해양시추와 석유생산
해양시추는 먼저 육상시추가 발전함에 따라 1897년 미국 캘리포니아 서머랜드 해변에서 육지와 연결된 시추 구조물(Jetty)에 의한 시추로서 시작되었다. Jetty는 해안의 경사면에 육지의 한쪽과 연결된 시추 구조물을 바다에 설치하여 시추조업을 수행하였으며, 이 구조물이 계속 발달하여 1928년에는 간단한 구조의 잠수식 시추선이 출현하여 늪지나 호수 등 얕은 수심에서 작업을 하게 되었다.
1932년에는 처음으로 시추장비를 장착한 고정식 구조물(Platform)과 시추 지원선박이 출현하였으며, 계속하여 시추장비를 장착한 갑판을 상,하 이동할 수 있는 승강식 시추 구조물(Jackup)이 등장하였다. 석유의 발견이 해안에서 멀어지게 됨에 따라 수심이 더 깊은 곳에서 시추작업을 필요로 하게 되었다. 이에 따라 1953년에는 최초로 시추장비를 설치한 선박(Drillship)이 등장하였다. 1962년에는 안정성이 보강된 반잠수식 시추구조물이 출현하여 오늘날 일반적으로 사용되고 있다.
잭업(Jack-up, Rig)식은 통상 예인되어 목적지에 설치된다. 다리가 해저 지층에 고정되며, 상하 이동 가능한 선체는 조업 시 수표면 위로 들어 올려져 사용된다. 수심이 비교적 얕은 지역에서 사용된다. 반잠수식 시추리그는 폰툰(Pontoon)이라 불리는 다리를 가지고 있다. 이 폰툰에 공기를 채워 부양되도록 하고 8개 이상의 닻을 이용하여 위치가 유지되도록 한다. 거칠고 깊은 바다에서 뛰어난 안전성을 제공하는 장점으로 북해 북부 유전과 같이 기상이 나쁜 곳에서 선호된다.
완전 부유식 리그는 자체 추진력을 가지고 있는 선박형 리그이다. 보통 선박과 모양은 같으나 선체의 구멍을 통하여 시추를 할 수 있는 기중기 타워가 설치돼 있다. 시추선은 몇 개의 닻을 내려서 간단하게 위치를 유지하거나 또는 컴퓨터로 통제되는 다수의 개별 구동 추진기를 이용하여 자동으로 선체의 위치를 바로잡아 시추공 위에 정확하게 위치를 유지시키도록 한다. 선박형 시추리그는 매우 거친 기상상태에서는 그 안정성에 문제가 있어 폭풍이 불 때에는 시추작업을 중단해야 한다는 것을 의미한다. 따라서 종종 심해에 시험 시추정(Wild Cat)을 뚫을 때 사용된다.
상업적 가치가 있는 석유나 가스의 발견이 이루어지면 중앙 통제시설로 보통 강철 또는 콘크리트 플랫폼을 설치한다. 한 플랫폼에서 수십 개가 넘는 유정을 경사지게 굴착할 수 있다. 플랫폼은 특정 지역의 수심에 맞추어 해수면 위로 적어도 30미터 이상 드러나도록 플랫폼의 다리 기둥을 설계하여야 한다. 이렇게 함으로써 때때로 발생할 수 있는 큰 파도를 피할 수 있다. 보통 소규모 해양유전은 플랫폼을 설치하는 것이 비경제적이다.
그러나 어떤 경우에는 작은 유전을 인근의 기존 플랫폼에 연결시킬 수 있다. 또한 어떤 개별 유정에 대해서는 부유생산, 저장 수송시스템(FPSO)이 개발되었다. 개조탱커 또는 FPSO용 선박이 유정 바로 위에 자리를 잡고, 생산파이프를 특수하게 설계된 해저 크리스마스트리에 접속시킨다. 생산되는 석유, 가스 및 물은 선박으로 보내어 각각 분리시킨다. 가스는 태워버리고, 물은 정화 처리하여 바다로 배출시키며 석유는 선박의 저장탱크에 저장한다. 선박에 석유가 가득 차면 생산파이프를 끌어올리고 하역항구로 수송한다.
셰일 가스 개발
2000 년대 이후 수평시추 및 수압파쇄 기술의 혁신에 따른 생산성 증가 및 국제유가 상승 등으로 북미지역을 중심으로 셰일 가스 개발이 확대되기 시작하였다. 셰일 가스는 진흙이 굳어진 퇴적암석층(sedimentary rock formation) 안에 갇혀있는 메탄가스이며 혈암가스 라고 부르기도 한다. 셰일 가스는 지하 100~2,600m에 걸쳐 다양한 심도에 미세한 진흙이 수평으로 쌓인 후 탈수되어 생성된 혈암 또는 이암에 배태(胚胎)되어 있는 천연가스이다. 전통 천연 가스와 셰일가스는 개발 생산의 방법, 난이도 및 지질 특성이 다르며 또한, 기존의 전통적인 방식으로는 경제적인 생산이 어려워 수평시추 및 수압파쇄 등의 신기술을 적용하여 생산한다.
또한, 전통 천연가스와 달리 셰일가스는 전 세계에 분포하고 있으며, 북미지역의 부존량이 전 세계 부존량의 약 30%를 차지한다. 현재까지 북미지역 특히 미국이 가장 활발하게 셰일가스 개발이 진행되고 있고 상업생산이 시작됨에 따라서 석유 및 가스시장 주도권이 기존 전통 수출국인 중동, 러시아에서 미국 이동 중이다.
출처: 대한석유협회 자료