2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of digital oil for asphaltene aggregation
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17K06988
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| Research Institution | Fukada Geological Institute |
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Principal Investigator |
松岡 俊文 公益財団法人深田地質研究所, その他部局等, 主席研究員 (10303851)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 油層工学 / 油層シミュレーション / デジタルオイル / QMR法 / アスファルテン / 凝集メカニズム / ケロジェン / カオリナイト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
油層シミュレーションは油層工学おいて不可欠であり、常に新しい手法が提案されて来た。これらのシミュレーションを正しく実行するには、貯留層内の原油の性状に関する物理化学的な情報が必要であり、これは坑井から取得された原油試料を実験室で行う分析（PVT分析など）に依存して来た。この分析には長時間と、多くのノウハウが必要とされる作業であった。本研究では坑井で採取された原油に対して、まず最初に複数の化学分析を行い原油の分子レベルでの成分モデル（デジタルオイル）を構築する。次にこのデジタルオイルに対して分子シミュレーションを適用することで、原油が有している各種の物理化学的な性状を推定する技術開発とその高度化を行って来た。これら原油に対する多くの性状は、油層シミュレーションを実施する際に有効な情報となる。特に原油の分子モデルを用いて、地下貯留層の高温・高圧の環境下での原油のマクロな性状変化の推定と、得られた物理化学的性状を貯留層シミュレーションに利用出来る様にする事である。本年度はさらに研究を進め、重質油（カナダ国アルバータ州のオイルサンド）に対してデジタルオイルを構成し、この原油モデルが示す物理化学的な性状を検討した。これを進めるに当たっては今まで利用してきたQMR法（Quantitative Molecular Representation）を拡張し、飽和炭化水素と芳香族炭化水素に関しても充分正確なモデルが作れるように検討を進めてきた。さらに原油のマクロな挙動を見るために、石英表面における分子吸着や、石油貯留層内でのアスファルテンの凝集メカニズム、石英やケロジェン表面でのメタンガス分子の吸着と滑りの問題、また粘土鉱物であるカオリナイトに対する水と二酸化炭素分子の吸着現象などに関して検討を行ってきた。これらの成果に関しては学会での発表後、共同研究者と連名で一連の論文にまとめている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の中心的な課題であった分子モデルを作成するQMR法の改良に関しては、予想以上に進捗しており、本年度はこれらを用いてカナダ国アルバータ州のオイルサンドで取得された重質油を対象にしたデジタルオイルモデルを実現することが出来た。しかしながら、飽和炭化水素分と芳香族炭化水素分の分子群の分離を行う目的で考えた化学分析手法の改良に関しては、当初の予定通りには進捗していない。当初計画ではソフトレーザー脱離イオン化質量分析法(LDI-MS)およびフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴分析法(FT-ICR-MS)および模擬蒸留分析法の利用を検討すれば良いと考えていたが、研究協力者の都合により、この部分の検討があまり進んでいないのが実情である。しかしながら、今まで用いてきた蒸留分析法とNMR測定データを利用して、改良されたQRM法を用いることで、より精密な原油に対する分子モデルであるデジタルオイルを作ることが可能となった。本研究の主題であるマクロな油層シミュレータに対して鍵となる情報の提供は、充分期待出来るレベルに達したと考えている。特に分子シミュレーションにおいては、分子動力学のフリーソフトGROMACSを利用し、最新のWSを利用出来る環境も整備され、計算効率も上がり、多くの成果が提供されつつある。特に興味深い課題として、シェールガス開発においては、メタンガスがシェール層のケロジェン内のナノポアに吸着されることにより、炭化水素の相図が、大きく変化する可能性が指摘されてきたが、今回その再現の見通しがついた。これは解析方法とシミュレーション部分での大きな進捗と考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回の科研費研究においては、大きく2つの課題の解決のため研究を遂行してきた。一つは、オイルサンドなどの重質油では飽和炭化水素（別名アルカン）と芳香族炭化水素分の分離が難しいために、正確に個々のモデルを作成できなかった点である。もう一つは、デジタルオイルモデルの利用に関して、具体的な油層シミュレーションでの実用化である。これは実際の油田から採取された重質油を用いて、充分精度の高いデジタルモデルを作ることが出来るかという研究であった。現在までの進捗状況で述べたように、最初の課題に関しては、新しい化学分析手法の適用を試みる予定であったが、現状として遅れている。まずはこの点を充分に反省し、研究協力者との連絡をより密接にし、実験的アプローチの改善の可能性に関して、引き続き検討を進めるつもりである。また、この部分を補佐する目的でQRM法の改良を考え、計画していたが、これは手法で利用するモデル群を多くすることで、大きく改善された。そして作られたデジタルオイルに対して、実験値との整合性をより詳細に検討していく予定である。この評価において、充分実験値が再現できれば、高価な分析機を利用しなくても、精度の高いモデルを構築出来る可能性が出てくるため、この方向も次年度には力を入れて進めたい。次年度は科研研究の最終年度であり、今までの個々の研究結果の統合を推し進め、本課題で提案したデジタルオイルの実用化、すなわち貯留層シミュレーションで必須な各種原油流体に関する性状パラメータの提供が可能になるように研究を進めていきたい。
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| Causes of Carryover |
本年度は、科研費研究の2年目に当たり、来年度が最終年度である。今後の研究の推移方策の所でも記したように、来年度は今までの研究成果を纏めて、論文の作成、学会などでの発表を予定しており、未使用の助成金については、これら旅費の補填などの事項に当てる予定である。
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