응용 프로그램계면활성제유전 생산에서
1. 중질유 채굴에 사용되는 계면활성제
중질유는 점도가 높고 유동성이 떨어져 채굴에 많은 어려움을 초래합니다. 이러한 중질유를 추출하기 위해서는 때때로 계면활성제 수용액을 시추공에 주입하여 고점도의 유중수형 에멀젼으로 변환시킨 후 지표면으로 추출해야 합니다. 이 중질유 유화 및 점도 저감 방법에 사용되는 계면활성제로는 알킬술폰산나트륨, 폴리옥시에틸렌 알킬알코올 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬페놀 에테르, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리엔 폴리아민, 폴리옥시에틸렌 비닐 알킬알코올 에테르 황산나트륨염 등이 있습니다. 생성된 유중수형 에멀젼에서 물을 분리하고 탈수를 위해 산업용 계면활성제를 탈유화제로 사용해야 합니다. 이러한 탈유화제는 유중수형 유화제입니다. 일반적으로 양이온성 계면활성제 또는 나프텐산, 아스팔톤산 및 이들의 다가 금속염이 사용됩니다.
특수 중질유는 일반적인 양수 장비로는 채굴할 수 없으며, 열회수를 위해 증기 주입이 필요합니다. 열회수 효과를 향상시키기 위해서는 계면활성제를 사용해야 하는데, 고온 내성 발포제와 비응축성 가스를 증기 주입정에 주입하는 발포 공정이 일반적으로 사용되는 조절 방법 중 하나입니다.
일반적으로 사용되는 발포제로는 알킬벤젠술포네이트, α-올레핀술포네이트, 석유술포네이트, 술포카르복실화 폴리옥시에틸렌 알킬알코올 에테르 및 술포카르복실화 폴리옥시에틸렌 알킬페놀 에테르 등이 있다. 불소계 계면활성제는 계면활성이 높고 산, 알칼리, 산소, 열 및 오일에 안정적이어서 고온 발포제로 이상적이다. 분산된 오일이 지층의 세공 목 구조를 쉽게 통과하거나 지층 표면의 오일을 쉽게 배출시키기 위해서는 막 확산제라고 하는 계면활성제를 사용해야 한다. 일반적으로 사용되는 막 확산제는 옥시알킬화 페놀 수지 중합체 계면활성제이다.
- 왁스질 원유 채굴용 계면활성제
왁스를 함유한 원유를 개발하려면 왁스 생성을 예방하고 제거하는 작업이 빈번하게 필요합니다. 계면활성제는 왁스 억제제 및 왁스 제거제 역할을 합니다. 왁스 방지용으로는 지용성 계면활성제와 수용성 계면활성제가 사용됩니다. 지용성 계면활성제는 왁스 결정 표면의 특성을 변화시켜 왁스 생성을 억제합니다. 일반적으로 사용되는 지용성 계면활성제로는 석유 설포네이트와 아민 계면활성제가 있습니다. 수용성 계면활성제는 왁스가 형성된 표면(예: 유정관, 석유 시추봉, 장비 표면)의 특성을 변화시켜 왁스 생성을 억제합니다. 사용 가능한 계면활성제로는 알킬 설포네이트나트륨, 4차 암모늄염, 알칸 폴리옥시에틸렌 에테르, 방향족 탄화수소 폴리옥시에틸렌 에테르 및 이들의 설포네이트 나트륨염 등이 있습니다. 왁스 제거용 계면활성제 또한 두 가지 유형으로 나뉩니다. 오일 용해성 계면활성제는 오일 기반 왁스 제거제에 사용되며, 수용성 계면활성제로는 설포네이트형, 4급 암모늄염형, 폴리에테르형, 트윈형, OP형, 황산염계 또는 설포알킬화 평탄형 및 OP형 등이 있습니다.계면활성제수성 왁스 제거제에 사용되는 물질은 다음과 같습니다. 최근에는 국내외 왁스 제거제를 유기적으로 결합하고, 유성 왁스 제거제와 수성 왁스 제거제를 유기적으로 결합하여 하이브리드 왁스 제거제를 개발하고 있습니다. 이 하이브리드 왁스 제거제는 오일 상에 방향족 탄화수소 및 혼합 방향족 탄화수소를 사용하고, 수상에는 왁스 제거 효과가 있는 유화제를 사용합니다. 선택된 유화제가 적절한 흐림점을 가진 비이온성 계면활성제일 경우, 유정의 왁스 생성 구간 하부 온도가 해당 유화제의 흐림점에 도달하거나 그 이상이 될 수 있으므로, 혼합 왁스 제거제가 왁스 생성 구간에 진입하기 전에 유화가 파괴되어 두 가지 왁스 제거제가 분리되어 동시에 왁스 제거 작용을 할 수 있습니다.
3. 계면활성제점토를 안정화하는 데 사용됩니다.
점토 안정화는 점토 광물의 팽창 방지 및 점토 광물 입자의 이동 방지라는 두 가지 측면으로 나뉩니다. 아민염, 4급 암모늄염, 피리디늄염, 이미다졸린염과 같은 양이온성 계면활성제는 점토 팽창 방지에 사용할 수 있습니다. 불소를 함유한 비이온성 양이온 계면활성제는 점토 광물 입자의 이동 방지에 사용 가능합니다.
4. 계면활성제산성화 조치에 사용됨
산성화 효과를 향상시키기 위해 일반적으로 다양한 첨가제가 산성 용액에 첨가됩니다. 산성 용액과 호환되고 지층에 쉽게 흡착되는 계면활성제는 산성화 지연제로 사용될 수 있습니다. 예를 들어 양이온성 계면활성제에서는 지방 아민 염산염, 4차 암모늄염, 피리딘염 등이, 양쪽성 계면활성제에서는 페놀 에테르를 기본으로 하는 설폰화, 카르복시메틸화, 인산 에스테르염 또는 황산 에스테르염 폴리옥시에틸렌 알칸 등이 있습니다. 도데실 설폰산 및 그 알킬아민염과 같은 일부 계면활성제는 산성 액체를 오일에 유화시켜 오일 중 산성 에멀젼을 생성할 수 있습니다. 이 에멀젼은 산성화된 산업용액으로 사용될 수 있으며 산성화 지연 효과도 있습니다.
일부 계면활성제는 액체를 산성화시키는 항유화제로 사용될 수 있습니다. 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 프로필렌 글리콜 에테르 및 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 펜타에틸렌 헥사아민과 같은 가지형 구조를 가진 계면활성제는 산성화 항유화제로 사용될 수 있습니다.
일부 계면활성제는 산성도가 낮은 배수 보조제로 사용될 수 있습니다. 배수 보조제로 사용 가능한 계면활성제에는 아민염형, 4차 암모늄염형, 피리디늄염형, 비이온성, 양쪽성 및 불소 함유 계면활성제가 있습니다.
일부 계면활성제는 산성화 슬러지 방지제로 사용될 수 있는데, 예를 들어 알킬페놀, 지방산, 알킬벤젠술폰산, 4급 암모늄염 등과 같은 지용성 계면활성제가 있습니다. 이러한 계면활성제는 산에 대한 용해도가 낮기 때문에 비이온성 계면활성제를 사용하여 산성 용액에 분산시킬 수 있습니다.
산성화 효과를 개선하기 위해서는 산성 용액에 습윤 역전제를 첨가하여 시추공 주변 영역의 습윤성을 친유성에서 친수성으로 역전시켜야 합니다. 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 알킬 알코올 에테르와 인산염 처리된 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 알킬 알코올 에테르의 혼합물은 지층에 흡착되어 제3 흡착층을 형성하며, 이 층은 습윤 및 역전 역할을 합니다.
또한, 지방 아민 염산염, 4급 암모늄염 또는 비이온성-음이온성 계면활성제와 같은 일부 계면활성제는 발포제로 사용되어 부식 지연 및 심층 산성화 목적을 달성하기 위한 발포 산성 작업 유체를 만들거나, 이러한 발포체를 산성화 전처리 유체로 사용할 수 있습니다. 발포체를 지층에 주입한 후 산성 용액을 주입하면, 발포체 내 기포에 의해 발생하는 자민 효과(Jamin effect)가 산성 용액의 흐름을 전환시켜 주로 투수성이 낮은 층을 용해시키도록 함으로써 산성화 효과를 향상시킵니다.
5. 파쇄 작업에 사용되는 계면활성제
수압파쇄법은 투수율이 낮은 유전에서 흔히 사용됩니다. 이 방법은 압력을 가하여 지층을 벌려 균열을 만들고, 프로판트를 사용하여 균열을 지지함으로써 유체 흐름 저항을 줄여 생산량과 수율을 증가시키는 것을 목표로 합니다. 일부 수압파쇄액에는 계면활성제가 성분 중 하나로 포함되어 있습니다.
유중수형 파쇄액은 물, 오일 및 유화제로 구성됩니다. 사용되는 유화제로는 이온성, 비이온성 및 양쪽성 계면활성제가 있습니다. 외부상으로 농축수를 사용하고 내부상으로 오일을 사용하면 농축된 유중수형 파쇄액(폴리머 에멀젼)을 제조할 수 있습니다. 이 파쇄액은 160°C 이하의 온도에서 사용할 수 있으며, 에멀젼을 자동으로 분해하고 유체를 배출할 수 있습니다.
발포 파쇄액은 물을 분산매체로, 가스를 분산상으로 사용하는 파쇄액입니다. 주요 성분은 물, 가스 및 발포제입니다. 발포제로는 알킬 설포네이트, 알킬벤젠 설포네이트, 알킬 설페이트 에스테르염, 4급 암모늄염 및 유기인계 계면활성제 등이 사용될 수 있습니다. 물 속 발포제의 농도는 일반적으로 0.5~2%이며, 가스상 부피 대비 발포상 부피의 비율은 0.5~0.9 범위입니다.
유성 파쇄액은 오일을 용매 또는 분산 매체로 사용하여 제조된 파쇄액입니다. 현장에서 가장 흔하게 사용되는 오일은 원유 또는 그 중질유입니다. 점도 및 온도 특성을 개선하기 위해 유용성 석유 설포네이트(분자량 300~750)를 첨가해야 합니다. 유성 파쇄액에는 수중유형 파쇄액과 유성 거품 파쇄액도 포함됩니다. 수중유형 파쇄액에 사용되는 유화제는 유용성 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제이며, 유성 거품 파쇄액에 사용되는 거품 안정제는 불소 함유 고분자 계면활성제입니다.
수분에 민감한 지층의 파쇄 유체는 분산 매질로 알코올(예: 에틸렌 글리콜)과 오일(예: 등유)의 혼합물을, 분산상으로 액체 이산화탄소를, 유화제로 황산염 처리된 폴리옥시에틸렌 알킬 알코올 에테르를 사용합니다. 또는 발포제를 첨가하여 제조한 에멀젼이나 폼을 사용하여 수분에 민감한 지층을 파쇄할 수 있습니다.
파쇄 및 산성화에 사용되는 파쇄액은 파쇄액이자 산성화액의 기능을 모두 수행합니다. 탄산염 지층에서 사용되며, 두 가지 작업이 동시에 진행됩니다. 계면활성제와 관련된 물질로는 산성 거품과 산성 에멀젼이 있습니다. 산성 거품은 알킬 설포네이트 또는 알킬벤젠 설포네이트를 발포제로 사용하고, 산성 에멀젼은 설포네이트계 계면활성제를 유화제로 사용합니다. 산성화액과 마찬가지로 파쇄액에도 계면활성제가 유화 방지제, 배수 보조제, 습윤 역전제 등으로 사용되지만, 여기서는 자세히 다루지 않겠습니다.
6. 프로필 제어 및 수분 차단 조치에는 계면활성제를 사용하십시오.
물 주입 개발 효과를 향상시키고 원유의 수분 함량 증가율을 억제하기 위해서는 주입정의 수분 흡수 프로파일을 조절하고 생산정의 수분 차단을 통해 생산량을 증대시켜야 합니다. 이러한 프로파일 제어 및 수분 차단 방법에는 계면활성제가 흔히 사용됩니다.
HPC/SDS 겔 프로파일 조절제는 담수에 용해된 하이드록시프로필 셀룰로오스(HPC)와 도데실황산나트륨(SDS)으로 구성됩니다.
알킬술폰산나트륨과 알킬트리메틸암모늄클로라이드를 각각 물에 용해시켜 두 가지 작업액을 제조하고, 이들을 순차적으로 지층에 주입한다. 두 작업액은 지층 내에서 서로 반응하여 알킬트리메틸아민을 생성한다. 생성된 아황산염은 침전되어 투수성이 높은 지층을 차단한다.
폴리옥시에틸렌 알킬 페놀 에테르, 알킬 아릴 설포네이트 등은 발포제로 사용될 수 있으며, 물에 용해시켜 작동 유체를 제조한 후 액체 이산화탄소 작동 유체와 교대로 지층에 주입하면 지층(주로 투수성이 높은 층)에서 거품이 형성되어 막힘 현상을 일으키고 프로파일 제어에 효과를 발휘합니다.
황산암모늄과 규산나트륨으로 구성된 규산 졸에 용해된 4급 암모늄 계면활성제를 발포제로 사용하여 지층에 주입한 후, 비응축성 가스(천연가스 또는 염소)를 주입하면 지층 내에 액체 기반 형태를 먼저 생성할 수 있습니다. 분산층 내의 거품에 이어 규산 졸이 겔화되면서 고체를 분산매체로 하는 거품이 생성되며, 이는 고투과성 층을 차단하고 투수 프로파일을 제어하는 역할을 합니다.
설폰산계 계면활성제를 발포제로, 고분자 화합물을 증점제 겸 거품 안정제로 사용하고, 가스 또는 가스 발생 물질을 주입하면 지표면이나 지층 내에 수성 거품이 생성됩니다. 이 거품은 유층에서 계면활성 작용을 합니다. 다량의 약제가 유수 계면으로 이동하여 거품을 파괴하므로 유층을 막지 않습니다. 따라서 선택적이고 유정의 수분 차단에 효과적인 약제입니다.
유성 시멘트 차단제는 오일에 시멘트를 현탁시킨 것입니다. 시멘트 표면은 친수성입니다. 이 차단제가 물이 나오는 지층에 들어가면, 물이 시멘트 표면에서 유정과 시멘트 사이의 상호작용을 약화시켜 시멘트를 경화시키고 물이 나오는 지층을 차단합니다. 이러한 차단제의 유동성을 개선하기 위해 일반적으로 카르복실레이트 및 설폰산염 계면활성제가 첨가됩니다.
수용성 미셀 액체 용해성 발수제는 주로 석유 암모늄 설포네이트, 탄화수소 및 알코올로 구성된 미셀 용액입니다. 지층에 고농도의 염수를 함유하고 있어 점성이 높아져 발수 효과를 나타냅니다.
수성 또는 유성 양이온 계면활성제 용액인 수분 차단제는 알킬 카르복실레이트 및 알킬 암모늄 클로라이드 염 활성제를 기반으로 하며 사암 지층에만 적합합니다.
활성 중질유 수분 차단제는 수중유형 유화제에 용해된 중질유의 일종입니다. 지층의 탈수 후 고점도의 수중유형 에멀젼을 생성하여 수분 차단 효과를 얻습니다.
유중수형 수차단제는 양이온성 계면활성제를 유중수형 유화제로 사용하여 중질유를 물에 유화시켜 제조한다.
7. 모래 발생 방지를 위해 계면활성제를 사용하십시오.
모래 제어 작업 전에 계면활성제가 첨가된 활성수를 일정량 주입하여 지층을 사전 세척함으로써 모래 제어 효과를 향상시켜야 합니다. 현재 가장 일반적으로 사용되는 계면활성제는 음이온성 계면활성제입니다.
8. 원유 탈수용 계면활성제
원유의 1차 및 2차 회수 단계에서는 추출된 원유에 유화 분리제를 흔히 사용합니다. 이러한 유화 분리제는 세대에 걸쳐 개발되어 왔습니다. 1세대 제품은 카르복실산염, 황산염, 설폰산염입니다. 2세대 제품은 유기인산염(OP), 평평자, 설폰화 피마자유와 같은 저분자 비이온성 계면활성제입니다. 3세대 제품은 고분자 비이온성 계면활성제입니다.
2차 및 3차 석유 회수 후기 단계에서 생산된 원유는 대부분 수중유형 에멀젼 형태로 존재합니다. 이때 사용되는 탈유화제에는 테트라데실트리메틸옥시암모늄 클로라이드(TTC)와 디데실디메틸암모늄 클로라이드(DMAC) 등 네 가지 유형이 있습니다. 이들은 음이온성 유화제와 반응하여 친수성 오일 평형값을 변화시키거나, 친수성 점토 입자 표면에 흡착되어 습윤성을 변화시키고 수중유형 에멀젼을 파괴합니다. 또한, 수중유형 유화제로 사용될 수 있는 일부 음이온성 계면활성제와 지용성 비이온성 계면활성제도 수중유형 에멀젼의 탈유화제로 사용될 수 있습니다.
- 수처리용 계면활성제
유정에서 원유를 분리한 후 발생하는 생산수는 재주입 요건을 충족하기 위해 처리해야 합니다. 수처리 목적은 부식 방지, 스케일 방지, 살균, 산소 제거, 유류 제거, 고형 부유물질 제거의 여섯 가지입니다. 따라서 부식 억제제, 스케일 방지제, 살균제, 산소 제거제, 탈지제, 응집제 등을 사용해야 합니다. 다음 사항들은 산업용 계면활성제와 관련된 내용입니다.
부식 억제제로 사용되는 산업용 계면활성제에는 알킬술폰산, 알킬벤젠술폰산, 퍼플루오로알킬술폰산, 선형 알킬아민 염, 4차 암모늄염, 알킬피리딘 염, 이미다졸린 및 그 유도체의 염, 폴리옥시에틸렌 알킬 알코올 에테르, 폴리옥시에틸렌 디알킬 프로파르길 알코올, 폴리옥시에틸렌 로진아민, 폴리옥시에틸렌 스테아릴아민 및 폴리옥시에틸렌 알킬 알코올 에테르, 알킬술포네이트, 다양한 4차 암모늄 내부염, 디(폴리옥시에틸렌)알킬 내부염 및 그 유도체가 포함됩니다.
방오제로 사용되는 계면활성제에는 인산 에스테르염, 황산 에스테르염, 아세트산염, 카르복실산염 및 이들의 폴리옥시에틸렌 화합물이 있습니다. 설폰산 에스테르염과 카르복실산염의 열 안정성은 인산 에스테르염과 황산 에스테르염보다 훨씬 우수합니다.
살균제에 사용되는 산업용 계면활성제에는 선형 알킬아민 염, 4차 암모늄 염, 알킬피리디늄 염, 이미다졸린 및 그 유도체의 염, 다양한 4차 암모늄 염, 디(폴리옥시)비닐)알킬 및 그 유도체의 내부 염 등이 있습니다.
탈지제에 사용되는 산업용 계면활성제는 주로 가지형 구조와 소듐 디티오카르복실레이트기를 가진 계면활성제입니다.
10. 화학적 유류 주입용 계면활성제
1차 및 2차 석유 회수 공정을 통해 지하 원유의 25~50%를 회수할 수 있지만, 여전히 많은 양의 원유가 지하에 남아 회수되지 못하고 있습니다. 3차 석유 회수 공정을 수행하면 원유 회수율을 향상시킬 수 있습니다. 3차 석유 회수는 주로 화학적 주입법을 사용하는데, 이는 주입수에 화학 물질을 첨가하여 주입 효율을 높이는 방식입니다. 사용되는 화학 물질 중에는 산업용 계면활성제가 있습니다. 이에 대한 간략한 소개는 다음과 같습니다.
계면활성제를 주성분으로 사용하는 화학적 오일 주입법을 계면활성제 주입법이라고 합니다. 계면활성제는 주로 유수 계면장력을 감소시키고 모세관 수를 증가시켜 석유 회수율을 향상시키는 역할을 합니다. 사암 지층 표면은 음전하를 띠고 있기 때문에 사용되는 계면활성제는 주로 음이온성 계면활성제이며, 그중 대부분은 설폰산염 계면활성제입니다. 설폰산염은 방향족 탄화수소 함량이 높은 석유 분획을 설폰화제(예: 삼산화황)로 설폰화한 후 알칼리로 중화하여 제조합니다. 조성은 활성 물질 50~80%, 광물유 5~30%, 물 2~20%, 황산나트륨 1~6%입니다. 석유 설폰산염은 온도, 염분, 고가 금속 이온에 대한 내성이 약합니다. 합성 설폰산염은 해당 탄화수소를 사용하여 해당 합성법으로 제조합니다. 그중 α-올레핀 설폰산염은 특히 염분과 고가 금속 이온에 대한 내성이 뛰어납니다. 다른 음이온성 및 비이온성 계면활성제와 카르복실레이트 계면활성제도 유류 치환에 사용될 수 있습니다. 계면활성제를 이용한 유류 치환에는 두 종류의 첨가제가 필요합니다. 하나는 이소부탄올, 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 요소, 설포란, 알케닐렌벤젠설포네이트 등과 같은 보조 계면활성제이고, 다른 하나는 산 및 알칼리 염을 포함하는 절연제입니다. 주로 염류를 사용하는데, 이는 계면활성제의 친수성을 감소시키고 상대적으로 친유성을 증가시키며, 활성제의 친수성-친유성 균형 값을 변화시킵니다. 계면활성제 손실을 줄이고 경제성을 향상시키기 위해 계면활성제 주입법에서는 희생제라고 불리는 화학물질도 사용합니다. 희생제로 사용할 수 있는 물질에는 알칼리성 물질, 폴리카르복실산 및 이들의 염이 있습니다. 올리고머와 중합체도 희생제로 사용될 수 있습니다. 리그노설포네이트 및 그 변형체도 희생제입니다.
두 가지 이상의 화학적 석유 치환제를 사용하는 석유 치환법을 복합 주입법이라고 합니다. 계면활성제와 관련된 이 석유 치환법에는 계면활성제 및 고분자 증점 계면활성제 주입법, 알칼리 + 계면활성제 또는 계면활성제 강화 알칼리 주입법, 알칼리 + 계면활성제 + 고분자를 사용하는 원소 기반 복합 주입법 등이 있습니다. 복합 주입법은 일반적으로 단일 주입법보다 회수율이 높습니다. 국내외 개발 동향 분석에 따르면, 3성분 복합 주입법이 2성분 복합 주입법보다 유리한 점이 많습니다. 3성분 복합 주입법에 사용되는 계면활성제는 주로 석유 설폰산염이며, 염 내성을 향상시키기 위해 황산, 인산, 폴리옥시에틸렌 알킬 알코올 에테르 카르복실산염, 폴리옥시에틸렌 알킬 알코올 알킬 설폰산염 나트륨염 등과 함께 사용되는 경우가 많습니다. 최근 국내외에서 람노리피드, 소포로리피드 발효액 등과 같은 생물계면활성제뿐만 아니라 천연 혼합 카르복실산염 및 제지 부산물인 알칼리 리그닌 등의 연구 및 활용에 큰 관심이 집중되고 있으며, 야외 및 실내 시험에서 우수한 오일 치환 효과를 보여 좋은 결과를 얻고 있습니다.
게시 시간: 2023년 12월 26일