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원유개발기술

1) Enhanced Oil Recovery (EOR)

현재와 미래의 중요 에너지원으로서 석유가스자원의 지속적인 수요가 예상되며 세계 시장도 성장 추세가 지속되고 있습니다. 석유가스자원의 효율적인 생산과 상용화 기술을 개발하기 위해 E&P 연구개발 기능을 확대하고 있으며, 핵심기술 중의 하나로 최근 시장 가치가 상승하고 있는 EOR 기술개발에 중장기적 투자를 하고 있습니다.

What is EOR?

EOR은 유전에 남아있는 원유를 추가 탐사비용 없이 새로운 기술을 이용하여 생산하는 것입니다. 처음 유전을 발견하게 되면 유전의 내부 압력으로 인해 원유를 생산하고 (1차 생산), 이후 유전내부 압력이 소진되면 유전에 물을 주입하는 수공법 (Water Flooding)으로 원유를 생산합니다(2차 생산). 이렇게 1차, 2차 생산을 통해 유전에 존재하는 원유를 최대 50%까지 생산할 수 있습니다. 다시 말하면 현재까지 인류가 발견한 유전에는 현재까지 생산한 원유량보다 많은 원유가 존재하고 있습니다. 이렇게 유전에 남아있는 원유를 추가 생산할 수 있는 것이 EOR 기술입니다. 특히 Chemical을 이용한 EOR 기술은 SK이노베이션과 같은 세계 일류수준의 석유/화학 기술을 보유한 회사만이 가능한, 자원개발 분야의 Niche Area입니다. 이러한 EOR에는 Polymer, Surfactant와 같은 Chemical을 이용한 Chemical EOR 방법, CO2와 같은 Gas를 주입하는 Gas EOR 방법, 유전에 열에너지를 가하는 Thermal EOR 방법 등이 있습니다.

SKI's Polymer EOR Technology

SK이노베이션은 그 동안의 축적된 Polymer, Solvent 개발과 같은 화학기술과 원유처리기술, Engineering 역량을 이용한 Chemical 기반의 EOR 기술개발을 진행 중에 있습니다. Polymer EOR 수공법 (2차 생산) 초기에는 원유가 잘 생산되다가 시간이 지남에 따라 점점 물의 생산이 증가하고 원유의 생산은 떨어지게 됩니다. 이는 물의 점도가 원유보다 낮아 물이 원유보다 빨리 이동하여 원유를 뚫고 나오는 현상입니다. 이러한 현상을 해결하기 위해 소량의 Polymer를 주입하여 주입수의 점도를 원유보다 높여 주는 Polymer EOR 기술을 적용합니다. Polymer EOR에 사용되는 Polymer는 우리가 일상적으로 사용하고 있는 Polymer의 분자량보다 50배에서 많게는 100배 이상의 초고분자량을 가져야 합니다. 더불어 유전 내에서 이동이 원활하도록 제조하여야 합니다. 이러한 제조상의 어려움 때문에 전 세계적으로 몇몇 회사들만 생산이 가능합니다. 그런데 현재 상용 EOR용 Polymer는 고온, 고염도 환경에서는 분해, 침전되어 제 기능을 발휘하기가 어렵습니다. 따라서, SK이노베이션은 고온, 고염도의 Harsh Reservoir Condition에서도 성능을 발휘할 수 있는 Polymer의 신규 개발부터 현장적용까지 Polymer EOR 기술 확보 연구를 진행 중입니다.

Enhanced  Oil Recovery(EOR) - Push out the remaining oil in the rock

Oil Recovery

Oil Recovery*

Primary EUR**(~30%)

Natural Flow, Artifical Lift

Secondary EUR**(30%~50%)

Water Flooding, Pressure MainTenance

Tertiary EUR**(50%~80%) - EOR

Termal, Chemical, Gas, Others

* SPE-84908, 87865

** EUR : Estimated Ultimate Recovery

SKI's CO2 Foam EOR Technology

CO2 EOR의 경우도 주입한 CO2의 점도가 원유보다 매우 낮아 CO2가 원유보다 빨리 이동하여 유전에 남아있는 원유와 만나지 못해 원유회수율이 낮아지는 문제점이 있습니다. 이를 해결하기 위해 CO2의 점도를 높일 수 있는 첨가제를 사용하나, 현재 개발된 첨가제는 유전 내 흡착되거나 이동이 원활하지 못한 단점이 있습니다. SK이노베이션은 이러한 단점을 보완하기 위해 CO2에 용해되는 비이온성 계면활성제를 이용한 CO2 점도 증강제 (CO2 Viscosity Enhancer)를 개발 중에 있습니다. SK이노베이션의 앞선 유기합성 및 화학물질 탐색(Chemical Screening) 역량을 바탕으로, 분자 내 CO2에 용해되는 부분과 물에 용해되는 부분을 모두 가지는 구조를 설계하여 CO2에 용해되는 비이온성 계면활성제를 합성하고, 합성된 첨가제의 성능 평가 연구를 진행 중에 있습니다. 개발된 EOR기술은 SK이노베이션 유전에 적용될 수 있을 뿐 아니라 기존에 개발되고 있는 타 유전에도 적용되어 원유회수율을 높여 자원을 확보하고 E&P 분야에서 SK이노베이션의 기술력을 바탕으로 한 자원개발 사업을 활발히 추진할 수 있을 것입니다.

2) 초중질원유 처리기술(Heavy Crude Upgrading)

What is Heavy Crude?

초중질원유는 Oil Sand, Bitumen 등과 같이 비중과 점성이 매우 높고 금속 및 아스팔텐 함량이 매우 많은 무거운 원유를 말합니다. 중장기적으로 볼 때, 그 동안 손쉽게 채굴하여 처리하던 일반원유는 점차 고갈될 것이며, 대신 초중질원유가 이를 대체할 것으로 전망되고 있습니다. 그러나, 초중질원유는 기존 원유 대비 낮은 품질로 인해 현재의 공정기술로는 처리하기에 어려움이 많은 실정입니다.

Total World Oil Reserves

Total World Oil Reserves

전세계 오일 매장량 9~13조 배럴 중 70%가 API 22 이하의 Heavy Oil

Oilfield Review 2006

  • Conventional 30%
  • Oil Sands and Bitumen 30%
  • Heavy Oil (API 22 ↓) 15%
  • Extra Heavy Oil (API 10 ↓) 25%

SKI's Heavy Crude Upgrading Technology

SK이노베이션은 기존의 공정기술이 가진 한계점(고비용의 촉매와 수소를 사용, 처리 가능한 원료의 품질에 제약, 또는 처리 후에 저급 잔사유 생성 등)을 극복하면서, 보다 경제적이고 효율적으로 초중질원유를 처리할 수 있는 잠재력이 큰 다양한 신공정기술을 탐색하고 개발하고 있습니다. 이러한 기술들이 개발 완성되어 상업 적용된다면, 제약없이 초중질원유를 경제적으로 처리할 수 있게 될 것이고, 고부가가치의 경질유분도 많이 생산할 수 있게 될 것입니다. 이와 같이 SK이노베이션은 앞으로 도래할 초중질원유 시대를 새로운 기술들로 적극 대응함으로써, 원유처리의 유연성을 확보할 뿐만 아니라 정제마진 혁신도 이루어 회사의 궁극적인 경쟁력을 키워 나갈 것입니다.