｃ平面）である。
【図１０】エマルジョンを製造する装置の一例を示す平面図（Ｄ−Ｄ平面）である。
【図１１】エマルジョンを製造するの装置の他の例を示す断面図（Ａ−Ａ断面）である。
【図１２】エマルジョンを製造する装置の他の例を示す断面図（Ｂ−Ｂ断面）である。
【図１３】エマルジョンを製造する装置の他の例を示す平面図（Ｃ−Ｃ平面）である。
【図１４】エマルジョンを製造する装置の他の例を示す平面図（Ｄ−Ｄ平面）である。
【図１５】海底下堆積物層での細菌の活動による二酸化炭素からのメタン生成の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
本発明の残留原油回収方法は、油ガス田の油層の孔隙に残留する残留原油を回収する方法である。より詳細には、二酸化炭素を油層に注入して隔離しつつ、この二酸化炭素と残留原油とを原料としてメタンガスを産生する微生物群を利用することで、二酸化炭素と残留原油とをメタンガスに変換してエネルギー資源として回収するものである。
【００２４】
本発明の残留原油回収方法の工程概略図を図１に示す。本発明の残留原油回収方法は、油層への注入液として二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを生成する注入液生成工程（Ｓ１）と、注入液を油層に注入して孔隙に浸透させる注入液注入工程（Ｓ２）と、孔隙に棲息する微生物群により注入液中の二酸化炭素と残留原油とを原料として産生されるメタンガスを回収するメタンガス回収工程（Ｓ４）とを含むようにしている。そして、注入液注入工程において孔隙から押し出された残留原油及び／又は残留天然ガスを回収する孔隙残留物回収工程をさらに含む場合には、注入液注入工程（Ｓ２）とメタンガス回収工程（Ｓ４）の間に実施される（Ｓ３）。
【００２５】
本発明の残留原油回収方法では、油層への注入液として二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを用いることによって、従来のように１００％に近い濃度の液体二酸化炭素を油層への注入液として用いた場合と比較して、微生物群によるメタンガス生産効率を大幅に向上させることができる。図２（陸域の油ガス田）及び図３（海域の油ガス田）にそのメカニズムを説明する。
【００２６】
図２及び図３において、左側の注入井５１が本発明（液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを注入）の実施形態を示し、右側の注入井５２が従来法（液体二酸化炭素のみを注入）の実施形態を示している。また、図中、符号５０は油層であり、符号５１ａは水（さらには微生物）の注入井であり、符号５１ｂは液体二酸化炭素の注入井であり、符号１００は注入井５１ａから注入された水と注入井５１ｂから注入された液体二酸化炭素を混合してエマルジョンを生成し、油層２に注入するためのエマルジョン注入・生成装置５５である。また、符号Ａは微生物の活性領域であり、符号Ｐは液体を油層２に注入（圧入）するためのポンプである。
【００２７】
ここで、陸域及び海域共に、油ガス田の油層は、圧力７．３８ＭＰａ以上で且つ温度３１℃以上の条件下にあり、油層２に注入された液体二酸化炭素は、超臨界流体として存在することになる。したがって、図２及び図３の右側（注入井５２）に示すように、液体二酸化炭素のみを油層２に注入すると、注入井５２の周囲の広範囲に超臨界二酸化炭素の高濃度領域が形成されてしまい、注入井５２からある程度離れて二酸化炭素が油層の孔隙水等により希釈されて薄められた領域においてのみ微生物群が活性化してメタンガスの産生が起こる（符号Ａ）。これに対し、本発明のように液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを油層２に注入した場合には、注入井５１（エマルジョン注入・生成装置５５）の周囲に超臨界二酸化炭素の高濃度領域を形成することなく、注入井５１（エマルジョン注入・生成装置５５）の周囲全体を微生物群に適した二酸化炭素濃度として、微生物群を活性化させることができる（符号Ａ）。このように、本発明では、注入井５１（エマルジョン注入・生成装置５５）の周囲に超臨界二酸化炭素の高濃度領域を形成することなく、注入井５１（エマルジョン注入・生成装置５５）の周囲全体において、微生物群が活性化してメタンガスの産生が起こるので、注入井５１（エマルジョン注入・生成装置５５）の周囲全体を利用して微生物群によるメタンガスの産生を起こさせて、メタンガスを効率よく生産することができる。このことは、油層２への注入液として二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水を用いた場合にも同様に成立する。
【００２８】
本発明の残留原油回収方法の適用対象となる油ガス田は、一般的に枯渇油ガス田と呼ばれる油ガス田、具体的には二次回収を終えた油ガス田であるが、少なくとも一次回収を終えた油ガス田であれば、適用対象とすることができる。例えば、一次回収を終えた後に二次回収法として実施される水攻法に利用する水に代えて、二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを油層に注入することで、即ち、一次回収を終えた油ガス田に対して、上記注入液生成工程（Ｓ１）及び上記注入液注入工程（Ｓ２）を実施することによって、孔隙残留物回収工程（Ｓ３）において油層の孔隙に残留する残留原油や残留天然ガスを水攻法と同様に回収しながらも、メタンガス回収工程（Ｓ４）によりＭ−ＥＯＲの効果も併せて生じさせることができる。したがって、水攻法のような二次回収法と比較して、油層への注入にかかる投入エネルギーに対して、より多くの産出エネルギーを回収することができる。
【００２９】
また、本発明の残留原油回収方法は、陸域及び海域の油ガス田のいずれにも適用することができる。
【００３０】
ここで、陸域の油ガス田において本発明を適用する場合、二酸化炭素と水の混合（即ち、二酸化炭素溶解水の生成、エマルジョンの生成）は、図２に示すように油層２内にて実施してもよいし、地上にて二酸化炭素と水の混合を行った後に注入しても構わない。
【００３１】
海域の油ガス田において本発明を適用する場合には、図３に示すように油層２内にて二酸化炭素と水の混合を行うことが好ましい。海底付近の海洋堆積層は、ＣＯ２ハイドレートが生成する温度・圧力条件となることから、地上にて二酸化炭素と水の混合を行った後に注入を行うと、海底付近の海洋堆積層の注入井内にてＣＯ２ハイドレートの生成が起こり、注入井の閉塞が生じる恐れがあるからである。但し、海底付近の海洋堆積層の注入井内の温度・圧力条件をコントロールして、ＣＯ２ハイドレートが生成しない条件とした場合には、地上にて二酸化炭素と水の混合を行った後に注入しても構わない。
【００３２】
以下、本発明の残留原油回収方法の実施形態の一例として、海域の油ガス田において、油層への注入液として液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを用いた場合について説明する。
【００３３】
水と液体二酸化炭素の油層への供給形態を図４〜図６に示す。図４に示すように、注入井７及び生産井８の下端は油層２まで達している。海上にはプラットホーム９が設けられており、当該プラットホーム９から注入井７及び生産井８が海底に降ろされている。油層２にて微生物群により産生されるガスは、生産井８から回収され、例えば火力発電所２６で発電に使用される。
【００３４】
注入井７は、例えば図５に示すように、外管１０内に内管１１を配置した二重管構造を成している。内管１１の上端は液体二酸化炭素タンク１２に接続されており、内管１１内は液体二酸化炭素４が流れる通路になっている。液体二酸化炭素タンク１２に貯蔵されている液体二酸化炭素４は、例えば火力発電所２６、製鉄所、セメント工場等から排出された二酸化炭素を回収して液化したものである。
【００３５】
内管１１の先端には、図６に示すように、液体二酸化炭素４を微粒子２３として外管１０で囲われた流路内に噴射するスプレーノズル１３が設けられている。当該スプレーノズル１３内で液体二酸化炭素４の高速流を作り、剪断力や衝突の効果で液体二酸化炭素４を微粒化する。ノズルによって液体を微粒化する方法は霧吹きでも使用されている一般的な方法が適用可能であり、具体的には例えばスプレーノズル１３の前後の液体二酸化炭素４の圧力差を１ＭＰａ〜数１０ＭＰａにすることでスプレーノズル１３内の液体二酸化炭素４の流速を音速程度にし、これによってスプレーノズル１３から噴射させる液体二酸化炭素４の微粒子２３の粒径をμｍオーダー以下にすることが可能である。
【００３６】
ここで、噴霧時の液体二酸化炭素の微粒子２３の平均粒径を油層２の孔隙（例えば油層２の貯留岩の孔隙）よりも小さくすることで、エマルジョン５を油層２の孔隙に十分に浸透・拡散させることができる。具体的には、液体二酸化炭素の微粒子２３の粒径は、油層２の孔隙よりも小さなものとすればよく、０．１μｍ〜１０μｍ程度とすることが特に好ましい。
【００３７】
外管１０の上端は海洋３１から海水２４を汲み上げて吐出させるポンプ１４の吐出口に接続されており、外管１０と内管１１との間は海水２４が流れる通路になっている。外管１０と内管１１との間の海水２４の流れの中にノズル１３から液体二酸化炭素４の微粒子２３を噴射することで、液体二酸化炭素４を油層２の孔隙よりも小さな微粒子２３として海水２４に分散させたエマルション５を油層２に噴射する直前に作り出すことができる。海洋３１からの海水２４の汲み上げは、吸い上げ管１４ａの長さを調整することで、海底までの任意の深さから行われる。なお、外管１０は例えばドリルロッドであり、内管１１のスプレーノズル１３が装備されている先端よりも先において、生成されたエマルション５を油層２内に均等に噴出するための噴出口１０ａを周面に多数有している。
【００３８】
これによって、エマルション５の水／ＣＯ２の質量比は、油層２に注入する前に、注入井７内で、調整することができる。ここで、油層２内における一般的な温度・圧力条件（４０〜８０℃、１０〜３０ＭＰａ）においては、水への二酸化炭素の溶解度は、１．３〜７．２ｍｏｌ／ｋｇである。エマルジョン５を構成する水には、エマルジョン５を構成する液体二酸化炭素が溶解して常に飽和濃度の二酸化炭素が溶け込んだ状態となるので、油層２内において、エマルジョン５を構成する水の二酸化炭素濃度は、１．３〜７．２ｍｏｌ／ｋｇとなっている。また、油層２内は、二酸化炭素が超臨界流体となる温度・圧力条件であることから、エマルジョン５を構成する液体二酸化炭素の微粒子は超臨界状態にあることとなる。一般に、高濃度の超臨界二酸化炭素中では、微生物の活性の低下や死滅が起こり得る。したがって、油層２の孔隙に棲息する微生物群は、エマルジョン５を構成する水において活動し、二酸化炭素と残留原油から効率よくメタンガスが産生される。
【００３９】
したがって、エマルジョン５を構成する二酸化炭素の比率を大きくすれば、エマルジョン５を構成する水の二酸化炭素濃度を飽和濃度付近に維持できる期間が長期化できる。一方で、この場合にはエマルジョン５を構成する水の総容積が小さくなるので、微生物群の活動領域が小さくなる。逆に、エマルジョン５を構成する二酸化炭素の比率を小さくすれば、エマルジョン５を構成する水の二酸化炭素濃度を飽和濃度付近に維持できる期間が短くなる反面、エマルジョン５を構成する水の総容積が大きくなるので、微生物群の活動領域を大きくできる。したがって、エマルション５の水／ＣＯ２の質量比は、エマルジョン５を構成する水の二酸化炭素濃度を飽和濃度付近に維持することが要求される期間と、微生物群の活動領域を確保することとを鑑みて適宜設定される。
【００４０】
以上が、注入液生成工程（Ｓ１）の詳細である。
【００４１】
次に、注入液注入工程（Ｓ２）について説明する。一次回収後の油層２内の圧力はほぼ静水圧である。したがって、海水２４を注入するポンプの流量を適切に制御することで、油層２の孔隙へのエマルジョン５の十分な浸透・拡散が起こる。尚、油ガス田のなかには、水攻法を行うための注入井が既に設置されている場合もある。ここで、水とＣＯ２／水エマルジョンとでは、水の方が粘性が高い。したがって、水が注入できる油層であれば、ＣＯ２／水エマルジョンを同じ注入井を利用して容易に注入することができる。したがって、水攻法が既に行われた油ガス田、または水攻法を行う予定のある油ガス田において、水を注入する注入井を利用することで、容易に本発明を実施することができ、好適である。
【００４２】
油層２の孔隙にエマルジョン５が浸透・拡散した段階で、エマルジョン５の注入を停止する。エマルジョン５の注入を停止するタイミングとしては、例えば生産井８からエマルジョン５が汲み上げられ始める時期等とすればよいが、このタイミングは特に限定されるものではない。尚、油層２の孔隙にエマルジョン５を浸透・拡散させる際に、油層２の孔隙に残留している残留原油や残留天然ガスが押し出されて生産井８から回収される（孔隙残留物回収工程（Ｓ３））。このような残留原油や残留天然ガスをも回収することによって、油ガス田に埋蔵されている資源を無駄なく回収することができる。
【００４３】
油層２の孔隙に棲息する微生物群にエマルジョン５から二酸化炭素が供給されると、孔隙に残留している残留原油と、供給された二酸化炭素とを原料として、メタンガスを産生し始める。つまり、孔隙に付着していて回収し難い残留原油を空気より軽いメタンガスに変換して、地上に上昇させて回収することができる（メタンガス回収工程（Ｓ４））。
【００４４】
ここで、油ガス田の油層２においては、原油の他にも天然ガスが埋蔵されていたことからすれば、メタンガスを産生することのできる条件はある程度整っていると言える。例えば、非特許文献１（Jornal of the Japan Petroleum Institute, 52, (6), 297-306(2009)）においては、八橋油田から採取した油層水から水素生成菌(Clostridiaceae str.PB, Thermacetogenium sp.の近縁種)とメタン生成菌(Methanocalculs Halotolerans)が検出され、この油層水と採取した原油に二酸化炭素を供給して、５０℃で培養を行った結果、メタンガスの生産が見られることが確認されている。したがって、油ガス田においては、残留原油と二酸化炭素を原料としてメタンガスを産生する微生物群が棲息しており、本発明によりエマルジョン５を油層２に注入することで、油層２の孔隙に棲息する微生物群が機能して、メタンガスの産生が始まるものと考えられる。
【００４５】
ここで、油層２内には、メタンガスを産生させるための微生物群を添加してもよい。例えば、原油成分分解水素生成菌、水素と二酸化炭素を原料としてメタンガスを産生するメタン生成菌の一方あるいは双方を添加してもよい。油層２内への微生物の添加方法としては、注入液生成工程Ｓ１において、水に微生物を添加しておくことが好ましい。この場合、注入液注入工程Ｓ２において注入液を注入することで、油層２の孔隙の広い範囲にエマルジョン５と共に微生物を棲息させることができる。
【００４６】
原油成分分解水素生成菌としては、上記のClostridiaceae str.PBの他、原油成分を分解して水素を生成することのできるClostridium属の微生物等を適宜用いることができる。
【００４７】
メタン生成菌としては、上記のMethanocalculs Halotoleransの他、水素資化性メタン生成古細菌であるMethanobacterium spp.に属する一部近縁種(Moser et al. 2005. Appl. Environ. Microbiol. 71, 8773-8783）、Methanoculleus submarinus(Mikucki et al. 2003. Appl. Environ. Microbiol. 69, 3311-3316.)等を適宜用いることができる。尚、Methanoculleus submarinusは、海底下２５０ｍの堆積物より単離され、１０〜５０℃(至適温度４３℃)の温度範囲で増殖が可能である。増殖可能な圧力範囲については、水深９５０ｍに相当する深さの堆積物から単離されていることから５０ＭＰａ程度までの耐圧性を備えているものと考えられる。
【００４８】
また、補助的な意味で、原油成分分解水素生成菌、メタン生成菌以外の微生物を添加してもよい。例えば、深地下環境において支配的に存在するとされている硫酸還元菌（例えば、Desulfotomaculum spp.に属する一部近縁種(Moser et al. 2005. Appl. Environ. Microbiol. 71, 8773-8783）が水素発生に、さらに好圧性従属栄養細菌（Shewanella profunda）や耐圧性乳酸発酵細菌（Mariniactibacillus piezotolerans）などの近縁種が硫酸還元菌の基質や水素の供給に寄与する。尚、南海トラフや日本海の海底堆積物からは硫酸還元菌であるDesulfovibrio profundus(Bale et al. 1997. Int. J. Syst. Bacteriol. 47, 515-521.)、メタン生成菌であるMethanoculleus submarinus(Mikucki et al. 2003. Appl. Environ. Microbiol. 69, 3311-3316.)、好圧性従属栄養細菌Shewanella profunda(Toffin et al. 2004. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 54, 1943-1949.)、耐圧性乳酸発酵細菌Mariniactibacillus piezotolerans(Toffin et al. 2005. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 55, 345-351.)などが単離されている。したがって、海底堆積物中では、これらの微生物による海底堆積物中の有機物の分解、及びそれに伴う硫酸還元とメタンガス生成とが行われているものと推定される。硫酸還元菌（Desulfovibrio profundus）は、海底堆積物より単離され、０．１〜４０ＭＰａ(至適圧力１０〜１５ＭＰａ）の圧力下、１５〜６５℃(至適温度２５℃付近)の温度範囲で増殖が可能である。乳酸及びピルビン酸を基質に硫酸還元を行い酢酸及び水素を発生させる。
【００４９】
したがって、上記の硫酸還元菌、好圧性従属栄養細菌、耐圧性乳酸発酵細菌等をさらに油層内に添加することによって、残留原油と二酸化炭素、さらには油層内の別の残留物等からメタンガスを産生するための好適な一連の反応経路（例えば図１５に示すような海底下堆積物層での細菌の活動による二酸化炭素からのメタン生成の流れ）が形成される場合がある。また、メタン生成細菌を含む古細菌（アーキア）類を添加して有機物等の基質からメタンガスを生成する連鎖関係を形成するようにしてもよい。
【００５０】
また、微生物以外にも、メタンガスの産生を促進するための微生物群への栄養源や基質などを油層２内に添加してもよい。または、微生物を油層２に添加することなく、栄養源や基質のみを油層２に添加するようにしてもよい。
【００５１】
ここで、地上にて行われているメタン発酵は、有機性廃棄物（バイオマス）を送り込むことで、メタン発酵の活性を継続させている。そこで、このような有機性廃棄物、例えば、し尿、生ゴミ、食品残渣、動物の糞尿、汚泥などの有機物（高ＢＯＤ）を含む廃棄物や廃水を油層２内に投入して、メタンガスの産生を促進させることができる場合もある。
【００５２】
尚、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００５３】
例えば、エマルジョンを生成する際に、例えば図７〜図１０に示す装置を使用しても良い。
【００５４】
この装置１０１は、密閉構造の容器１０２を油層２の孔隙よりも小さな微細孔を有する多孔質体１０３ａを少なくとも一部に含む部材１０３によって区画して水供給領域１０２ａとエマルジョン排出領域１０２ｃと水供給領域１０２ａ及びエマルジョン排出領域１０２ｃに挟まれた液体二酸化炭素供給領域１０２ｂを形成し、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂには第一の供給部１０５を備え、水供給領域１０２ａには第二の供給部１０６を備え、エマルジョン排出領域１０２ｃには排出部１０７を備え、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂには、水供給領域１０２ａからエマルジョン排出領域１０２ｃに向けて水を流通する流通路１０４が１または２以上設けられ、多孔質体１０３ａは流通路１０４の少なくとも一部に備えられ、第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると共に第二の供給部１０６から水供給領域１０２ａに水を供給し続けることにより、液体二酸化炭素を多孔質体１０３ａを介して流通路１０４を流れる水に圧入して微粒化して分散させ、流通路１０４からエマルジョン排出領域１０２ｃに向けてエマルジョンが供給され、排出部１０７からエマルジョンを排出して油層２の孔隙に注入するものとしている。尚、符号１１０はパッカー用の水圧管である。
【００５５】
本実施形態において、密閉構造の容器１０２は円柱形状としてその上部にスリットを設けて排出部１０７とし、容器１０２の上面から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに向けて供給管を差し込んで第一の供給部１０５とし、容器１０２の上面から水供給領域に向けて供給管を差し込んで第二の供給部１０６としている。第一の供給部１０５の供給管の液体二酸化炭素供給領域１０２ｂ内にはスリットが設けられて、このスリットから液体二酸化炭素供給領域１０２ｂへ液体二酸化炭素を供給するようにしている。但し、排出部１０７はスリットではなく、網状としても良いし、複数の排出管をエマルジョン排出領域１０２ｃから容器１０２の外側に向けて配置するようにしてもよい。また、第一の供給部１０５の供給管の液体二酸化炭素供給領域１０２ｂ内についても、スリットではなく、網状としてもよいし、単純にスリットや網を設けることなく供給管の下端から液体二酸化炭素を供給するようにしてもよい。尚、容器１０２の形状についても円柱形状には限定されず、例えば四角柱等の多角柱状としてもよい。また、容器１０２の材質は例えばステンレス鋼とすればよいが、これに限定されるものではない。
【００５６】
また、本実施形態では、第一の供給部１０５の供給管と第二の供給部１０６の供給管の双方とも、容器１０２の下面を貫通しているが、これは本発明の装置を縦に複数並べて抗井内に配置することを想定したものであり、縦に複数並べたときの最下段の装置については、第一の供給部１０５の供給管と第二の供給部１０６の供給管の双方とも、容器１０２の下面を貫通させずに、容器１０２の下面で閉じておき、各装置内での水と液体二酸化炭素の十分な供給を確保する必要がある。したがって、例えば抗井内で本発明の装置を１つしか用いない場合には、容器１０２の下面は閉じておく必要がある。
【００５７】
また、本実施形態において、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂには、水供給領域１０２ａからエマルジョン排出領域１０２ｃに向けて水を流通する流通路１０４が１または２以上設けられ、多孔質体１０３ａは流通路１０４の全面に設けられている。具体的には、多孔質体１０３ａからなる複数の管をそれぞれ接触しないように平行に並べて流通路１０４が形成されている。部材１０３は例えば容器１０２と同じステンレス鋼であり、Ｏリング１１１によって液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの気密性が確保されている。
【００５８】
ここで、流通路１０４は少なくとも１つあれば、エマルジョンの製造は可能であるが、水に分散する液体二酸化炭素微粒子の量は少なくなる。逆に流通路１０４の数を多くすればするほど、水に分散する液体二酸化炭素微粒子の量を多くすることができる。つまり、流通路１０４の数によって、エマルジョンを構成する水と液体二酸化炭素微粒子の比を制御することができる。また、本実施形態では、流通路１０４の全面に多孔質体１０３ａを備えるようにしているが、少なくとも一部に多孔質体１０３ａが備えられていれば、エマルジョンの製造は可能である。但し、流通路１０４に備えられている多孔質体１０３ａの面積が小さくなればなるほど、水に分散する液体二酸化炭素微粒子の量は少なくなる。つまり、流通路４に備えられている多孔質体１０３ａの面積によって、エマルジョンを構成する水と液体二酸化炭素微粒子の比を制御することもできる。
【００５９】
尚、本実施形態のように、管状の流通路１０４をそれぞれ接触させることなく平行に複数並べて配置するようにすることで、容器１０２の容積に対して液体二酸化炭素が水に圧入される領域を最大限に増やすことができる。つまり、このように構成することで、装置をコンパクトなものとしながらもその機能を最大限に発揮させることができる。したがって、抗井内で用いられる装置のように、限られた容積内で用いられる装置として極めて好適なものとなる。
【００６０】
ここで、多孔質体１０３ａとしては、油層２の孔隙よりも小さな微細孔を有するものであれば特に限定されるものではないが、シラス多孔質ガラスを用いることが好適である。シラス多孔質ガラスは、０．０５〜２５０μｍの微細孔を有するものが入手可能であり、油層２の孔隙の大きさに適した微細孔を有するものを選択しやすいという利点がある。但し、材質はシラス多孔質ガラスに限定されるものではなく、アルミナ等の無機材料や高分子材料といった新規または既知の材質の多孔質体を適宜用いることができる。尚、シラス多孔質ガラスのようなガラス素材は、引っ張り応力よりも圧縮応力に対して強いことから、本実施形態のように液体二酸化炭素を管の外側から圧入して圧縮応力がかかる場合には、管の強度面においても有利なものとなる。但し、仮に管の内側から液体二酸化炭素を圧入して引っ張り応力がかかったとしても、本発明における管としての使用には十分耐えうる。
【００６１】
本実施形態において、エマルジョンの製造は以下のようにして行われる。第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂが液体二酸化炭素で満たされ、さらに供給を続けることで、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの液体二酸化炭素が加圧される。一方、第二の供給部１０６から水供給領域１０２ａに水を供給し続けると、水供給領域１０２ａが水で満たされ、さらに供給を続けることで、水が流通路１０４を通過してエマルジョン排出領域１０２ｃに移動する。そして、エマルジョン排出領域１０２ｃが水で満たされると排出部１０７から水が排出される。したがって、第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると共に第二の供給部１０６から水供給領域１０２ａに水を供給し続けることにより、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの圧力が流通路４内の圧力よりも高くなる。その結果、液体二酸化炭素が多孔質体１０３ａを介して流通路４内を流れる水に圧入される。これにより、液体二酸化炭素は油層２の孔隙よりも小さな微粒子となって水に分散し、エマルジョンが製造される。液体二酸化炭素の微粒子は、水が水供給領域１０２ａからエマルジョン排出領域１０２ｃに向けて流通路１０４内を流通する間に徐々に分散されて、流通路１０４の出口で最も液体二酸化炭素微粒子の分散量が高まり、エマルジョン排出領域１０２ｃに排出される。そして、エマルジョン排出領域１０２ｃに排出されたエマルジョンは、排出部１０７から排出されて油層２の孔隙に注入される。
【００６２】
このように、本実施形態においては、液体二酸化炭素と水を流通させるだけで、エマルジョンを製造し、油層２の孔隙に注入することができる。したがって、装置の構成を極めて単純なものとできるので、故障等の発生率を低下させることができ、高い信頼性をもって長期間安定にエマルジョンを製造し、油層２の孔隙に注入することができる。
【００６３】
ここで、油層２の圧力が抗井の圧力よりも高いと、エマルジョンの油層２の孔隙への注入ができない場合がある。このような場合には、液体二酸化炭素と水の流量を高めたり、供給圧力を高めることによって、エマルジョンの圧力を地層の圧力よりも高めることで、油層２の孔隙へのエマルジョンの注入が可能となる。
【００６４】
次に、本発明のエマルジョンの製造・注入装置の実施形態の他の例を図１１〜図１４に示す。この装置１０１は、密閉構造の容器１０２を油層２の孔隙よりも小さな微細孔を有する多孔質体１０３ａを少なくとも一部に含む部材１０３によって区画して液体二酸化炭素供給領域１０２ｂと水供給領域１０２ａとを形成し、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂには第一の供給部１０５を備え、水供給領域１０２ａには第二の供給部１０６と排出部１０７とを備え、第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると共に第二の供給部１０５から水供給領域１０２ａに水を供給し続けることにより、液体二酸化炭素を多孔質体１０３ａを介して水に圧入し微粒化して分散させ、排出部１０７からエマルジョンを排出して油層２の孔隙に注入するものとしている。
【００６５】
本実施形態において、密閉構造の容器１０２は円柱形状としてその上部にスリットを設けて排出部１０７とし、容器１０２の上面から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに向けて供給管を差し込んで第一の供給部１０５とし、容器１０２の上面から水供給領域に向けて供給管を差し込んで第二の供給部１０６としている。第二の供給部１０６の供給管の下方にはスリットが設けられて、このスリットから水供給領域１０２ａへ水を供給するようにしている。但し、排出部１０７はスリットではなく、網状としても良いし、複数の排出管を容器２の外側に向けて配置するようにしてもよい。また、第二の供給部１０６についても、スリットではなく、網状としてもよいし、単純にスリットや網を設けることなく供給管の下端から水を供給するようにしてもよい。尚、容器１０２の形状についても、円柱形状には限定されず、例えば四角柱等の多角柱状としてもよい。また、容器１０２の材質は例えばステンレス鋼とすればよいが、これに限定されるものではない。
【００６６】
また、本実施形態においても、第一の供給部１０５の供給管と第二の供給部１０６の供給管の双方とも、容器１０２の下面を貫通しているが、これはこの装置を縦に複数並べて抗井内に配置することを想定したものであり、縦に複数並べたときの最下段の装置については、第一の供給部１０５の供給管と第二の供給部１０６の供給管の双方とも、容器１０２の下面を貫通させずに、容器１０２の下面で閉じておき、各装置内での水と液体二酸化炭素の十分な供給を確保する必要がある。したがって、例えば抗井内で本発明の装置を１つしか用いない場合には、容器１０２の下面は閉じておく必要がある。
【００６７】
また、本実施形態において、部材１０３には、水供給領域１０２ａ側に突出させた液体二酸化炭素を流通可能な中空の突起部１１２が１または２以上設けられ、多孔質体１０３ａは突起部１１２の少なくとも一部に備えられるものとしている。図１１〜図１４では、複数の突起部１１２を備え、突起部１１２が多孔質体１０３ａからなる管と、管の頂部を閉塞する部材１０３とで構成されている。部材１０３は例えば容器１０２と同じステンレス鋼であり、Ｏリング１１１によって液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの気密性が確保されている。
【００６８】
尚、本実施形態のように、突起部１１２をそれぞれ接触させることなく平行に複数並べて配置するようにすることで、容器１０２の容積に対して液体二酸化炭素が水に圧入される領域を最大限に増やすことができる。つまり、このように構成することで、装置をコンパクトなものとしながらもその機能を最大限に発揮させることができる。したがって、抗井内で用いられる装置のように、限られた容積内で用いられる装置として極めて好適なものとなる。但し、突起部１１２を備える形態に限定されるものではない。例えば、突起部１１２を設けずに部材１０３を平坦なものとしてその一部あるいは全面を多孔質体１０３ａとして液体二酸化炭素を圧入するようにしても、水に対する液体二酸化炭素微粒子の量は減少するものの、エマルジョンは製造は可能である。つまり、部材１０３の形状を加工して水と多孔質体１０３の接触面積（液体二酸化炭素と多孔質体１０３との接触面積）を増減させることによって、水に対する液体二酸化炭素微粒子の量を制御することができる。
【００６９】
ここで、多孔質体１０３ａとしては、二酸化炭素をハイドレート化して固定化する対象の油層２の孔隙よりも小さな微細孔を有するものであれば特に限定されるものではないが、シラス多孔質ガラスを用いることが好適である。シラス多孔質ガラスは、０．０５〜２５０μｍの微細孔を有するものが入手可能であり、油層２の孔隙の大きさに適した微細孔を有するものを選択しやすいという利点がある。但し、材質はシラス多孔質ガラスに限定されるものではなく、アルミナ等の無機材料や高分子材料といった新規または既知の材質の多孔質体を適宜用いることができる。
【００７０】
本実施形態において、エマルジョンの製造は以下のようにして行われる。第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂが液体二酸化炭素で満たされ、さらに供給を続けることで、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの液体二酸化炭素が加圧される。一方、第二の供給部１０６から水供給領域１０２ａに水を供給し続けると、水供給領域１０２ａに水が徐々に溜まって最終的には水で満たされ、排出部１０７から水が排出される。したがって、第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると共に第二の供給部６から水供給領域１０２ａに水を供給し続けることにより、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの圧力が水供給領域１０２ａの圧力よりも高くなる。その結果、液体二酸化炭素が多孔質体１０３ａを介して水供給領域１０２ａ内の水（突起部１１２と突起部１１２の間に存在する水）に圧入される。これにより、液体二酸化炭素は油層２の孔隙よりも小さな微粒子となって水に分散し、エマルジョンが製造される。液体二酸化炭素の微粒子は、水が突起部１１２と突起部１１２の間の下端から上端を流通する間に徐々に分散されて、容器１０２の上方に排出される。そして、このエマルジョンが排出部１０７から排出されて油層２の孔隙に注入される。
【００７１】
このように、本実施形態においても、液体二酸化炭素と水を流通させるだけで、エマルジョンを製造し、油層２の孔隙に注入することができる。したがって、装置の構成を極めて単純なものとできるので、故障等の発生率を低下させることができ、高い信頼性をもって長期間安定にエマルジョンを製造し、油層２の孔隙に注入することができる。
【００７２】
ここで、二酸化炭素ハイドレートを生成する対象となる油層２の圧力が抗井の圧力よりも高いと、エマルジョンの地層の間隙への注入ができない場合がある。このような場合には、液体二酸化炭素と水の流量を高めたり、供給圧力を高めることによって、エマルジョンの圧力を油層２の圧力よりも高めることで、油層２の孔隙へのエマルジョンの注入が可能となる。
【符号の説明】
【００７３】
２ 油層
５ エマルジョン
２３ 液体二酸化炭素の微粒子
２４ 水（海水）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油ガス田からの残留原油回収方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、油ガス田の油層の孔隙に残留する残留原油をメタンガスに変換して回収する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油ガス田の油層からの原油の回収方法は、一次回収法、二次回収法、増進回収法（三次回収法）に分類される。
【０００３】
＜一次回収法＞
一次回収法とは、自然の排油エネルギーを利用して原油を回収する方法である。具体的には、自噴採油法、ポンプやガスリフト等を利用した人工採油法が挙げられる。
【０００４】
＜二次回収法＞
二次回収法とは、油層に人工的に排油エネルギーを付与することによって原油を回収する方法である。つまり、油層圧力の経時的な衰退による排油力の減退を、人工的に排油エネルギーを付与することでカバーするものである。最も一般的な方法としては、一次回収法による採油量が減退した後、油層に外部から水や海水を注入して油層圧の回復を図り、採油量を増加させる水攻法が挙げられる。その他にも、一次回収法による採油量の減退が起こる前に水や海水、天然ガスを外部から油層に注入し始めて油層圧を維持する油層圧維持法が挙げられる。
【０００５】
＜増進回収法（三次回収法）＞
増進回収法（ＥＯＲ：Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｉｌ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）とは、二次回収法を実施した後に適用される回収法であり、「通常のガス圧入法や水攻法で得られるより高い置換効率を目的とした回収法」と定義される。つまり、水と原油間の界面張力が高いことや、水に比較して原油の粘性が高いこと、油層の構造が不均一であること等に起因する石油回収の制限要因を排除することで、原油の回収率を向上させるものである。具体的には、熱攻法、ケミカル攻法、ミシブル攻法、水圧破砕法等が挙げられる。
【０００６】
熱攻法は、油層に外部から熱を注入して原油の粘性を低下させて原油を回収する方法の総称である。例えば、熱攻法に分類される水蒸気攻法は、油層に外部から水蒸気を注入して、水蒸気によって油層の孔隙に沈積した粘性の高い原油を温め溶かし、原油を凝結した水と共に流動化させて原油回収率を高めるものである。また、熱攻法としては、他にも、熱水攻法や油層内燃焼法等が知られている。
【０００７】
ケミカル攻法は、油層に外部から化学薬剤等を注入して原油の回収率を高める方法の総称である。例えば、ケミカル攻法に分類される界面活性剤攻法は、油層に外部から界面活性剤を水に溶解させた界面活性剤溶液を注入して、水と原油の間に作用する界面張力を解消ないしは低下させ、原油を界面活性剤溶液と共に流動化させて原油回収率を高めるものである。また、ケミカル攻法としては、他にも、アルカリ攻法、ポリマー攻法、Ａ−Ｓ−Ｐ攻法等が知られている。
【０００８】
ミシブル攻法は、油層に外部から注入したガスと原油との混合物をミシブル状態とし、原油の粘性を低下させて原油を回収する方法であり、例えば、ＣＯ２−ＥＯＲ法が知られている（例えば、非特許文献１〜３を参照）。この方法は、油層に外部からＣＯ２を注入し、油層にて超臨界状態となったＣＯ２を油層の孔隙に沈積した粘性の高い原油と接触させてミシブル状態とすることで、原油の粘性を低下させて流動化させやすくして原油回収率を高めるものである。また、ケミカル攻法としては、他にも、ハイドロカーボン攻法等が知られている。
【０００９】
水圧破砕法は、水圧により油層内に物理的に亀裂・割れ目（フラクチャー）を作り、その中に砂などの支持材を充填することによりその閉塞を防ぎ、油層内に浸透性の高い通路を形成することによって、原油の採油量回復や低浸透率油層の流動性改善による採油量の向上を図るものである。
【００１０】
上記のように、現在に至るまでに、様々な原油回収法が提案・実施されているわけであるが、上記方法を採用しても、経済的に回収可能な原油量は、油層中に埋蔵されている原油のおよそ１０〜２０％程度に過ぎず、残り８０〜９０％は技術的な面とコスト的な面から考えると回収不可能な状況にある。したがって、油ガス田の油層中には未だかなりの量の原油が残留していることになる。
【００１１】
ところで、近年、微生物を利用した増進回収法（Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｉｌ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ：以下、Ｍ−ＥＯＲと呼ぶ）の研究開発が進められつつある。この方法は、水と原油間の界面張力が高いことや、水に比較して原油の粘性が高いこと、油層の構造が不均一であること等に起因する石油回収の制限要因を、微生物の機能を利用して解消しようとするものである。Ｍ−ＥＯＲは、微生物の機能を利用したものであるから、環境にも優しく、またコストを抑制できる可能性も高いことから、増進回収法の中でも特に重要な技術として位置づけられつつある。
【００１２】
また、最近では、Ｍ−ＥＯＲの応用技術として、二酸化炭素の地中への隔離技術（Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ：以下、ＣＣＳと呼ぶ）をＭ−ＥＯＲと組み合わせることにより、油層の孔隙に残留している残留原油をメタンガスに変換して回収する方法が提案されている。具体的には、油層内に棲息する原油成分分解水素生成菌群によって原油を基質として産生される水素と地中への隔離のために地上から供給される二酸化炭素とを利用して、油層内のメタン生成菌群にメタンガスを産生させ、これを地上に回収する手法であり、八橋油田の油層から採取したサンプルを用いた実証試験も実施されている（例えば、非特許文献４及び５を参照）。この方法は、温暖化ガスである二酸化炭素を地中に隔離するだけに留まらず、この二酸化炭素と油層中の残留原油とをエネルギー資源として有用なメタンガスに変換して回収することができ、ＣＣＳにより隔離された二酸化炭素の資源化と油層中の残留原油の回収とを同時に達成できる極めて優れた技術であると言える。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】EPRI:Enhanced Oil Recovery Scoping Study, EPRI, Palo Alto, CA:1999.TR113836, 1999.9
【非特許文献２】三菱重工技報Vol.41,No.4, pp.198-203, 2004.7 「大容量排出源からのＣＯ２回収・ＣＯ２−ＥＯＲトータルシステムとコスト」岩崎省二郎他
【非特許文献３】三菱重工技報Vol.41,No.4, pp.192-197, 2004.7 「エネルギー問題とＣＯ２排出抑制の展望」
【非特許文献４】Jornal of the Japan Petroleum Institute, 52, (6), 297-306(2009)
【非特許文献５】Jornal of the Japan Petroleum Institute, 50, (3), 169-177(2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、ＣＣＳとＭ−ＥＯＲの組み合わせによる残留原油のメタンガスへの変換・回収技術において、仮に油層内に１００％に近い液体二酸化炭素を注入したとすると、注入部（例えば注入井）の周囲の広範囲に超臨界二酸化炭素の高濃度領域が形成されてしまい、微生物群の活性の低下や死滅等によって、微生物群が充分に機能しなくなると考えられる。したがって、ＣＣＳとＭ−ＥＯＲの組み合わせによる残留原油のメタンガスへの変換・回収技術においては、油層内への二酸化炭素の注入方法を十分に考慮して、充分なメタンガス生産効率を確保することが重要であるものと考えられる。
【００１５】
そこで、本発明は、ＣＣＳとＭ−ＥＯＲの組み合わせによる残留原油のメタンガスへの変換・回収技術において、充分なメタンガス生産効率を確保することを可能とする方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
かかる課題を解決するため、本発明の残留原油回収方法は、油ガス田の油層の孔隙に残留する残留原油を回収する方法であって、油層への注入液として二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを生成する注入液生成工程と、注入液を油層に注入して孔隙に浸透させる注入液注入工程と、孔隙に棲息する微生物群により注入液中の二酸化炭素と残留原油とを原料として産生されるメタンガスを回収するメタンガス回収工程とを含むようにしている。
【００１７】
このように、油層の孔隙に二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを注入液として浸透させることで、注入部（例えば注入井）の周囲に超臨界二酸化炭素の高濃度領域を形成することなく、メタンガス生成源としての二酸化炭素を微生物群に適した濃度で接触させることができる。したがって、微生物群の活性の低下や死滅等を抑制して、充分なメタンガス生産効率が確保される。
【００１８】
尚、本発明における「孔隙に棲息する微生物群」とは、油層の孔隙に元々棲息している微生物群は勿論のこと、油層の孔隙に添加して人工的に棲息させた微生物群も含むものである。ここで、油層の孔隙に添加して人工的に棲息させる場合には、注入液生成工程において、微生物群を水に添加することが好ましい。この場合には、注入液注入工程において注入液を油層の孔隙に浸透させる過程で、油層の孔隙に人工的に微生物群を棲息させることができる。より具体的には、注入液生成工程において、原油成分分解水素生成菌及び水素資化性メタン生成菌のいずれか一方または双方を前記水に添加することで、これらの微生物を油層の孔隙に人工的に棲息させることができる。
【００１９】
ここで、本発明の残留原油回収方法においては、注入液注入工程において孔隙から押し出された残留原油及び／又は残留天然ガスを回収する孔隙残留物回収工程をさらに含むことが好ましい。この場合、油層の孔隙への注入液の浸透に伴って孔隙から押し出される残留原油及び／又は残留天然ガスをも回収して、油層内からのエネルギー資源回収率をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の残留原油回収方法によれば、ＣＣＳとＭ−ＥＯＲの組み合わせによる残留原油のメタンガスへの変換・回収技術において、注入部（例えば注入井）の周囲に超臨界二酸化炭素の高濃度領域を形成することなく、メタンガス生成源としての二酸化炭素を微生物群に適した濃度で接触させることができる。しかも、油層への注入液として二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを用いることによって、１００％またはそれに近い液体二酸化炭素を油層内に注入する場合に比較して、微生物群が活動可能な水領域を拡大して、微生物群の活動領域を拡大することができる。したがって、充分なメタンガス生産効率を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の残留原油回収方法の工程概略図である。
【図２】陸域の油ガス田において本発明を適用した場合と従来法を適用した場合とを比較した概念図である。
【図３】海域の油ガス田において本発明を適用した場合と従来法を適用した場合とを比較した概念図である。
【図４】海域の油ガス田において本発明を適用した場合の注入井と生産井の配置を示す概略図である。
【図５】注入井の上端部分の概略構造を示す図である。
【図６】注入井の下端部分の概略構造を示す図である。
【図７】エマルジョンを製造する装置の一例を示す断面図（Ａ−Ａ断面）である。
【図８】エマルジョンを製造する装置の一例を示す断面図（Ｂ−Ｂ断面）である。
【図９】エマルジョンを製造する装置の一例を示す平面図（Ｃ−Ｃ平面）である。
【図１０】エマルジョンを製造する装置の一例を示す平面図（Ｄ−Ｄ平面）である。
【図１１】エマルジョンを製造するの装置の他の例を示す断面図（Ａ−Ａ断面）である。
【図１２】エマルジョンを製造する装置の他の例を示す断面図（Ｂ−Ｂ断面）である。
【図１３】エマルジョンを製造する装置の他の例を示す平面図（Ｃ−Ｃ平面）である。
【図１４】エマルジョンを製造する装置の他の例を示す平面図（Ｄ−Ｄ平面）である。
【図１５】海底下堆積物層での細菌の活動による二酸化炭素からのメタン生成の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
本発明の残留原油回収方法は、油ガス田の油層の孔隙に残留する残留原油を回収する方法である。より詳細には、二酸化炭素を油層に注入して隔離しつつ、この二酸化炭素と残留原油とを原料としてメタンガスを産生する微生物群を利用することで、二酸化炭素と残留原油とをメタンガスに変換してエネルギー資源として回収するものである。
【００２４】
本発明の残留原油回収方法の工程概略図を図１に示す。本発明の残留原油回収方法は、油層への注入液として二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを生成する注入液生成工程（Ｓ１）と、注入液を油層に注入して孔隙に浸透させる注入液注入工程（Ｓ２）と、孔隙に棲息する微生物群により注入液中の二酸化炭素と残留原油とを原料として産生されるメタンガスを回収するメタンガス回収工程（Ｓ４）とを含むようにしている。そして、注入液注入工程において孔隙から押し出された残留原油及び／又は残留天然ガスを回収する孔隙残留物回収工程をさらに含む場合には、注入液注入工程（Ｓ２）とメタンガス回収工程（Ｓ４）の間に実施される（Ｓ３）。
【００２５】
本発明の残留原油回収方法では、油層への注入液として二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを用いることによって、従来のように１００％に近い濃度の液体二酸化炭素を油層への注入液として用いた場合と比較して、微生物群によるメタンガス生産効率を大幅に向上させることができる。図２（陸域の油ガス田）及び図３（海域の油ガス田）にそのメカニズムを説明する。
【００２６】
図２及び図３において、左側の注入井５１が本発明（液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを注入）の実施形態を示し、右側の注入井５２が従来法（液体二酸化炭素のみを注入）の実施形態を示している。また、図中、符号５０は油層であり、符号５１ａは水（さらには微生物）の注入井であり、符号５１ｂは液体二酸化炭素の注入井であり、符号１００は注入井５１ａから注入された水と注入井５１ｂから注入された液体二酸化炭素を混合してエマルジョンを生成し、油層２に注入するためのエマルジョン注入・生成装置５５である。また、符号Ａは微生物の活性領域であり、符号Ｐは液体を油層２に注入（圧入）するためのポンプである。
【００２７】
ここで、陸域及び海域共に、油ガス田の油層は、圧力７．３８ＭＰａ以上で且つ温度３１℃以上の条件下にあり、油層２に注入された液体二酸化炭素は、超臨界流体として存在することになる。したがって、図２及び図３の右側（注入井５２）に示すように、液体二酸化炭素のみを油層２に注入すると、注入井５２の周囲の広範囲に超臨界二酸化炭素の高濃度領域が形成されてしまい、注入井５２からある程度離れて二酸化炭素が油層の孔隙水等により希釈されて薄められた領域においてのみ微生物群が活性化してメタンガスの産生が起こる（符号Ａ）。これに対し、本発明のように液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを油層２に注入した場合には、注入井５１（エマルジョン注入・生成装置５５）の周囲に超臨界二酸化炭素の高濃度領域を形成することなく、注入井５１（エマルジョン注入・生成装置５５）の周囲全体を微生物群に適した二酸化炭素濃度として、微生物群を活性化させることができる（符号Ａ）。このように、本発明では、注入井５１（エマルジョン注入・生成装置５５）の周囲に超臨界二酸化炭素の高濃度領域を形成することなく、注入井５１（エマルジョン注入・生成装置５５）の周囲全体において、微生物群が活性化してメタンガスの産生が起こるので、注入井５１（エマルジョン注入・生成装置５５）の周囲全体を利用して微生物群によるメタンガスの産生を起こさせて、メタンガスを効率よく生産することができる。このことは、油層２への注入液として二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水を用いた場合にも同様に成立する。
【００２８】
本発明の残留原油回収方法の適用対象となる油ガス田は、一般的に枯渇油ガス田と呼ばれる油ガス田、具体的には二次回収を終えた油ガス田であるが、少なくとも一次回収を終えた油ガス田であれば、適用対象とすることができる。例えば、一次回収を終えた後に二次回収法として実施される水攻法に利用する水に代えて、二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを油層に注入することで、即ち、一次回収を終えた油ガス田に対して、上記注入液生成工程（Ｓ１）及び上記注入液注入工程（Ｓ２）を実施することによって、孔隙残留物回収工程（Ｓ３）において油層の孔隙に残留する残留原油や残留天然ガスを水攻法と同様に回収しながらも、メタンガス回収工程（Ｓ４）によりＭ−ＥＯＲの効果も併せて生じさせることができる。したがって、水攻法のような二次回収法と比較して、油層への注入にかかる投入エネルギーに対して、より多くの産出エネルギーを回収することができる。
【００２９】
また、本発明の残留原油回収方法は、陸域及び海域の油ガス田のいずれにも適用することができる。
【００３０】
ここで、陸域の油ガス田において本発明を適用する場合、二酸化炭素と水の混合（即ち、二酸化炭素溶解水の生成、エマルジョンの生成）は、図２に示すように油層２内にて実施してもよいし、地上にて二酸化炭素と水の混合を行った後に注入しても構わない。
【００３１】
海域の油ガス田において本発明を適用する場合には、図３に示すように油層２内にて二酸化炭素と水の混合を行うことが好ましい。海底付近の海洋堆積層は、ＣＯ２ハイドレートが生成する温度・圧力条件となることから、地上にて二酸化炭素と水の混合を行った後に注入を行うと、海底付近の海洋堆積層の注入井内にてＣＯ２ハイドレートの生成が起こり、注入井の閉塞が生じる恐れがあるからである。但し、海底付近の海洋堆積層の注入井内の温度・圧力条件をコントロールして、ＣＯ２ハイドレートが生成しない条件とした場合には、地上にて二酸化炭素と水の混合を行った後に注入しても構わない。
【００３２】
以下、本発明の残留原油回収方法の実施形態の一例として、海域の油ガス田において、油層への注入液として液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを用いた場合について説明する。
【００３３】
水と液体二酸化炭素の油層への供給形態を図４〜図６に示す。図４に示すように、注入井７及び生産井８の下端は油層２まで達している。海上にはプラットホーム９が設けられており、当該プラットホーム９から注入井７及び生産井８が海底に降ろされている。油層２にて微生物群により産生されるガスは、生産井８から回収され、例えば火力発電所２６で発電に使用される。
【００３４】
注入井７は、例えば図５に示すように、外管１０内に内管１１を配置した二重管構造を成している。内管１１の上端は液体二酸化炭素タンク１２に接続されており、内管１１内は液体二酸化炭素４が流れる通路になっている。液体二酸化炭素タンク１２に貯蔵されている液体二酸化炭素４は、例えば火力発電所２６、製鉄所、セメント工場等から排出された二酸化炭素を回収して液化したものである。
【００３５】
内管１１の先端には、図６に示すように、液体二酸化炭素４を微粒子２３として外管１０で囲われた流路内に噴射するスプレーノズル１３が設けられている。当該スプレーノズル１３内で液体二酸化炭素４の高速流を作り、剪断力や衝突の効果で液体二酸化炭素４を微粒化する。ノズルによって液体を微粒化する方法は霧吹きでも使用されている一般的な方法が適用可能であり、具体的には例えばスプレーノズル１３の前後の液体二酸化炭素４の圧力差を１ＭＰａ〜数１０ＭＰａにすることでスプレーノズル１３内の液体二酸化炭素４の流速を音速程度にし、これによってスプレーノズル１３から噴射させる液体二酸化炭素４の微粒子２３の粒径をμｍオーダー以下にすることが可能である。
【００３６】
ここで、噴霧時の液体二酸化炭素の微粒子２３の平均粒径を油層２の孔隙（例えば油層２の貯留岩の孔隙）よりも小さくすることで、エマルジョン５を油層２の孔隙に十分に浸透・拡散させることができる。具体的には、液体二酸化炭素の微粒子２３の粒径は、油層２の孔隙よりも小さなものとすればよく、０．１μｍ〜１０μｍ程度とすることが特に好ましい。
【００３７】
外管１０の上端は海洋３１から海水２４を汲み上げて吐出させるポンプ１４の吐出口に接続されており、外管１０と内管１１との間は海水２４が流れる通路になっている。外管１０と内管１１との間の海水２４の流れの中にノズル１３から液体二酸化炭素４の微粒子２３を噴射することで、液体二酸化炭素４を油層２の孔隙よりも小さな微粒子２３として海水２４に分散させたエマルション５を油層２に噴射する直前に作り出すことができる。海洋３１からの海水２４の汲み上げは、吸い上げ管１４ａの長さを調整することで、海底までの任意の深さから行われる。なお、外管１０は例えばドリルロッドであり、内管１１のスプレーノズル１３が装備されている先端よりも先において、生成されたエマルション５を油層２内に均等に噴出するための噴出口１０ａを周面に多数有している。
【００３８】
これによって、エマルション５の水／ＣＯ２の質量比は、油層２に注入する前に、注入井７内で、調整することができる。ここで、油層２内における一般的な温度・圧力条件（４０〜８０℃、１０〜３０ＭＰａ）においては、水への二酸化炭素の溶解度は、１．３〜７．２ｍｏｌ／ｋｇである。エマルジョン５を構成する水には、エマルジョン５を構成する液体二酸化炭素が溶解して常に飽和濃度の二酸化炭素が溶け込んだ状態となるので、油層２内において、エマルジョン５を構成する水の二酸化炭素濃度は、１．３〜７．２ｍｏｌ／ｋｇとなっている。また、油層２内は、二酸化炭素が超臨界流体となる温度・圧力条件であることから、エマルジョン５を構成する液体二酸化炭素の微粒子は超臨界状態にあることとなる。一般に、高濃度の超臨界二酸化炭素中では、微生物の活性の低下や死滅が起こり得る。したがって、油層２の孔隙に棲息する微生物群は、エマルジョン５を構成する水において活動し、二酸化炭素と残留原油から効率よくメタンガスが産生される。
【００３９】
したがって、エマルジョン５を構成する二酸化炭素の比率を大きくすれば、エマルジョン５を構成する水の二酸化炭素濃度を飽和濃度付近に維持できる期間が長期化できる。一方で、この場合にはエマルジョン５を構成する水の総容積が小さくなるので、微生物群の活動領域が小さくなる。逆に、エマルジョン５を構成する二酸化炭素の比率を小さくすれば、エマルジョン５を構成する水の二酸化炭素濃度を飽和濃度付近に維持できる期間が短くなる反面、エマルジョン５を構成する水の総容積が大きくなるので、微生物群の活動領域を大きくできる。したがって、エマルション５の水／ＣＯ２の質量比は、エマルジョン５を構成する水の二酸化炭素濃度を飽和濃度付近に維持することが要求される期間と、微生物群の活動領域を確保することとを鑑みて適宜設定される。
【００４０】
以上が、注入液生成工程（Ｓ１）の詳細である。
【００４１】
次に、注入液注入工程（Ｓ２）について説明する。一次回収後の油層２内の圧力はほぼ静水圧である。したがって、海水２４を注入するポンプの流量を適切に制御することで、油層２の孔隙へのエマルジョン５の十分な浸透・拡散が起こる。尚、油ガス田のなかには、水攻法を行うための注入井が既に設置されている場合もある。ここで、水とＣＯ２／水エマルジョンとでは、水の方が粘性が高い。したがって、水が注入できる油層であれば、ＣＯ２／水エマルジョンを同じ注入井を利用して容易に注入することができる。したがって、水攻法が既に行われた油ガス田、または水攻法を行う予定のある油ガス田において、水を注入する注入井を利用することで、容易に本発明を実施することができ、好適である。
【００４２】
油層２の孔隙にエマルジョン５が浸透・拡散した段階で、エマルジョン５の注入を停止する。エマルジョン５の注入を停止するタイミングとしては、例えば生産井８からエマルジョン５が汲み上げられ始める時期等とすればよいが、このタイミングは特に限定されるものではない。尚、油層２の孔隙にエマルジョン５を浸透・拡散させる際に、油層２の孔隙に残留している残留原油や残留天然ガスが押し出されて生産井８から回収される（孔隙残留物回収工程（Ｓ３））。このような残留原油や残留天然ガスをも回収することによって、油ガス田に埋蔵されている資源を無駄なく回収することができる。
【００４３】
油層２の孔隙に棲息する微生物群にエマルジョン５から二酸化炭素が供給されると、孔隙に残留している残留原油と、供給された二酸化炭素とを原料として、メタンガスを産生し始める。つまり、孔隙に付着していて回収し難い残留原油を空気より軽いメタンガスに変換して、地上に上昇させて回収することができる（メタンガス回収工程（Ｓ４））。
【００４４】
ここで、油ガス田の油層２においては、原油の他にも天然ガスが埋蔵されていたことからすれば、メタンガスを産生することのできる条件はある程度整っていると言える。例えば、非特許文献１（Jornal of the Japan Petroleum Institute, 52, (6), 297-306(2009)）においては、八橋油田から採取した油層水から水素生成菌(Clostridiaceae str.PB, Thermacetogenium sp.の近縁種)とメタン生成菌(Methanocalculs Halotolerans)が検出され、この油層水と採取した原油に二酸化炭素を供給して、５０℃で培養を行った結果、メタンガスの生産が見られることが確認されている。したがって、油ガス田においては、残留原油と二酸化炭素を原料としてメタンガスを産生する微生物群が棲息しており、本発明によりエマルジョン５を油層２に注入することで、油層２の孔隙に棲息する微生物群が機能して、メタンガスの産生が始まるものと考えられる。
【００４５】
ここで、油層２内には、メタンガスを産生させるための微生物群を添加してもよい。例えば、原油成分分解水素生成菌、水素と二酸化炭素を原料としてメタンガスを産生するメタン生成菌の一方あるいは双方を添加してもよい。油層２内への微生物の添加方法としては、注入液生成工程Ｓ１において、水に微生物を添加しておくことが好ましい。この場合、注入液注入工程Ｓ２において注入液を注入することで、油層２の孔隙の広い範囲にエマルジョン５と共に微生物を棲息させることができる。
【００４６】
原油成分分解水素生成菌としては、上記のClostridiaceae str.PBの他、原油成分を分解して水素を生成することのできるClostridium属の微生物等を適宜用いることができる。
【００４７】
メタン生成菌としては、上記のMethanocalculs Halotoleransの他、水素資化性メタン生成古細菌であるMethanobacterium spp.に属する一部近縁種(Moser et al. 2005. Appl. Environ. Microbiol. 71, 8773-8783）、Methanoculleus submarinus(Mikucki et al. 2003. Appl. Environ. Microbiol. 69, 3311-3316.)等を適宜用いることができる。尚、Methanoculleus submarinusは、海底下２５０ｍの堆積物より単離され、１０〜５０℃(至適温度４３℃)の温度範囲で増殖が可能である。増殖可能な圧力範囲については、水深９５０ｍに相当する深さの堆積物から単離されていることから５０ＭＰａ程度までの耐圧性を備えているものと考えられる。
【００４８】
また、補助的な意味で、原油成分分解水素生成菌、メタン生成菌以外の微生物を添加してもよい。例えば、深地下環境において支配的に存在するとされている硫酸還元菌（例えば、Desulfotomaculum spp.に属する一部近縁種(Moser et al. 2005. Appl. Environ. Microbiol. 71, 8773-8783）が水素発生に、さらに好圧性従属栄養細菌（Shewanella profunda）や耐圧性乳酸発酵細菌（Mariniactibacillus piezotolerans）などの近縁種が硫酸還元菌の基質や水素の供給に寄与する。尚、南海トラフや日本海の海底堆積物からは硫酸還元菌であるDesulfovibrio profundus(Bale et al. 1997. Int. J. Syst. Bacteriol. 47, 515-521.)、メタン生成菌であるMethanoculleus submarinus(Mikucki et al. 2003. Appl. Environ. Microbiol. 69, 3311-3316.)、好圧性従属栄養細菌Shewanella profunda(Toffin et al. 2004. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 54, 1943-1949.)、耐圧性乳酸発酵細菌Mariniactibacillus piezotolerans(Toffin et al. 2005. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 55, 345-351.)などが単離されている。したがって、海底堆積物中では、これらの微生物による海底堆積物中の有機物の分解、及びそれに伴う硫酸還元とメタンガス生成とが行われているものと推定される。硫酸還元菌（Desulfovibrio profundus）は、海底堆積物より単離され、０．１〜４０ＭＰａ(至適圧力１０〜１５ＭＰａ）の圧力下、１５〜６５℃(至適温度２５℃付近)の温度範囲で増殖が可能である。乳酸及びピルビン酸を基質に硫酸還元を行い酢酸及び水素を発生させる。
【００４９】
したがって、上記の硫酸還元菌、好圧性従属栄養細菌、耐圧性乳酸発酵細菌等をさらに油層内に添加することによって、残留原油と二酸化炭素、さらには油層内の別の残留物等からメタンガスを産生するための好適な一連の反応経路（例えば図１５に示すような海底下堆積物層での細菌の活動による二酸化炭素からのメタン生成の流れ）が形成される場合がある。また、メタン生成細菌を含む古細菌（アーキア）類を添加して有機物等の基質からメタンガスを生成する連鎖関係を形成するようにしてもよい。
【００５０】
また、微生物以外にも、メタンガスの産生を促進するための微生物群への栄養源や基質などを油層２内に添加してもよい。または、微生物を油層２に添加することなく、栄養源や基質のみを油層２に添加するようにしてもよい。
【００５１】
ここで、地上にて行われているメタン発酵は、有機性廃棄物（バイオマス）を送り込むことで、メタン発酵の活性を継続させている。そこで、このような有機性廃棄物、例えば、し尿、生ゴミ、食品残渣、動物の糞尿、汚泥などの有機物（高ＢＯＤ）を含む廃棄物や廃水を油層２内に投入して、メタンガスの産生を促進させることができる場合もある。
【００５２】
尚、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００５３】
例えば、エマルジョンを生成する際に、例えば図７〜図１０に示す装置を使用しても良い。
【００５４】
この装置１０１は、密閉構造の容器１０２を油層２の孔隙よりも小さな微細孔を有する多孔質体１０３ａを少なくとも一部に含む部材１０３によって区画して水供給領域１０２ａとエマルジョン排出領域１０２ｃと水供給領域１０２ａ及びエマルジョン排出領域１０２ｃに挟まれた液体二酸化炭素供給領域１０２ｂを形成し、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂには第一の供給部１０５を備え、水供給領域１０２ａには第二の供給部１０６を備え、エマルジョン排出領域１０２ｃには排出部１０７を備え、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂには、水供給領域１０２ａからエマルジョン排出領域１０２ｃに向けて水を流通する流通路１０４が１または２以上設けられ、多孔質体１０３ａは流通路１０４の少なくとも一部に備えられ、第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると共に第二の供給部１０６から水供給領域１０２ａに水を供給し続けることにより、液体二酸化炭素を多孔質体１０３ａを介して流通路１０４を流れる水に圧入して微粒化して分散させ、流通路１０４からエマルジョン排出領域１０２ｃに向けてエマルジョンが供給され、排出部１０７からエマルジョンを排出して油層２の孔隙に注入するものとしている。尚、符号１１０はパッカー用の水圧管である。
【００５５】
本実施形態において、密閉構造の容器１０２は円柱形状としてその上部にスリットを設けて排出部１０７とし、容器１０２の上面から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに向けて供給管を差し込んで第一の供給部１０５とし、容器１０２の上面から水供給領域に向けて供給管を差し込んで第二の供給部１０６としている。第一の供給部１０５の供給管の液体二酸化炭素供給領域１０２ｂ内にはスリットが設けられて、このスリットから液体二酸化炭素供給領域１０２ｂへ液体二酸化炭素を供給するようにしている。但し、排出部１０７はスリットではなく、網状としても良いし、複数の排出管をエマルジョン排出領域１０２ｃから容器１０２の外側に向けて配置するようにしてもよい。また、第一の供給部１０５の供給管の液体二酸化炭素供給領域１０２ｂ内についても、スリットではなく、網状としてもよいし、単純にスリットや網を設けることなく供給管の下端から液体二酸化炭素を供給するようにしてもよい。尚、容器１０２の形状についても円柱形状には限定されず、例えば四角柱等の多角柱状としてもよい。また、容器１０２の材質は例えばステンレス鋼とすればよいが、これに限定されるものではない。
【００５６】
また、本実施形態では、第一の供給部１０５の供給管と第二の供給部１０６の供給管の双方とも、容器１０２の下面を貫通しているが、これは本発明の装置を縦に複数並べて抗井内に配置することを想定したものであり、縦に複数並べたときの最下段の装置については、第一の供給部１０５の供給管と第二の供給部１０６の供給管の双方とも、容器１０２の下面を貫通させずに、容器１０２の下面で閉じておき、各装置内での水と液体二酸化炭素の十分な供給を確保する必要がある。したがって、例えば抗井内で本発明の装置を１つしか用いない場合には、容器１０２の下面は閉じておく必要がある。
【００５７】
また、本実施形態において、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂには、水供給領域１０２ａからエマルジョン排出領域１０２ｃに向けて水を流通する流通路１０４が１または２以上設けられ、多孔質体１０３ａは流通路１０４の全面に設けられている。具体的には、多孔質体１０３ａからなる複数の管をそれぞれ接触しないように平行に並べて流通路１０４が形成されている。部材１０３は例えば容器１０２と同じステンレス鋼であり、Ｏリング１１１によって液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの気密性が確保されている。
【００５８】
ここで、流通路１０４は少なくとも１つあれば、エマルジョンの製造は可能であるが、水に分散する液体二酸化炭素微粒子の量は少なくなる。逆に流通路１０４の数を多くすればするほど、水に分散する液体二酸化炭素微粒子の量を多くすることができる。つまり、流通路１０４の数によって、エマルジョンを構成する水と液体二酸化炭素微粒子の比を制御することができる。また、本実施形態では、流通路１０４の全面に多孔質体１０３ａを備えるようにしているが、少なくとも一部に多孔質体１０３ａが備えられていれば、エマルジョンの製造は可能である。但し、流通路１０４に備えられている多孔質体１０３ａの面積が小さくなればなるほど、水に分散する液体二酸化炭素微粒子の量は少なくなる。つまり、流通路４に備えられている多孔質体１０３ａの面積によって、エマルジョンを構成する水と液体二酸化炭素微粒子の比を制御することもできる。
【００５９】
尚、本実施形態のように、管状の流通路１０４をそれぞれ接触させることなく平行に複数並べて配置するようにすることで、容器１０２の容積に対して液体二酸化炭素が水に圧入される領域を最大限に増やすことができる。つまり、このように構成することで、装置をコンパクトなものとしながらもその機能を最大限に発揮させることができる。したがって、抗井内で用いられる装置のように、限られた容積内で用いられる装置として極めて好適なものとなる。
【００６０】
ここで、多孔質体１０３ａとしては、油層２の孔隙よりも小さな微細孔を有するものであれば特に限定されるものではないが、シラス多孔質ガラスを用いることが好適である。シラス多孔質ガラスは、０．０５〜２５０μｍの微細孔を有するものが入手可能であり、油層２の孔隙の大きさに適した微細孔を有するものを選択しやすいという利点がある。但し、材質はシラス多孔質ガラスに限定されるものではなく、アルミナ等の無機材料や高分子材料といった新規または既知の材質の多孔質体を適宜用いることができる。尚、シラス多孔質ガラスのようなガラス素材は、引っ張り応力よりも圧縮応力に対して強いことから、本実施形態のように液体二酸化炭素を管の外側から圧入して圧縮応力がかかる場合には、管の強度面においても有利なものとなる。但し、仮に管の内側から液体二酸化炭素を圧入して引っ張り応力がかかったとしても、本発明における管としての使用には十分耐えうる。
【００６１】
本実施形態において、エマルジョンの製造は以下のようにして行われる。第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂが液体二酸化炭素で満たされ、さらに供給を続けることで、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの液体二酸化炭素が加圧される。一方、第二の供給部１０６から水供給領域１０２ａに水を供給し続けると、水供給領域１０２ａが水で満たされ、さらに供給を続けることで、水が流通路１０４を通過してエマルジョン排出領域１０２ｃに移動する。そして、エマルジョン排出領域１０２ｃが水で満たされると排出部１０７から水が排出される。したがって、第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると共に第二の供給部１０６から水供給領域１０２ａに水を供給し続けることにより、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの圧力が流通路４内の圧力よりも高くなる。その結果、液体二酸化炭素が多孔質体１０３ａを介して流通路４内を流れる水に圧入される。これにより、液体二酸化炭素は油層２の孔隙よりも小さな微粒子となって水に分散し、エマルジョンが製造される。液体二酸化炭素の微粒子は、水が水供給領域１０２ａからエマルジョン排出領域１０２ｃに向けて流通路１０４内を流通する間に徐々に分散されて、流通路１０４の出口で最も液体二酸化炭素微粒子の分散量が高まり、エマルジョン排出領域１０２ｃに排出される。そして、エマルジョン排出領域１０２ｃに排出されたエマルジョンは、排出部１０７から排出されて油層２の孔隙に注入される。
【００６２】
このように、本実施形態においては、液体二酸化炭素と水を流通させるだけで、エマルジョンを製造し、油層２の孔隙に注入することができる。したがって、装置の構成を極めて単純なものとできるので、故障等の発生率を低下させることができ、高い信頼性をもって長期間安定にエマルジョンを製造し、油層２の孔隙に注入することができる。
【００６３】
ここで、油層２の圧力が抗井の圧力よりも高いと、エマルジョンの油層２の孔隙への注入ができない場合がある。このような場合には、液体二酸化炭素と水の流量を高めたり、供給圧力を高めることによって、エマルジョンの圧力を地層の圧力よりも高めることで、油層２の孔隙へのエマルジョンの注入が可能となる。
【００６４】
次に、本発明のエマルジョンの製造・注入装置の実施形態の他の例を図１１〜図１４に示す。この装置１０１は、密閉構造の容器１０２を油層２の孔隙よりも小さな微細孔を有する多孔質体１０３ａを少なくとも一部に含む部材１０３によって区画して液体二酸化炭素供給領域１０２ｂと水供給領域１０２ａとを形成し、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂには第一の供給部１０５を備え、水供給領域１０２ａには第二の供給部１０６と排出部１０７とを備え、第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると共に第二の供給部１０５から水供給領域１０２ａに水を供給し続けることにより、液体二酸化炭素を多孔質体１０３ａを介して水に圧入し微粒化して分散させ、排出部１０７からエマルジョンを排出して油層２の孔隙に注入するものとしている。
【００６５】
本実施形態において、密閉構造の容器１０２は円柱形状としてその上部にスリットを設けて排出部１０７とし、容器１０２の上面から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに向けて供給管を差し込んで第一の供給部１０５とし、容器１０２の上面から水供給領域に向けて供給管を差し込んで第二の供給部１０６としている。第二の供給部１０６の供給管の下方にはスリットが設けられて、このスリットから水供給領域１０２ａへ水を供給するようにしている。但し、排出部１０７はスリットではなく、網状としても良いし、複数の排出管を容器２の外側に向けて配置するようにしてもよい。また、第二の供給部１０６についても、スリットではなく、網状としてもよいし、単純にスリットや網を設けることなく供給管の下端から水を供給するようにしてもよい。尚、容器１０２の形状についても、円柱形状には限定されず、例えば四角柱等の多角柱状としてもよい。また、容器１０２の材質は例えばステンレス鋼とすればよいが、これに限定されるものではない。
【００６６】
また、本実施形態においても、第一の供給部１０５の供給管と第二の供給部１０６の供給管の双方とも、容器１０２の下面を貫通しているが、これはこの装置を縦に複数並べて抗井内に配置することを想定したものであり、縦に複数並べたときの最下段の装置については、第一の供給部１０５の供給管と第二の供給部１０６の供給管の双方とも、容器１０２の下面を貫通させずに、容器１０２の下面で閉じておき、各装置内での水と液体二酸化炭素の十分な供給を確保する必要がある。したがって、例えば抗井内で本発明の装置を１つしか用いない場合には、容器１０２の下面は閉じておく必要がある。
【００６７】
また、本実施形態において、部材１０３には、水供給領域１０２ａ側に突出させた液体二酸化炭素を流通可能な中空の突起部１１２が１または２以上設けられ、多孔質体１０３ａは突起部１１２の少なくとも一部に備えられるものとしている。図１１〜図１４では、複数の突起部１１２を備え、突起部１１２が多孔質体１０３ａからなる管と、管の頂部を閉塞する部材１０３とで構成されている。部材１０３は例えば容器１０２と同じステンレス鋼であり、Ｏリング１１１によって液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの気密性が確保されている。
【００６８】
尚、本実施形態のように、突起部１１２をそれぞれ接触させることなく平行に複数並べて配置するようにすることで、容器１０２の容積に対して液体二酸化炭素が水に圧入される領域を最大限に増やすことができる。つまり、このように構成することで、装置をコンパクトなものとしながらもその機能を最大限に発揮させることができる。したがって、抗井内で用いられる装置のように、限られた容積内で用いられる装置として極めて好適なものとなる。但し、突起部１１２を備える形態に限定されるものではない。例えば、突起部１１２を設けずに部材１０３を平坦なものとしてその一部あるいは全面を多孔質体１０３ａとして液体二酸化炭素を圧入するようにしても、水に対する液体二酸化炭素微粒子の量は減少するものの、エマルジョンは製造は可能である。つまり、部材１０３の形状を加工して水と多孔質体１０３の接触面積（液体二酸化炭素と多孔質体１０３との接触面積）を増減させることによって、水に対する液体二酸化炭素微粒子の量を制御することができる。
【００６９】
ここで、多孔質体１０３ａとしては、二酸化炭素をハイドレート化して固定化する対象の油層２の孔隙よりも小さな微細孔を有するものであれば特に限定されるものではないが、シラス多孔質ガラスを用いることが好適である。シラス多孔質ガラスは、０．０５〜２５０μｍの微細孔を有するものが入手可能であり、油層２の孔隙の大きさに適した微細孔を有するものを選択しやすいという利点がある。但し、材質はシラス多孔質ガラスに限定されるものではなく、アルミナ等の無機材料や高分子材料といった新規または既知の材質の多孔質体を適宜用いることができる。
【００７０】
本実施形態において、エマルジョンの製造は以下のようにして行われる。第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂが液体二酸化炭素で満たされ、さらに供給を続けることで、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの液体二酸化炭素が加圧される。一方、第二の供給部１０６から水供給領域１０２ａに水を供給し続けると、水供給領域１０２ａに水が徐々に溜まって最終的には水で満たされ、排出部１０７から水が排出される。したがって、第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると共に第二の供給部６から水供給領域１０２ａに水を供給し続けることにより、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの圧力が水供給領域１０２ａの圧力よりも高くなる。その結果、液体二酸化炭素が多孔質体１０３ａを介して水供給領域１０２ａ内の水（突起部１１２と突起部１１２の間に存在する水）に圧入される。これにより、液体二酸化炭素は油層２の孔隙よりも小さな微粒子となって水に分散し、エマルジョンが製造される。液体二酸化炭素の微粒子は、水が突起部１１２と突起部１１２の間の下端から上端を流通する間に徐々に分散されて、容器１０２の上方に排出される。そして、このエマルジョンが排出部１０７から排出されて油層２の孔隙に注入される。
【００７１】
このように、本実施形態においても、液体二酸化炭素と水を流通させるだけで、エマルジョンを製造し、油層２の孔隙に注入することができる。したがって、装置の構成を極めて単純なものとできるので、故障等の発生率を低下させることができ、高い信頼性をもって長期間安定にエマルジョンを製造し、油層２の孔隙に注入することができる。
【００７２】
ここで、二酸化炭素ハイドレートを生成する対象となる油層２の圧力が抗井の圧力よりも高いと、エマルジョンの地層の間隙への注入ができない場合がある。このような場合には、液体二酸化炭素と水の流量を高めたり、供給圧力を高めることによって、エマルジョンの圧力を油層２の圧力よりも高めることで、油層２の孔隙へのエマルジョンの注入が可能となる。
【符号の説明】
【００７３】
２ 油層
５ エマルジョン
２３ 液体二酸化炭素の微粒子
２４ 水（海水）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油ガス田の油層の孔隙に残留する残留原油を回収する方法であって、
前記油層への注入液として二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを生成する注入液生成工程と、
前記注入液を前記油層に注入して前記孔隙に浸透させる注入液注入工程と、
前記孔隙に棲息する微生物群により前記注入液中の二酸化炭素と前記残留原油とを原料として産生されるメタンガスを回収するメタンガス回収工程とを含むことを特徴とする残留原油回収方法。
【請求項２】
前記注入液生成工程において、
原油成分分解水素生成菌及び水素資化性メタン生成菌のいずれか一方または双方を前記水に添加する請求項１に記載の残留原油回収方法。
【請求項３】
前記注入液注入工程において前記孔隙から押し出された残留原油及び／又は残留天然ガスを回収する孔隙残留物回収工程をさらに含む請求項１又は２に記載の残留原油回収方法。
【請求項１】
油ガス田の油層の孔隙に残留する残留原油を回収する方法であって、
前記油層への注入液として二酸化炭素を水に溶解させた二酸化炭素溶解水または液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを生成する注入液生成工程と、
前記注入液を前記油層に注入して前記孔隙に浸透させる注入液注入工程と、
前記孔隙に棲息する微生物群により前記注入液中の二酸化炭素と前記残留原油とを原料として産生されるメタンガスを回収するメタンガス回収工程とを含むことを特徴とする残留原油回収方法。
【請求項２】
前記注入液生成工程において、
原油成分分解水素生成菌及び水素資化性メタン生成菌のいずれか一方または双方を前記水に添加する請求項１に記載の残留原油回収方法。
【請求項３】
前記注入液注入工程において前記孔隙から押し出された残留原油及び／又は残留天然ガスを回収する孔隙残留物回収工程をさらに含む請求項１又は２に記載の残留原油回収方法。
【図１】
【図５】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図５】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１７２４８８（Ｐ２０１２−１７２４８８Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３８４８６（Ｐ２０１１−３８４８６）
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（０００１７３８０９）一般財団法人電力中央研究所 (1,040)
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（０００１７３８０９）一般財団法人電力中央研究所 (1,040)
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