シェール革命により米国では天然ガスの生産は2005年から2012年までに30%以上増加し、2035年までの経済効果は500兆円とされる。シェール革命の波及効果は、天然ガス・石油市場にとどまらない。掘削に使われる配管、ガス貯蔵プラント、運搬船など多くの関連資材、関連装置の需要を生み出している。更に重要なのは2000種類以上におよぶ掘削用添加剤である。
シェールガス・オイルの掘削流体には、ベースとなる水や油に粘土を混ぜて懸濁させた泥水が使用される。この泥水は流動速度が上がると粘度が低下する特性があるほか、撹拌されたり、流動中に流体を変形させる圧力が働いたりしているときには機能している流動性が、静置時には機能せず高粘度のゲル状に変化する特性を持っている。シェールガス・オイルの掘削において最も多く使用されている水ベースの掘削泥水には、他の泥水に対してコストが安い、取り扱いやすい、環境問題等の阻害要因が相対的に少ないなどのメリットがあるが、その反面、頁岩に対する水和膨潤を起こしやすい、天然フラクチャー層を掘進することから地層の特性によっては逸泥しやすいなどのデメリットも存在している。
そのため、水ベースの掘削泥水にはこれらのデメリットを解消、克服するために、次のような数多くの薬剤が添加されている。
・掘削する地層の特性に合せて泥水中の粘土および粘度を最適化する粘土調整剤、増粘剤
・泥水の地層内への逸泥を防止する逸泥防止剤
・圧入水の泡による乱流等を防止する消泡剤
・泥水内の懸濁粒子の凝集をはかる凝集剤
・坑井掘削機器やツールの金属腐食を防止する殺生物剤、防錆剤
などである。
本書は、第1章でシェールガス・オイルの製造・貯蔵・運送設備を、第2章でウェットシェールガスの埋蔵量、生産量、リグ分布を、第5章で米国のシェールガス開発と環境規制の動向を各分野の専門家にご執筆いただいた。第3、4章ではシェールガス・オイル掘削用添加剤の役割・種類・使い方・生産・需要を解説した。掘削用添加剤の製造・開発・販売に携わられる方々、シェールガス・オイル掘削にご興味をお持ちの方々のお役に立てれば幸甚に存じます。
目次
【シェールガス・オイル編】
第1章 シェールガス・オイルの掘削
1 シェールガス・オイル概況 (幾島賢治)
1.1 埋蔵状態
1.2 シェールガス・オイルの現状
1.2.1 シェールガス
1.2.2 シェールオイル
1.3 シェールガス・オイルの輝ける未来
2 シェールガス・オイルの製造装置 (幾島貞一)
2.1 新採掘技術
2.1.1 水平掘削
2.1.2 水圧破砕
2.1.3 IT技術の融合
2.2 掘削用の薬剤
2.2.1 圧入水(フラクチャリング流体)
2.2.2 砂(プロパント)
2.2.3 増粘度調整剤
2.2.4 殺生物剤
2.2.5 摩擦低減剤
2.2.6 酸化防止剤
2.2.7 消泡剤
2.2.8 加重剤
2.3 掘削用化学品の規制
2.3.1 規制の概要
2.4 連邦政府
2.5 州政府の規制
2.5.1 ニューヨーク州
2.5.2 テキサス州
3 シェールガス・オイルの貯蔵 (幾島將貴)
3.1 はじめに
3.2 シェールガス
3.2.1 気体のシェールガス
3.2.2 液化シェールガス
3.2.3 ガス中継基地のガスホルダー
3.3 シェールオイル
3.4 まとめ
4 シェールガス・オイルの運送 (幾島嘉浩)
4.1 はじめに
4.2 パイプライン
4.2.1 概要
4.2.2 歴史
4.2.3 パイプライン設備
4.3 海上輸送
4.3.1 はじめに
4.3.2 歴史
4.3.3 船体構造
4.3.4 船体艤装
4.4 オイルタンカー
4.4.1 はじめに
4.4.2 歴史
4.4.3 船体構造
4.5 まとめ
第2章 ウェットシェールガスの開発 (八木宏)
1 はじめに
2 ウェットガス田の出現
3 米国における石油と天然ガスの価格比
4 井戸元からシェールガス処理のフロー
5 世界のシェールガス、シェールオイル資源
6 ウェットシェールガスリグの収益性
7 おわりに
【掘削用添加剤編】
第3章 シェールの掘削・仕上げ・生産技術 (シーエムシー出版 編集部)
1 シェールガス・オイルの掘削
1.1 掘削技術開発の変遷
1.2 ロータリー掘削の仕組み
1.3 傾斜掘削の技術
1.4 傾斜掘削技術の変遷
1.5 傾斜測定技術
1.6 傾斜掘削技術を利用した坑井
1.6.1 水平坑井
1.6.2 マルチラテラル坑井
1.6.3 大偏距掘削(Extended Reach Well)
1.6.4 ケーシングとセメンチング
1.6.5 ウェルコントロール(坑井制御)
2 シェールガス・オイルの仕上げ・生産
2.1 坑井刺激法
2.1.1 酸処理による坑井刺激法
2.1.2 水圧破砕技術
2.2 フラクチャリング
2.2.1 フラクチャリング作業の概要
2.2.2 フラクチャリング作業の手順
2.2.3 クリスマスツリーと坑口装置
2.3 フローバック(Flowback)処理技術
3 水、プロパント、添加剤の役割
3.1 掘削泥水
3.1.1 ベントナイト泥水(Bentonite mud)
3.1.2 リグノスルホネート泥水(Lignosulfonate mud)
3.1.3 KCl泥水(K-mud)
3.1.4 ポリマー泥水
3.1.5 オイルベース泥水(Oil mud)
3.1.6 シンセティックオイルベース泥水
3.2 フラクチャリング流体
3.2.1 フラクチャリング流体の変遷
3.2.2 フラクチャリング流体の現状
3.3 プロパント、添加剤の役割
第4章 掘削用添加剤 (シーエムシー出版 編集部)
1 総論
2 シェールガス・オイル開発用泥水と添加剤
2.1 水ベース掘削流体と添加剤
2.2 オイルベース掘削流体と添加剤
2.3 シンセティックオイルベースの掘削流体
3 フラクチャリング流体と添加剤
4 仕上げ、生産流体と添加剤
5 セメンチングと添加剤
6 主要掘削用添加剤の概要
6.1 支持材(プロパント)
6.2 樹脂コーティング剤
6.3 酸(酸性物質)
6.3.1 塩酸
6.3.2 塩化カリウム
6.3.3 塩化カルシウム
6.3.4 塩(塩化ナトリウム)
6.4 ゲル化剤(粘土調整剤、増粘剤、調泥剤)
6.4.1 ベントナイト
6.4.2 アタパルジャイト
6.4.3 グアーガム
6.4.4 キサンタンガム
6.4.5 カルボキシメチルセルロース(CMC)
6.4.6 ヒドロキシエチルセルロース(HEC)
6.4.7 PHPA(部分加水分解ポリアクリルアミド)
6.4.8 ポリアリレート(PAR)
6.4.9 α-デンプン
6.4.10 塩化コリン
6.4.11 塩化テトラメチルアンモニウム
6.5 加重材
6.5.1 バライト(重晶石)
6.5.2 ヘマタイト(赤鉄鉱)
6.6 分散(解膠)剤
6.6.1 リグニンスルホン酸(誘導体)
6.6.2 フミン酸/フミン酸誘導体
6.6.3 スチレン/無水マレイン酸共重合物
6.6.4 ポリアクリル酸(塩)
6.6.5 タンニン
6.6.6 ポリリン酸塩
6.6.7 スルホネート
6.7 潤滑剤
6.7.1 黒鉛(グラファイト)
6.8 逸泥防止剤(亀裂支持材)
6.8.1 ポリ乳酸(PLA)
6.8.2 ポリグリコール酸(PGA)
6.9 消泡剤
6.9.1 シリコーン系消泡剤
6.9.2 有機系消泡剤
6.10 摩擦低減剤/流動損失防止剤
6.10.1 グリセリン
6.10.2 アクリルアミド
6.10.3 グリコール
6.11 殺生物剤(防錆剤)
6.11.1 アルデヒド
6.11.2 グルタルアルデヒド
6.11.3 アセトアルデヒド
6.11.4 ジメチルホルムアルデヒド(アセトン)
6.11.5 メタノール
6.11.6 エタノール
6.11.7 ギ酸
6.11.8 イチョウ葉エキス
6.11.9 ジプロピレングリコール
6.11.10 イソプロパノール(イソプロピレンアルコール)
6.11.11 炭酸アンモニウム(炭酸水素アルミニウム)
6.11.12 塩化アンモニウム
6.11.13 ダゾメット
6.11.14 トリクロロベンゼン
6.12 スケール防止剤
6.12.1 エチレングリコール
6.12.2 水酸化ナトリウム(苛性ソーダ)
6.12.3 重炭酸塩
6.12.4 炭酸ナトリウム
6.12.5 ホスホン酸
6.13 膨潤防止剤
6.14 脱水調整剤
6.14.1 スルホン化アスファルト誘導体
6.14.2 ビニルスルホン酸
6.15 pH調整剤
6.16 凝集剤
6.16.1 石膏(硫酸カルシウム)
6.16.2 水酸化カルシウム(消石灰)
6.16.3 キトサン
6.17 ブレーカー
6.17.1 ホウ酸塩
6.17.2 過硫酸アンモニウム
6.17.3 酸化マグネシウム/過酸化マグネシウム
6.17.4 ペルオキソ硫酸
6.17.5 ベンゾトリアゾール(1-ヒドロキシベンゾトリアゾール)
6.18 温度安定剤
6.19 その他掘削泥水用添加剤(架橋剤、鉄分制御剤、脱酸素剤、ハイドレード防止剤)
6.20 ブラインウォーター用添加剤
6.20.1 臭化ナトリウム
6.20.2 臭化カルシウム
6.20.3 その他添加剤
6.21 界面活性剤(乳化剤)
6.21.1 ノニオン系界面活性剤
6.21.2 アニオン系界面活性剤
6.21.3 カチオン系界面活性剤
6.21.4 両性界面活性剤
7 セメント添加剤
7.1 油井用セメント
7.2 セメントスラリー
7.3 主要なセメント添加剤
7.3.1 固結剤
7.3.2 分散剤(流動改善剤)
7.3.3 低比重セメント添加剤/高比重セメント添加剤
7.3.4 脱水調整(減少)剤
7.3.5 強度安定剤(高温脆化防止剤)
7.3.6 その他のセメント添加剤
第5章 米国シェールガス開発と環境規制の動向 (光成美紀)
1 はじめに
2 シェールガス開発と環境問題
2.1 水使用
2.2 排水処理
2.3 地下水の汚染
2.4 メタンガスの排出
2.5 排水処理に伴う地震誘発
3 米国のシェールガス開発と環境規制
4 連邦政府の動向
4.1 議会への報告書
4.2 大気汚染に関する規制の改定
4.3 水質汚染に関する問題
4.4 連邦管理の土地における化学物質の開示に関する規制
5 州の規制
5.1 ペンシルバニア州
5.1.1 背景
5.1.2 法制化の動向
5.2 コロラド州
5.2.1 背景
5.2.2 法制化の動向
6 欧州のシェールガス開発の動向
7 今後の動き―あとがきにかえて
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