중질유는 점도가 높고 유동성이 떨어져 개발에 많은 어려움을 초래합니다. 이러한 중질유를 추출하기 위해 때때로 계면활성제 수용액을 시추공에 주입하여 고점도 중질유를 저점도 유중수 에멀젼으로 변환한 후 지표면으로 펌핑합니다. 이 중질유 유화 및 점도 감소 방법에 사용되는 계면활성제에는 알킬술폰산나트륨, 폴리옥시에틸렌 알킬알코올 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬페놀 에테르, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리엔 폴리아민, 폴리옥시에틸렌 알킬알코올 에테르황산나트륨 등이 있습니다. 생성된 유중수 에멀젼에서 물을 분리해야 하는데, 이때 탈수를 위해 산업용 계면활성제를 탈유화제로 사용하기도 합니다. 이러한 탈유화제는 유중수 유화제입니다. 일반적으로 사용되는 탈유화제로는 양이온성 계면활성제, 나프텐산, 아스팔트산 및 이들의 다가 금속염 등이 있습니다. 특수 중질유는 기존의 펌핑 장비로는 채굴할 수 없으며, 열회수를 위해 증기 주입이 필요합니다. 열회수 효율을 높이기 위해서는 계면활성제를 사용해야 합니다. 증기 주입정에 거품을 주입하는 것, 즉 고온 내성 발포제와 비응축성 가스를 주입하는 것이 일반적인 준비 방법 중 하나입니다. 일반적으로 사용되는 발포제로는 알킬벤젠술폰산염 등이 있습니다.α-올레핀 설포네이트, 석유 설포네이트, 설포알킬화 폴리옥시에틸렌 알킬 알코올 에테르, 설포알킬화 폴리옥시에틸렌 알킬 페놀 에테르 등이 있습니다. 불소화 계면활성제는 표면 활성이 높고 산, 알칼리, 산소, 열, 오일에 안정적이므로 고온 발포제로 이상적입니다. 분산된 오일이 지층의 세공 구조를 쉽게 통과하거나 지층 표면의 오일을 쉽게 치환하기 위해서는 막 확산제라고 불리는 계면활성제가 필요하며, 일반적으로 사용되는 것은 옥시알킬화 페놀 수지 중합체 계면활성제입니다.
2.왁스질 원유 추출용 계면활성제
왁스를 함유한 원유를 추출할 때는 왁스 생성 방지 및 제거 작업을 빈번하게 수행해야 합니다. 계면활성제는 왁스 억제제 및 왁스 제거제로 사용됩니다. 왁스 생성 방지에 사용되는 계면활성제에는 지용성 계면활성제와 수용성 계면활성제가 있습니다. 지용성 계면활성제는 왁스 결정 표면의 특성을 변화시켜 왁스 생성을 방지합니다. 일반적으로 사용되는 지용성 계면활성제로는 석유 설포네이트와 아민계 계면활성제가 있습니다. 수용성 계면활성제는 왁스가 침착되는 표면(예: 유정관, 석유 시추봉, 장비 표면)의 특성을 변화시켜 왁스 생성을 방지하는 역할을 합니다. 사용 가능한 계면활성제로는 알킬술폰산나트륨, 4급 암모늄염, 알칸 폴리옥시에틸렌 에테르, 방향족 탄화수소 폴리옥시에틸렌 에테르 및 이들의 술폰산나트륨염 등이 있습니다. 왁스 제거에 사용되는 계면활성제는 크게 두 가지 범주로 나뉩니다. 유성 왁스 제거제에는 유용성 계면활성제가 사용되고, 수성 왁스 제거제에는 술폰산염형, 4급 암모늄염형, 폴리에테르형, 트윈형, OP형 계면활성제, 그리고 황산에스테르화 또는 술포알킬화된 페레갈형 및 OP형 계면활성제와 같은 수용성 계면활성제가 사용됩니다. 최근 국내외적으로 왁스 제거와 방지를 유기적으로 결합하는 추세이며, 유성 왁스 제거제와 수성 왁스 제거제를 유기적으로 결합하여 혼합형 왁스 제거제를 개발하고 있습니다. 이러한 혼합형 왁스 제거제는 유상으로 방향족 탄화수소 및 혼합 방향족 탄화수소를 사용하고, 수상으로는 왁스 제거 효과가 있는 유화제를 사용합니다. 선택된 유화제가 적절한 흐림점을 가진 비이온성 계면활성제인 경우, 유정의 왁스 침전부 온도보다 낮은 온도에서 흐림점에 도달하거나 이를 초과할 수 있으므로, 혼합형 왁스 제거제가 왁스 침전부에 들어가기 전에 탈유화되어 두 가지 유형의 왁스 제거제로 분리되고, 이 두 가지 왁스 제거제가 동시에 왁스 제거 효과를 발휘하게 된다.
3.안정화 점토에 사용되는 계면활성제
점토 안정화는 점토 광물의 팽창 방지 및 점토 광물 입자의 이동 방지라는 두 가지 측면을 포함합니다. 점토 팽창 방지를 위해서는 아민염, 4급 암모늄염, 피리딘염, 이미다졸린염과 같은 양이온성 계면활성제를 사용할 수 있습니다. 점토 광물 입자의 이동 방지를 위해서는 불소를 함유한 비이온성 양이온 계면활성제를 사용할 수 있습니다.
4.산성화 조치에 사용되는 계면활성제
산성화 효과를 향상시키기 위해서는 일반적으로 산성 용액에 다양한 첨가제를 첨가해야 합니다. 산성 용액과 상용성이 좋고 지층에 쉽게 흡착되는 계면활성제는 산성화 지연제로 사용할 수 있습니다. 예를 들어 양이온성 계면활성제 중에서는 지방 아민 염산염, 4차 암모늄염, 피리디늄염 등이 있으며, 양쪽성 계면활성제 중에서는 술폰화, 카르복시메틸화, 인산에스테르화 또는 황산에스테르화된 폴리옥시에틸렌 알킬페놀 에테르 등이 있습니다. 도데실술폰산 및 그 알킬아민염과 같은 일부 계면활성제는 산성 용액을 오일에 유화시켜 오일중산 에멀젼을 형성할 수 있으며, 이러한 에멀젼을 산성화 작업 유체로 사용하면 지연제 역할도 합니다.
일부 계면활성제는 유체를 산성화시키는 유화 분리제로 작용할 수 있습니다. 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 프로필렌 글리콜 에테르 및 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 펜타에틸렌헥사민과 같이 가지형 구조를 가진 계면활성제는 산성화 유화 분리제로 사용될 수 있습니다.
아민염형, 4차 암모늄염형, 피리디늄염형, 비이온성, 양쪽성 및 불소화 계면활성제를 포함한 특정 계면활성제는 폐산 처리 첨가제로 사용될 수 있습니다.
일부 계면활성제는 산성 슬러지 억제제로 작용하는데, 알킬페놀, 지방산, 알킬벤젠술폰산, 4차 암모늄염과 같은 지용성 계면활성제가 이에 해당합니다. 비이온성 계면활성제는 산에 대한 용해도가 낮기 때문에 산성 용액에 분산시키는 데 사용할 수 있습니다.
산처리 효과를 향상시키기 위해서는 산성 용액에 습윤성 조절제를 첨가하여 시추공 주변 영역의 습윤성을 친유성에서 친수성으로 전환해야 합니다. 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 알킬 알코올 에테르 및 인산에스테르화 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 알킬 알코올 에테르와 같은 혼합물은 지층에 1차 흡착층으로 흡착되어 습윤성 전환을 달성합니다.
또한, 지방 아민 염산염, 4급 암모늄염 또는 비이온성-음이온성 계면활성제와 같은 일부 계면활성제는 발포제로 사용되어 반응 지연, 부식 억제 및 심부 지층 산처리 등의 목적을 달성하는 발포형 산성 작업 유체를 제조합니다. 또는 이러한 발포체를 산처리 전 패드로 사용할 수도 있습니다. 즉, 지층에 발포체를 주입한 후 산 용액을 주입하는 방식입니다. 발포체 내 기포에 의해 발생하는 자민 효과(Jamin effect)는 산 용액의 흐름을 전환시켜 주로 투수성이 낮은 층을 용해시키도록 함으로써 산처리 효과를 향상시킵니다.
5.파쇄 작업에 사용되는 계면활성제
수압파쇄는 투수율이 낮은 유전에서 흔히 사용되는 공법입니다. 이 공법은 압력을 가해 지층에 균열을 만들고, 프롭펀트를 사용하여 균열을 메워 유체 흐름 저항을 줄임으로써 생산량과 주입량을 증가시키는 것을 목표로 합니다. 일부 수압파쇄액은 계면활성제를 구성 성분 중 하나로 포함합니다. 유중수형 수압파쇄액은 물, 기름, 유화제로 제조됩니다. 사용되는 유화제에는 이온성, 비이온성, 양쪽성 계면활성제가 있습니다. 외부상으로 농축수를, 내부상으로 기름을 사용하면 농축 유중수형 수압파쇄액(폴리머 에멀젼)을 제조할 수 있습니다. 이러한 유형의 수압파쇄액은 160°C 이하의 온도에서 사용할 수 있으며, 자동으로 유화 분리되어 유체를 배출할 수 있습니다. 발포형 수압파쇄액은 물을 분산매체로, 가스를 분산상으로 사용하는 공법으로, 주요 구성 성분은 물, 가스, 발포제입니다. 알킬 설포네이트, 알킬벤젠 설포네이트, 알킬 황산 에스테르, 4급 암모늄염 및 OP형 계면활성제는 모두 발포제로 사용될 수 있습니다. 물에 대한 발포제의 농도는 일반적으로 0.5~2%이며, 기체상 부피 대 거품 부피의 비율은 0.5~0.9 범위입니다. 유성 파쇄 유체는 오일을 용매 또는 분산 매체로 사용하여 제조됩니다. 현장에서 가장 일반적으로 사용되는 오일은 원유 또는 그 중질 분획입니다. 점도-온도 성능을 향상시키기 위해 분자량 300~750의 오일 용해성 석유 설포네이트를 첨가해야 합니다. 유성 파쇄 유체에는 수중유 파쇄 유체와 오일 거품 파쇄 유체도 포함됩니다. 전자는 오일 용해성 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제를 유화제로 사용하는 반면, 후자는 불소 함유 고분자 계면활성제를 거품 안정제로 사용합니다. 수분에 민감한 지층용 파쇄액은 알코올(예: 에틸렌 글리콜)과 오일(예: 등유) 혼합물을 분산 매질로, 액체 이산화탄소를 분산상으로, 황산화 폴리옥시에틸렌 알킬 알코올 에테르를 유화제 또는 발포제로 사용하여 제조된 에멀젼 또는 폼입니다. 파쇄 산처리용 파쇄액은 파쇄액과 산처리액의 역할을 모두 수행하며, 두 가지 작업이 동시에 수행되는 탄산염 지층에서 사용됩니다. 계면활성제와 관련된 파쇄액에는 산성 폼과 산성 에멀젼이 있으며, 산성 폼은 알킬 설포네이트 또는 알킬 벤젠 설포네이트를 발포제로 사용하고, 산성 에멀젼은 설포네이트형 계면활성제를 유화제로 사용합니다. 산처리액과 마찬가지로 파쇄액에도 계면활성제가 탈유화제, 세척 첨가제, 습윤성 역전제로 사용되지만, 여기서는 자세히 다루지 않겠습니다.
6.프로파일 제어 및 물 막힘 방지 조치에 사용되는 계면활성제
수압파쇄 개발의 효율성을 높이고 원유 수분 함량 증가 속도를 억제하기 위해서는 주입정의 수분 흡수 프로파일을 조절하고 생산정에서 수분 차단 조치를 시행하는 것이 자극 방법으로 필요하다. 이러한 프로파일 제어 및 수분 차단 방법 중 일부는 종종 계면활성제를 사용한다. HPC/SDS 겔 프로파일 제어제는 하이드록시프로필 셀룰로오스(HPC)와 도데실황산나트륨(SDS)을 담수에 혼합하여 제조한다. 알킬술폰산나트륨과 알킬트리메틸암모늄클로라이드는 각각 물에 용해시켜 두 가지 작동 유체를 제조한 후, 이들을 지층에 순차적으로 주입한다. 두 작동 유체는 지층에서 만나 알킬트리메틸아민의 알킬 아황산염 침전물을 생성하여 고투과성층을 차단한다. 폴리옥시에틸렌 알킬페놀 에테르, 알킬아릴술폰산염 등은 발포제로 사용될 수 있다. 이들을 물에 용해시켜 작동 유체를 제조한 후, 액체 이산화탄소 작동 유체와 교대로 지층에 주입한다. 이 방법은 지층(주로 고투과성층) 내에서 거품을 형성하여 막힘 현상을 일으키고 프로파일 제어 효과를 얻습니다. 4급 암모늄염 계열 계면활성제를 발포제로 사용하고, 황산암모늄과 규산나트륨으로 제조한 실리카 졸에 용해시켜 지층에 주입합니다. 그 후 비응축성 가스(천연가스 또는 염소가스)를 주입하면, 먼저 지층 내에서 액체를 분산매로 하는 거품이 생성되고, 이어서 실리카 졸이 겔화되어 고체를 분산매로 하는 거품이 생성되어 고투과성층을 차단하고 프로파일 제어 효과를 얻습니다. 설폰산염 계열 계면활성제를 발포제로, 고분자 화합물을 증점제 및 거품 안정제로 사용하고, 가스 또는 가스 발생 물질을 주입하면 표면 또는 지층 내에서 수성 거품이 생성됩니다. 유층에서는 계면활성제의 다량이 유수 계면으로 이동하여 거품을 파괴하므로 유층을 막지 않아 선택적인 유정 수분 차단제로 작용합니다. 유성 시멘트 수분 차단제는 오일에 시멘트가 현탁된 형태입니다. 시멘트 표면은 친수성이므로, 수분 생성층에 도달하면 물이 시멘트 표면의 오일을 밀어내고 시멘트와 반응하여 시멘트를 경화시켜 수분 생성층을 차단합니다. 이러한 차단제의 유동성을 개선하기 위해 일반적으로 카르복실레이트형 및 설폰산염형 계면활성제가 첨가됩니다. 수성 미셀 유체 차단제는 주로 석유 설폰산암모늄, 탄화수소, 알코올 등으로 구성된 미셀 용액입니다. 지층 내 고염수와 접촉하면 점성이 증가하여 수분 차단 효과를 나타냅니다. 알킬 카르복실레이트 및 알킬 염화암모늄 계면활성제로 주로 구성된 수성 또는 유성 양이온 계면활성제 용액 차단제는 사암 지층에만 적용 가능합니다. 활성 중질유 차단제는 오일 중 수 유화제에 용해된 중질유입니다. 지층 내의 물과 만나면 고점도의 유중수 에멀젼을 생성하여 수분 차단 효과를 얻습니다. 유중수 플러깅제는 양이온성 계면활성제를 유중수 유화제로 사용하여 중질유를 물에 유화시켜 제조합니다.
7.모래 제어용 계면활성제
모래 제어 작업 전에 계면활성제가 첨가된 활성수를 일정량 주입하여 지층을 사전 세척함으로써 모래 제어 효과를 향상시켜야 합니다. 현재 일반적으로 사용되는 계면활성제는 대부분 음이온성 계면활성제입니다.
8.원유 탈수용 계면활성제
1차 및 2차 원유 회수 단계에서는 생산된 원유에 주로 유중수 유화제를 사용합니다. 유화제는 세대에 걸쳐 개발되어 왔습니다. 1세대에는 카르복실산염, 황산염, 설폰산염이 포함됩니다. 2세대는 유기인산염(OP), 페고스퍼스, 설폰화 피마자유와 같은 저분자량 비이온성 계면활성제로 구성됩니다. 3세대는 고분자량 비이온성 계면활성제입니다. 2차 원유 회수 후기 및 3차 원유 회수 단계에서는 생산된 원유가 대부분 유중수 에멀젼 형태로 존재합니다. 이때는 테트라데실트리메틸암모늄 클로라이드, 디데실디메틸암모늄 클로라이드와 같은 네 가지 유형의 유화제가 사용됩니다. 이들은 음이온성 유화제와 반응하여 친수성-소수성 평형값을 변화시키거나, 친수성 점토 입자 표면에 흡착되어 습윤성을 변화시키고 유중수 에멀젼을 파괴합니다. 또한, 수중유형 유화제로 작용할 수 있는 일부 음이온성 계면활성제와 지용성 비이온성 계면활성제는 수중유형 유화액의 분리제로도 사용될 수 있다.
9.수처리용 계면활성제
유정에서 원유를 분리한 후 발생하는 생산수는 재주입 요건을 충족하기 위해 처리해야 합니다. 수처리 목적은 부식 방지, 스케일 방지, 살균, 탈산소화, 유분 제거, 고형물 부유물질 제거의 여섯 가지 측면을 포함합니다. 따라서 부식 억제제, 스케일 억제제, 살균제, 탈산제, 유분 제거제, 응집제 등이 사용됩니다. 여기에 사용되는 산업용 계면활성제는 다음과 같습니다.
부식 억제제로 사용되는 산업용 계면활성제에는 알킬술폰산, 알킬벤젠술폰산, 퍼플루오로알킬술폰산, 직쇄형 알킬아민 염, 4차 암모늄염, 알킬피리디늄염, 이미다졸린 및 그 유도체의 염, 폴리옥시에틸렌 알킬 알코올 에테르, 폴리옥시에틸렌 디알킬 프로피놀, 폴리옥시에틸렌 로진아민, 폴리옥시에틸렌 스테아릴아민, 폴리옥시에틸렌 알킬 알코올 에테르 알킬술포네이트, 다양한 4차 아미노 내부염, 그리고 비스(폴리옥시에틸렌) 알킬 및 그 유도체의 내부염 등이 있습니다. 스케일 억제제로 사용되는 계면활성제에는 인산 에스테르, 황산 에스테르, 아세트산염, 카르복실산염 및 이들의 폴리옥시에틸렌 화합물이 있습니다. 술포네이트 에스테르와 카르복실산염의 열 안정성은 인산 에스테르와 황산 에스테르보다 훨씬 우수합니다. 살균제로 사용되는 산업용 계면활성제에는 직쇄형 알킬아민 염, 4차 암모늄 염, 알킬 피리디늄 염, 이미다졸린 및 그 유도체의 염, 다양한 4차 암모늄 내부 염, 그리고 비스(폴리옥시에틸렌) 알킬 및 그 유도체의 내부 염이 포함됩니다. 오일 제거제로 사용되는 산업용 계면활성제는 주로 분지형 구조를 가지며 소듐 디티오카르복실레이트기를 함유하는 것들입니다.
10.석유 회수 시 화학적 주입법에 사용되는 계면활성제
1차 및 2차 석유 회수를 통해 지하 원유의 25%~50%를 추출할 수 있으며, 나머지 상당량의 원유는 지하에 남아 추출되지 못합니다. 3차 석유 회수는 석유 회수 효율을 향상시킬 수 있습니다. 3차 석유 회수에는 주로 화학적 주입법이 사용되는데, 이는 주입수에 화학물질을 첨가하여 주입 효율을 높이는 방법입니다. 사용되는 화학물질 중에는 산업용 계면활성제가 있으며, 이에 대한 간략한 설명은 다음과 같습니다. 계면활성제를 주성분으로 하는 화학적 주입법을 계면활성제 주입법이라고 합니다. 계면활성제는 주로 유수 계면장력을 감소시키고 모세관수를 증가시켜 석유 회수율을 향상시키는 역할을 합니다. 사암 지층 표면은 음전하를 띠고 있기 때문에 사용되는 계면활성제는 주로 음이온성 계면활성제이며, 그중 대부분은 설폰산계 계면활성제입니다. 이는 방향족 탄화수소 함량이 높은 석유 분획을 설폰화제(예: 삼산화황)로 설폰화한 후 알칼리로 중화하여 제조합니다. 그 조성은 활성 성분 50%~80%, 광물유 5%~30%, 물 2%~20%, 황산나트륨 1%~6%입니다. 석유 설포네이트는 고온에는 강하지만 염분과 고가 금속 이온에는 약합니다. 합성 설포네이트는 해당 탄화수소를 사용하여 상응하는 합성법으로 제조됩니다. 그중 α-올레핀 설포네이트는 특히 염분과 고가 금속 이온에 대한 내성이 뛰어납니다. 또한, 일부 음이온성 및 비이온성 계면활성제와 카르복실레이트 계면활성제도 오일 주입에 사용할 수 있습니다. 계면활성제 주입에는 두 가지 유형의 첨가제가 필요합니다. 하나는 이소부탄올, 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 요소, 설포란, 알케닐벤젠 설포네이트 등과 같은 보조 계면활성제이고, 다른 하나는 산, 알칼리, 염(주로 염)을 포함하는 전해질입니다. 계면활성제의 친수성을 감소시키고 상대적으로 친유성을 증가시키며, 계면활성제의 친수성-친유성 균형 값을 변화시켜 작용할 수 있습니다. 계면활성제 손실을 줄이고 경제적 효율을 향상시키기 위해 계면활성제 주입법에서는 희생제라고 불리는 화학 물질을 사용하기도 합니다. 희생제로 사용될 수 있는 물질로는 알칼리 물질, 폴리카르복실산 및 그 염, 올리고머 및 중합체, 그리고 리그노설포네이트 및 그 변형 생성물 등이 있습니다. 두 가지 이상의 주제를 사용하는 화학적 주입법을 복합 주입법이라고 합니다. 계면활성제와 관련된 이러한 주입법에는 계면활성제 + 중합체를 이용한 증점 계면활성제 주입법, 알칼리 + 계면활성제를 이용한 알칼리 강화 계면활성제 주입법 또는 계면활성제 강화 알칼리 주입법, 알칼리 + 계면활성제 + 중합체를 이용한 삼원 복합 주입법 등이 있습니다. 복합 주입법은 일반적으로 단일 주입법보다 원유 회수율이 높습니다. 국내외 개발 동향 분석에 따르면, 3성분 복합 주입법이 2성분 복합 주입법보다 여러 가지 장점이 있습니다. 3성분 복합 주입법에 사용되는 계면활성제는 주로 석유 설폰산염이며, 염 저항성을 향상시키기 위해 황산, 인산, 폴리옥시에틸렌 알킬 알코올 에테르 카르복실산염, 폴리옥시에틸렌 알킬 알코올 알킬 설폰산나트륨 등과 배합하는 것이 일반적입니다. 최근 국내외에서는 람노리피드, 소포로리피드 발효액, 천연 혼합 카르복실산염, 제지 부산물인 알칼리 리그닌 등과 같은 생물 계면활성제의 연구 및 활용에 주목하고 있으며, 이러한 물질들은 현장 및 실험실 시험에서 우수한 유류 주입 효과를 나타냈습니다.
게시 시간: 2026년 3월 26일