열회수 공정에서의 실시간 점도 측정

증기 매개변수의 영향

증기의 특성은 중질유 점도 감소 기술의 핵심입니다. 온도, 압력 및 주입 속도가 주요 제어 변수입니다.

• 증기 온도:고온(일반적으로 200~300°C)에서는 분자 간 상호작용이 더욱 철저하게 파괴되어 점도 감소가 가속화됩니다. 임계 증기 조건에 가까운 환경에서는 아임계 수열분해 또는 크래킹을 통해 복잡한 분자가 더욱 분해되어 분자 재배열 및 가스 방출을 통해 영구적인 점도 감소가 발생하는 경우도 있습니다.
• 증기압:주입 압력을 높이면 증기 침투가 향상되고 저류층 내 열 전달이 균일해져 석유 치환량이 증가하고 열 손실 및 채널링 위험이 감소합니다. 생산정과 주입정 사이의 압력을 조정하면 증기 분포를 미세하게 조정하고 조기 돌파를 방지할 수 있습니다.
• 주입률:SAGD 공정에서 700배럴/일 이상과 같은 효율적인 증기 주입 속도는 최종 원유 회수율(최대 52~53%)을 높이는 것과 직접적인 상관관계가 있습니다. 반대로 주입 속도가 부족하면 열의 확산과 분배가 제한되어 증기 보조 이동 효율이 떨어집니다.

증기 소비량은 운영 비용, 에너지 효율 및 석유 회수 효율의 균형을 맞추도록 최적화되어야 합니다. 저수지 시뮬레이션 패키지를 포함한 분석 및 시뮬레이션 모델을 통해 운영자는 최대 생산량을 위한 최적의 증기-석유 비율(SOR)을 결정할 수 있습니다. 이러한 방정식은 점도-온도 프로파일, 증기 엔탈피 및 유체 이동성을 고려하여 주입 일정을 최적화하고 물과 연료 사용량을 제한합니다.

증기 매개변수 최적화는 중질유 열회수 공정의 전반적인 제어에 필수적이며, 특히 증기 보조 중력 배수(SAGD) 및 순환식 증기 자극(CSS)과 같은 기술에 중요합니다. 효과적인 유화제 투입량 최적화 및 지속적인 실시간 점도 측정과 결합될 때, 이러한 방법들은 현대 중질유 생산에서 향상된 석유 회수 방법의 핵심을 이룹니다.

실시간 점도 측정 기술

측정 원리 및 접근법

중질유 열회수에서,인라인 점도계이는 정밀한 제어를 달성하는 데 매우 중요합니다.오일 유화 공정또한 원유 회수 효율을 최적화합니다. 인라인 점도계는 파이프라인과 처리 장비를 통과하는 중질유-유화제 혼합물의 흐름 및 변형 거동을 직접 측정합니다. 이를 통해 수동 샘플링 없이 실시간으로 지속적인 모니터링이 가능하며, 수동 샘플링은 시간이 오래 걸리고 실제 공정 조건을 제대로 반영하지 못할 수 있습니다.

널리 사용되는 기술 중 하나는 초음파 점도계입니다. 이 장치는 오일-유화제 혼합물에 초음파를 통과시키고 매질과의 상호작용을 측정하여 온도와 유속 변화에 관계없이 정확하고 신속한 점도 측정을 제공합니다. 예를 들어, 압전 변환기가 장착된 초음파 셀은 최대 40%의 수분을 함유한 혼합물에서 고정밀 점도 측정을 제공하여 유화 안정성 모니터링과 공정 변동에 대한 신속하고 데이터 기반의 대응을 지원합니다. 이러한 접근 방식은 점도가 온도 및 화학물질 투입량에 따라 동적으로 변하는 열유 회수 작업에 특히 적합합니다. 이러한 측정의 정확성과 신속성은 중질유 점도 저감 기술을 직접적으로 지원하여 증기 주입 속도 및 유화제 투입량과 같은 매개변수를 최적화함으로써 안정적인 매질 유동성을 유지하고 증기 소비량을 최소화할 수 있도록 합니다.

센서 배치 위치는 결정적인 요소입니다. 인라인 점도계와 유변계는 전략적인 위치에 설치해야 합니다.

• 수원유정 헤드 유화 점도 감소의 즉각적인 효과를 추적하기 위해.
• 파이프라인 세그먼트유화제 투입량 또는 온도 변화로 인한 국소적인 변화를 감지하기 위해.
• 전처리 및 후처리 장치운영자가 증기 주입 또는 기타 향상된 석유 회수 방법의 영향을 평가할 수 있도록 합니다.

고급 분석 프레임워크는 시스템 모델링 및 최적성 기준을 사용하여 센서 배치 위치를 결정함으로써 운영 변동성이 가장 큰 곳에서 센서가 실질적인 데이터를 제공하도록 보장합니다. 순환식 또는 복잡한 파이프라인 네트워크에서 확장 가능한 그래프 기반 배치 알고리즘과 비선형 시스템 분석은 정확한 점도 프로파일링을 위한 포괄적인 범위를 보장합니다.

수집된 점도 데이터는 SCADA(감독 제어 및 데이터 수집) 및 APC(고급 공정 제어)와 같은 관리 시스템에 지속적으로 입력됩니다. 이러한 플랫폼은 인라인 센서에서 정보를 수집하여 생산 제어 요소 및 공정 이력 데이터베이스와 통합합니다. OPC-UA 및 RESTful API를 포함한 개방형 프로토콜은 다양한 계층과 시스템 간의 데이터 동기화를 지원하여 현장 운영 전반에 걸쳐 원활한 데이터 배포 및 시각화를 보장합니다.

데이터 수집 및 프로세스 피드백

실시간 점도 데이터 수집은 열 증강 석유 회수 공정 피드백의 핵심입니다. 센서 출력을 제어 시스템과 직접 연결함으로써 작업자는 주요 공정 변수를 거의 실시간으로 조정할 수 있습니다.

폐루프 제어레버리지점도 측정유화제 투입량을 미세 조정하기 위해 지능형 제어 시스템(견고한 PID 루프부터 적응형 퍼지 논리 및 하이브리드 아키텍처에 이르기까지)은 파이프라인 운송에 최적의 점도를 유지하면서 고가의 화학 물질 과다 사용을 방지하기 위해 화학 물질 주입 속도를 조절합니다. 예를 들어, 점도가 상승하여 유화가 불충분함을 나타내면 제어기는 자동으로 유화제 투입량을 늘리고, 목표치 이하로 떨어지면 투입량을 줄입니다. 이러한 수준의 피드백은 증기 소비 최적화와 유정 안정성이 매우 중요한 중질유 생산을 위한 증기 보조 중력 배수(SAGD) 및 증기 주입 공법에서 특히 중요합니다.

지속적인 점도 모니터링은 파이프라인 막힘 방지에 매우 중요합니다. 고점도 오일이나 불안정한 에멀젼은 유동 저항을 유발하여 침전 및 막힘 위험을 증가시킬 수 있습니다. 생산 시스템 전반에 걸쳐 최신 점도 프로파일을 유지함으로써, 특정 임계값에 근접할 경우 경보 또는 자동화된 완화 조치가 작동될 수 있습니다. SCADA 및 공정 이력 데이터와의 통합을 통해 점도 추세와 막힘 사고, 증기 주입 성능 또는 유화 분리 문제 발생 시점 간의 상관관계를 분석하는 장기적인 분석이 가능합니다.

열회수 분야에서 첨단 데이터 통합 ​​플랫폼은 점도 측정값을 개별적인 지표가 아닌 유량, 온도, 압력 데이터와 결합하여 분석합니다. 이를 통해 동적 증기 주입 조정이나 유화 분리 공정 최적화와 같은 모델 예측 기반 조정이 가능해지며, 결과적으로 석유 회수 효율과 공정 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

피드백을 활용한 최적화 사례:

• 인라인 점도계가 증기 주입 중 점도 급증을 감지하면 시스템은 유화제 투입량을 늘리거나 증기 매개변수를 조정하여 중질유의 유량을 목표 범위 내로 유지할 수 있습니다.
• 하류 센서에서 작동 방식 변경 후 점도가 감소한 것으로 나타나면 유화 분리 화학물질의 사용량을 최소화하여 분리 성능을 저하시키지 않고 비용을 절감할 수 있습니다.
• 통합 히스토리안 분석은 점도 변화와 유지보수 기록을 연관시켜 펌프 또는 공정 문제를 정확히 찾아냅니다.

이 실시간 피드백 기반 접근 방식은 파이프라인 막힘과 같은 유동 보장 문제의 즉각적인 예방과 중질유 열회수 장기 최적화 모두의 기반이 됩니다. 또한 운영 조치를 공정 요구 사항에 맞춰 효율적이고 안정적이며 비용 효율적인 석유 생산을 유지할 수 있도록 합니다.

유화 공정 최적화 전략

유량 확보 및 막힘 방지

파이프라인과 유정에서 중질유 에멀젼의 안정적인 유동성을 유지하는 것은 효율적인 열유 회수에 필수적입니다. 유화 과정을 통해 점성이 높은 중질유는 이송 가능한 유체로 변환되지만, 막힘을 방지하기 위해서는 안정성을 신중하게 관리해야 합니다. 온도 변화, 잘못된 유화제 투입량, 또는 예상치 못한 물-기름 비율로 인한 점도 급증은 특히 중질유의 증기 주입 시 젤과 같은 상을 빠르게 형성하고 유동을 멈추게 할 수 있습니다.

흐름 보장에는 예방 전략과 대응 전략이 모두 포함됩니다.

• 연속 점도 모니터링자동 동역학 모세관 점도계와 컴퓨터 비전을 결합한 실시간 측정 시스템은 점도에 대한 즉각적인 피드백을 제공합니다. 이러한 시스템은 편차가 발생하는 즉시 감지하여 작업자가 온도, 유량 또는 유화제 농도를 조정하여 막힘이나 왁스 침전물 축적을 방지할 수 있도록 합니다.
• 신속한 프로세스 조정센서 데이터를 제어 시스템과 통합하면 공정 매개변수를 자동으로 또는 작업자가 직접 변경할 수 있습니다. 예를 들어 점도 급증이 감지되면 계면활성제 투입량을 늘리거나, 에멀젼의 유동학적 특성을 안정화하기 위해 증기 주입 조건을 변경할 수 있습니다.
• 물리적 개입 및 파이프라인 가열일부 작업에서는 파이프라인 직접 가열 또는 전기 가열이 화학적 방법을 보완하여 유동성을 일시적으로 복원하는 데 사용되며, 특히 저온 지점이나 예기치 않은 장비 가동 중단 시에 유용합니다.

실시간 점도 데이터와 유연한 개입을 결합한 다각적인 접근 방식을 통해 오일 유화 공정 전반에 걸쳐 유동 중단 위험을 최소화합니다.

석유 회수 효율과 증기 소비량의 균형 유지

중질유 열회수에서 최적의 균형을 이루는 것은 원유 회수 효율과 증기 소비량 간의 균형을 맞추는 데 매우 중요합니다. 유정 헤드 유화제를 사용하여 점도를 낮추면 중질유의 흐름이 원활해지고 저류층 내 증기의 침투가 더욱 깊어집니다. 그러나 유화제를 과도하게 사용하면 매우 안정적인 에멀젼이 생성되어 후속 분리 단계를 복잡하게 만들고 운영 비용을 증가시킬 수 있습니다.

주요 최적화 요소는 다음과 같습니다.

• 실시간 점도 제어실시간 공정 데이터를 활용하여 점도를 목표 범위 내로 유지합니다. 즉, 분리 가능성을 유지할 만큼 충분히 높으면서도 효율적인 생산 이송 및 운반을 위해 충분히 낮은 점도를 유지합니다. 대리 모델링 및 현장 실험을 통해 온도 및 생산 속도 변화에 맞춰 유화제 투입량을 실시간으로 조정하는 것이 효과적임을 검증했습니다.
• 유화제 투여량 최적화실험실 연구 및 현장 사례에 따르면, 정확한 유화제 투입은 열유체 회수에 필요한 증기량과 회수 후 화학 처리량을 모두 줄여줍니다. 목표에 맞춘 첨가는 불필요한 계면활성제 사용을 최소화하여 비용을 절감하고 환경 부담을 줄이는 동시에 중질유 수율을 극대화합니다.
• 증기-용매 동시 주입증기 주입에 적절한 용매를 추가하면 중질유의 점도를 더욱 낮추고 스위프 효율을 향상시킬 수 있습니다. 탄산염 유전과 같은 현장 사례에서 증기 소비량 감소와 원유 생산량 증가가 입증되었으며, 이는 공정 최적화가 운영 및 환경적 이점과 직접적으로 연결됨을 보여줍니다.

예시 시나리오: 성숙한 중질유전에서 운영사들은 실시간 점도 측정과 유화제 주입의 동적 제어를 통해 유화액 점도를 200~320 mPa·s 사이로 일정하게 유지했습니다. 그 결과, 증기 주입량이 8~12% 감소했지만 원유 회수량 손실은 없었습니다.

유화분리 공정과의 통합

효율적인 중질유 생산을 위해서는 유수 분리를 위한 유화액 형성 및 이후의 유화액 파괴 과정을 모두 관리해야 합니다. 유동성 확보를 위한 유화 과정과 처리 효율을 위한 탈유화 과정을 통합적으로 운영하면 시스템 효율성과 제품 품질을 전반적으로 향상시킬 수 있습니다.

통합 관리 단계:

• 유화 및 탈유화의 조정점도 감소에 사용되는 유화제의 화학적 조성은 후처리 단계에서 탈유화제의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 탈유화 화학물질에 의해 중화되거나 치환될 수 있는 유화제를 신중하게 선택하고 투입량을 최적화하면 회수 후 유수 분리 공정을 간소화할 수 있습니다.
• 고급 유화분리법반응성 나노입자, 시너지 효과를 내는 유화 분리제 혼합물(예: BDTXI 패키지), 특수 기계식 분리 장치(이중 구형 접선 장치)와 같은 신기술은 물 분리 효율과 속도를 향상시킵니다. 예를 들어, 최근 연계 실험에서 TiO₂ 나노입자는 최대 90%의 유화 분리 효율을 달성했으며, 잘 설계된 유화 분리 장치는 표준 방법보다 뛰어난 분리 성능을 보여주었습니다.
• 체계적인 전환 제어점도 모니터링과 유화제 및 탈유화제의 자동 투입을 긴밀하게 통합함으로써 작업자는 유동성 향상에서 안정적인 분리로 전환할 수 있습니다. 이러한 연동을 통해 최적의 처리량을 유지하고, 특히 수분 함량이 높은 경우나 증기 보조 중력 배수 중 유동 양상이 급격하게 변하는 경우에 공정 병목 현상 발생 위험을 최소화할 수 있습니다.

운영 측면에서 최적화된 중질유 회수 시스템은 실시간 분석을 통해 유화 특성을 모니터링하고 변화하는 생산 및 분리 요구 사항을 충족하기 위해 유화 및 탈유화 단계를 조정합니다. 이를 통해 열 증강 석유 회수 체계 내에서 안정적인 유동성 확보, 증기 소비 최적화 및 높은 석유 회수 효율을 보장합니다.

유전 운영 및 회수율 지표에 미치는 영향

석유 회수 효율 향상

실시간 점도 측정 및 정밀한 점도 저감 기술은 중질유 열회수에서 원유 회수 효율을 높이는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 원유 점도가 높으면 유체 흐름이 제한되어 회수 가능한 원유량이 감소합니다. 현장 및 실험실 연구에 따르면 DG 리듀서 또는 실란 변성 나노실리카(NRV)와 같은 화학적 점도 저감제를 적용하면 열악한 저류층 조건에서도 초중질유의 점도를 최대 99%까지 낮출 수 있습니다. 10년 시뮬레이션 데이터는 함수율이 높은 유정에서 최적화된 점도 저감 전략을 통해 누적 원유 회수율을 최대 6.75%까지 높일 수 있음을 시사합니다.

점도 감소 복합 주입법(V-RCF)과 같은 고급 복합 주입법은 폴리머, 계면활성제 유화제, 초저계면장력제를 결합하여 최적의 유동성과 유수 분리를 유지합니다. 모래층 주입 실험에서 다중 슬러그 주입을 통해 이러한 방법의 효과가 더욱 입증되었으며, 기존 주입법에 비해 훨씬 뛰어난 원유 이동성을 보여줍니다. 예를 들어, 유화제 투입량을 실시간으로 제어하고 점도를 지속적으로 측정하는 운영 현장에서는 목표 유체 이동성을 더욱 효과적으로 유지할 수 있어 보다 안정적이고 예측 가능한 추출 속도를 확보하고 생산 비효율성을 줄일 수 있습니다.

증기 절약 및 비용 절감

열유 회수 공정에서 에너지와 비용을 좌우하는 핵심 요소는 증기 사용량입니다. 실시간 데이터와 목표에 맞춘 화학적 또는 물리적 개입을 통해 점도를 최적화하면 증기 소비량을 현저하게 줄일 수 있습니다. 최근 SAGD 현장 시험 및 실험실 벤치마크 결과에 따르면, 최적화된 유화제 투입량 또는 첨단 나노화학 혼합물을 통한 점도 제어 개선은 증기 대 원유 비율을 직접적으로 감소시켜 원유 1배럴 생산에 필요한 증기량을 줄이는 것으로 나타났습니다. 이러한 효과는 점도 관리의 정밀도와 효율성에 비례합니다. 점도 관리가 더욱 정밀하고 효과적일수록 증기 소비량이 그에 따라 감소하여 운영 비용과 에너지 비용을 모두 절감할 수 있습니다.

현장 사례에서는 증기 발생량 감소와 물 사용량 절감이라는 수치적 이점이 보고되었습니다. 한 시뮬레이션 시나리오에서는 저점도 젤 플러그를 사용하여 물 주입량을 제어함으로써 하루 물 주입량을 2,000m³ 이상 줄여 운영 비용을 크게 절감할 수 있었습니다. 인라인 점도 측정을 통해 즉각적인 운영 조정이 가능하므로 과다 주입으로 인한 에너지 낭비를 최소화하고 시스템 비효율성을 방지할 수 있습니다.

파이프라인 안전성 향상 및 유지보수 비용 절감

송유관 막힘 및 파손은 유전 운영의 연속성과 안전에 심각한 위협이 되며, 특히 유체 점도 제어 불량과 불규칙한 유화 공정으로 인해 더욱 악화됩니다. 실시간 점도 관리는 이러한 위험을 줄여줍니다. 최근 현장 시험 결과에 따르면, 인라인 점도계와 분산형 광섬유 센싱을 통해 작업자는 최적의 유동성을 유지할 수 있어 막힘 발생률을 낮추고 송유관에 가해지는 기계적 스트레스를 줄일 수 있습니다.

AOT(Applied Oil Technology)와 같은 전기유변학 기반 시스템은 파이프라인 운송 중 원유 점도를 낮춰 처리량을 늘리고 펌프 에너지 비용을 절감할 뿐만 아니라, 고점도 슬러그 형성을 방지하여 파이프라인의 전반적인 수명을 연장합니다. 또한, 열유 회수용으로 검증된 고성능 PVC와 같은 파이프 재질 선택의 발전은 부식 및 물리적 열화에 대한 저항성을 높여 유지보수 비용을 더욱 줄여줍니다.

운영 측면에서 계획되지 않은 가동 중단 시간, 긴급 수리 및 유지 보수 빈도의 감소는 유지 보수 예산 절감과 지속적이고 예측 가능한 원유 수송으로 직결됩니다. 이러한 기술 기반 개선은 최적화된 증기 주입, 원활한 유화 분리 공정을 지원하고 유정에서 처리 시설까지 안정적이고 관리 가능한 흐름을 보장함으로써 전체 유전 효율성을 향상시킵니다.