ぺトラ・ノヴァ・CCUS プロジェクトJX 石油開発株式会社（以下JX）は，図1 に示すように，地球温暖化への取り組みとして操業中の油ガス田から排出

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石油技術協会誌　第 84巻　第 2号（平成 31年 3月）114～ 122頁Journal of the Japanese Association for Petroleum Technology

Vol. 84, No. 2（March, 2019）pp. 114～122

講　　　演Lecture

1.　はじめに

近年，地球温暖化の原因とされる排出ガスの削減に関

し，二酸化炭素（以下 CO2）の回収・貯留技術（Carbon

Capture and Storage，以下 CCS）が注目され，実用化に向けたさまざまな取組みが世界各地で検討・実施されて

いるが，そのコスト負担の問題から CCSを単独で商業的に実施することは難しい。そこで CCSと原油増進回収法（Enhanced Oil Recovery, 以下 EOR）を組み合わせ，コストの回収を原油の増産で賄うことで商業的価値を持たせた

CO2の回収・利用・貯留技術（Carbon Capture, Utilization and Storage，以下 CCUS）が注目を浴びている。ぺトラ・ノヴァ・CCUSプロジェクト（以下 PN CCUSプロジェクト）は，石炭火力発電所から大気中に放散される CO2を年間

約 150万トン削減し，同時にその CO2を活用して油田か

らの原油生産を数十倍に増産しようとするプロジェクトで

ぺトラ・ノヴァ・CCUSプロジェクト＊

－石炭火力発電所排ガスからの CO2回収および老朽化油田の原油増産－

藤　原　勝　憲＊＊，†

（Received January 8, 2019；accepted January 31, 2019）

Petra Nova Carbon Capture, Utilization, and Storage Project :capturing CO2 from the �ue gas stream of a coal-�red power plant and

increasing oil production from a legacy oil �eld

Katsunori Fujiwara

Abstract：　Carbon Capture, Utilization, and Storage （CCUS）, which is the combination of Carbon Capture from an anthropogenic source, followed by Utilization and Storage through an Enhanced Oil Recovery （EOR） process, is widely recognized as a useful technology to reduce greenhouse gas （GHG） emissions economically. Petra Nova CCUS is one of such projects located near Houston, TX in the United States. In this project, a CO2 capture and recovery unit has been constructed adjacent to a power plant in order to capture CO2 from the �ue gas of coal-�red power generating unit. A chemical absorption technique is used for the CO2 capture process, achieving a CO2 product purity of 99.9%. CO2 recovery capacity is approximately 5,000 tons per day and 1.5 million tons per year considering operational uptime. The target �eld for EOR is a giant onshore legacy oil �eld, located 130 km from the power plant. Historical oil production was boosted with in�ll-drilling and pattern-water�ood operations in 1970’s; however, prior to EOR operations, �eld oil production has declined to around 300 barrels oil per day. The captured CO2 at the power plant is compressed and transported to this oil�eld at under supercritical pressure condition through a 12 inch pipeline, then injected to the target oil reservoir for CO2-EOR. The Petra Nova CCUS project was sanctioned in July 2014 and the capture system was completed in December 2016, with �rst CO2 capture and injection into the reservoir, and followed by �rst EOR oil production in February 2017. Stable operations have continued so far, resulting in 2 million tons of CO2 captured and more than 2 million barrels of oil produced. This project is quite unique in assigning a value to CO2. The Petra Nova CCUS project is a good example of collaboration between reducing GHG and increasing oil production, that is, collaboration between environmental protection and the oil business.

Keywords： CCS, CCUS, CO2-EOR, Petra Nova, West Ranch, W. A. Parish

＊平成 30年 11月 1日，平成 30年度石油技術協会秋季講演会「若手技術者－何を考え何を目指す」で講演　This paper was presented at the 2018 JAPT Autumn Meeting entitled “Young technical experts – what they think and where they are going” held in Tokyo, Japan, on November 1, 2018.

＊＊ JX石油開発株式会社第 2事業本部　Business Division 2, JX Nippon Oil & Gas Exploration Corporation

† Corresponding author：E-Mail：[email protected]

藤　原　勝　憲 115

J. Japanese Assoc. Petrol. Technol. Vol. 84, No. 2（2019）

あり，地球温暖化の抑制と化石エネルギーの増産という一

見対立しそうな環境と石油ビジネスのコラボレーションを

目指している。

2.　CCS/CCUS技術と EOR

2.1 地球温暖化対策としての CCS/CCUS技術2015年のパリ協定で長期目標となった「2℃目標」を達

成するためには，40年後には数十ギガトンの CO2削減が

必要となり，そのうちの 1～ 2割を CCSが担うことが期待されている。一方でその普及は鈍く，2017年現在でパイロットテストなどを除く大規模 CCS/CCUSは 20プロジェクトにも満たない。CCS/CCUSに利用されるCO2は，

ほとんどのプロジェクトにおいて，天然ガスプラントで分

離された付随 CO2または水素・肥料の製造過程で副産物

として生産される CO2を供給源としており，PN CCUSプロジェクトを含む 2プロジェクトのみが，石炭火力発電所の排ガスから回収した CO2を供給源としている。また貯

蔵目的で帯水層に貯蔵するプロジェクトは数少なく，稼働

中の大規模プロジェクトの大多数は CO2を EOR目的で油田に圧入している。

2.2 CO2による原油増進回収法（CO2-EOR）についてCO2を利用した EORは，1970年代から商業的に行われ

ており，米国では目新しい技術ではない。油層に圧入さ

れた CO2が油層内の原油と混合してミシブル状態を形成

し，通常では流動できない原油を生産させる技術である。

現在米国で稼働中の CO2-EORプロジェクトは百件以上あり，EORによる増産量は日量約数十万バレルとなっている。使用される CO2は，テキサス州やニューメキシコ州

の油田地帯に整備された CO2専用パイプラインを通して

油田へと供給されている。肥料工場などからの人工由来

の CO2も利用されているが，日量 3.5 Bcfにのぼる CO2供

給量の 80％が天然由来の CO2となっている。米国陸上に

は，CO2-EORの対象と成りうる老朽油田が多数存在し，数百億バレルの回収量が期待されているが，操業コストが

高いことから非在来型油・ガス開発のような爆発的な広が

りには至っていない。

2.3 JX石油開発の環境対応型技術JX石油開発株式会社（以下 JX）は，図 1に示すように，地球温暖化への取り組みとして操業中の油ガス田から排出

される温室効果ガスの抜本的な排出削減策を立案・実行し

てきた。2000年には，開発当初から参画しているアブダビ石油株式会社が操業する油田において，それまでフレ

アーとして放散していた CO2や H2Sを回収して，中東で初めてのサワーガス圧入操業を開始し，ゼロフレア生産操

業を実現した。その後 2006年には，同じく中東で操業する合同石油株式会社の油田においてもサワーガス圧入を実

現し，フレアー量を削減した。

東南アジアでは 2007年にベトナムの Japan Vietnam Petroleum Co. Ltd.が操業するランドン油田において，フレアーとして燃焼していた随伴ガスを発電所の燃料に供給

するプロジェクトが CDM認証を受けた。また，2011年には同油田において東南アジア地域で初となる洋上 CO2-EORパイロットテストを実施し，CO2削減と原油の増産

の可能性を追求した。

そして 2017年には米国において，石炭火力発電所から排出される CO2を回収し，老朽化した陸上油田に圧入す

ることで CO2-EORによる原油の増産を図る PN CCUSプロジェクトの操業を開始した。JXは，エネルギーの安定供給と環境との調和を目指した石油・天然ガスの開発を目

指している。

3.　PN CCUS プロジェクト

3.1 PN CCUSプロジェクトの概要PN CCUSプロジェクトは，①米国テキサス州で操業

するW.A.パリッシュ発電所に CO2を回収するプラント

（Carbon Capture System）を建設し，石炭燃焼排ガスからCO2を回収する過程，②回収した CO2を新設のパイプラ

インを通じて 130 km離れて位置するウエスト・ランチ油

図 1　JX石油開発㈱の環境対応型技術

ぺトラ・ノヴァ・CCUSプロジェクト－石炭火力発電所排ガスからの CO2回収および老朽化油田の原油増産－116

石油技術協会誌　84巻 2号（2019）

田に輸送する過程，そして③ CO2を油層に圧入し，油層

内に残存する原油を増進回収する過程から成る複合事業で

ある。図 2にプロジェクトの事業構成を示した。プロジェクト開始前は日量 300バレルまで低下していた原油生産を数十倍に増加させる計画となっている。

PN CCUSプロジェクトの特徴は，まず石炭火力発電所の排ガスを大規模で安定的な CO2供給源と捉えたことで

ある。当時，CO2-EORが盛んな Permian Basin地域で CO2

が不足していたことから，CO2供給源の確保は CO2-EOR成功への鍵であった。次に，単独では商業化が難しい CO2

回収も油田操業と手を組めば，新たな価値を生じさせるこ

とが可能となり，両者がWin-Winの関係を築くことができることに着目したことである。CO2という厄介者を生産

的資産に変えること，また温室効果ガス排出量を減らして

地球温暖化を抑制すると同時に原油を増産して利益を生む

ことがこのプロジェクト推進の原動力となった。

3.2 PN CCUSプロジェクトの推進体制PN CCUSプロジェクトの推進体制は，図 3に示すとお

りである。JXと火力発電所を運営する NRG Energy Inc. （以下 NRG）が共同で設立した Petra Nova Parish Holdings

LCC（以下 PNPH）がプロジェクト全体の事業主体となっている。CO2回収装置や CO2回収装置に関連するユーティ

リティ設備は，それぞれ個別に設立された合同会社（LCC）の所有となっている。油田については，PNPH傘下のLCCと以前より当該油田を運営している Hilcorp Energy Company（以下 Hilcorp）が共同で設立した Texas Coastal Ventures LCC（以下 TCV）が運営主体となっている。実操業に関しては，CO2回収などの火力発電所敷地内での操

業を PNPHが，また EOR操業を含めた油田の操業管理をHilcorpが務めている。

PN CCUSプロジェクトへの資金は，米国エネルギー省の補助金 190百万ドル，国際協力銀行と日本貿易保険の適用を受けたみずほ銀行の協調融資によるプロジェクト・

ファイナンス 250百万ドル，そしてこれらに JXと NRG両社の資金を加え，総額 10億ドル規模となっている。米国エネルギー省の補助金は，Clean Coal Power

Initiative （CCPI）プログラムに基づいたものである。米国ではクリーンかつ安価で安定した電力供給のために，環境

図 2　PN CCUSプロジェクトの事業構成

図 3　PN CCUSプロジェクトの推進体制

藤　原　勝　憲 117


調和的な石炭利用技術開発を促進することを目的として，

米国エネルギー省がプロジェクト費用の 50％を上限に費用を助成するという CCPIプログラムを 2002年に開始した。PN CCUSプロジェクトは，CO2の隔離や再利用技術

を実証する第 3次 CCPIプロジェクトに認定され，補助金を受けることとなった。

3.3 PN CCUSプロジェクトの沿革PN CCUSプロジェクトでは，建設工事着工から約 2年半という短い期間で CO2回収プラントの完成・運転に至っ

た。主だったプロジェクトの沿革は以下のとおりである。

2012年 9月 JXプロジェクトへの検討開始2013年 11月開発計画策定2014年 6月 JX最終投資決定2014年 7月プロジェクト参入

2014年 9月 CO2回収プラント建設工事着工

2016年 12月 CO2回収プラント商業運転開始および油

田への CO2圧入開始

2017年 2月ウエスト・ランチ油田にて CO2-EORに

よる原油生産開始

2017年 10月 CO2回収量が累計で 100万トンに達する2018年 9月 CO2回収量が累計で 200万トンに達する

4.　CO2回収

4.1 W.A.パリッシュ発電所CO2回収装置が建設されたW.A.パリッシュ発電所は，テキサス州ヒューストンの中心部から南西約 40 kmに位置しており，NRGが所有・運営している。稼働開始は 1958年で，8基の主要発電設備を備え，合計 3,700 MWの出力を有する米国最大規模の火力発電所である。1～ 4号機は天然ガス焚きで合計出力は 1,200 MW，5～ 8号機は石炭焚きで合計出力は 2,500 MWとなっている。石炭焚き発電による CO2排出量は，年間 1,500万トンである。PN CCUSプロジェクトでは，最大出力約 600 MWの 8号機（Unit 8）のうち 240 MWに相当する燃焼排ガスを CO2供給源とし

ている。図 4にW.A.パリッシュ発電所全景を示した。4.2 CO2回収システム

CO2を含む気体から CO2を分離回収する技術は，天然

ガスの不純物としての CO2除去，肥料工場におけるアン

モニア合成プロセス，および水素製造プロセスで確立され

た技術であるが，温室効果ガス削減という目的で発電所の

燃焼排ガスから CO2を分離回収する試みは，あまり行わ

れていない。特に石炭火力発電の燃焼排ガスは，多くの不

純物を含むために事前処理工程が必要なこと，そして圧力

が大気圧に近い低圧のため処理するガス体積が大きくなり

大型の処理設備が必要なことが実用化への大きなハードル

となっている。

本プロジェクトの CO2回収装置は，三菱重工株式会社

（三菱重工）の米国現地法人 Mitsubishi Heavy Industries America, Inc.と米国大手建設会社 The Industrial Company, 図 4　W.A.パリッシュ発電所全景

図 5　CO2回収装置全景



Inc.のコンソーシアムが建設した。採用された CO2回収方

式は，三菱重工と関西電力株式会社が共同開発した高性能

な KS-1吸収液を用いた KM CDR Processと呼ばれる化学吸収タイプで，他の方式と比較しエネルギー消費量が大幅

に少ないという特徴がある。図 5に CO2回収装置全景，

また図 6に CO2回収プロセス示した。

Unit8から供給される排ガスは，まず前処理設備で冷却・処理され SOXなどの不純物が除去された後，高さ約 100 mの吸収塔に導かれる。吸収塔で下部から吹き上げられた排ガスは，塔の上部から降らせた吸収液と接触し，CO2は

吸収液に吸収される。このプロセスで排ガス中の 90％以上の CO2が除去され，浄化された排ガスは大気放散され

る。一方 CO2を含んだ吸収液は再生塔に送られ，加熱さ

れることにより CO2を分離する。分離後回収される CO2

は 99.9％という高純度で，その回収量は日量では最大で約5,000トン，操業率を考慮した年間では 150万トンとなっている。CO2分離後の吸収液は，再度吸収塔に送られ繰り

返し使用される。この CO2回収プロセスにおいて，再生

塔で必要となる熱源は CO2回収装置に併設した 78 MWの天然ガス焚きコジェネ発電設備で生成される蒸気が利用さ

れている。またコジェネシステムで発電される電力は，

CO2回収装置に必要な電力を供給するほか，マーケットで

販売されている。

分離・回収された CO2は，このプロジェクトのために

図 7　パイプライン位置図と付帯設備

図 6　CO2回収プロセス

藤　原　勝　憲 119


設計された 8段式のインテグレーテッド・ギアード・コンプレッサーで 130気圧の超臨界状態まで圧縮され，そのままの状態で直径 12インチ，全長約 130 kmの CO2専用パ

イプラインを経由してウエスト・ランチ油田へ送られる。

図 7にパイプライン位置図と付帯設備を示した。

5.　CO2-EOR

5.1 ウエスト・ランチ油田PN CCUSプロジェクトで CO2-EORの対象となったウエ

スト・ランチ油田は，図 8で示すようにヒューストン中心部の南西 170 kmに位置する。1938年に発見された後，2000年代まで約 700本の坑井が掘削され，累計で約 4億バレルの原油を生産した米国有数の巨大陸上油田である。

1970年代の最盛期の原油生産量は日量 5万バレル以上であったが，CO2-EOR開始直前には日量 300バレルまで減

退していた。すでに水攻法による二次回収法も適用された

老朽油田である。

CO2-EORプロジェクトの開発計画策定にあたって，当初 CO2圧入井は新掘，そして生産井は既存坑井の活用を

計画した。しかし検討を進める中で，インテグリティ・安

全性の観点から CO2-EORで使用される約 300本の坑井は原則新掘井とし，耐食性の高い材質を使用することとなっ

た。地上設備では，原油処理設備ならびに原油に付随して

生産される CO2を分離・回収し再圧入するためのコンプ

レッサーを装備した中央処理施設が 2か所，また開発エリアごとの生産原油の計量および CO2圧入量の制御を行う

テスト・サイトが現在までに５か所計画された。これらの

地上設備においても耐食性の高い材質が使用されている。

図 9にウエストランチ油田中央処理施設の全景および各装置の拡大図を示した。

5.2 EORパターン展開CO2の圧入には 5スポット・パターン圧入法を採用して

いる。一辺約 300 mの正方形のパターンを格子状に油田全体にわたり展開し，それぞれのパターンの中心に CO2圧

入井，また四隅に生産井を配置している。パターンは平面

的に 100以上に及び，一方で EOR対象油層が深度別に 5層あることから総計で 500以上想定されている。同一層では中心部から周辺部に，また深い層から浅い層に向かって

順次パターン展開を進めることにより，油層全体に EORを広げる計画となっている。図 10にパターンの配置と平面展開を示した。

圧入された CO2は油層内で原油とミシブル状態を形

成し，原油の流動性を高めている。さらに EOR効果を高めるために，CO2と水を交互に圧入するWAG（Water Alternative Gas）攻法も採用されている。圧入された CO2

は一部が原油とともに生産されるが，中央処理施設で分離・

昇圧後，再び油層に圧入されるため，一度回収された CO2

図 8　ウエスト・ランチ油田　位置図

図 9　ウエスト・ランチ油田　中央処理施設



は外部に放出されることなく，閉じられた系に留まってい

る。対象油層の性状および原油性状は図 11に示すとおりである。

5.3 プロジェクト検討段階における事前油層評価（フィールド試験）

CO2-EORプロジェクトの成功には，①十分な原油が油層に残っているか，また② CO2圧入により油層内の原油が効率良く流れるかというポイントが重要である。

PN CCUSプロジェクトでは，実験室での流体試験やコア試験に加えて，フィールド試験を実施し，対象油層が適当

であることと CO2圧入の有効性を確認した。

Single Well Chemical Tracer Testケミカルトレーサーを用いて Huff‘n’Puffを行い，生産流体中のトレーサー濃度から残留油飽和率を求める方法であ

る。トレーサーとして圧入されるエステルは，地層内の水

により加水分解しアルコールを生成するため，再生産した

流体中のアルコール濃度と加水分解することなく戻ってき

たエステル濃度の差を測定することにより，残留油飽和率

が計算される。ウエスト・ランチ油田では，水攻法の後も

CO2-EORにより回収が可能と考えられる十分な原油が残されていることが，このトレーサーテストにより確認できた。

Five-Spot Pilot TestCO2効果と掃攻効率の定量化を目的とし，5点法によるパイロットテストを実施した。図12に示すように約16エーカーのパターンに対してCO2および後押しの水を圧入し，

生産量の変化を測定した。その結果 CO2圧入前までの生

産挙動と比較して，明らかな増産効果が確認された。また

観測井では，CO2の通過とともに，飽和率の明らかな変化

が観測され，油層の不均質性と CO2の移動性の確認，掃

攻レイヤーの特定が行われた。図 13にパイロットテスト概要と観測井における飽和率の変化を示した。

5.4 CO2-EOR操業とモニタリングCO2-EORにおいては，地下では油層内でミシブル状態

を形成させ掃攻効率を高めるという操業を行っているが，

一方で地上の操業は一般的な油田操業とあまり変わらな

い。唯一，超臨界の CO2を扱っている点が他の油田とは

図 10　ウエスト・ランチ油田 EORパターン展開

図 11　ウエスト・ランチ油田　油層諸元

藤　原　勝　憲 121


異なる。超臨界の CO2をパイプラインで受入れること，

原油に付随して生産された CO2をコンプレッサーで超臨

界まで昇圧すること，そしてそれらを混合して再び地下に

圧入（CO2リサイクル）することが操業上の特徴である。

またウエスト・ランチ油田特有の課題として，生産井での

サンドトラブルが挙げられるが，坑内のグラベルパックや

地上設備のエロージョン対策で対処している。

CCS/CCUSの観点からは，圧入 CO2が地下から漏洩し

ていないことを検証する目的で，CO2のモニタリングが重

要な課題となっている。ウエスト・ランチ油田では，米国

エネルギー省との契約に沿ってMonitoring Verification and Accounting（以下MVA）プランを作成し，テキサス大学Bureau of Economic Geology（以下 BEG）に委託してモニタリングを実施している。MVAプランには，CO2の移動

図 13　EOR Five Spot パイロットテスト（2）

図 12　EOR Five Spot パイロットテスト（1）



を推定するための Flow Modelの作成と，操業中のデータモニタリングが含まれている。代表的なモニター項目は，

① CO2-EOR対象層における圧力，飽和率および圧入量，② CO2-EOR対象層上部における圧力，③浅層の帯水層における水サンプリング，そして④地表に近い不飽和帯にお

ける CO2漏洩の有無である。図 14に代表的なモニタリング項目を図示した。

6.　米国の CCS/EORに関する補助制度

6.1 テキサス州における生産税の優遇措置テキサス州においては原油生産に関わる生産税率は

通常 4.6％であるが，EORを助成するためにいくつかの優遇税制がある。まず「The Enhanced Oil Recovery Tax Incentive」と呼ばれる優遇措置より，認定を受けた新規EORプロジェクトの生産税率が通常の半分の 2.3％に減額される。さらに，「Advanced Clean Energy – EOR Tax Reduction」と呼ばれる制度では，人工由来の CO2を用い

た EORに対し，さらに半分に減額した 1.15％の生産税率が適用される。

6.2 45Q Tax Credit（CO2隔離による税額控除）

CO2の隔離に対して適用される税額控除制度で，2008年に Energy Improvement and Extension Actの一部として法制化された。EORに対しては $10/トン，また CCSに対しては $20/トン（いずれもインフレ調整あり）の税額控除が適用され，控除の上限は 75百万トンと制定された。2018年2月には，税額控除の拡張法案が成立し，税控除期間を 12年と限るものの，①税額控除を受ける条件の緩和，② 2026年までに EORに対して $35/トン，CCSに対して $50/トンへと控除額が増額され，また控除上限も撤廃された。

PN CCUSプロジェクトは，現時点で 45Q Tax Creditの適用を受けていないが，テキサス州の優遇税制は適用され

ており，プロジェクト収益の改善につながっている。

7.　ま　と　め

・ CCS/CCUS技術は地球温暖化の原因となる CO2排出量

を削減する有力な手法の 1つである。・ PN CCUSプロジェクトは，CCSと CO2-EOR技術を組み合わせることで，石炭火力発電所が排出する CO2を商

業的に回収することに成功した。

・ CO2回収装置は 2016年 12月の稼働以来順調に CO2を

回収し，ウエスト・ランチ油田に送り続けている。2018年 9月までにすでに 200万トン以上の CO2を回収した。

・ウエスト・ランチ油田では，CO2-EOR効果により，プロジェクト開始前は日量約 300バレル程度であった原油生産量が 2018年 9月時点で 6,000バレルと約 20倍に増加し，2017年 2月の生産開始以来累計で 200万バレル以上の CO2-EORによる原油を生産した。

・ JXは CCSと CO2を組み合わせた技術を米国内や他の地

域でも積極的に展開し，地球環境との調和を目指した石

油ビジネスを進めてゆく。

SI単位換算係数

ft × 3.048 E－ 01 ＝ m bbl × 1.589874 E－ 01 ＝ m3

psi × 6.894757 E＋ 03 ＝ Pa cP × 1.0 E－ 03 ＝ Pa・s （°F－ 32） / 1.8 ＝℃

141.5 / （131.5＋°API）＝ g/cm3

図 14　CO2-EORモニタリングプラン

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ぺトラ・ノヴァ・CCUS プロジェクトJX 石油開発株式会社（以下JX）は，図1 に示すように， 地球温暖化への取り組みとして操業中の油ガス田から排出

ぺトラ・ノヴァ・CCUS プロジェクトJX 石油開発株式会社（以下JX）は，図1 に示すように，地球温暖化への取り組みとして操業中の油ガス田から排出