신규 유전의 발견 감소와 개발도상국의 수요 증대가 지속됨에 따라 향후 오일 수요를 충족시키는데 증진회수 기술이 중요한 역할을 담당할 것으로 믿어진다. 이 연구에서는 전세계에서 최근에 연구된 자료를 바탕으로 석유회수증진기술 (EOR)에 대한 현재 시장 동향 및 기술 개발 방향에 대해 정리하였다. EOR 시장은 열공법, 가스 주입법, 화학 공법에 의한 오일 회수를 모두 포함하였다. 저류층의 암상, 위치, 심도, 두께와 오일의 성분 및 비중 등 EOR 기법의 현장적용 기준을 정리하였으며, 각종 EOR 기법의 적용사례를 저류층 특성과 실제 회수의 관점에서 토의하였다.
온실가스 감축과 탄소 중립의 실현을 위해서 탄소의 포집, 저장(carbon capture, and storage, CCS) 기술은 매우 중요하다. CCS는 CO2 저장을 중점적으로 함으로써, 포획된 CO2를 지하 저류층 내부에 영구적으로 보관하는 역할을 한다. CO2--EOR(enhanced oil recovery)은 CCS의 한 형태로, 오일 회수 촉진을 위해 CO2를 지하 내부로 주입시켜 잔류 오일 회수에 도움을 줄 뿐만 아니라 CO2가 지하에 저장되어 탄소 중립에도 기여하는 기술이다. 이 CO2-EOR은 혼화공법과 비혼화공법으로 분류하며 혼화공법의 대표적인 방식인 CO2-WAG(water alternating gas)는 물과 CO2를 저류층 내부에 교대로 주입하여 오일을 생산하고 CO2를 저장하는 공법이다. WAG 방식은 주입 유체의 돌파를 조절할 수 있어 오일 회수에 유리한 특징을 보이며, 흡입과 배출 과정 중에 상대투과도의 이력현상을 유도해 CO2의 잔류 격리량을 확대할 수 있다. 본 연구에서는 CO2-EOR 과정에서의 석유회수증진 효과와 CO2가 지중에 저장되는 메커니즘을 설명하였으며, CCS와 연계한 CO2-EOR 적용 사례를 소개하였다.
본 고에서는 $CO_2$ 지중저장과 연계한 원유회수증진 기술을 소개하였다. 원유회수증진을 목적으로 $CO_2$를 저류층 내에 주입하는 $CO_2$ EOR 기술은 장기적인 관점에서 $CO_2$를 지하 심부 암반에 저장하는 CCS 기술로 전환할 수 있다. CCS와 연계한 $CO_2$ EOR 기술은 EOR에 필요한 대규모 $CO_2$ 공급원을 확보할 수 있는 장점이 있으며 원유 회수율 증진에 따른 편익 발생으로 CCS를 위한 일련의 프로세스 중, 특히 포집 분야에 경제성을 부가할 수 있는 장점이 있다. 이러한 CCS와 연계한 $CO_2$ EOR 기술의 특징 및 시장 전망을 살펴보고 국외의 대표사례로 Weyburn $CO_2$ EOR 프로젝트를 소개하였다. 또한, 안정적이고 경제적인 $CO_2$ EOR 실시에 필요한 제반 기술 요소를 분석하고 $CO_2$ 주입중 및 주입후 장기운영과정에서의 미소진동 계측, $CO_2$의 최소혼화압력 및 최대주입압력의 사전설계 등의 암반공학적 쟁점들을 소개하였다.
석유회수증진법은 저류층 내의 잔존 석유의 회수율을 높이는 기술로 그 종류가 다양하다. 이 중 화학적 공법에 사용되는 폴리머, 계면활성제는 온도, 염도 등에 영향을 받으므로 적용할 수 있는 저류층이나 생산조건에 제약이 있다. 이 연구에서는 최근 연구 자료를 기반으로 화학적 공법의 문제해결과 효율 향상을 위한 기술 개발에 대해 분석하였다. 고온 및 고염 조건에서 분해가 쉽게 발생하는 기존의 폴리머를 개선하기 위해 새로운 폴리머 및 주입법 기술이 개발되었고 석유회수증진이 비전통저류층으로 활용 범위를 확대함에 따라 셰일과 탄산염암 저류층에 적용 가능한 계면활성제 개발이 이루어지고 있다. 하지만 이러한 화학물질은 비용이 높아 아직까지 현장에서는 널리 활용되어지지 않고 있으며 추가적인 연구를 통해 비용을 절감할 수 있다면 석유회수증진을 위해 효과적으로 적용될 것이다.
Carbon dioxide injection is a widely known method of enhanced oil recovery (EOR). It is critical for the $CO_2$ EOR that the injected $CO_2$ to reach a condition fully miscible with oil. To reach the miscible point, a certain level of pressure is required, which is known as minimum miscibility pressure (MMP). In this study, a MMP prediction method using a process simulator is proposed. To validate the results of the simulation, those are compared to a slim tube experiment and several empirical correlations of previous literatures. Aspen HYSYS is utilized as the process simulator to create a model of $CO_2$/crude oil encounter. The results of the study show that the process simulator model is capable of predicting MMP and comparable to other published methods.
$CO_2$-EOR ($CO_2$-Enhanced Oil Recovery)은 석유회수증진법 중 하나로, 석유 생산량을 증대시키는 동시에 이산화 탄소를 지중에 격리시킬 수 있는 기술이다. 하지만 이산화탄소 주입 시, 지층 내 균열이 발생하는 경우 저류층 내에 이산화탄소의 영구저장이 어려워지고, 지하수 및 토양의 오염을 야기할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 인도네시아 머루압 유전에 이산화탄소 주입 시, 미소진동 모니터링을 수행하여 저류층 내 균열의 발생여부를 파악하고자 하였다. 미소진동 초동 발췌에는 Improved MER (Modified Energy Ratio) 방법을 이용하였다. 초동 발췌 후에는 이벤트의 방위각을 계산하기 위하여 다성분 지오폰에서 기록된 트레이스를 이용해 호도그램 분석을 수행하였다. 최종적으로 초동 발췌 결과와 호도그램 분석 결과를 이용하여 미소진동 위치결정을 수행하였다. 미소진동 위치결정 결과를 통해 저류층 주변에 균열의 발생여부를 확인해 본 결과, 미소진동 발생 위치는 모두 지표에서 나타나고 있으며 저류층 내 균열은 확인되지 않았다. 또한 잡음의 특성을 분석하여 초동 발췌된 이벤트가 대부분 규칙적인 기계적 잡음에 의한 것임을 확인할 수 있었다.
Alkali-surfactant polymer flooding has become an important technique to improve oil recovery following the development of oil fields while the function of emulsification in enhanced oil recovery is rarely considered in the existing mathematical model for numerical simulation. In this paper, the mechanism of improving the recovery of the emulsification was analyzed in ASP flooding, and a relatively perfect mathematical model with deep filtration-theory was established, in which oil-water volume equation, saturation equation, viscosity equation, and permeability reduction equation are included. The new model is used to simulate the actual block of an oil field; the simulated results of the new model and an old model without considering the emulsification are compared with the actual well history. It is found that new model which is easy to be realized in numerical simulation has a high precision fitting, and the effect of adding oil and decreasing water is obvious. The sensitivity of emulsification was analyzed, and the results show that the water reducing funnel becomes wider and the rate of water cut decreases rapidly with the increase of emulsifying capacity, and then the rate of recovery slows down. The effect of increasing oil and decreasing water is better, and the degree of recovery increases. The emulsification of the ASP flooding is maintained at a moderate level, which corresponds to ${\Phi}=0.2$ in the new model, and the emulsification is applied to realize the general mathematical quantitative description, so as to better guide the oilfield development.
Reservoir Characterization (RC) using 3-D seismic attributes analysis can provide properties of the oil sand reservoirs, beyond seismic resolution. For example, distributions and temporal bed thicknesses of reservoirs could be characterized by Spectral Decomposition (SD) and additional seismic attributes such as wavelet classification. To extract physical properties of the reservoirs, we applied 3-D seismic attributes analysis to the oil sand reservoirs in McMurray formation, in BlackGold Oilsands Lease, Alberta Canada. Because of high viscosity of the bitumen, Enhanced Oil Recovery (EOR) technology will be necessarily applied to produce the bitumen in a steam chamber generated by Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD). To optimize the application of SAGD, it is critical to identify the distributions and thicknesses of the channel sand reservoirs and shale barriers in the promising areas. By 3-D seismic attributes analysis, we could understand the expected paleo-channel and characteristics of the reservoirs. However, further seismic analysis (e.g., elastic impedance inversion and AVO inversion) as well as geological interpretations are still required to improve the resolution and quality of RC.
Biosurfactants have versatile properties and potential industrial applications. A new producer, B. subtilis TU2, was isolated from the underground oil-extraction wastewater of Shengli Oilfield, China. Preliminary flask culture showed that the titer of biosurfactant obtained from the broth of TU2 was ~1.5 g/l at 48 h (718 mg/l after purification), with a reduced surface tension of 32.5 mN/m. The critical micelle concentration was measured as 50 mg/l and the surface tension maintained stability in solution with 50 g/l NaCl and 16 g/l $CaCl_2$ after 5 days of incubation at $70^{\circ}C$. FT-IR spectra exhibited the structure information of both glycolipid and lipopeptide. MALDI-TOF-MS analyses confirmed that the biosurfactant produced by B. subtilis TU2 was a blend of glycolipid and lipopeptide, including rhamnolipid, surfactin, and fengycin. The blended biosurfactant showed 86% of oil-washing efficiency and fine emulsification activity on crude oil, suggesting its potential application in enhanced oil recovery.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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