<사진. KISTI 미리안 사진자료
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

석유 고차회수 시각화 실험을 통해 입증된 오일 추출에 긍정적인 거품의 역할

미국 라이스대학교 연구진은 거품이 석유의 고차 회수(enhanced oil recovery)를 최대화하는데 유익한 요인임을 입증하는데 성공하였다. 대심도 지하를 흐르는 유체 경로를 본 뜬 실험 장치 내에 거품을 유입시켜, 낮은 투과도 형성에 의한 오일 제거 효율이 증가할 수 있음을 입증하였다. 이러한 방법은 물, 가스, 계면활성제 또는 3성분을 혼합하는 일반적인 기술에 비해서도 효율이 뛰어난 것으로 확인되었다. 연구진은 해당 연구 결과를 “Lab on a Chip” 최신호에 게재한다.

지하에 매장된 오일은 드물게 에너지를 소비하는 표서자(surface dweller)로 쏟아져 나온다. 종종 표서자는 바위 형성이나 모래에 들어가 살거나 접근하기 매우 까다로운 작은 균열이나 틈 사이에 숨어 지낸다. 드릴 작업자들은 땅 속에 존재하는 다양한 물질들을 뽑아내면서 오일을 표면으로 추출한다.

라이스대학교 연구진은 거품 형성을 조절할 수 있는 노하우를 터득하였으며, 이를 석유의 고차 회수에 적용하고자 하였다. 거품 형성을 위한 미소유체 모델을 개발하였으며, 이는 마치 어린 아이들의 개미 사육 상자와 비슷하게 생겼다. 이를 통해, 유정 거품이 오일 추출에 방해가 되는 다른 물질에 대항하여 어떻게 형성되는지를 확인할 수 있다.

실험장치는 우표보다 작은 크기로 형성되었으며, 넓은 채널과 크고 작은 균열을 포함하고 있다. 거품을 포함한 다양한 유체를 장치에 유입한 결과, 연구진은 거품이 도달하기 힘든 영역의 오일까지 뽑아내는데 기여할 수 있음을 시각화하였다. 또한 유체의 압력 구배를 측정하여, 현장 적용에도 도움이 될 수 있도록 하였다. 연구진은 오일 추출을 위한 유체 유입에 거품을 추가할 경우, 더욱 효과적일 수 있음을 발견하였다. 연구진은 거품 형성을 통해 낮은 투과 영역에 존재하는 오일 중 25.1%를 제거하는데 성공하였다.

점도가 낮은 유체는 오일을 품고 있는 작은 균열로 직접적으로 불어넣어 투과도가 높은 영역의 오일을 대체한다. 하지만 거품은 이동성 제한을 유발하게 되는데, 이는 큰 공극 근처의 흐름에 높은 저항성을 의미한다. 연구진은 “거품의 얇은판(lamellae, 개별 거품 방울 간 경계)이 흐름에 추가적인 저항성을 더하게 된다. 물과 가스는 이러한 능력이 없다. 따라서 거품을 통해 저항성이 적은 경로를 찾는 것이 유리할 수 있으며, 곧바로 연결되면서 이동할 수 있다. 거품은 점성이 높은 유체처럼 행동한다. 따라서 투과성이 높은 영역은 메우고 투과성이 낮은 지역으로 투과하게 된다”고 설명한다. 즉 거품이 건조 효과를 가지는 셈이다. 거품이 실질적으로 단절시키는 것은 아니지만, 유체의 유출이 원활하게 이루어지도록 유도할 수 있다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr