증기보조중력배수

Steam-assisted gravity drainage

증기보조중력배수(SAGD; "SAG-D")는 중유와 비투멘 생산을 위한 향상된 오일 회수 기술이다. 그것은 한 쌍의 수평 우물을 다른 한 쌍보다 몇 미터 위쪽에 있는 저유소에 뚫는 발전된 형태의 증기 자극이다. 상부 웰보어에는 고압증기가 지속적으로 주입되어 오일을 가열하고 점도를 감소시켜 가열된 오일이 하부 웰보어로 배출되어 펌핑된다. 1955년부터 1982년까지 임페리얼 오일에서 엔지니어였던 로저 버틀러 박사는 1970년대에 증기 보조 중력 배수(SAGD) 과정을 발명했다. 버틀러는 "수평 쌍의 우물을 이용하는 개념을 개발했고, 채굴하기에 너무 깊다고 여겨지는 비투멘의 특정 퇴적물을 개발하기 위해 증기를 주입했다"[1][2]고 말했다. 1983년 버틀러는 알버타 프리미어 루기드가 석유 모래와 중유 생산을 위한 새로운 기술을 홍보하기 위해 설립한 크라운 법인 알버타 오일샌드 기술 및 연구 기관(AOSTRA)의 기술 프로그램 책임자가 되었다.[1][3] AOSTRA는 SAGD를 오일샌드 추출기술의 유망한 혁신으로 빠르게 지원했다.[2]

증기 분사(석유 산업)(전투 근무 지원)Steam-assisted 중력식 배수(SAGD)과 순환 증기 자극 두가지 상업적으로 적용된 근본적인 열 회복 처리하는 데 사용되는 기름 sands[4]에 양 형성 sub-units, 같은 그랜드 래피즈 형성, 클리어 워터 형성, 맥머리 형성, 제너럴 석유 모래, Lloydminster 모래,형의.eM앤빌 그룹(Annville Group)은 서부 캐나다 세디멘터리 분지에 있는 지층 영역이다.

캐나다는 현재 미국에 수입 석유의 35% 이상을 공급하고 있으며 사우디나 베네수엘라보다 훨씬 많고 OPEC 회원국들을 모두 합친 것보다 훨씬 많다.[5] 새로운 생산의 대부분은 앨버타의 방대한 석유 모래 퇴적물에서 나온다. 기름 모래를 회수하는 데는 두 가지 주요한 방법이 있다. 스트립 채굴 기술은 일반인에게 더 친숙하지만 얕은 비투먼 퇴적물에만 사용할 수 있다. 그러나 보다 최근의 증기 보조 중력 배수 기술(SAGD)은 얕은 것을 둘러싸고 있는 훨씬 더 큰 깊이의 퇴적물에 더 적합하다. 캐나다 석유 모래에서 향후 예상되는 생산 성장의 상당 부분은 SAGD가 될 것으로 예상된다.[6]: 9

"표면 채굴 기술을 통해 추출한 캐나다 석유 모래에서 추출한 석유는 기존 석유 시추보다 20배나 많은 물을 소비할 수 있다. 기초적인 데이터 취약성의 구체적인 예로서, 이 그림은 점점 중요해지는 증기 보조 중력 배수 기술(SAGD) 방법을 제외한다."

— The Water-Energy Nexus 2011

증기 보조 중력 배수 배출은 캘리포니아의 케른 강 유전을 비롯한 전 세계 다른 지역에서 중유를 생산하는 데 오랫동안 사용되어 온 증기 홍수 프로젝트에서 배출되는 배출량과 맞먹는다.[7]

설명

중유나 비투멘 생산의 SAGD 공정은 원래 캘리포니아의 케른 강 유전에서 중유를 생산하기 위해 개발된 증기 분사 기법의 개선이다.[8] 모든 증기 홍수 공정의 핵심은 중유의 점도를 줄이고 그것이 생산용 우물 쪽으로 이동할 수 있도록 열을 생산형성에 전달하는 것이다. 캘리포니아 중유전을 위해 개발된 순환증기자극(CSS) 공정은 콜드 레이크 유사와 같은 알버타 유사의 일부에서 석유를 생산할 수 있었지만, 대다수의 알베가 있는 아타바스카 유사와 피스 강 유사의 더 무겁고 깊은 퇴적물에서 비투멘을 생산하는 데는 효과가 없었다.rta의 석유 모래 매장량은 거짓말을 하고 있다. 이러한 훨씬 더 큰 매장량을 생산하기 위해, SAGD 과정은 주로 알버타 오일 샌즈 기술 및 연구 기관과 업계 파트너들의 도움을 받아 임페리얼 오일의 로저 버틀러[9] 박사에 의해 개발되었다.[10] 국가 에너지 위원회는 유가가 배럴당 최소 30달러에서 35달러일 때 SAGD 공정은 경제적이라고 추정한다.[11]

SAGD 공정에서는 두 개의 평행 수평 유정이 다른 유정보다 약 4~6m 높은 형상에 뚫린다. 상부우물은 증기를 주입하고, 하부우물은 중력으로 인해 아래로 흘러내리는 가열된 원유나 비투멘과 주입된 증기의 응축으로 회수된 물을 모은다. SAGD 프로세스의 기본은 주입된 증기가 "증기실"을 형성하도록 저장소와 열 통신이 설정되는 것이다. 증기에서 나오는 열은 중유나 비투멘의 점도를 감소시켜 하층 우물로 흘러 내려갈 수 있게 한다. 증기 및 관련 가스는 아래의 중유에 비해 밀도가 낮아 상승하여 낮은 생산량에서 증기가 생산되지 않도록 하는 경향이 있으며, 증기실에서 증기가 상승하여 기름이 남긴 빈 공간을 채우는 경향이 있다. 관련 가스는 어느 정도 증기 위(및 주변) 단열 열 담요를 형성한다.[12] 오일 및 물의 흐름은 역류, 중력 구동 배수구에 의해 하부 웰 보어로 유입된다. 응축수, 원유 또는 비투멘은 부유물이 있는 고점도의 유체를 이동하는데 잘 작동하는 진행성 공동 펌프와 같은 펌프에 의해 표면으로 회수된다.[13]

Sub-cool은 생산자 압력에서 물의 포화 온도(부글부글 끓는점)와 압력이 측정되는 동일한 위치에서의 실제 온도 간의 차이를 말한다. 생산자 이상의 액체 수준이 높을수록 온도가 낮고 온도가 높을수록 부냉각이다. 그러나 실생활 저수지들은 변함없이 이질적이기 때문에 우물 전체 가로 길이를 따라 균일한 보조냉각을 달성하는 것은 매우 어려워진다. 결과적으로, 많은 운영자들이 불균일한 스팀 챔버 개발에 직면했을 때, 적은 양의 스팀들이 생산자에게 유입되어 전체 웰보어의 비투멘을 뜨겁게 유지하도록 허용하고, 따라서 웰보어를 따라 저온 저장소의 일부에 열을 전달하는 부가적인 이점과 함께 비투멘을 낮은 점도로 유지한다. 때때로 부분적 SAGD라고 불리는 또 다른 변화는 운영자가 긴 폐쇄 기간이나 시동 절차로 생산자에게 의도적으로 증기를 순환시킬 때 사용된다. 일반적으로 증기주입률 저감을 포함하지만 저온으로 인한 비투멘의 점도가 높고 이동성이 낮아 생산량이 약간 감소하는 결과를 초래하기 때문에 열효율적인 관점에서 볼 때 보조냉각의 높은 값이 바람직하다. 매우 높은 보조 냉각수의 또 다른 단점은 증기 압력이 결국 인젝터 위에서의 증기 챔버 개발을 지속하기에 충분하지 않을 가능성이며, 때로는 응축된 증기가 인젝터를 범람시키고 챔버의 추가 개발을 방해하는 증기 챔버가 붕괴될 수 있다는 것이다.

대략적인 저장소의 압력에서 주입 및 생산 유정을 지속적으로 작동시키면 모든 고압 및 순환 증기 공정을 괴롭히는 불안정 문제가 제거되며, SAGD는 적절한 저장소에 70-80%의 석유를 제자리에 배치할 수 있는 부드럽고 고른 생산을 생성한다. 이 과정은 상대적으로 셰일 줄무늬와 증기 및 유체 흐름에 대한 다른 수직 장벽에 둔감하다. 왜냐하면 바위가 가열될 때, 차등 열팽창은 증기와 유체가 중력으로 잘 생산되는 것을 가능하게 하기 때문이다. 이를 통해 얇은 셰일 장벽이 많은 조성지에서도 석유의 60%~70%의 회수율을 제자리에 둘 수 있다. 열적으로, SAGD는 일반적으로 이전 CSS 공정보다 2배 더 효율적이며, CSS와 관련된 높은 압력에 의해 손상되는 웰은 훨씬 적다. 이는 더 높은 오일 회수율과 결합하여, SAGD가 저수지 두께가 합리적으로 두꺼운 순환 증기 공정보다 훨씬 더 경제적이라는 것을 의미한다.[14]

역사

중력 배수 아이디어는 원래 1970년대[1][2] 임페리얼 오일 엔지니어인 로저 버틀러 박사에 의해 고안되었다 1975년 임페리얼 오일은 버틀러를 온타리오 주 사르니아에서 알버타 주 캘거리로 이양하여 중유 연구 활동을 지휘했다. 그는 1980년 임페리얼 오일(Imperial Oil)에서 업계 최초의 수평형 우물 중 하나인 콜드 레이크(Cold Lake)에서 수직형 주입기로 이 개념을 시험했다.

1974년 앨버타 오일샌드 기술연구청(AOSTRA)

1974년 피터 루기드 알버타 총리는 알버타 석유샌드 기술연구청(AOSTRA)을 알버타 크라운 법인으로 설립해 석유샌드 및 중유 생산에 대한 신기술 개발과 이용을 촉진하고 재래식 원유회복을 강화했다. 첫 번째 시설은 10명의 산업 참여자가 소유하고 운영했으며 알버타 헤리티지저축신탁기금 등 정부의 풍부한 지원(Deutsch, McLennan 2005)[2]을 받았다.[15][16][17] AOSTRA의 주요 대상 중 하나는 기존의 표면 채굴 기술로는 회수할 수 없었던 아타바스카 유사의 해당 부분에 적합한 기술을 찾아내는 것이다.[2]

AOSTRA 지하시험시설 1984

1984년, AOSTRA는 Syncrude 공장의 서쪽의 MacKay 강과 데본 강 사이에 위치한 Athabasca 기름 모래사장의 지하 실험 시설을 현장 SAGD 비투멘 회수 시설로 시작했다.[2][18] 그들이 최초로 쌍둥이(수평형) SAGD 유정에 대한 테스트가 실시되어 개념의 실현가능성을 입증하고, 3개의 유정 쌍으로부터 하루 약 2,000배럴(3203 m/d)의 생산률로 1992년 잠시 양의 현금흐름을 달성한 것이 바로 여기서였다.

포스터 크리크

1996년 캐나다 앨버타에너지에 의해 건설되고 운영된 포스터 크리크 공장은 최초의 상업용 증기 보조 중력 배수(SAGD) 프로젝트였으며 2010년까지 포스터 크릭은 "알버타에서 로열티 지불 상태에 도달한 최대 상업용 SAGD 프로젝트가 되었다. "[dead link][18][dead link][19]

원래의 UTF SAGD 유정은 수직 갱도로 접근하는 석회석 지하에 있는 터널에서 수평으로 뚫려 있었다. 이 개념은 기존의 수직적 우물을 더 이상 시추하는 것이 정당화되기 힘들 정도로 기업들이 정확하고 저렴하고 효율적으로 수평적 우물을 시추할 수 있도록 하는 방향적 시추 기술의 개발과 일치했다. 수평 유정쌍을 시추하는 비용이 낮고, SAGD 공정의 매우 높은 회수율(제자리 석유의 최대 60%까지)으로, SAGD는 석유 회사에 경제적으로 매력적이다.

포스터 크리크 세노부스는 정규 SAGD 운영에서 우회한 잔여 자원을 복구하기 위해 특허받은[20] '웨지 웰' 기술을 채택해 총 복구율을 개선했다. '웨지 웰' 기술은 SAGD 증기 챔버가 합병되어 유체 통신에 있을 정도로 성숙된 후 그 저장소에 복구하기 위해 남겨진 것을 두 개의 확립된 운용 SAGD 웰 쌍 사이에 주입관을 뚫어 정기적인 SAGD 작업에서 우회되는 잔여 비투멘에 접근함으로써 작동한다. 작동 중인 SAGD 웰 페어 사이의 영역은 바이패스된 잔여 오일의 '웨지'이다. 한번 증기실 그들이 유체 통신에서 하며 복구 과정에서 이 단계 일반적으로에 처한 시점, 또한 흔히 그 'blow을 '으로도 알려진 성숙해져phase,[21]이 주입된 증기 w. 대체됩니다 웨지 잘 기술을 덜 증기가 필요하다 5%-10%축소된 자본 비용에서 전반적인 회복 속도가 나아지는 것으로 나타났다ith 메탄과 같은 가스를 가연할 수 없어 생산 비용이 더욱 절감된다.[22]

현재 응용 프로그램

이 기술은 현재 유가 상승으로 인해 이용되고 있다. 1990년대까지 전통적인 시추방식이 성행했던 반면, 21세기의 고유가법은 원유를 추출하는 더 파격적인 방법(SAGD 등)을 장려하고 있다. 캐나다 석유 모래는 SAGD 프로젝트가 많이 진행 중인데, 이 지역은 세계에서 가장 많은 비투먼의 매장지 중 하나이기 때문이다(캐나다와 베네수엘라는 세계에서 가장 많은 매장량을 가지고 있다).

SAGD 공정은 앨버타 에너지자원보전위원회(ERCB)가 입증된 석유 매장량을 1790억 배럴로 늘릴 수 있게 해 캐나다 석유 매장량을 베네수엘라, 사우디아라비아에 이어 세계 3위로 끌어올리고 북미 석유 매장량을 약 4배 늘렸다. 2011년 현재, 석유 모래 매장량은 약 1690억 배럴이다.

단점들

오일 및 물 넥서스

열 회수 과정인 SAGD는 많은 양의 물과 천연 가스를 소비한다.[6]: 4

"표면 채굴 기술을 통해 추출한 캐나다 석유 모래에서 추출한 석유는 기존 석유 시추보다 20배나 많은 물을 소비할 수 있다. 기초적인 데이터 취약성의 구체적인 예로서, 이 그림은 점점 중요해지는 증기 보조 중력 배수 기술(SAGD) 방법을 제외한다. 우리는 미래의 연구자들이 이 구멍을 메우도록 장려한다.

— The Water-Energy Nexus 2011

"표면 채굴 기술을 통해 추출한 캐나다 석유 모래에서 추출한 석유가 기존 석유 시추보다 20배나 많은 물을 소비할 수 있다." 그러나 2011년까지 점점 중요해지고 있는 증기 보조 중력 배수 기술(SAGD) 방법에 사용되는 물의 양에 대한 데이터가 불충분했다.[6]: 4 증발기는 SAGD가 생산한 물을 처리하여 SAGD 작동에 재사용할 수 있도록 고품질 담수를 생산할 수 있다.[23] 그러나 증발기는 많은 양의 블로 다운 폐기물을 생성하므로 추가적인 관리가 필요하다.[23]

증기발생시 천연가스 사용

모든 열회수 공정에서와 마찬가지로 증기발생비용은 석유생산비용의 주요 부분이다. 역사적으로, 천연 가스는 캐나다 석유 모래 프로젝트의 연료로 사용되어 왔는데, 석유 모래 지역에 많은 좌초된 가스 매장량이 존재했기 때문이다. 그러나 캐나다와 미국의 외부 시장에 천연가스 파이프라인이 건설되면서 가스 가격이 중요한 고려 대상이 되었다. 캐나다 천연가스 생산량이 정점을 찍고 현재 감소하고 있는 것도 문제다. 다른 열 발생원을 고려 중에 있는데, 특히 생산되는 비투멘의 중분수를 가스로 만들어 승마를 생산하거나, 석탄의 인근(그리고 거대한) 침전물을 사용하거나, 열을 생산하기 위해 원자로를 건설하는 것 등이 그것이다.

증기 발생을 위한 물의 사용

SAGD 공정을 위한 증기를 만들기 위해서는 다량의 신선하고 고사리 같은 물과 대량의 재사이클링 설비가 필요하다. 물은 물 사용과 관리에 관한 토론의 인기 있는 주제다. 2008년 현재 미국의 석유 생산량(SAGD에 국한되지 않음)은 매일 50억 갤런 이상의 생산수를 생산한다.[24][25] 많은 양의 물을 사용하는 것에 대한 우려는 물의 비율, 즉 물의 질과는 거의 관계가 없다. 전통적으로 SAGD 공정에서 사용된 물의 양은 7000만 입방미터에 가까웠다. 약 1,800만 입방 미터가 사용된 2010년 현재, 담수 사용이 상당히 감소하였다. 담수 사용량의 급격한 감소를 상쇄하기 위해 산업계가 식염수 지하수의 양을 크게 늘리기 시작했다. 이뿐만 아니라, 보다 일반적인 절수 기술은 석유 모래 생산에 의한 표면 물 사용량을 처음 생산한 이래 3배 이상 감소시켰다.[26] 중력 배수에 의존하는 SAGD는 또한 비교적 두껍고 균일한 저수지를 필요로 하기 때문에 모든 중유 생산 지역에 적합하지 않다.

대체 방법

2009년까지 상업적으로 적용된 두 가지 원시적 열 회수 과정인 증기 보조 중력 배수(SAGD)와 주기적 증기 자극(CSS)이 앨버타 콜드 레이크 지역의 맑은 물과 하부 그랜드 래피즈 형성의 석유 모래 생산에 사용되었다.[4]

주기증기자극(CSS)

캐나다 천연자원은 비투멘 자원을 개발하기 위해 주기적인 증기 또는 "허프 앤 퍼프" 기술을 사용한다. 이 기술은 1개의 보어가 필요하며, 생산은 생산 단계에 앞서 형성을 파괴하고 가열하기 위한 주입으로 구성된다. 첫 증기는 몇 주 또는 몇 달 동안 형성골절 지점 위로 주입되어 차가운 비투멘을 동원한 다음, 그 우물을 몇 주 또는 몇 달 동안 폐쇄하여 증기가 형성에 스며들도록 한다. 그런 다음 주입 웰의 흐름이 역전되어 동일한 주입 웰 보어를 통해 오일이 생성된다. 주입 단계와 생산 단계가 함께 하나의 사이클로 구성된다. 저수지 냉각으로 석유 생산률이 임계치 이하로 떨어지는 새로운 사이클을 시작하기 위해 증기를 다시 주입한다.[27] Cyclic steam stimulation also has a number of CSS Follow-up or Enhancement Processes, including Pressure Up and Blow Down (PUBD), Mixed Well Steam Drive and Drainage (MWSDD), Vapor Extraction (Vapex), Liquid Addition to Steam for Enhanced Recovery of Bitumen (LASER) and HPCSS Assisted SAGD and Hybrid Process.[4]

고압 순환 증기 자극(HPCSS)

"알버타 석유 모래에서 현장 생산의 35퍼센트는 고압 순환 증기 자극(HPCSS)이라는 기술을 사용한다. 이 기술은 두 단계 사이를 순환한다. 첫째, 증기를 지하 석유 모래 퇴적물에 주입하여 골절시키고 열을 가하여 CSS처럼 비투멘을 부드럽게 한다.s; 그리고 나서, 그 사이클은 생산으로 전환되는데, 그 결과 발생하는 비투멘과 증기의 뜨거운 혼합물("비투민 에멀전"이라고 불림)이 CSS와 마찬가지로 같은 우물을 통해 다시 표면으로 퍼올린다. 그 결과 압력 강하가 생산을 비경제적 단계로 늦출 때까지. 그 과정이 여러 번 반복된다."[28] 앨버타 에너지 조절기(AER) 뉴스 발표에서는 고압 순환 증기 자극기(HPCSS)와 증기 보조 중력 배수(SAGD)의 차이를 설명했다. 이 방법에는 주변 저수지 압력보다 훨씬 높은 고압 증기를 장기간 저수지에 주입하는 것이 포함된다. 열이 비투멘을 부드럽게 하고 물이 희석하여 모래로부터 비투멘을 분리시키면서, 그 압력은 비투멘이 증기 주입기 우물 안으로 다시 흐를 수 있는 골절, 균열, 개구부를 만든다. HPCSS는 저압에서 저장소를 파괴하지 않고 지속적으로 증기를 주입하고 1차 복구 메커니즘으로 중력 배수를 사용하는 증기 보조 중력 배수(SAGD) 작업과는 다르다."[29]

콜드레이크 근처의 클리어워터 형성에서는 알버타 고압 순환 증기 자극(HPCSS)이 사용된다.[4] 수평과 수직의 우물이 둘 다 있다. 주사는 골절 압력에 있다. 수평 유정은 60m~180m의 간격이 있다. 수직 웰은 수직 웰의 경우 2~8에이커 간격으로 간격을 둔다. 개발은 7m의 순급여만큼 낮을 수 있다. 그것은 일반적으로 바닥 물이나 상층 가스가 없는 지역에서 사용된다. CSOR는 3.3 ~ 4.5이다. 궁극적인 회복률은 15-35%[4]로 예측된다. 또한 SAGD 열회수법은 수평웰쌍이 있는 클리어워터와 하부 그랜드 래피드 형성에 사용되며, 작동압력 3~5 MPa, 번트레이크 SAGD는 75m~120m 간격의 확장압력에 가까운 높은 작동압력으로 시작되었으며, 하단 와트가 있거나 없는 지역에서는 10m의 순페이로 개발되었다.어, CSOR: 2.8 ~ 4.0 (100% 품질), 궁극적인 회복: 45 ~ 55%[4] 예상

CNRL 자회사 호라이즌 오일샌즈가 운영하는 캐나다 천연자원 유한회사(CNRL) 프리모로스, 클리어워터 형성의 앨버타 콜드레이크 인근 상황별 오일샌드 프로젝트에서 고압 순환증기 자극(HPCSS)을 사용한다.[4]

증기 추출(Vapex)

대체적으로 강화된 오일 회수 메커니즘으로는 VAPEX(Vapor Assisted Official Extraction), ET-DSP(Electro-Thermal Dynamic Striping Process), ISC(In Sitternation) 등이 있다. 버틀러에 의해 발명된 '증기용제 대신 증기를 이용한 중력배출 공정'도 버틀러에 의해 발명됐다.[30]

ET-DSP는 전기를 이용해 석유 모래 퇴적물을 가열해 단순 수직 유정을 이용한 비투멘을 동원하는 특허 공정이다. ISC는 석유의 점도를 감소시키는 열을 발생시키기 위해 산소를 사용하며, 중유에 의해 생성된 이산화탄소와 함께 생산용 우물 쪽으로 석유를 대체한다. 한 ISC 접근방식은 TAY for Toe to Hill Air Injection이라고 불린다. 서스캐처원의 태국 시설은 지난 2017년 이 현장에서 순수 수소 분리를 시연해 온 캐나다 프로톤테크놀로지스가 매입한 시설이다. 프로톤의 목표는 탄소를 땅속에 남겨두고 탄화수소에서 수소만을 추출하는 것이다.[30]

개선된 증기 및 가스 푸시(eMSAGP)

EMSAGP은 동안 자기 뇌도 측정법 에너지 patented[31일]과정 대부분 동안 자기 뇌도 측정법, Cenovus,[32]와 협력하여 수정된 회복 과정“강화된 수정된 증기 및 가스 푸시”(eMSAGP), SAGP의 변경 추가 생산자들 인접한 SAGD 잘 쌍 사이에 중간 el에 위치한을 활용함으로써 SAGD의 열 효율을 향상시키도록 고안된 더빙을 개발했다.evation SAGD 프로듀서들 중 한 명이요 일반적으로 "유아" 웰이라고 불리는 이러한 추가 생산자들은 eMSAGP 복구 시스템의 필수적인 부분이다.

참고 항목

참조

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외부 링크