석유 Upstream 산업의 범위 (feat 포항 영일만 석유)

석유 산업은 크게 Upstream-Midstream-Downstream으로 나뉘어져 있습니다.

https://magellanx.co/oil-and-gas-upstream-downstream-midstream

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Upstream은 석유를 지하에서 지상으로 뽑아올리는 과정

Midstream은 뽑아올린 위치에서 목표위치로 옮기는 과정

Downstream은 목표위치에서 석유를 사용가능한 형태(가솔린, 석유화학제품, 플라스틱) 등으로 바꾸는 과정입니다.

 

이제 Upstream을 좀 더 세분화시켜보도록 하겠습니다. 지하의 석유는 저희가 일반적으로 생각하는 지하수보다 훨씬 낮은 곳에 위치하고 있습니다. 얕은 경우 일반적으로 지하 2500 ft ~ 800 m 정도에 위치하는 경우도 있는데, 이의 경우 2m의 농구선수 400명이 수직으로 위치하고 있는 것과 같습니다. 따라서 이런 깊은 곳에 위치하는 석유를 단순히 지상에서 삽질을 해서 파악하는 것이 현실적으로 불가능합니다.

https://en.wikipedia.org/wiki/Tight_oil

 

 

이러한 깊은 곳의 석유를 확인하기 위해 현대의 Upstream 사업은 크게 세 가지 프로세스로 나뉘어지게 되었습니다. Seismic, exploration, production으로 나눌 수 있습니다.

 

https://www.linkedin.com/pulse/sap-joint-venture-accountingjva-basic-concepts-shri-nayudu-5l6re/

 

1. Seismic의 경우 탄성파를 쏴서 석유가 존재할만한 구조가 있는지 확인하는 과정입니다. (임산부 초음파검사와 비슷하다고 보시면 됩니다.

첫번째 단계는 자료취득이라고 볼 수 있습니다. 보통 저런 트럭이나 배를 끌고다니면서 탄성파를 쏘면서 데이터를 수집합니다.

 

https://www.britannica.com/science/seismic-survey

 

두번째 단계에서는 이런 데이터들을 모아서 시각화합니다. 보통 아래와 같은 모양의 맵이 나오게 됩니다. (y축은 depth)

https://www.fathomgeophysics.com/seismic.html

 

 

마지막 단계에서는 이러한 맵을 보고 지질이나 물리탐사(geophysics)하시는 전문가들이 해석해서 대충 지질이 어떻게 생겼고 어디에 석유가 있을지도 있을지 1차적으로 해석을 해줘야합니다. 위에서 보시다시피 그냥 빨강/파랑 색만 왔다갔다하는 맵이기때문에 상당한 지질학적 / 탄성파 지식이 요하는 작업이고, 각 전문가의 주관성이 어느정도 반영될 수 밖에 없긴 합니다. 대충 아래 예시에서 보면 이런 검정/하양 점밖에 없는 맵에서 어느 위치가 sand이고 어디에 oil/gas가 존재하는지를 전문가들이 감별해줍니다 (여기서는 g/w contact라고 써있는 지점과 top of sand라고 적힌 지점 사이 위치..). 이렇게 감별된 석유가스 지역을 sweet spot 혹은 bright spot 이라고 합니다. 근데 솔직히 다른 전문가는 다른 위치에 gas가 있을 거라고 생각할 수도 있을 것 같습니다.ㅎㅎ

https://petroshine.com/seismic-interpretation-methods/2/

 

현재 포항 석유 관련해서 이야기가 나오고 있는 건, 1-2단계는 대형업체가 진행하였고, 3단계는 액트지오라는 회사가 진행하였다고 합니다.

 

그리고 참고로 현재 3단계에서 확정된 석유량 140억배럴?은  자원량(resource)라고 불리우며 매장량과는 다른 개념입니다. 아래 그림에서 보시다시피 경제성과 채굴가능성이 더 확실해져서 어느 기준을 넘어야 매장량(reserve)이라고 불리울 수 있으며, 보통 상업적으로 생산되는 기존 필드 (예시 guyana 가이아나)에서의 석유량은 매장량에 기반한 값입니다. 따라서 현재 불리우는 140억 배럴은 프로젝트가 진행되면서 상당히 감소할 가능성이 있습니다.

https://www2.bgs.ac.uk/mineralsuk/mineralsYou/resourcesReserves.html

 

 

2. Exploration

탄성파 탐사로 어느 정도 가능성이 확인된 이후 Exploration 단계에서는 탐사정 시추 (exploration well drilling)을 통해 실제 석유가 존재하는지를 확인합니다. 현재 포항 유전에 대해 의사결정을 하고 있는 단계가 바로 이 단계입니다. 탐사시추 후 만약 석유가 있는 것이 확인된 후에는 상황에 따라 평가정 시추 (appraisal well drilling)을 추가적으로 할 수 있습니다. 평가시추를 통해 좀 더 자료를 모아 해당 유전의 경제성을 좀 더 확실히 확인 가능합니다.

 

3. Production

모든 평가가 끝난 후에는 계획에 따라 생산에 들어갑니다.

1) 우선 생산정 시추 (production well drilling)을 시추해야 합니다. 이를 위해서는 시추장비 계약 (시추선과 같은) 및 시추 서비스 업체와 시추프로그램 (계획)을 만들어야 합니다.

2) 생산 계획을 세워야합니다. 매장량, 지질구조, 생산압 등을 고려해 어느 기간동안 얼마의 속도로 생산할지를 최적화하는 계획을 세워야 합니다. 이 계획을 지키기 위해 필요한 생산 facility 등을 설계해야합니다. Offshore의 경우 생산 facility는 결국 해양플랜트가 되며, 다양한 option이 존재합니다 (fpso 등)

3) 생산에 필요한 Facility를 조달해야합니다. 해양플랜트의 경우 조선소에서 만들고 가져오는 데 최소 3년은 걸립니다.

4) 생산을 시작하며, 실제 생산량 vs 계획을 비교해가면서 계획을 조금식 튜닝해나갑니다.

5) 생산량을 증대시키고 싶은 경우, 증진회수율법 (Enhanced oil recovery)를 적용하여 유전 수명을 늘릴 수 있습니다. 가장 쉬운 예시로는 유정에 물을 집어넣어 압력을 높여 석유생산량을 늘리는 방법입니다.

 

이런 대략적인 프로세스에 비추었을 때 석유공학에서 어떤 연구분야들이 있는지 다음 글에서 다루도록 하겠습니다.