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重質原油（または超重質原油）は、通常の貯留層条件下では生産井から容易に流出しない高粘度の原油です。 [ 1 ]密度または比重が軽質原油よりも高いため、「重質」と呼ばれます。重質原油は、API比重が20°未満の液体石油として定義されています。 [ 2 ] 重質原油と軽質原油の物理的特性の違いには、粘度と比重の高さ、および高分子量炭化水素組成が含まれます。2010年、世界エネルギー会議（WEC）は、超重質原油を、比重が10°未満で貯留層粘度が10,000センチポアズを超える原油と定義しました。[ 3 ] 貯留層粘度の測定値が入手できない場合、WECは超重質原油の下限を4° APIとみなしています。 [ 4 ]つまり、密度が 1000 kg/m 3を超える(または比重が 1 を超える) 油で、貯留層粘度が 10,000 センチポアズを超える油です。[ 3 ] [ 5 ]重質油とアスファルトは、高密度の非水相液体(DNAPL)です。溶解度が低く、粘度が水よりも高く、密度も水よりも高くなっています。[ 6 ] DNAPL が大量に流出すると、水域の全深度にすぐに浸透し、底に蓄積します。[ 7 ]
世界資源研究所によると、カナダとベネズエラには、かなりの量の重質油とオイルサンドが集中している。[ 2 ] [ 8 ]米国エネルギー情報局は2001年に、世界最大の重質原油埋蔵量は、ベネズエラ東部の長さ270マイル、幅40マイルのオリノコベルトにあると報告した。当時、ベネズエラは「超重質原油資源をアップグレードするための合弁事業」を認可し始めた。[ 9 ]当時、ベネズエラ国営石油会社（Petroleos de Venezuela, SA）は、この地域に2700億バレルの回収可能な埋蔵量があると推定した。[ 9 ]これはサウジアラビアの在来型石油埋蔵量と同じ量である。 [ 10 ]オリノコベルトはオイルサンドと呼ばれることもあるが、これらの堆積物は非瀝青質であり、粘度が低いため、重質油または超重質油のカテゴリーに分類される。[ 11 ] 30カ国以上が備蓄を持っていることが知られています。
重質油の生産は多くの国で一般的になりつつあり、2008年の生産量はカナダとベネズエラがリードした。[ 12 ]抽出方法には、砂を用いた冷間重質油生産、蒸気補助重力排水法、蒸気注入法、蒸気抽出法、トー・トゥ・ヒール空気注入法、極めて砂質で油分が豊富な鉱床に対する露天掘りなどがある。
重質原油の生産、輸送、精製は、軽質原油に比べて特別な課題を抱えています。一般的に、重質原油を輸送するパイプラインでは、流れを良くするために一定間隔で希釈剤が添加されます。希釈ビチューメン（ Dilbit）は、高粘度炭化水素を輸送する手段です。アルバータ州オイルサンドビチューメン評価方法によると、「Dilbitブレンド」とは、「パイプラインの粘度と密度仕様を満たす目的で、重質原油および/またはビチューメンと希釈剤（通常はコンデンセート）から作られたブレンドで、ブレンドに含まれる希釈剤の密度が800 kg/m 3未満であるもの」を意味します。[ 13 ] [ 14 ]
現在の生産および輸送方法では、重質原油は軽質原油よりも環境への影響が深刻です。生産がより困難になるにつれて、蒸気圧入や井戸間隔の狭小化（多くの場合、1エーカーあたり1つの井戸）など、さまざまな強化石油回収技術が採用されます。重質原油には汚染物質も含まれています。たとえば、オリノコ超重質油には、硫黄4.5%のほか、バナジウムとニッケルが含まれています。[ 15 ]しかし、原油は使用前に精製され、分解と分留によって特定のアルカンが生成されるため、この比較は実際的な意味では妥当ではありません。重質原油の精製技術はより多くのエネルギー投入を必要とする可能性があるため[ 16 ]、最終製品が軽質炭化水素（ガソリン自動車燃料）である場合、その環境への影響は現状では軽質原油よりも大きくなっています。一方、道路アスファルト混合物の原料としては、軽質原油よりも重質原油の方が優れています。
現在の技術では、重質油やオイルサンドの抽出と精製によって発生する総CO2排出量は、従来の石油と比較して最大3倍にもなります[ 17 ]。これは主に、抽出プロセスにおける余分なエネルギー消費（貯留層を加熱・加圧して流れを促進するために天然ガスを燃焼させる場合など）が原因です。現在、より良い生産方法に関する研究が進められており、この環境への影響を軽減することを目指しています。
2009年の報告書で、米国政府の二酸化炭素情報分析センターとカナダ石油生産者協会から提供されたデータを引用した全米有害物質ネットワークは、生産されたエネルギー単位あたりのCO2排出量は石炭の約84%（0.078/0.093）であり、従来の石油のCO2排出量よりも高いと述べた。[ 18 ]
Environmental Research Webは、「抽出と処理に必要なエネルギーのため、カナダのオイルサンドからの石油は、従来の化石燃料と比較してライフサイクル排出量が高く、最大25%多い」と報告している。[ 19 ]
重質原油は、石油開発の経済性に関して興味深い状況をもたらします。世界の重質油資源は、従来の軽質原油の2倍以上です。2009年10月、米国地質調査所はオリノコ油田の回収可能量を5130億バレル（8.16 × 10 10 m 3 ）に更新し[ 20 ]、この地域は世界最大級の回収可能な油田の一つとなりました。しかし、重質油の回収率は、原油埋蔵量の5～30%に制限されることがよくあります。化学組成は、回収率を左右する決定的な変数となることがよくあります。重質油の回収に利用される新しい技術は、回収率を絶えず向上させています。[ 21 ]
一方、精製コストの増加や一部の産地における高硫黄含有量のため、重質原油は軽質原油よりも割安な価格で取引されることが多い。粘度と密度の増加は生産をより困難にする（貯留層工学を参照）。他方、カナダ、ベネズエラ、カリフォルニアを含むアメリカ大陸では大量の重質原油が発見されている。重質油田の比較的浅い深度（多くの場合3,000フィート（910メートル）未満）は生産コストの削減に貢献する可能性があるが、従来の生産方法が非効率となる生産と輸送の困難さによって相殺される。[ 12 ]重質油の探査と生産のための特殊な技術が開発されている。
重質油は、更新世、鮮新世、中新世（2500万年より新しい）の岩石からなる浅い若い貯留層で見つかることが多い[ 12 ] 。場合によっては、より古い白亜紀、ミシシッピ紀、デボン紀の貯留層でも見つかることがある。
重質油はアスファルト質で、アスファルテンと樹脂を含んでいます。その密度と粘度は、芳香族化合物とナフテンが直鎖アルカンに対して高い比率であることと、NSO（窒素、硫黄、酸素、重金属）のレベルが高いことに起因します。重質油は炭素原子が60個を超える化合物の割合が高く、そのため沸点と分子量が高くなります。たとえば、オリノコ超重質原油の粘度は1,000～5,000 cP（1～5 Pa·s）の範囲ですが、カナダ超重質原油の粘度は5,000～10,000 cP（5～10 Pa·s）の範囲で、糖蜜とほぼ同じか、それ以上です（最も粘度の高い商業的に採掘可能な鉱床では最大100,000 cPまたは100 Pa·s）。[ 2 ]シェブロン・フィリップス・ケミカル社 による定義は次のとおりです。
重油の「重さ」は主に、複雑な高分子量非パラフィン化合物の混合物の割合が比較的高く、揮発性低分子量化合物の割合が低いことによるものです。重油は通常、パラフィンをほとんど含まず、アスファルテンを多く含む場合と含まない場合があります。[ 22 ]
重質原油は一般的に2つの方法で分類されます。
重質原油は、オイルサンド由来の天然ビチューメンと密接に関連しています。石油地質学者は、密度が 10° API未満であるため、オイルサンド由来のビチューメンを超重質油に分類しています。[ 23 ]ビチューメンは、石油の中で最も重く、最も粘稠な形態です。[ 24 ]米国地質調査所によると、ビチューメンはさらに粘度が高い（つまり、流動抵抗が大きい）超重質油として区別されます。「タールサンドまたはオイルサンドとも呼ばれる天然ビチューメンは、重質油の特性を共有していますが、さらに密度が高く、粘性があります。天然ビチューメンは、10,000センチポアズを超える粘度を持つ油です。」[ 23 ]天然ビチューメンと重質油は、貯留層温度での高粘度、高密度（低 API 比重）、および窒素、酸素、硫黄化合物と重金属汚染物質の含有量が多い点で、軽質油とは異なります。これらは、軽質油の精製後の残渣に似ています。重質油のほとんどは地質盆地の縁辺部で見つかり、細菌による分解、水洗、蒸発によって低分子量成分を失った、かつての軽質油の残渣であると考えられています。従来の重質油とビチューメンは、細菌と浸食によって元の原油からどの程度分解されているかが異なります。[ 25 ]多くの場合、ビチューメンは冷たい糖蜜よりも粘度が高く、常温では流れません。[ 24 ]天然ビチューメンと超重質油は、細菌によって元の従来の油からどの程度分解されているかが異なります。