[논문]국내산 계면활성제를 이용한 오일회수증진용 알칼리-계면활성제-폴리머용액의 제조 및 특성평가

이상헌; 김상겸; 박지윤; 이도균; 황순철; 배위섭; 김인원; 이영우

doi:10.7464/ksct.2013.19.4.481

국내산 계면활성제를 이용한 오일회수증진용 알칼리-계면활성제-폴리머용액의 제조 및 특성평가
Preparation and Characterization of Domestic Alkali-Surfactant-Polymer Solution for Enhanced Oil Recovery 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.19 no.4, 2013년, pp.481 - 486

이상헌 (충남대학교 바이오응용화학과) , 김상겸 (충남대학교 녹색에너지기술전문대학원) , 박지윤 (충남대학교 바이오응용화학과) , 이도균 (충남대학교 바이오응용화학과) , 황순철 (충남대학교 녹색에너지기술전문대학원) , 배위섭 (세종대학교 에너지자원공학과) , 김인원 (건국대학교 화학공학과) , 이영우 (충남대학교 녹색에너지기술전문대학원)

초록
AI-Helper

국내산 계면활성제를 이용하여 오일회수증진용 알칼리-계면활성제-폴리머(alkali-surfactant-polymer, ASP)용액을 제조하였다. 계면활성제는 현재 애경에서 사용되고 판매되어지는 리니어알킬벤젠술폰산(linear alkylbenzene sulfonic acid, LAS)과 디옥틸설포석신나트륨(dioctyl sulfosiuccinate, DOSS)을 사용하였으며 LAS와 DOSS를 1:1, 2:1의 비율로 섞어 합성계면활성제를 제조하였다. 염도는 0.8 wt.%에서 3.6 wt.%까지 변화시킨 뒤 계면활성제 용액과 오일모사로 쓰인 데칸(decane)을 섞어서 마이크로에멀젼 형성을 알아보았다. 염도가 변하면서 마이크로에멀젼 층은 증류수에서 오일로 이동하였으며 최적의 염도일 때 가용화 값을 측정하였다. 또한 표면장력 측정기를 이용하여 표면장력을 측정하였으며 Huh 방정식을 이용하여 계면장력을 측정하였다. 이후에 각각의 계면활성제 비율에 대한 마이크로에멀젼의 특성을 비교하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Alkali-surfactant-polymer (ASP) solution was manufactured by using the domestic surfactants for enhanced oil recovery. Domestic surfactants such as linear alkylbenzene sulfonic acid (LAS) and dioctyl sulfosiuccinate (DOSS) were used. This surfactants were purchased from AK chemtech Co., Ltd. (Korea). LAS and DOSS were blended and the ratio of LAS to DOSS are 1:1 and 2:1. Decane was used as a model compound of the crude oil. Surfactant solution and decane were blended to analyze microemulsion. Brine-oil-surfactant are mixed at varying concentration of brine from 0.8 to 3.6 wt.%. Increasing salinity causes the phase transition of microemulsion from water to middle to oil. Also, by measuring the surface tension and interfacial tension using pendent drop tensiometer and Huh's equation optimal ratio of the ASP solution was determined.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 국내산 계면활성제인 LAS와 DOSS를 사용하여 국내산 ASP용액을 제조하는 기초실험을 진행하였다. 이러한 기초실험은 실제 ASP용액을 적용하고자하는 저류층의 염도나 온도와 같은 환경 등을 고려해서 진행하는 실험이다.
ASP공법은 알칼리-계면활성제-폴리머를 혼합하여 저류층에 주입하는 기술로 각각의 화학물질들의 혼합비가 매우 중요하다[15,16]. 본 연구에서는 국내산 계면활성제를 이용하여 알칼리-계면활성제-폴리머의 최적화된 혼합비를 찾는 연구를 진행하였다[17].
본 연구에서는 화학공법중 하나인 ASP공법을 사용하기 위한 기초실험을 진행하였다. ASP공법은 화학공법 중 가장 높은 효율을 갖고 있으나 ASP공법에 사용되는 화학물질들의 가격 경쟁력이 낮아 사용되지 않는 기법으로 분류되었다.
또한, 울트라 계면장력 값과 본 연구에서 찾은 배합비율을 통해 제조된 국내산 ASP용액이 근접한 계면장력 값을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로부터 국산화 계면활성제의 ASP기법 적용 가능성을 확인하였다.
이러한 기초실험은 실제 ASP용액을 적용하고자하는 저류층의 염도나 온도와 같은 환경 등을 고려해서 진행하는 실험이다. 이러한 기초실험 자료는 실험실 규모 및 파일럿 규모의 저류층 묘사 실험 장치에 적용하기 위한 필수 단계로 다양한 형태로 존재하는 저류층별 데이터베이스를 구축하는데 중요한 실험이다.
본 논문에서는 국내산 계면활성제인 LAS와 DOSS를 사용하여 국내산 ASP용액을 제조하는 기초실험을 진행하였다. 이러한 기초실험은 실제 ASP용액을 적용하고자하는 저류층의 염도나 온도와 같은 환경 등을 고려해서 진행하는 실험이다. 이러한 기초실험 자료는 실험실 규모 및 파일럿 규모의 저류층 묘사 실험 장치에 적용하기 위한 필수 단계로 다양한 형태로 존재하는 저류층별 데이터베이스를 구축하는데 중요한 실험이다.

가설 설정

[20]은 계면활성제 농도 단위당 오일과 물의 용해되는 양을 V_O/V_S, V_W/V_S 같이 정의하였으며, 마이크로에 멀젼 안에 있는 각각의 계면활성제, 오일, 물의 부피를 각각 V_S, V_O, V_W로 표현하였다. 본 연구에서는 마이크로에멀젼안에 모든 계면활성제가 포함되어 있다는 가정하였고, 이에 대한 결과는 Figure 1을 통해 확인할 수 있다.

제안 방법

6 wt.%까지 변화시켜 최적의 염도측정 실험을 진행하였다.
0 wt.%로 고정을 시켜놓았으며, 현장 적용을 위해 가장 먼저 실시되는 최적의 염도 측정 실험을 진행하였다. 그 결과 2:1의 비율로 섞은 혼합용액이 1:1의 비율로 섞은 혼합용액보다 가용화 값이 높은 것을 확인하였으며, 최적의 염도 조건은 1:1일 경우는 1.
계면활성제는 두 가지의 계면활성제를 혼합하여 사용하였으며 계면활성제는 각각 한쪽방향의 알킬사슬을 갖는 LAS®와 두 방향의 알킬사슬을 갖는 DOSS®이다.
혼합계면활성제의 주는 LAS®계면활성제를 사용하여 실험이 진행되었고 DOSS®와 1:1, 2:1, 3:1로 배합하여 실험을 진행하였다.

대상 데이터

모든 계면활성제는 4 wt.%의 IBA을 조용매로 사용하여 제조되었다. 제조된 혼합용액과 데칸을 1:1로 혼합시킨 후 염화나트륨을 0.
계면활성제는 음이온 계면활성제로 애경에서 구입한 LAS® (linear alkylbenzene sulfonic acid, 99.6%)와 DOSS® (dioctyl sulfosiuccinate, 64.8%)를 사용하였고, 계면활성제의 자세한 분자구조는 Table 1에서 확인할 수 있다.
8%)를 사용하였고, 계면활성제의 자세한 분자구조는 Table 1에서 확인할 수 있다. 알칼리물질로 사용된 탄산나트륨(sodium carbonate, Na₂CO₃)은 삼천에서 구입하여 사용하였으며, 조용매로 사용한 이소부틸알코올(isobutyl alcohol, IBA)과 염도측정 실험에 사용된 염 물질인 염화나트륨(sodium chloride, NaCl) 그리고 오일 모사로 사용된 데칸(decane)은 시그마-알드리치에서 구입하여 본 연구에 사용하였다.

데이터처리

시료의 표면장력은 표면장력 측정기를 이용하여 측정하였으며, 시료 하나당 3회 측정하여 평균값을 구하였다. 표준 편차는 ±0.
표면장력실험에 사용된 장치는 표면장력 측정기(Dyne Technology Ltd., Model: WS13 7FE)를 사용하였고, 모든 측정은 하나의 시료를 3번 측정하여 평균값을 구하였다. 표준 편차는±0.

성능/효과

7 wt.%인 것을 확인하였으며 이 결과는 LAS의 비율이 높아질수록 최적의 염도 값이 높아지는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과를 토대로 다양한 환경을 갖는 현장상황에 맞게 염도조건을 조절할 수 있을 것이라 예상된다.
%로 고정을 시켜놓았으며, 현장 적용을 위해 가장 먼저 실시되는 최적의 염도 측정 실험을 진행하였다. 그 결과 2:1의 비율로 섞은 혼합용액이 1:1의 비율로 섞은 혼합용액보다 가용화 값이 높은 것을 확인하였으며, 최적의 염도 조건은 1:1일 경우는 1.9 wt.%이고 2:1일 경우는 2.
LAS의 비율이 높아지면 최적의 염도 값과 가용화 값이 동시에 증가하는 경향을 보인다. 따라서 계면활성제의 배합비율을 LAS: DOSS를 2:1로 배합했을 때가 1:1로 배합했을 때보다 더 높은 가용화 값을 갖는다는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 울트라 계면장력 값과 본 연구에서 찾은 배합비율을 통해 제조된 국내산 ASP용액이 근접한 계면장력 값을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로부터 국산화 계면활성제의 ASP기법 적용 가능성을 확인하였다.
01)이다. 본 연구에서 사용된 국산화 ASP용액은 ASP용액이 갖추어야 될 울트라 계면장력 값과 근접한 수치를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 국산화 ASP용액의 최적의 배합비율을 찾은 것과 동시에 국산화 ASP용액의 현장 적용 가능성을 확인한 것이라 여겨진다[27-30].
Figure 2(a), (b)는 각각의 계면활성제 비율에 대한 염도변화에 따른 마이크로에멀젼의 변화를 나타낸 실제사진이며, Figure 3(a), (b)는 Figure 2(a), (b)의 가시화된 마이크로에멀젼의 수치를 그래프로 나타낸 값이다. 염도에 변화에 따라 마이크로에멀젼의 위치가 조금씩 이동하는 것을 확인할 수 있었고 LAS:DOSS 2:1의 비율일 때가 1:1의 비율보다 더 높은 가용화된 마이크로에멀젼을 형성하는 것을 결과를 통해 확인할 수 있었다.
염도가 증가하면 증가할수록 마이크로에멀젼은 증류수, 증류수와 오일 중간층 그리고 오일 층 쪽으로 형성이 되는 현상을 보인다. 즉, 마이크로에멀젼의 오일의 가용화(V_O/V_S) 값은 염도가 증가함에 따라 이 값도 증가하는 증가함수의 형태를 보이며, 증류수의 가용화(V_W/V_S) 값은 염도가 감소함에 따라 이 값도 감소하는 감소함수의 형태를 보인다. 이 두 그래프의 교차점을 “optimal salinity” 즉 최적의 염도 값이라고 정의한다[22].

후속연구

%인 것을 확인하였으며 이 결과는 LAS의 비율이 높아질수록 최적의 염도 값이 높아지는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과를 토대로 다양한 환경을 갖는 현장상황에 맞게 염도조건을 조절할 수 있을 것이라 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	석유회수 증진기술들 중 가스주입법의 장점은?	주입가스는 압력에 따라 혼합상태 혹은 비혼합상태로 유동할수 있으나 일반적으로 혼합상태에서 회수 효율이 더 높은 것으로 알려져 있다. 수공법이나 계면활성제 주입법과 같은 다른 회수방법과 결합하여 사용할 수 있는 장점이 있다[9,10].
	ASP공법의 특징은?	본 연구에서는 화학공법중 하나인 ASP공법을 사용하기 위한 기초실험을 진행하였다. ASP공법은 화학공법 중 가장 높은 효율을 갖고 있으나 ASP공법에 사용되는 화학물질들의 가격 경쟁력이 낮아 사용되지 않는 기법으로 분류되었다. 하지만, 석유의 가격이 나날이 높아지는 고유가 시대에 도입하면서 ASP공법의 경쟁력이 확보가 되어 다시금 활발히 연구되는 기법중 하나이다[14]. ASP공법은 알칼리-계면활성제-폴리머를 혼합하여 저류층에 주입하는 기술로 각각의 화학물질 들의 혼합비가 매우 중요하다[15,16]. 본 연구에서는 국내산 계면활성제를 이용하여 알칼리-계면활성제-폴리머의 최적화된 혼합비를 찾는 연구를 진행하였다[17].
	석유회수증진기술은 크게 어떻게 분류할 수 있는가?	이러한 석유회수증진기술들은 크게 열공법(thermal flooding method), 가스주입법(gas injection method), 화학공법(chemical flooding method) 등으로 분류되며, 유전의 특성이나 적용환경을 고려하여 1차회수 2차회수 후에 저류층에 잔존하는 석유를 추가적으로 회수하기 위한 기술로 사용된다[5].

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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