원유를 퍼 낸뒤 물을 채우나요?

re: 석유 생산 후 빈 공간은 다시 채우나요? pilot8304 답변채택률 60.0% 2008.07.03 18:40

원유는 수백 수천 m 지하에서 퍼 올립니다.

우리가 많은 원유를 퍼내게 되면 지하에 빈공간이 생기게 되며
빈 공간 주위에서 받치는 힘이
위에 있는 흙과 바위가 누르는 힘을
버틸 수 없다면 침하 (땅이 내려 앉는) 현상이 일어납니다.

보통의 원유 지대의 경우, 빈공간 주위에서 받치는 힘이
위에서 누르는 힘보다 커기 때문에 지반의 침하현상은 잘 일어나지 않습니다.
(예. 고속도로 상에 있는 터널이나 지하철의 경우 땅에 구멍을 내었지만
무너지지 않죠?)

그러나 쿠웨이트 같이 나라 전체가 오일 위에 떠 있는 나라는
( 그넘의 나라는 땅만 파면 기름이 막 나옵니다.)
지난 수십년간 원유를 엄청나게 퍼내었기 때문에
그 나라의 지하에는 지금 엄청난 빈 공간이 생겨있고,
매년 그 빈 공간의 크기가 증가 하고 있습니다.

그래서 현재
쿠웨이트의 특정 지역의 경우 지반 침하 (땅이 내려 앉는)가 심각 합니다.

그래서 쿠웨이트 정부는 땅이 무너져 내려 앉는 현상을 막기위하여
막대한 투자를 하려고 하고 있습니다.
(그네 들의 생존이 걸린 시급한 문제입니다. 땅이 내려 앉으면
건물이 기울어 지거나 무너질 수 있습니다.)

기술상 방법은 원유를 퍼낸 만큼 물을 채워 넣는 것입니다.
그러면 지반 침하도 막고, 물이 기름 보다 무겁기 때문에
기름을 물위에 뜨게 만들어 원유 생산량도 늘릴 수 있습니다.

설비 투자비가 약 1000 ~ 2000억원 입니다.
(이런 공사를 EWDP Project라고 합니다.)

현재 원유를 퍼내는 것에 의한 지반 침하 문제는
쿠웨이트 에서만 관심을 가지고 있지만,
원유가 집중적으로 매장되어 있는 중동국가들이
직면한 공통된 문제 입니다.

(저는 화학공정 엔지니어이며
쿠웨이트의 EWDP Project에 잠깐 동안 관여한 적이 있습니다.)

출처 : http://kin.naver.com/detail/detail.

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서울대학교 석유가스공학연구실 정철균입니다. jckjck2001 답변채택률 100.0% 2008.07.05 15:35

- 본인이 실명을 밝히는 이유는 답변에 제가 정성을 다하여 말씀드리기 위해서 입니다.

오해 없으시길 바라며, 다음과 같이 기술하고자 합니다.

본 답변은 저희 연구실의 교수님이신 최종근 교수님의 칼럼에서 인용한 부분이 포함되어있으며,

관련 문헌을 찾아보고 싶으신분들은 한국토목공학회지 제54권 제11호 2006년 11월호를 열람하여주십시오.

 

관련 답변을 작성해 보겠습니다.

 

1) 석유는 큰 동굴에서 뽑아내고, 뽑아내면 빈 웅덩이는 무엇으로 채우나요?

 

  우선 석유가 저유된 공간이 큰 연못과 같은 웅덩이가 있어 그 속에 석유와 가스가 존재한다고 오해하실수 있는데요, 실제로는 그렇지 않습니다. 석유와 가스 그리고 지하수는 지층을 이루는 입자들 사이의 빈공간에 존재합니다. 예를들면 빈 컵에 모래를 가득채우고 그 모래로 가득찬 컵에 물을 부으면 물이 그사이사이로 들어가 존재할 수 있는 원리죠. 때문에 모래컵 속에 있는 물을 빼어내어도 컵의 부피 변화가 거의 없는것과 동일한 원리로 석유나 가스의 생산의 경우 저류층(reservoir)의 탄력성이 적어 그 부피변화가 무시할 수 있을 정도로 작습니다.

  왜냐하면 석탄채굴과는 달리 앞서 말씀드린 입자의 사이사이, 즉 공극 속에 들어있는 석유를 생산하기 때문이죠. 또한 상대적으로 작은 부피변화가 생기는 경우 주위의 변형을 통해 지층은 쉽게 안정화 됩니다. 따라서 석유를 뽑아내고 물을 주입해서 비어낸 큰 웅덩이를 채운다는 속설은 일견 잘못된 것이라 할 수 있습니다.

 

2) 그렇다면, 물을 주입하는 것은 왜 일까요?

 

  앞에서 답변하신 분들중에 많은 분들께서 물을 주입해서 웅덩이를 채운다고 서술하셨는데, 아주 틀린이야기는

아닙니다. 다만 물을 채우는 것이 빈 공극을 채워 저류층을 안정화 시키려는 목적은 아니죠. 다만 물을 주입하는

것은 저류층에서 석유나 가스가 생산될 때, 첫번째 생산방식(first drive mechanism)인 압력감소 방식이 단계

가 지나면 추가 회수를 하기 위해 물을 주입하는 두번째 생산방식(secondary drive mechanism)을 적용하는

것입니다.

  물주입생산(water injection drive)는 2차 생산방식으로 이제는 그 기술과 효용성이 거의 모든 저류층에서 인정

되어 대부분의 유정에서 일정상태의 압력감소가 이루어지면 추가 생산을 위해 적용하고 있는 아주 보편적인

방법입니다. 때문에 물을 주입해서 저류층을 안정화 하는 것이라는 착각을 하실 수도 있습니다만 근본적으로

그 목표는 물을 넣어 저류층 웅덩이를 메꾸기 위함이 아닌 추가 생산을 하기 위한 것임을 알아주셨으면 좋겠습

니다.

  물 주입 이후로, 이산화탄소나 열주입, 솔벤트 주입 등의 3차 생산도 이루어지고 있으며 유가가 오르면서 이같은 고가의 신기술을 적용하여도 성공적인 추가회수만 가능하다면 결과적으로 이득을 얻을 수 있게 되면서 관련된

많은 연구가 진행중입니다.

 

질문에 답이 되었는지 모르겠습니다. 추가로 궁금한 점이 있으시다면 메일로 연락주십시오.

덧붙여 제언을 드리자면, 우리 나라는 GDP1/4에 해당하는 엄청난 규모의 돈을 석유와 가스 등 에너지 수입에

사용하고 있습니다. 유가가 올라가면서 자원은 점점더 국제 사회에서 무기화 되고 안정된 석유와 가스등의 에너지 확보를 위한 노력은 그 무엇보다 중요한 이슈가 되었습니다. 우리나라에서도 더 많은 관심과 지원을 바탕으로

전략적인 노력을 해야할 것으로 생각됩니다. 많은 응원과 관심을 부탁드립니다.

 

 

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추가사항을 기재드립니다. 의견 주신 것들 잘 읽어봤구요!!

 

밑에 더 좋은 답변들이 많아서 저도 참고가 많이 되었습니다.

 

A&M 계신 선배님께서 정확히 써주셨구요~

 

쿠웨이트 관련 사례 보시면 실제로 저류층의 매장량이 큰 경우

생산된 석유가 지하구조에 영향을 미치는 경우도 있네요!!

이건 제가 정확히 몰랐던 사항인 것 같습니다. 확인해 봐야겠군요!

아주 심부가 아니라 상대적으로 얕은 지층에서 생산이 가능한 중동지역의 경우

지반침하등의 문제가 일어날 수 있다는 사실을 알았습니다.

저류층 안정화에 대한 것들이 실제로 문제가 될 수 있다는 것만 알았는데

이번 기회에 잘 봐두겠습니다.

 

간단한 질문하나에 좋은 의견들이 많이 계서서 공부가 되네요 ^^;; 꾸벅 (_ _)

 

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돌은 Matrix라 불리는 돌을 구성하는 입자와 그 사이에 미세한 구멍이 있습니다. pore volume 이라고 생각하면 됩니다. 바싹마른 절구통에 물을 부어 놓고 하루 정도 지나면 상당히 줄어 있는 현상이나 분필을 물에 담궈놓으면 분필이 물을 먹는 현상을 생각하시면 쉬우실겁니다.

 

 아무튼 이 구멍 사이에 Oil 이나 gas가 고여 있게 됩니다. Source rock 이라 불리는 곳에서 생성된 석유가 비중의 차이로 위로 올라가게 되고 reservoir rock이라 불리는 porosity가 비교적 큰 곳에 고여 있게 됩니다.

그 Reservoir rock을 seal이라 불리는 porosity가 매우 작은 암석층이 덮는 구조로 이루어져 있습니다.

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