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2014 Fiscal Year Annual Research Report

ナノジオサイエンスに立脚した原油増進回収技術の研究

Research Project

Project/Area Number 24246148
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

松岡 俊文  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10303851)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 辻 健  九州大学, 学内共同利用施設等, 准教授 (60455491)
LIANG Yunfeng  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70565522)
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2016-03-31
Keywords石油の増進回収技術 / ナノジオサイエンス / デジタルオイル / 3相界面現象 / 濡れ性 / 石油開発工学 / 分子動力学 / アスファルテン分子
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、石油の増進回収技術(EOR)にとって必須である貯留層内の微細な孔隙内での流体流動の理解と、貯留届内での原油―地層水―岩石鉱物表面でのナノスケールでの相互作用を明らかにすることである。これを達成するために、Spring-8を利用したX線反射率法およびCTR法の実験を進めてきた。さらにその成果の検討のため、分子動力学を用いた計算化学の手法を用いた検討を進め、シリカ表面の表面形状と濡れ性の関係に関する興味深い結果を得た。また国内油田に対するEORの適用を進めるためにDigital Oil概念を用い、昨年度に引き続き、国内油田で採取された原油試料に対して化学分析を進め、原油の炭化水素の分子構成をQMR(Quantitative Molecular Representation)法を用いて決定した。現在推定された炭化水素の分子構造に対して、アスファルテン分子の凝固エネルギーを計算している。また近年シェールオイルの開発が我が国においても進められているが、今までとは異なったガス貯留層の為に埋蔵量の推定が困難といわれている。このためシェール貯留層の微細な孔隙内のケロジェン分子に吸着しているメタンガスの量を、分子動力学を用いて推定し、孔隙内以外に存在するメタンガス量の推定手法を確立した。さらに浸透率の計算に必要となる、壁面上で滑りを伴うガスの流動に対して、格子ボルツマン法(Lattice Boltzmann Method)と分子動力学法とのシミュレーションを行い、理論解と良い整合が得られた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

平成26年度の研究の進捗は、大変順調に進んだ。特に原油に対する炭化水素分子構成モデルであるDigital Oilモデルの構成研究において、国内の原油試料を使って行えた点は大変意義深い。このモデルの重要性は、油・ガス田において生産が進むに従って、温度・圧力条件が変化することに応じて、原油の性状がどのように変化し、さらにアスファルテン分子が凝固して、生産活動に影響が出て来る条件が、予測出来るようになった。さらにこのデータをマクロなレザーバーシミュレーターの入力に使用する予定である。その結果と具体的な油田での生産活動の履歴を比較し、手法の検討を研究協力者である民間石油会社と進める予定である。
基礎研究としては、国内最大の放射光源であるSpring-8を利用し、鉱物表面における炭化水素と水の吸着構造に対して、繰り返し実験を行うことで鉱物表面での油分子の振る舞いに対する情報を得ることが出来た。これはEOR技術に不可避な鉱物表面での濡れ性の解明に向けた先端的かつ基礎的な研究であり、その成果が出つつあると考えている。
シュールオイル、シェールガスの貯留層では微細な孔隙内に存在するケロジェン分子にメタン分子が吸着する。これを正しく評価するために、3種類のケロジェン分子モデルを構築し、さらに分子動力学を用いて、ケロジェン分子に対するメタンの吸着量を評価した。この量を正しく評価することは、現在世界各地で探鉱が行われているシェールオイルの埋蔵量評価に大きく影響を及ぼす。これらの結果に関しては現在論文を準備中である。

Strategy for Future Research Activity

今後とも効果的な石油の増進回収技術(EOR)を開発するため、ナノスケールでの実験と第一原理計算(ab-initio)や分子動力学等の理論手法を駆使し、原油-水-岩石鉱物の3 相界面での物理化学現象の基礎的な理解を進める。これらの基礎原理の理解は、将来的には化学薬剤あるいはその混合物を油層に圧入して原油の採収率の向上を図る界面活性剤攻法(surfactant flood)等に直接的に利用出来る。
今後ともSpring-8を利用し、鉱物表面での油分子の振る舞いを解明し、濡れ性と分子レベルでの性状の関係性を明らかにする。この評価に必要となるDigital Oilは、原油サンプルに対して今まで行って来た結果を利用する。これを用いて地下貯留層での圧力温度条件での原油の物性特性を評価する。さらに流れの場の再現のため、流動に対するナノとミクロモデルの統合を進め、マルチスケールシミュレーション技術を開発する。
これらの成果を統合し、平成27年度の最終年度として資源システム工学分野におけるナノジオサイエンスの学としての骨格を作り上げる。

  • Research Products

    (21 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (13 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Lattice Boltzmann Simulations of Supercritical CO2–Water Drainage Displacement in Porous Media: CO2 Saturation and Displacement Mechanism2015

    • Author(s)
      Yamabe, H., Tsuji, T., Liang, Y., and Matsuoka, T.
    • Journal Title

      Environ. Sci. Technol.

      Volume: 49 Pages: 537-543

    • DOI

      10.1021/es504510y

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 石油増進回収技術への応用を目的とした油-鉱物/水-鉱物の2相界面における吸着構造解析2015

    • Author(s)
      松岡俊文, 片所優宇美, 山邉浩立, 小林和弥, 葭谷暢仁, 今泉昂憲, 日比隆太郎, 杉山俊平, 立山 優, 村松玲奈, 岡本直樹, 三野泰之, 下河原麻衣, 梁 云峰, 蜂谷 寛, 福中康博, 村田澄彦, 廣沢一郎
    • Journal Title

      SPring-8/SACLA利用研究成果集

      Volume: 3 Pages: 90-94

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Molecular dynamics study of salt-solution interface: Solubility and surface charge of salt in water2014

    • Author(s)
      Kobayashi, K., Liang, Y., Sakka, T., and Matsuoka, T.
    • Journal Title

      J. Chem. Phys.

      Volume: 140 Pages: 144705

    • DOI

      10.1007/s10953-014-0247-3

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Molecular dynamics study of aqueous NaCl solutions: Flash crystallization caused by solution phase change2014

    • Author(s)
      Kobayashi, K., Liang, Y., and Matsuoka, T.
    • Journal Title

      J. Solution Chem.

      Volume: 43 Pages: 1799-1809

    • DOI

      10.1063/1.4870417

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] シェール微細孔隙内流体の拡散挙動及びNMR緩和時間の解明2014

    • Author(s)
      葭谷暢仁, 梁 云峰, 松岡俊文, 下河原麻衣, 高橋 悟
    • Journal Title

      石油技術協会誌

      Volume: 79 Pages: 357-358

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] シェールガス貯留層内に存在するナノポアにおけるガスの振る舞い2014

    • Author(s)
      松岡俊文
    • Journal Title

      石油技術協会誌

      Volume: 79 Pages: 424-427

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 油-水-鉱物3相界面における芳香族界面活性剤の吸着現象の解明と石油増進回収技術への応用2014

    • Author(s)
      松岡俊文, 片所優宇美, 山邉浩立, 小林和弥, 岩崎哲士, 葭谷暢仁, 梅田和紀, 日比隆太郎, 澤侑乃輔, 岡部 博, 三野泰之, 高橋 悟, 下河原麻衣, 梁 云峰, 福中康博, 村田澄彦, 廣沢一郎
    • Journal Title

      SPring-8/SACLA利用研究成果集

      Volume: 2 Pages: 146-150

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Multiscale Simulations of Fluid Flow in Nanopores for Shale Gas2014

    • Author(s)
      Umeda, K., Li, R., Sawa, Y., Yamabe, H., Liang, Y., Honda, H., Murata, S., Matsuoka, T., Akai, T., Takagi, S.
    • Organizer
      The 8th International Petroleum Technology Conference,
    • Place of Presentation
      Kuala Lumpur, Malaysia
    • Year and Date
      2014-12-10 – 2014-12-12
  • [Presentation] Investigation of Asphaltene-Asphaltene Association and Aggregation for Compositional Reservoir Simulators by Quantitative Molecular Representations2014

    • Author(s)
      Hibi, R., Tagami, K., Kobayashi, K., Liang, Y., Honda, H., Murata, S., Matsuoka, T., Morimoto, M., Uetani, T., and Boek, E. S.
    • Organizer
      The 8th International Petroleum Technology Conference,
    • Place of Presentation
      Kuala Lumpur, Malaysia
    • Year and Date
      2014-12-10 – 2014-12-12
  • [Presentation] Tuning Hydrophobic Gap by Surface Structure – Molecular Dynamics Simulations2014

    • Author(s)
      Katasho, Y., Liang, Y., Murata, S., Fukunaka, Y., and Matsuoka, T.
    • Organizer
      The 7th International Symposium on Surface Science (ISSS-7)
    • Place of Presentation
      日本 島根
    • Year and Date
      2014-11-02 – 2014-11-06
  • [Presentation] Local Structure of Cs+ and Na+ ions adsorbed on Calcium Silicate Hydrate Crystal: Investigations by molecular dynamics and metadynamics2014

    • Author(s)
      Kobayashi, K., Liang, Y., Bourg, I. C., Sakka, T., and Matsuoka, T.
    • Organizer
      The 7th International Symposium on Surface Science (ISSS-7)
    • Place of Presentation
      日本 島根
    • Year and Date
      2014-11-02 – 2014-11-06
  • [Presentation] How the Sub-Nanoscopic Roughness Affects the Hydrophobic Gap: X-ray Reflectivity Experiment and Molecular Dynamics Simulations2014

    • Author(s)
      Katasho, Y., Liang, Y., Murata, S., Fukunaka, Y., and Matsuoka, T.
    • Organizer
      第68回マテリアルズ・テーラリング研究会
    • Place of Presentation
      日本 軽井沢
    • Year and Date
      2014-07-24 – 2014-07-25
  • [Presentation] シェール微細孔隙内流体の拡散挙動及びNMR緩和時間の解明2014

    • Author(s)
      葭谷暢仁, 梁 云峰, 松岡俊文, 下河原麻衣, 高橋 悟
    • Organizer
      第68回マテリアルズ・テーラリング研究会
    • Place of Presentation
      日本 軽井沢
    • Year and Date
      2014-07-24 – 2014-07-25
  • [Presentation] How the Sub-Nanoscopic Roughness Affects the Hydrophobic Gap: X-ray Reflectivity Experiment and Molecular Dynamics Simulations2014

    • Author(s)
      Katasho, Y., Liang, Y., Murata, S., Fukunaka, Y., and Matsuoka, T.
    • Organizer
      Goldschmit2014
    • Place of Presentation
      米国
    • Year and Date
      2014-06-08 – 2014-06-13
  • [Presentation] 格子ボルツマン法を用いた鉱物表面粗さが石油回収率に与える影響の検討2014

    • Author(s)
      今泉昂憲, 松岡俊文, 梁 云峰
    • Organizer
      石油技術協会春季講演会
    • Place of Presentation
      日本 新潟
    • Year and Date
      2014-06-03 – 2014-06-06
  • [Presentation] 低濃度塩水EORに向けたイオンによる界面構造変化と油相分子の鉱物親和性2014

    • Author(s)
      小林和弥, 梁 云峰, 松岡俊文, 作花哲夫
    • Organizer
      石油技術協会春季講演会
    • Place of Presentation
      日本 新潟
    • Year and Date
      2014-06-03 – 2014-06-06
  • [Presentation] ケロジェン中のナノポアにおける気体の収着現象に関する分子動力学的検討2014

    • Author(s)
      澤侑乃輔,梁 云峰,本田博巳,松岡俊文,赤井嵩嗣,高木 是
    • Organizer
      石油技術協会春季講演会
    • Place of Presentation
      日本 新潟
    • Year and Date
      2014-06-03 – 2014-06-06
  • [Presentation] Quantitative Molecular Representation法による原油モデル構築とアスファルテン析出に関する分子動力学シミュレーション2014

    • Author(s)
      田神加菜子, 日比隆太郎, 梁 云峰, 松岡俊文
    • Organizer
      石油技術協会春季講演会
    • Place of Presentation
      日本 新潟
    • Year and Date
      2014-06-03 – 2014-06-06
  • [Presentation] 分子動力学シミュレーションを用いた原油中でのアスファルテン凝固の検討2014

    • Author(s)
      日比隆太郎, 田神加菜子, 小林和弥, 梁 云峰, 松岡俊文
    • Organizer
      石油技術協会春季講演会
    • Place of Presentation
      日本 新潟
    • Year and Date
      2014-06-03 – 2014-06-06
  • [Presentation] シェール微細孔隙内流体の拡散挙動及びNMR緩和時間の解明2014

    • Author(s)
      葭谷暢仁, 梁 云峰, 松岡俊文, 下河原麻衣, 高橋 悟
    • Organizer
      石油技術協会春季講演会
    • Place of Presentation
      日本 新潟
    • Year and Date
      2014-06-03 – 2014-06-06
  • [Remarks] SPE ATW on Nanotechnology and Nano-Geoscience

    • URL

      http://www.spe.org/events/13akyo/

URL: 

Published: 2016-06-03  

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