[논문]알칼리-계면활성제 용액을 이용한 인도네시아 A원유의 마이크로에멀전 특성

이상헌; 김상겸; 배위섭; 이영우

doi:10.14478/ace.2014.1136

알칼리-계면활성제 용액을 이용한 인도네시아 A원유의 마이크로에멀전 특성
Characterization of Microemulsion of Crude Oil Using Alkali-Surfactant Solution 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.26 no.3, 2015년, pp.259 - 264

이상헌 (충남대학교 바이오응용화학과) , 김상겸 (충남대학교 에너지과학기술대학원) , 배위섭 (세종대학교 에너지자원공학과) , 이영우 (충남대학교 에너지과학기술대학원)

초록
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원유회수증진 중 하나인 화학적 공법은 원유의 특성에 맞는 화학물질들의 종류와 비율에 따라 회수되는 오일의 양이 다르기 때문에 오일 특성에 맞는 알칼리-계면활성제 용액을 제조하는 것이 중요하다. 본 연구 알칼리-계면활성제 용액과 인도네시아 A중질유와의 염도 측정 실험을 통해 마이크로에멀젼의 상 거동을 분석하여 인도네시아 A중질유와 적합한 알칼리-계면활성제 용액을 제조 및 적합한 비율을 선별하였다. 알칼리-계면활성제에 사용되는 계면활성제는 AK켐텍에서 제조된 $C_{16}-PO_7-SO_4$ 계면활성제를 사용하였고, 알칼리 물질과 조용매는 탄산나트륨, IBA 그리고 TEGBE를 사용하였다. 알칼리-계면활성제 용액과 인도네시아 A중질유를 혼합했을 때, 0.0~3.6 wt%의 염도에서 Type III의 마이크로에멀젼이 형성되었으며, 염도가 증가할 때 마이크로에멀젼은 물층(Type I)에서 중간층(Type III)에서 오일층(Type II)으로 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 Huh 방정식을 통해 A중질유와 알칼리-계면활성제 용액의 계면장력을 계산한 결과 원유회수증진을 위해 적용 가능한 계면장력 값을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 특성들을 통해 국내산 알칼리-계면활성제를 이용한 화학적 공법의 적용 가능성을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

For the enhanced oil recovery, one of the most important factors is to determine the surfactant formulation in chemical flood. The objective of this study is to analyze the microemulsion formed between the alkali-surfactant (AS) solution and A crude oil for screening surfactants. The alkali-surfactant solution was manufactured by using the surfactant purchased from AK ChemTech. $C_{16}-PO_7-SO_4$ and sodium carbonate solution were used as surfactant and alkaline, respectively. Both TEGBE and IBA were used as a co-solvent. The AS solution and A crude oil can form a Type III middle phase microemulsion at the salinity from 0.0 wt%~3.6 wt%. Increasing the salinity causes the phase transition of microemulsion from the lower (Type I) to middle (Type III) to upper (Type II) phase. Interfacial tension (IFT) values calculated by Huh's equation were in good agreement with ultralow IFT. According to this characteristic, the surfactant purchased from a domestic company can be applied to the enhanced oil recovery.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 원유회수증진법 중 화학적 공법인 알칼리-계면활성제-폴리머 공정을 확립시키기 위한 실험을 진행하였다. 인도네시아 A 중질유에 적합한 알칼리-계면활성제 용액을 제조하였고, 오일과 알칼리-계면활성제 용액을 혼합했을 때 염도의 변화에 따라 달라지는 마이크로에멀젼(microemulsion)의 상 거동 변화에 대한 분석 및 특성평가를 진행하였다.

제안 방법

인도네시아 A 중질유에 적합한 알칼리-계면활성제 용액을 제조하였고, 오일과 알칼리-계면활성제 용액을 혼합했을 때 염도의 변화에 따라 달라지는 마이크로에멀젼(microemulsion)의 상 거동 변화에 대한 분석 및 특성평가를 진행하였다. 또한, 알코올(alcohol)과 글리콜(glycol) 조용매(cosolvent)의 종류와 비율에 따라 달라지는 마이크로에멀젼의 특성을 파악하였으며, Huh 방정식을 통해 계면장력을 계산하였고, 계면활성제 사용량에 대한 마이크로에멀젼의 부피 비를 계산하여 알칼리-계면활성제 용액의 효율을 측정하여 실제 유전에 주입하였을 때 높은 회수율을 보일 수 있는 알칼리-계면활성제 용액을 제조하였다.
본 연구에서는 알칼리-계면활성제 용액과 인도네시아 A중질유와의 염도 측정 실험을 통해 마이크로에멀젼의 상 거동을 분석하였다. 탄산나트륨 알칼리와 AK 켐텍에서 생산되는 국내산 계면활성제를 이용하여 염도가 변할 때, 마이크로에멀젼의 상 거동과 계면활성제 사용량에 따른 마이크로에멀젼의 부피인 가용화 값을 측정하였고, 또한 Huh 방정식을 통해 계면장력을 계산하여 A중질유와 알칼리-계면활성제 용액의 성능을 파악하였다.
본 연구에서는 원유회수증진법 중 화학적 공법인 알칼리-계면활성제-폴리머 공정을 확립시키기 위한 실험을 진행하였다. 인도네시아 A 중질유에 적합한 알칼리-계면활성제 용액을 제조하였고, 오일과 알칼리-계면활성제 용액을 혼합했을 때 염도의 변화에 따라 달라지는 마이크로에멀젼(microemulsion)의 상 거동 변화에 대한 분석 및 특성평가를 진행하였다. 또한, 알코올(alcohol)과 글리콜(glycol) 조용매(cosolvent)의 종류와 비율에 따라 달라지는 마이크로에멀젼의 특성을 파악하였으며, Huh 방정식을 통해 계면장력을 계산하였고, 계면활성제 사용량에 대한 마이크로에멀젼의 부피 비를 계산하여 알칼리-계면활성제 용액의 효율을 측정하여 실제 유전에 주입하였을 때 높은 회수율을 보일 수 있는 알칼리-계면활성제 용액을 제조하였다.
인도네시아 X유전의 전체 염도는 6600 ppm으로 일반적인 저류층에 비해 낮은 염도를 가지고 있으며, 전해질 대부분이 나트륨과 염소이온으로 구성되어 있기 때문에, 원유A와 알칼리-계면활성제 용액의 상 거동과 최적의 염도를 확인하기 위해 염화나트륨을 이용한 염도측정 실험을 진행하였다. 저류층 전해질의 자세한 구성은 Table 3에 나타내었다.
본 연구에서는 알칼리-계면활성제 용액과 인도네시아 A중질유와의 염도 측정 실험을 통해 마이크로에멀젼의 상 거동을 분석하였다. 탄산나트륨 알칼리와 AK 켐텍에서 생산되는 국내산 계면활성제를 이용하여 염도가 변할 때, 마이크로에멀젼의 상 거동과 계면활성제 사용량에 따른 마이크로에멀젼의 부피인 가용화 값을 측정하였고, 또한 Huh 방정식을 통해 계면장력을 계산하여 A중질유와 알칼리-계면활성제 용액의 성능을 파악하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 계면활성제는 음이온 계면활성제로 AK켐텍에서 원유회수증진용으로 제조된 프로필렌 옥사이드(propylene oxide, PO)가 붙은 설페이트(sulfate) 계면활성제를 사용하였고, 조용매는 시그마-알드리치에서 구입한 이소부틸알콜(isobutyl alcohol, IBA)과 트리에틸렌 글리콜뷰틸에테르(triethylene glycol butyl ether, TEGBE)를 사용하였다. 계면활성제와 조용매의 자세한 분자구조와 순도는 Table 1에서 확인할 수 있다.
계면활성제와 조용매의 자세한 분자구조와 순도는 Table 1에서 확인할 수 있다. 알칼리물질로 사용된 탄산나트륨(sodium carbonate, Na₂CO₃)은 삼전화학(주)에서 구입하여 사용하였으며, 염도측정 실험에 사용된 전해질 물질인 염화나트륨(sodium chloride, NaCl)은 시그마-알드리치에서 구입하여 본 연구에 사용하였다.
오일은 인도네시아 수마트라 섬에 위치하고 있는 X유전의 A원유를 사용하였으며, A원유는 25 API(american petroleum institute) 비중의 중질유이며, 25.5 ℃의 저류층 온도에서 12 cp의 점도와 0.014 gKOH/g의 산가를 가진다. 인도네시아 저류층의 총 전해질 농도는 0.

성능/효과

BS-2, BS-4 및 BS-8의 경우에 마이크로에멀젼이 생겼으며, BS-4 및 BS-8의 경우의 결과를 비교했을 때, TEGBE는 C₁₆-PO₇-SO4 계면활성제의 소수성을 높이며, IBA는 C₁₆-PO₇-SO₄ 계면활성제의 친수성을 높인다. 즉, 글리콜 보다 알코올을 사용하였을 때 최적의 염도 값을 낮출 수 있다.
본 연구에서 사용된 알칼리-계면활성제 용액은 알칼리-계면활성제 용액이 갖추어야 될 계면장력 값(< 0.01)에 비해 훨씬 낮은 수치를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. Figure 4의 계면장력 계산 결과는 이러한 결과는 국산화 알칼리-계면활성제 용액의 최적의 배합비율을 찾은 것과 동시에 국산화 알칼리-계면활성제 용액의 현장 적용 시 충분한 회수증진 효율을 가질 것이다.
001 mN/m의 값을 가진다. 원유회수증진을 위해 적용 가능한 계면장력 값(<0.01)과 본 연구에서 찾은 배합비율을 통해 제조된 국내산 알칼리-계면활성제 용액이 더 낮은 계면장력 값을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로부터 국내산 계면활성제를 이용하여, 원유회수 증진을 위한 화학적 기법의 적용 가능성을 확인하였다.
즉, 글리콜 보다 알코올을 사용하였을 때 최적의 염도 값을 낮출 수 있다. 이는 조용매의 종류와 비율에 따라 알칼리-계면활성제 용액의 최적의 염도조건을 조절할 수 있는 것을 확인하였다. 또한, BS-2의 가용화 비율 값은 8 cc/cc이고, 최적의 염도 값은 1.

후속연구

01)과 본 연구에서 찾은 배합비율을 통해 제조된 국내산 알칼리-계면활성제 용액이 더 낮은 계면장력 값을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로부터 국내산 계면활성제를 이용하여, 원유회수 증진을 위한 화학적 기법의 적용 가능성을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	원유회수증진법에는 무엇이 있는가?	현재 전 세계적으로 석유⋅가스 수요의 증가로 인해 생산량 증대 기술에 관한 연구는 활발히 일어나고 있는 추세이다. 원유회수증진법은 저류층에 있는 원유를 채취한 후 잔존해 있는 원유를 회수하는 기술로서 화학적 공법(chemical method), 열공법(thermal method), 가스 주입법(gas injection) 등이 있다[1-4].
	원유회수증진법은 언제 시행되는가?	원유회수증진법(enhanced oil recovery, EOR)은 초중질유(extra heavy oil)와 같이 원유의 점성도가 매우 높아 자연분출을 이용한 1차 생산, 물을 주입하여 오일을 생산하는 2차 생산이나 2차 생산으로 더 이상의 경제적 생산이 어렵다고 판단될 때 시행된다. 현재 전 세계적으로 석유⋅가스 수요의 증가로 인해 생산량 증대 기술에 관한 연구는 활발히 일어나고 있는 추세이다.
	원유회수증진법 중 화학적 공법에서 주로 물과 혼합하여 사용하는 화학물질에는 무엇이 있는가?	원유회수증진법 중 화학적 공법은 수년간 각광 받고 있으며, 암석의 모세관압과 점착력에 의해 공극 내에 잔류된 오일의 유동성을 증대시키기 위해 사용되며 주로 화학물질을 물과 혼합하여 주입하는 공법이다. 주입되는 화학물질은 계면활성제, 알칼리, 폴리머 등이 있으며, 알칼리-계면활성제, 알칼리-폴리머, 알칼리-계면활성제-폴리머를 혼합 또는 순차적으로 주입하기도 한다. 알칼리-계면활성제-폴리머 공법에 사용되는 알칼리, 계면활성제, 폴리머, 전해질 및 조용매 등은 각각의 역할과 특성을 가지고 있으며, 이러한 화학물질들의 종류와 사용되는 비율에 따라 회수되는 오일의 효율이 다르므로 오일 특성에 맞는 화학물질을 제조하는 것이 중요하다[5-7].

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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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