1. 소개

폴리아크릴아미드(PAM의 약어)는 중요한 수용성 고분자입니다. 우수한 점도 조절 특성, 응집 특성 및 유변학적 조절 성능 덕분에 석유 및 가스 추출 분야에서 널리 사용됩니다. 석유 및 가스 분야 개발에서 PAM은 주로 원유 회수 증대(EOR), 드릴링 유체 최적화, 파쇄 유체 점도 조절 및 폐수 처리와 같은 주요 링크에서 사용됩니다. 이 기사는 석유 및 가스 분야에서 PAM의 작용 메커니즘, 적용 시나리오 및 미래 개발 동향을 자세히 탐구할 것입니다.

2. 석유 및 가스 분야에서 PAM의 주요 역할

2.1 향상된 원유 회수 (EOR)

유전 개발의 중후반 단계에서, 지층 내 원유의 유동성이 감소하고, 기존의 유정 추출 방법으로는 남아 있는 원유를 효과적으로 추출하기 어려워집니다. 폴리머 유체 대체제로서 PAM은 다음과 같은 방법으로 유정 회수율을 향상시킬 수 있습니다:

수성 단계의 점도 증가: PAM 용액은 상대적으로 높은 점도를 가지고 있어 물-오일 유동 비율을 줄이고 "손가락 침투" 현상을 감소시키며 유체 대체 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

리플 효율성 향상: PAM 솔루션은 고투과성 층을 밀봉하여 변위 액체가 저투과성 층으로 들어가도록 강제하고 리플 볼륨을 확장할 수 있습니다.

미세한 유체 이동 효과: PAM 분자는 기름과 물 사이의 계면 장력을 줄여 잔여 유체 방울의 제거 및 이동을 촉진할 수 있습니다.

응용 사례: 다칭 유전, 셩리 유전 등은 부분 가수분해된 폴리아크릴아마이드(HPAM)를 폴리머 플러딩에 채택하여 회수율을 10%에서 20% 증가시켰습니다.

2.2 드릴링 유체 첨가제

드릴링 과정에서 PAM은 드릴링 유체 처리제로서 주로 다음과 같은 역할을 합니다:

윤활 및 마찰 감소: 드릴 비트와 웰보어 사이의 마찰을 줄여 드릴링 효율성을 향상시킵니다.

웰보어 안정화: 점토 입자의 표면에 흡착함으로써 셰일의 수화 및 팽창을 억제하고 웰보어의 붕괴를 방지합니다.

여과 손실 제어: PAM은 조밀한 여과 케이크를 형성하여 드릴링 유체의 형성으로의 여과 손실을 줄일 수 있습니다.

일반적인 유형:

비이온성 PAM (NPAM) : 염분 저항성이 우수하며 고광물화 지층에 적합합니다.

Anionic PAM (APAM) : 담수 또는 저염도 드릴링 유체 시스템에 적합합니다.

2.3 파쇄 유체 점도 조절제

셰일 오일 및 가스와 조밀한 저수지 개발에서, 수압 파쇄는 생산을 증가시키는 핵심 수단입니다. PAM은 파쇄 유체의 점증제로서 다음과 같은 기능을 할 수 있습니다:

모래 운반 능력 향상: 파쇄 유체의 점도를 증가시켜 프로판트(예: 석영 모래)가 균열 깊숙이 효과적으로 운반되도록 합니다.

마찰 감소: PAM의 항력 감소 성능은 파이프라인 압력 손실을 줄이고 파쇄 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

제어 가능한 분해: 일부 교차 결합된 PAM은 파손 후 젤을 분해하여 형성 손상을 줄일 수 있습니다.

응용 동향: 최근 몇 년 동안, 소수성 결합형 폴리아크릴아마이드 (HAPAM)는 온도와 염분 저항성 덕분에 고온 및 고압 저수지에서 널리 사용되고 있습니다.

2.4 석유 및 가스 분야 폐수 처리

석유 및 가스 분야에서 생산된 물은 많은 양의 부유 고형물, 오일 및 화학 물질을 포함하고 있습니다. PAM은 다음과 같은 응집제로 사용됩니다:

Oil-water separation: 전기 중화 및 흡착 교량 효과를 통해 미세한 기름 방울이 응집되어 분리가 용이해집니다.

슬러지 탈수: 무기 응집제(예: PAC)와 혼합할 때 슬러지 침전 및 탈수 효율을 향상시킵니다.

재주입 수처리: 재주입수가 고형물과 오일 함량이 낮은 기준을 충족하여 형성 막힘을 방지하도록 합니다.

일반적인 유형:

양이온성 PAM (CPAM) : 기름진 폐수 및 슬러지 탈수에 적합합니다.

양쪽성 PAM: 복잡한 수질 조건에 적응 가능.

3. 석유 및 가스 분야에서 PAM 적용의 도전 과제

비록 PAM이 석유 및 가스 분야에서 널리 사용되지만, 여전히 다음과 같은 도전에 직면해 있습니다:

온도와 염분 저항 부족: 일반적인 HPAM은 고온(>80℃) 또는 고광물화 지층에서 분해되기 쉽습니다.

기계적 전단 열화: 고속 주입 또는 형성 전단 작용 하에서, 분자 사슬이 파손되기 쉬워 점도 증가 효과가 감소합니다.

생물학적 안정성 문제: 미생물이 PAM을 분해할 수 있으며, 이는 장기적인 유체 대체 효과에 영향을 미칩니다.

해결책:

고온 및 염분 저항성 PAM 유형 개발 (예: 소수성 변형 및 나노 복합 PAM).

폴리머 교차 결합 기술(크롬 교차 결합 및 유기 메트론 교차 결합 등)이 안정성을 높이기 위해 채택됩니다.

4.미래 개발 동향

지능형 반응성 PAM: pH/온도 민감 PAM과 같이 형성 환경에 독립적으로 적응할 수 있습니다.

나노 강화 PAM: SiO₂ 및 TiO₂와 같은 나노 입자를 추가함으로써 온도 저항성과 전단 저항성이 향상됩니다.

녹색 및 환경 친화적인 PAM: 생물 기반 PAM 또는 분해 가능한 PAM, 환경 부담 감소.

5.결론

폴리아크릴아미드(PAM)는 석유 및 가스 분야의 개발에서 대체할 수 없는 역할을 하며, Enhanced Oil Recovery에서 폐수 처리에 이르기까지 뛰어난 성능을 보여줍니다. 앞으로 새로운 PAM 소재의 연구 개발과 함께 비전통적인 석유 및 가스(셰일 가스 및 타이트 오일 등)에서의 적용이 더욱 확대되어 석유 산업의 지속 가능한 발전을 위한 핵심 기술 지원을 제공할 것입니다.