石油の採掘

石油は、地球の地表下から採取できる化石燃料です。石油の貯留層は、高圧下の浅い海で植物、藻類、堆積物が混ざり合って形成されます。石油は主に石油掘削によって回収されます。地震探査やその他の方法を使用して、油田を探します。石油掘削装置と石油プラットフォームを使用して、地面に長い穴を掘削し、油井を作り、石油を抽出します。抽出後、石油は精製され、ガソリンやタイヤ、冷蔵庫などの製品が作られます。石油の抽出は危険を伴う可能性があり、石油流出につながることもあります。^[1]

地質学者や地球物理学者は、地震調査を利用して、石油貯留層を形成する可能性のある地質構造を探索します。「古典的な」方法では、近くで地下爆発を起こし、地震の反応を観測して、地下の地質構造に関する情報を得ます。ただし、自然に発生する地震波から情報を抽出する「受動的な」方法も使用されます。^[2]

重力計や磁力計などの他の機器も石油の探索に使用されます。原油の抽出は通常、地下の貯留層に井戸を掘ることから始まります。油井が掘削されると、地質学者 (掘削現場では「泥水ロガー」と呼ばれます) がその存在を記録します。

歴史的に米国では、一部の油田では石油が自然に地表に上がってきましたが、アラスカの一部を除いて、これらの油田のほとんどはずっと前に使い果たされています。多くの場合、経済的に実行可能な抽出率まで、同じ貯留層に多くの井戸（マルチラテラル井戸と呼ばれる）が掘削されます。一部の井戸（二次井戸）は、貯留層圧力を上げたり維持したりして経済的な抽出を行うために、貯留層に水、蒸気、酸、またはさまざまなガス混合物を 注入する場合があります。

油井は、石油掘削装置で地面に長い穴を掘って作られます。新しく掘った油井の穴の構造的完全性を確保するために、穴に鋼管 (ケーシング) が入れられます。次に、油が穴に流れ込むように油井の底に穴が開けられます。最後に、「クリスマス ツリー」と呼ばれる一連のバルブが上部に取り付けられます。バルブは圧力を調整し、流量を制御します。掘削プロセスは、ミッドストリームとダウンストリームとともに、石油産業の 3 つの主要サービスの 1 つである「アップストリーム」に分類されます。

一次回復段階では、貯留層駆動力はいくつかの自然メカニズムによって生じます。

• 天然水が油を井戸の下方へ押し流す
• 貯留層上部における付随石油ガスの膨張
• 原油に最初に溶解した随伴ガスの膨張
• 油層内の石油が上部から油井が抽出されている下部へ移動することによって生じる重力排水。

一次回復段階での回復率は通常5～15％です。^[3]

油層内の地下圧力が石油（および付随ガス）を地表に押し出すのに十分である場合、石油を捕獲するために必要なことは、複雑なバルブ配列（クリスマスツリー）を坑口に設置し、さらに坑口をパイプラインネットワークに接続して貯蔵および処理することだけです。一次回収中に抽出率を上げるために、ビーム ポンプや電動水中ポンプ（ESP）などのポンプを使用して石油を地表に持ち上げることがあります。これらは人工揚水機構として知られています。

油井の寿命が長くなると、圧力は低下します。天然の貯留層駆動力が弱まり、石油を地表に押し出すのに十分な地下圧力がなくなった後、二次回収法が適用されます。これらは、貯留層圧力を高めるために流体を注入することによって貯留層に外部エネルギーを供給し、それによって天然の貯留層駆動力を人工駆動力に増加または置き換えることに依存しています。二次回収技術は、水注入、ガス再注入、ガスリフトによって貯留層の圧力を高めます。ガス再注入とリフトはそれぞれ、随伴ガス、二酸化炭素、またはその他の不活性ガスを使用して油ガス混合物の密度を下げ、その流動性を向上させます。水注入操作による典型的な回収率は、油の特性と貯留層岩石の特性によって異なりますが、約30％です。平均して、一次および二次石油回収操作後の回収率は35〜45％です。^[3]

強化された、または三次的な石油回収法は、抽出を増やすために石油の移動性をさらに高めます。

熱促進石油回収法（TEOR）は、石油を加熱して粘度を下げ、抽出を容易にする三次回収技術です。蒸気注入はTEORの最も一般的な形式で、多くの場合、コジェネレーションプラントで行われます。このタイプのコジェネレーションプラントは、ガスタービンを使用して発電し、廃熱を使用して蒸気を発生させ、それを貯留層に注入します。この回収形式は、非常に重質の石油を産出するサンホアキンバレーでの石油抽出を増やすために広く使用されていますが、米国の石油抽出の10％を占めています。^[要出典]火災攻法（その場での燃焼）はTEORの別の形式ですが、蒸気の代わりに石油の一部を燃やして周囲の石油を加熱します。

場合によっては、界面活性剤（洗剤）を注入して貯留層内の水と油の間の表面張力を変化させ、貯留層内に残留油として残る油を流動化させることもあります。^[4]

粘度を下げるもう一つの方法は二酸化炭素注入です。

三次回収により、貯留層の石油のさらに5％から15％を回収することができます。^[3]カリフォルニアのいくつかの重油田では、蒸気注入により石油埋蔵量と最終的な石油回収量が2倍、さらには3倍に増加しました。^[5]たとえば、カリフォルニア最大の油田であるミッドウェイ・サンセット油田を参照してください。

三次回収は、二次回収では十分な抽出を継続できず、採算が取れる状態で石油を抽出できる場合にのみ開始されます。これは、抽出方法のコストと現在の原油価格によって異なります。価格が高い場合は、以前は採算が取れなかった油井が再び使用され、価格が低い場合は、抽出が削減されます。

微生物処理の使用は、別の三次回収方法です。微生物の特別なブレンドを使用して、石油の炭化水素鎖を処理して分解し、石油の回収を容易にします。また、他の従来の方法よりも経済的です。テキサス州などの一部の州では、二次三次回収と呼ばれる方法でこれらの微生物を使用することに対して税制上の優遇措置があります。これらの微生物を供給している企業はほとんどありません。^[定量化]

回収可能な石油の量は、いくつかの要因によって決まります。

• 岩石の透水性
• 自然の駆動力の強さ（存在する関連ガス、隣接する水からの圧力、または重力）
• 貯留岩の多孔度、すなわち岩石の貯留容量
• 油の粘度

貯留岩が頁岩のように「密」な場合、一般的に石油は流れ出ることができませんが、砂岩のように浸透性がある場合、石油は自由に流れます。

井戸の回復は生産が停止するまで確実にはわかりませんが、石油技術者は何年も先の減少率予測に基づいて推定最終回復量(EUR) を決定することがよくあります。さまざまなモデル、数学的手法、および近似値が使用されます。

シェールガスのEUR は予測が難しく、井戸の劣化を合理的以上に過小評価する傾向のある回収方法を選択する可能性があります。

石油・ガス採掘労働者は、特有の健康と安全の課題に直面しており、国立労働安全衛生研究所（NIOSH）により、国家職業研究アジェンダ（NORA）における労働安全衛生問題に関する介入戦略を特定し提供する優先産業部門として認められている。^{[6] [7]} 2003年から2013年の間に、職業上の死亡率は36.3％大幅に減少したが、この期間中に労働者の規模が拡大したため、米国の石油・ガス採掘産業における仕事に関連した死亡者数は27.6％増加し、合計1,189人となった。労働者の死亡者の3分の2は、輸送事故および物体または機器との接触によるものであった。致命傷を受けた人の50％以上は、油井サービスを提供する企業に雇用されていた。危険管理には、陸上輸送の安全方針や自動化技術などの工学的管理が含まれる。 ^[8]

2023年、CDCは2014年から2019年の間に470人の労働者が死亡したと発表した。^[9]

石油やガスを燃焼させると、大気中に二酸化炭素が放出されます。石油などの化石燃料は、二酸化炭素排出量の89％を占めています。^[10]炭素排出は気候変動を引き起こし、海面上昇や天候悪化によって人々の安全に悪影響を及ぼします。

石油は海洋を汚染する油流出を引き起こすこともあります。^[10]