低濃度塩水石油増進回収法のナノスケールメカニズムの解明とその効率化

• 研究課題/領域番号: 16K06925
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 地球・資源システム工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: Liang Yunfeng 東京大学, 人工物工学研究センター, 特任准教授 (70565522)
• 研究分担者: 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) ; 村田 澄彦 京都大学, 工学研究科, 准教授 (30273478) ; 増田 昌敬 東京大学, 人工物工学研究センター, 教授 (50190369)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 石油増進回収法 / 低濃度塩水 / ナノスケール / 分子動力学 / X-Ray CTR / 界面の吸着構造 / 資源開発 / 界面科学 / 界面化学 / 石油増進回収

研究成果の概要

本研究では塩濃度を変化させたときの鉱物表面上における油の吸着構造を探り、低濃度塩水による石油増進回収法(EOR)メカニズムを分子レベルから明らかにすることを目的としてX線CTR散乱法測定、分子動力学シミュレーション、濡れ性測定を行った。 その結果、粘土鉱物を多く含む砂岩貯留層の場合、高pH条件で酸性油と鉱物の間にカチオン架橋構造を形成することによって酸性油が吸着し、特に二価のCa2+イオンが本質的な役割を果たすことがわかった。 一方、炭酸塩貯留層の場合、低pH条件で方解石表面に酸性原油が強く吸着し、一価のNa+が重要な役割を果たしていることがわかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

低濃度塩水による石油増進回収法(EOR)は従来の化学薬剤を用いるEORに比べて環境負荷が小さく経済的であることから、適用例が増えている。しかし、その油回収率を向上させるメカニズムは十分に解明されておらず、油田によってはその効果がほとんど見られない場合もある。実験やシミュレーションを含む分子スケールの研究を実行することによって、我々は低塩分濃度水攻法によるEORメカニズムに関する新しい理論を提供することができた。

研究成果

• [雑誌論文] Development of Digital Oil for Heavy Crude Oil: Molecular Model and Molecular Dynamics Simulations (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwase Motoaki、Sugiyama Shumpei、Liang Yunfeng、Masuda Yoshihiro、Morimoto Masato、Matsuoka Toshifumi、Boek Edo S.、Ueda Ryo、Nakagawa Kazunori
  • 雑誌名: Energy & Fuels 巻: 32 号: 3 ページ: 2781-2792
  • DOI: 10.1021/acs.energyfuels.7b02881
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Construction, Validation, and Application of Digital Oil: Investigation of Asphaltene Association Toward Asphaltene-Precipitation Prediction (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama Shumpei、Liang Yunfeng、Murata Sumihiko、Matsuoka Toshifumi、Morimoto Masato、Ohata Tomoya、Nakano Masanori、Boek Edo S.
  • 雑誌名: SPE Journal 巻: Preprint 号: 03 ページ: 0952-0968
  • DOI: 10.2118/189465-pa
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 石油増進回収への適用を考えた重質原油のデジタルオイルの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬本明, 梁云峰, 増田昌敬, 森本正人, 松岡俊文,上田良, 中川和則
  • 雑誌名: 石油技術協会誌 巻: 83 ページ: 418-418
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stability evaluation of cation bridging on a muscovite surface to describe ion-specific wettability alteration (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kobayashi, Y. Liang, S. Murata, T. Matsuoka, S. Takahashi, K. Amano, N. Nishi, and T. Sakka
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 121 号: 17 ページ: 9273-9281
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b12116
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Modeling CO2-Water-Mineral Wettability and Mineralization for Carbon Geosequestration (2017)
  • 著者名/発表者名: Liang Yunfeng、Tsuji Shinya、Jia Jihui、Tsuji Takeshi、Matsuoka Toshifumi
  • 雑誌名: Accounts of Chemical Research 巻: 50 号: 7 ページ: 1530-1540
  • DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00049
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ion distribution and hydration structure in the Stern layer on Muscovite surface. (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kobayashi, Y. Liang, S. Murata, T. Matsuoka, S. Takahashi, N. Nishi, and T. Sakka
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 33 号: 15 ページ: 3892-3899
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b00436
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 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 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松岡俊文, 片所優宇美, 立山 優, 小林和弥, 葭谷暢仁, 今泉昂憲, 日比隆太郎, 澤侑乃輔, 草薙和也, 杉山俊平, 岡本直樹, 三野泰之, 下河原麻衣, 鐵 剛志, Yunfeng Liang, 蜂谷 寛, 福中康博, 村田澄彦, 廣沢一郎
  • 雑誌名: SPring-8/SACLA利用研究成果集 巻: 4 号: 1 ページ: 145-148
  • DOI: 10.18957/rr.4.1.145
  • NAID: 130007969386
  • ISSN: 2187-6886
  • 年月日: 2016-01-25
  • 査読あり
• [雑誌論文] 低濃度塩水EORに向けた粘土鉱物表面イオン交換による濡れ性変化：Ca2+ 吸着による油濡れ促進のメカニズムについて. (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林和弥, 梁云峰, 村田澄彦, 松岡俊文, 高橋悟,下河原麻衣, 天野健一, 西直哉, 作花哲夫,
  • 雑誌名: 石油技術協会誌 巻: 81 ページ: 416-417
  • 査読あり
• [学会発表] 石油増進回収への適用を考えた重質原油のデジタルオイルの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬本明, 梁云峰, 増田昌敬, 森本正人, 松岡俊文,上田良, 中川和則
  • 学会等名: 平成30 年度石油技術協会春季講演会
• [学会発表] 低塩分濃度水攻法における鉱物表面の濡れ性変化に及ぼすカチオンと塩濃度の効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井上陽太，村松玲奈，村田澄彦,
  • 学会等名: 平成30年度石油技術協会春季講演会
• [学会発表] Molecular Dynamics Study on Wettability Alteration of Minerals for Low Salinity EOR (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Mizuhara, K. Kobayashi, Y. Liang, and Y. Masuda
  • 学会等名: Goldschmidt2018 Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Digital Oil for an Extra Heavy Oil for Investigation of Enhanced Oil Recovery (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Iwase, S. Sugiyama, Y. Liang, Y. Masuda, M. Morimoto, T. Matsuoka, E. S. Boek, T. Ohata, and R. Ueda,
  • 学会等名: The 18th International Conference on Petroleum Phase Behavior and Fouling (PetroPhase2017)
• [学会発表] Effect of Cations on Adsorption of Oil Molecule onto Calcite Surface: Toward Improved Description of Low-Salinity EOR (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Hyotani, K. Kobayashi, Y. Liang, S. Murata, Y. Masuda, and S. Takahashi,
  • 学会等名: The 38th annual workshop and symposium, International Energy Agency, Enhanced Oil Recovery
• [学会発表] Influence of Cation on Adsorption Structure of Oil-Mineral Interface for Enhanced Oil Recovery (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Muramatsu, Y. Tateyama, S. Murata, Y. Liang, Y. Masuda, S. Takahashi, and T. Matsuoka,
  • 学会等名: The 4th International Symposium on "Application of NanoGeosciences in Petroleum Engineering (NanoGeoscience2017)"
• [学会発表] Low Salinity Water Injection from View Point of Crude Oil-Brine-Mineral Interaction (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kobayashi, Y. Liang, S. Murata, T. Matsuoka, S. Takahashi, K.-I. Amano, N. Nishi, T. Sakka,
  • 学会等名: The 4th International Symposium on "Application of NanoGeosciences in Petroleum Engineering (NanoGeoscience2017)"
• [学会発表] Development of Digital Oil for Heavy Crude Oil: Molecular Model and Molecular Dynamics Simulations (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Iwase, S. Sugiyama, Y. Liang, Y. Masuda, M. Morimoto, T. Matsuoka, E. S. Boek, R. Ueda, and K. Nakagawa,
  • 学会等名: The 4th International Symposium on "Application of NanoGeosciences in Petroleum Engineering (NanoGeoscience2017)"
• [学会発表] EORの数値解析的検討を目的とした重質油に対するデジタルオイルの適用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬本明, 杉山俊平, Yunfeng Liang, 増田昌敬, 森本正人, 松岡俊文, 大畑朋也, 上田良,
  • 学会等名: 平成29年石油技術協会春季講演会
• [学会発表] カルサイト表面における油分子吸着に及ぼす陽イオンの影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 俵谷侑吾,小林和弥, Yunfeng Liang, 村田澄彦, 増田昌敬, 高橋悟
  • 学会等名: 平成29年石油技術協会春季講演会
• [学会発表] 低濃度塩水EORに向けた分子動力学法による粘土鉱物表面での濡れ性変化の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林和弥, Yunfeng Liang, 村田澄彦, 松岡俊文, 高橋悟, 下河原麻衣, 天野健一, 西直哉, 作花哲夫
  • 学会等名: 第46回石油・石油化学討論会
  • 発表場所: 京都リサーチパーク（京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-11-17
• [学会発表] 炭酸塩岩と酸性原油の相互作用に関する分子動力学計算 (2016)
  • 著者名/発表者名: 俵谷侑吾, Yunfeng Liang, 小林和弥, 村田澄彦, 松岡俊文
  • 学会等名: 第46回石油・石油化学討論会
  • 発表場所: 京都リサーチパーク（京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-11-17
• [学会発表] Nano-Scale Study on Mechanisms of Low-Salinity Enhanced Oil Recovery (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Liang, K. Kobayashi, S. Murata, T. Matsuoka, S. Takahashi, K. Amano, N. Nishi, and T. Sakka.
  • 学会等名: The 2nd Chinese Academic Conference on Nanogeoscience in conjunction with the 2016 International Symposium on Nanogeoscience
  • 発表場所: Qingdao, China
  • 年月日: 2016-11-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] デジタルオイルとその将来 (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Liang, 日比隆太郎, 村田澄彦, 松岡俊文, 森本正人, 増田昌敬
  • 学会等名: 第53回石炭科学会議
  • 発表場所: 福山市生涯学習プラザ（広島県・福山市）
  • 年月日: 2016-10-27
  • 招待講演
• [学会発表] Cation Specific Bridging of Acid Oil on Clay Mineral Surface: Toward Improved Description of Low-Salinity EOR (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kobayashi, Y. Liang, S. Murata, T. Matsuoka, S. Takahashi, K. Amano, N. Nishi, and T. Sakka
  • 学会等名: IEA Collaborative Project 36th EOR Workshop & Symposium
  • 発表場所: Rueil-Malmaison, France
  • 年月日: 2016-09-25
  • 国際学会
• [学会発表] Cation specific bridging of acid oil on muscovite surface: Improved description of low-salinity EOR (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kobayashi, Y. Liang, S. Murata, T. Matsuoka, S. Takahashi, K. Amano, N. Nishi, and T. Sakka
  • 学会等名: Goldschmidt2016
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
  • 年月日: 2016-06-27
  • 国際学会
• [学会発表] Structure Analysis on Oil-Mineral Interface for Application to Enhanced Oil Recovery (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Tateyama, K. Kobayashi, S. Murata, Y. Liang, Y. Mino, S. Takahashi, and T. Matsuoka
  • 学会等名: Goldschmidt2016
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-06-27
  • 国際学会
• [学会発表] 低濃度塩水EOR に向けた粘土鉱物表面イオン交換による濡れ性変化：Ca2＋吸着による油濡れ促進のメカニズムについて (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林和弥, Yunfeng Liang, 村田澄彦, 松岡俊文, 高橋悟, 下河原麻衣, 天野健一, 西直哉, 作花哲夫,
  • 学会等名: 平成28年石油技術協会春季講演会
  • 発表場所: 秋田ビューホテル（秋田県・秋田市）
  • 年月日: 2016-06-08
• [学会発表] 石油増進回収を目的とした炭酸塩岩と酸性原油の相互作用に関する分子動力学計算 (2016)
  • 著者名/発表者名: 俵谷侑吾, Yunfeng Liang, 小林和弥, 村田澄彦, 松岡俊文
  • 学会等名: 平成28年石油技術協会春季講演会
  • 発表場所: 秋田ビューホテル（秋田県・秋田市）
  • 年月日: 2016-06-08
• [学会発表] 石油増進回収技術への応用を目的とした油-鉱物の2相界面における吸着構造解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 立山 優, 小林和弥, 村田澄彦, Yunfeng Liang, 三野泰之, 下河原麻衣, 松岡俊文
  • 学会等名: 平成28年石油技術協会春季講演会
  • 発表場所: 秋田ビューホテル（秋田県・秋田市）
  • 年月日: 2016-06-08
• [学会・シンポジウム開催] The 4th International Symposium on "Application of NanoGeosciences in Petroleum Engineering (NanoGeoscience2017)" (2017)