캐나다 CLS(Canadian Light Source)와 AITF(Alberta Innovates Technology Futures) 소속의 연구진은 오일 회수(oil recovery)에 관하여 알고 있는 것을 변화시키는 연구 프로젝트를 착수하여, 오일을 얻을 수 있는 보다 더 환경 친화적인 동시에 효율적인 방안을 규명할 수 있을 것으로 기대된다.

오일 회수 공정에 관여하는 오일, 모래 및 물 등 몇 가지 중요한 요인이 관찰됐다. CLS 싱크로트론에서 독특한 라이브 이미징 실험(live imaging experiment)을 통하여, 과학자들은 역학적 방식에서 세 가지 재료가 서로서로 어떻게 상호작용하는지를 관찰할 수 있었다. 중유(heavy oil)에 대한 대부분의 공정이 보다 더 복잡하고 용매, 스팀 및 다른 물질이 추가되기 때문에, 연구진은 보다 더 단순한 회수 공정을 구현하기를 원했다.

점성이 있는 중유의 회수에서 수공법(waterflooding, 유층에 물을 압입하여 오일을 회수하는 방법)을 이용하는 것이 한 가지 방법이다. 수공법은 상용 오일을 위한 오래된 비교적 명확하게 규명된 방법이다. 또 이 방법이 중유에 적용될 수 있지만 어떻게 작용하는지에 대하여는 규명되지 않았다고 AITF의 선임 연구 공학자인 Mike London은 밝혔다. 이 방법은 단순한 비가열 공정(non-thermal process)으로 상대적으로 저렴할 뿐 아니라 적은 탄소 배출(carbon footprint)을 보여준다.

실험을 위하여, Mike와 그의 연구팀은 회수 공정 중에 오일 저장소를 표현하기 위하여 모래로 채워진 독특한 싱크로트론-준비 압력 용기(synchrotron-ready pressure vessel)를 구축했다. 용기에 느리게 오일, 물 및 압력 등을 추가함으로써, 오일, 모래 및 물 등이 이동하고 변화하기 시작했다.

이러한 변화는 CLS 실험 기지에 설치된 BMIT(Biomedical Imaging and Therapy) 빔라인 상의 강력한 X-선 이미지 기술을 이용하여 관찰됐다. 이러한 장치는 주로 의료용 이미징 기술에 사용될 뿐 아니라, 수많은 다른 용도에도 사용된다. 압력이 용기에 가해질 때, London은 오일이 독특한 유형으로 모래를 통하여 위쪽으로 이동하기 시작한다고 밝혔다.

연구진은 분리된 기공 규모의 경로를 통하여 물의 채널링(water channeling)을 관찰할 수 있기를 기대했다. 물의 채널링은 그 자체로 흥미롭지만, 연구진은 물이 가득 차 있는 기공을 본 사례가 없었다. 연구진은 그레인 표면(grain surface) 위에서 물의 막이 부풀어 오르는 것만을 관찰했다. 이것은 수공법의 일반적인 그림과는 상당히 다른 것으로 경유(light oil)의 회수로부터 수행됐다.

AITF는 싱크로트론에서 전 세계 등급의 연구를 수행하기 위하여 매년 CLS를 방문하는 몇 곳의 산업 단체 중 하나이다.

당신이 어떤 비용을 줄일 수 있는 때마다 또는 보다 효율적인 방안을 찾을 때마다, 당신은 산업에서 동일한 언어로 대화하게 될 것이라고 CLS 산업 과학부 소속의 Jeremy Olson은 밝혔다. 이러한 실험은 기업들이 회수 공정이 일어나는 동안 중유, 물 및 모래 사이의 상호작용을 이해할 수 있게 해 주고, 공정과 관련된 통찰력을 제공하게 될 것이다. 또 회수 공정을 이해하는 것은 환경 측면에서 보다 더 지속 가능한 전체 공정을 구현할 수 있는 방안을 규명할 수 있게 해준다고 Olson은 밝혔다.

이러한 연구 결과가 오일 산업에 대한 귀중한 통찰력을 제공하는데 도움을 주고, 회수의 환경 영향을 줄이는 데 기여할 것으로 기대한다고 Olson은 덧붙였다. 역학 연구는 항상 흥미로운 것이다. 동시에 이미지를 구축하고 어떤 시료를 얻는 것이 함께 일어난다는 것은 환상적인 것이다. 우리는 일반적으로 특정 고정된 시간에서 어떤 대상에 대한 스냅샷을 얻는다. 새로운 실험에서 연구진은 어떤 현상이 일어날 때 공정을 추적할 수 있었다.

AITF는 싱크로트론에서 얻은 고분해능 3D 이미지와 자료를 지속적으로 분석할 계획이다. London은 연구진이 보다 더 우수한 오일 회수 기법에 대한 성과를 얻을 수 있을 것으로 믿고 있다.

캐나다 남서부 지역의 서스캐처원(Saskatchewan) 오일의 약 24%는 현재 수공법을 사용하고 있다. 석유 생산에 대한 중유의 기여는 상용 저장소가 모두 마를 때까지 지속적으로 증가될 것이라고 London은 덧붙였다. 중유 수공법(heavy oil waterflooding)은 적극적으로 활성화되고 있는 연구 분야로, 오일 제조사들은 이 공정이 어떻게 효과적으로 적용될 수 있는지를 이해할 필요가 있다. 연구진의 입장에서 중유 수공법을 규명하는 것은 기본 메커니즘의 이해를 의미한다.

 

 

 

 

Scientists from the Canadian Light Source and Alberta Innovates Technology Futures have embarked on a research project that is changing what we know about oil recovery and could result in more environmentally efficient methods of getting oil.

 

Several important factors involved in the process of oil recovery were observed – oil, sand and water specifically. Through a unique live imaging experiment at the CLS synchrotron, scientists were able to see how the three materials interacted with one another in a dynamic way. As most processes for heavy oil are more complicated and involve the addition of solvents, steam, and other things, scientists were hoping a simpler recovery process is possible.

 

"This is about using waterflooding to recover heavy, viscous oil. It is an old and well-established method for conventional oil, and is being applied to heavy oil, but the way it works there is not understood," said Mike London, senior research engineer with AITF. "It is a simple non-thermal process and so is relatively cheap, in addition to having a small carbon footprint."

 

For the experiment, Mike and his team built a unique synchrotron-ready pressure vessel filled with sand to represent an oil reservoir in the midst of an recovery process. By slowly adding oil, water and pressure to the vessel, the oil, sand and water begin to move and change.

 

These changes were observed using powerful X-ray imaging techniques on the Biomedical Imaging and Therapy (BMIT) beamline– an experimental station at the CLS that is used primarily for medical imaging but also has many other capabilities.

 

As the pressure built up in the vessel, London said the oil began moving upwards through the sand in a unique pattern:

 

"We expected to see water channeling through isolated pore-scale paths. That, in itself, would have been interesting, but we never saw pores full of water – only swelling films of water on the grain surfaces. This contrasts greatly with the conventional picture of waterflooding, carried over from recovery of light oil."

 

AITF is one of several industrial groups visiting the CLS every year to conduct world-class research at the synchrotron.

 

"Anytime you can reduce the cost of something, or find a more efficient way of doing something, you are talking the same language as industry," said Jeremy Olson, CLS industrial science associate. "These experiments may give insight that will allow companies to understand the interactions between heavy oil, water and sand during recovery processes. Understanding these processes may also point to ways to make the entire process more environmentally sustainable.

 

"I hope these findings will help provide valuable insight for the oil industry and reduce the environmental impact of recovery," added Olson. "Dynamic studies are always interesting. To be able to image or sample something at the same time it is occurring is always fascinating. Normally as scientists we get a snapshot of something at a certain fixed time. In this experiment we were able to follow the process as it happened."

 

AITF will continue to analyze their data and the high-resolution 3D images they acquired from the synchrotron and London believes they have made great strides into better oil recovery techniques.

 

"About 24 per cent of Saskatchewan's oil is currently under waterflood. The contribution of heavy oil to petroleum production will continue to increase as conventional reserves dry up," added London. "Heavy oil waterflooding is an active area of research for us, as oil producers need to understand how to apply it effectively. For us, that means understanding the basic mechanisms."

 

[원문출처 : http://phys.org/news/2014-02-environmental-impact-oil-recovery.html]