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에너지 산업의 길을 묻다(4회)
에너지 산업의 길을 묻다(4회)
석유의 전통-비전통 에너지기술, 미래에너지 자원,
글로벌화를 위한 공사기업의 변모 및 필요한 전문기술역량
E 화석에너지, 지속가능에너지, 미래에너지 자원
전문가들은 미래의 에너지는 비전통적인 에너지 자원으로부터 공급된다고 본다. 특히 셰일가스, 타이트가스, 콜베드-메탄 등의 비전통가스가 중요하다. 셰일 가스 및 셰일 오일과 같은 비전통적인 에너지자원의 매장량은 매우 거대해서 현재 전세계의 셰일가스량은 6622 TCF (Trillion Cubic Feet) (http://www.eia.gov/analysis/studies/worldshalegas/)로 추정된다. 이런 이유에서 화석 석유에너지는 아직도 반세기 이상 글로벌에너지의 수요에 중심적인 역할(Major Role)을 담당하게 된다.
E.1 전통석유에너지 VS 비전통석유에너지
전통에너지자원은 지질학자들이 탄화수소 충전, 레저봐와 트랩 메커니즘을 갖춘 지역을 찾기 위해 플레이를 평가 한다. 원하는 면적을 확보하고 유망지역 중 제일 좋은 곳을 시추한다. ’레저봐(reservoir)’는 대부분 공극율과 투수율이 높은 사암이나 그렇지 못한 석회암에 석유와 가스가 갇혀져 있지만, 시추로 인해 외부와의 통로가 생길 때 내부의 압력에 의해 레져봐로부터 석유와 가스가 자연적으로 흘러 나오는 석유에너지를 말한다.
전통석유에너지를 찾기 위해서 지질학자들은 지질구조도를 만들거나 stratigraphic trap 을 찾는데 집중한다. 전통에너지는 탄성파공법이 발명 되기 전에는 겨우 10%의 성공율에 위험도가 컸기 때문에 많은 회사들이 개발투자를 기피했지만, 탄성파공법 개발의 도움으로 위험도를 낯추어 현재는 보통 20%의 성공확률을 갖고있다. 하지만 아직도 5개의 시추공을 수행했을때 겨우 1개의 유정을 발견하는 정도라 전통적인 에너지시추 공법은 실패 리스크가 높다 하겠다.
비전통석유에너지란, 전통석유에너지에서 말한 세가지 사항 – 화석에너지의 충적적, 레저봐, Seal이 셰일
안에 한꺼번에 합쳐져 있는 것을 의미하고 있다. 탄화수소가 이동도 하지 않고 전통석유에너지자원과 같
이 트랩 메커니즘을 갖추지도 않고 셰일 자체내에서 발생 한 후에 갇혀져 있는 것을 말한다. 문제는 셰일
플레이에서 탄화수소를 찾는 것은 어렵지 않지만 셰일내에서 가장 생산성이 높은 Sweet Spot 를 찾는다는
것이 도전이라 하겠다.
Shale 유전은 비전통적 석유에너지라고 한다. 셰일안에 한꺼번에 세가지 사항이 합쳐져 있기 때문에 탐사실패율이 거의 없어 전체 투자 실패위험도 매우 낮은 편이다.
예전에 어머니께서 칼국수나 수재비를 만들기 위해 밀가루 반죽을 하신 뒤 판에놓고 둥근 방망이로 밀때, 어떤곳은 얇고 어떤곳은 두꺼운 층을 본 적이 있을 것이다. Shale Play 가 이와 같다. 큰 떡판이라고 보면 되겠다. Shale Play 는 Shale Play 의 어느곳을 시추하더라도 Oil/Gas 가 생산된다. 그만큼 risk 가 낮거나 없다고 해도 과언이 아니다. 생산 risk 가 있다면 두꺼운곳에서는 좀 더 많이 생산되고 얇은곳에서는 적게 생산될 뿐이다. 시추자들은 경제성을 살리기 위해 가능하면 두꺼운 지층 중 자연스럽게 골절된 셰일 지층을 찾아 시추를 하려 한다. 두껍고 자연스럽게 골절된 셰일 지층지대를 흔히 노른자 (Sweet Spot) 라고들 한다.
E.2 미래 에너지 자원
미래의 에너지는 비전통적인 에너지자원으로부터 공급된다. 1821년부터 미국은 아팔라치안 베이신의 얕
은 곳에 있는 디보니안 셰일로 부터 셰일가스를 생산 사용하기 시작했는데 비전통적인 셰일가스 및 셰일
오일(Shale Gas/Oil) 은 경제성장에 필요한 에너지공급에 지대한 역할을 한다. 흔히 비전통가스란 셰일가
스, 타이트가스, 콜베드-메탄 등을 지칭한다. 셰일 가스 및 셰일 오일(Shale Gas/Oil)과 같은 비전통적인
에너지자원의 매장량은 너무 거대해서 1996년도 미국내의 추정회수량은 1.28 TCF (36.2 Billion cubic
meter) 였지만 파쇄공법의 개발로 현재는 5 TCF (141.6 Billion cubic meter)이상으로 증가되었고, 이 추
세로 전세계의 셰일가스량은 75 TCF (2.1 Trillion cubic meter) 가 추정된다. 셰일가스 및 셰일오일(Shale
Gas/Oil) 경우에는 콩크리트와 같이 기체나 유체가 스며나오지 않는 암반에서 가스 및 오일을 추출시켜야
하므로 수평정, 코일튜빙, 천공(Perforation), 및 유압파쇄공법 (Hydraulic Fracturing)의 개발과 혁신적인
진보가 비전통가스의 생산과 최종회수율을 증가시키고 있다. 그렇기 때문에 화석 석유에너지는 아직도 반
세기에 걸쳐 글로벌에너지의 수요에 주요역할(Major role)을 한다고 사료된다. 이러한 비전통셰일가스/셰
일오일 및 LNG가 미래에너지의 핵심이 되며 이의 생산개발을 위한 연구에 많은 투자를 병행해야만 한다.
또한 테크놀러지의 획기적인 개발성장 및 진보발전와 함께 비전통셰일가스/오일 및 LNG 를 보유할 수 있
는 저장탱크 커패시티(capacity)도 증설해야 된다고 사료된다.
Oil Shale은 고체석유라고 하는데 케로젠이라는 올게닉 침적층이다. 주로 혈암속에 유기물질이 갖쳐져있
다. 이 케로젠암석에 파이롤리시스 화학공정의 열분해를 가하면 오일이 생성된다. 미국지질연구소에서 발
표한 자료에 의하면 미국내에 기술적으로 채굴가능한 오일셰일량은 2.6 Trillion 배럴로 추산되며 양질의
가장 집중된 디포지트가 콜로라도의 서쪽, 유타의 동쪽, 와이오밍의 남쪽지역인 피앙스베이신, 우인타 베
이신, 그린리버 베이신에 뭍혀져있다. (아래 그림 참조)
오일셰일이 묻혀져 있는 피앙스, 우인타, 그린리버 베이신
E.3 비전통석유에너지 기술 :
비전통석유에너지 기술은 전통석유에너지 기술위에 아래의 몇가지가 더 추가되겠다. 전통석유에너지 기술은 여
러분들이 잘 아실거라고 생각되어 지면상 생략하겠다.
Fracking Technology
Nano Technology
Geosteering Technology
3-D Microseismic Interpretation
E.4 Shell’s In-Situ Conversion Process (ICP)
콜로라도에서 Shell (쉘) 회사는 지하에 있는 오일셰일에 열을 가하는 실험을 했다. 쉘의 특수방법인 ICP 공
정은 지하에 히터를 장치하여 천천히 셰일을 화씨 650 – 750 도로 가열하면 케로젠으로부터 오일과 가스
가 생성분리되어 생산되는 공정으로 기존의 방법보다 환경오염을 크게 줄이는 ICP 를 개발했다. Shell
Unconventional Resources Energy 회사는 이 ICP 공정을 개발하고 컴퓨터모델링으로 그 공정을 확인했
다. 이때 본인은 이 사업의 팀 리더로써 Shell 에서 근무했다. (아래 그림 참조)
Source: The Wall Street Journal
F. 글로벌화를 위해 필요한 핵심E&P전문기술역량 및 기술팀의 역할
핵심E&P 전문기술력량은 아래의 7개의 테크놀러지를 이야기 하며 ‘AAA Class’ 급의 Global Talent(GT)가 책임을 맡고 그 밑에 E&P 전문기술력량에 필요한 디시플린 어드바이져 (‘AA Class’ 급의 글로벌 탤런트)를 두고 핵심 E&P 전문기술역량을 이끌어간다. 그 7개의 테크놀러지는 아래와 같다.
Reservoir Engineering & Evaluation
Production Engineering & Optimization
Fracturing Technology
Drilling & Completion Technology
Surface Facility & Surface Network Design
IOR/EOR
Exploration Research
디시플린 어드바이져 의 역활 (R&R of Discipline Advisor)
키E&P 테크놀러지 아래에 설치된 10개의 디시플린 어드바이져 (Functional Leadership)가 기본테크놀러지의 Ad-Hoc 커미티가 되고 각각 세분된 전문분야
의 젊은 엔지니어들을 훈련 지도 감독하고 멘토링한다. 디시플린 어드바이져는 상 황에 따라 그 분야를 증가/감소할 수도 있겠다.
10개의 디시플린 어드바이져 (Functional Leadership) 는 아래와 같다.
Reservoir Engineering/Evaluation
Production Engineering/Optimization/Perforation
Reservoir Simulation/Well Testing
Petrophysics/Well Logging
Drilling & Completion
Fracking Design
Facility
Petroleum Geology
Seismic Interpretation
Commercial Economics
지하저유팀 및 멘토링
지하저유팀은 Interdisciplinary team(복융합팀)으로 상기 서술한 10개의 디시플린에 속한 담당자들 중에서 한명씩 차출하여 구성을 하며 Reservoir Engineer 가 팀리더가 되고 팀이 할당된 필드의 개발, 생산, 관리, 운영 및 평가를 전담하며 디시플린 어드바이저들로 부터 지시 또는 멘토링을 받는다.
G. 글로벌화를 위해 기업의 변모
국영기업체, E&P대기업 및 중소기업의 글로벌화를 위해서는 1) E&P 테크놀러지, 2) Know-How, 3) Capital Resource 의 3 박자가 조성되어야 되고 이를 위해서는 아래의 사항들이 필수적이라 하겠다.
Global Talent Acquisition (우수인재 확보 및 국내 유턴)
글로벌화를 위해서는 우선적으로 우수기술을 가진 인재확보가 급선무다. 인재확보를 위해서 상기에 서술한 (C) 을 참고로 하되 ‘AAA Class’ 의 우수인재가 선호된다. 그 이유는 현시점의 ‘AAA Class’ 의 우수인재는 한국이 아직도 저개발 수준의 경제 구조에 속해 있던 1970년도, 5개년 경제개발 중에 정부유학시험을 거친 영재들로서 아직도 국가를 위한 보수적인 사고와 끈끈한 애국심을 갖고 있는 층이라 사료되며, 그들의 자녀들은 성장 독립하여 자녀교육에 대한 부담이 없는 연령대이며, 석유자원 대국에서의 오랜 학습과 경험을 축적한 강한 이점을 갖고 있어 E&P회사의 밑그림(Big Picture)을 그릴수 있고 Know-how 를 알고있으므로, 공사기업의 어느 분야에서든 필요한 핵심 E&P Technology의 중심이 되어 우수인재를 영입 및 양성하고 이끌어 나갈수 있는 필요충분 조건을 갖춘자들이다.
Global Talent Quality Standard (우수인재 기준)
석유에너지 우수인재라 함은 석유공학, 석유지질 및 구조, 지구물리를 전공한자로 관련전공분야에서 석사 및 박사학위를 전공한후 미국의 E&P 회사에서 적어도 10년이상의 경력을 쌓은자로 그 경력중 Major Oil Companies (ExxonMobil, Gulf, Texaco, Chevron, Shell, ConocoPhillips, Marathon, BP) 등에서 적어도 5년이상의 근무경력을 가진자를 말한다.
키 E&P 테크놀러지
키E&P 테크놀러지는 앞서 이야기한 7개의 테크놀러지를 이야기 하며 ‘AAA Class’ 이상의 글로벌 탤런트가 책임을 맡고 그 산하에 E&P 테크놀러지에 필요한 디시플린 어드바이져 (‘AA Class’ 이상의 글로벌 탤런트)를 두고 키E&P 테크놀 러지를 이끌어간다.
디시플린 어드바이져 의 역활 (R&R of Discipline Advisor)
키E&P 테크놀러지 아래에 설치된 10개의 디시플린 어드바이져 (Functional Leadership)가 테크놀러지의 Ad-Hoc 커미티가 되어 세분된 전문분야의 젊은 엔지니어들을 훈련 지도 감독하고 멘토링한다.
지하저유팀 및 멘토링
지하저유팀은 복융합팀(Interdisciplinary team)으로 상기서술한 9개의 디시플린중에서 한명씩 차출된 전문가로 구성이 되며 Reservoir Engineer 가 팀리더가 되고 팀이 할당된 필드의 개발, 관리, 운영 및 평가를 전담하며 디시플린 어드바이져들로부터 멘토링을 받는다.
상기에 서술한 글로벌 탤런트, 디시플린 어드바이져의 전문기술력이 갖추어지고 또한 복융합팀이 갖추어 져 있어야 만 명실공히 석유개발산업의 선진국인 미국에서 이야기하는 E&P 회사라고 말할 수가 있겠다.
상기에 서술한 과정 (우수인재 확보, 디시플린 어드바이져, 복융합팀Interdisciplinary Team) 의 반복을 통해 빠른 시간내에 지하저유팀을 많이 복사하여 더많은 필드의 개발, 관리, 운영 및 평가를 전담할수 있게 됨으로 필드개발, 생산 운영 관리의 효율을 올려 우수한 지하저유팀의 양산이 글로벌 에너지 사업의 근간이 된다고 해야 되겠다.
이를 위해서 해외체류석유기술인재들의 국내유턴은 필수적이기에 정부주도하에 해외체류 우수기술인재 유치계획은 조속이 이루어져야 된다.
H. 일본의 에너지 기구 및 정책
JOGMEC (Japan Oil, Gas and Metals National Corporation)
조그멕 은 2004년 2월29일에 설립되어 일본의 석유, 가스의 안정된공급을 주관하던 구 일본석유공사의 기능과 비철금속과 광물자원의 안정된 공급과 광산의 오염 관리대책을 수행하던 구광물공사의 기능을 통합한 기능을 수행하고 2012 년 9월 부터는 석탄, 지열 에너지도 통합하여 관리하고 있다.
조그멕은 일본에서 필요한 에너지및 천연자원 개발은 물론 안정된 공급과 확보의 임무를 달성하기 위해 아래와 같은 여러가지 활동을 펼치고 있다.
오일과 가스에 관련하여서는 조그멕은 사기업들에 의해 수행되는 탐사개발
프로젝트에는 재정 및 기술지원을 제공하며, GTL, 메탄 하이드레이트의 개발, CO2강화된 오일추출공법 (CO2 EOR), CO2 storage 등의 연구개발에도 관련하 고 있다.
금속 관련부분에서는 Polymetalic 다량 함유 sulfide 광산 탐사, 심해 광물 측량과 탐사개발에도 재정 및 기술 지원을 하고있다.
상기의 사업 활동을 위해서 조그멕은 해외에 파견된 타국의 국영회사 (NOC)들이나 해외에 파견된 타국의 사기업(IOC)들과 공동으로 탐사를 수행하고 탐사이익을 일본의 사기업에 넘겨주는 일을 하고 있다.
또한 조그멕은 IEA 와 연계하여 오일과 석유가스의 국가비축을 관리하고 산업에 필수적인 희귀금속의 비축도 관리하고 있다는 사실이다.
특히 우리가 주목할 점은 조그멕은 국영공사로서 R&D 의 기술개발 부분은 정부의 사업으로 주관하여 관련기술을 축적하며 사기업에 필요한 기술력축적과 이전을 도와서 사기업의 지속적인 성장을 도와 준다.이는 정부차원에서 사기업의 한계와 부족한 부분을 도와주고 기술지원과 재정지원을 아끼지 않는 성숙한 국영기업의 역할을 훌륭히 수행하고 있다 하겠다.이는 국가와 사기업 상호간에 윈윈 상생을 유지하는 셈이다.
이러한 순조로운 국가 정책과 사기업 이익과 국가 에너지 산업에 발맞춰 세계 에너지 부국들과의 원만만 외교통상의 관개 개선 유지로 조그멕은 국가를 위한 자원 확보에 빈틈없는 정책을 유지해 나갈 것이다. 이러한 노력으로 자원이 풍부한 국가들에 대한 국가 내외에서 잘 훈련된 상위 고급기술자들을 동원하여 그 국가들에 기술훈련 지원 과 경제적 지원 협력까지 포함한다.
이렇게 일본은 일관적인 정책 구축으로 세계가 부러워하는 최첨단 기술과 전문성 그리고 고도의 technology를 구축하고 있다. 그러면서도 조그멕은 끊임없이 천연 자원 개발과 에너지 산업 정책에서 수시로 직면하는 어려움을 극복하기 위해 필요시 항시 관련 기술을 검토 수정 보완하는 기술 솔루션 프로젝트를 병행하고 있다. 특히 자원부국에서 석유자원개발시에 일어나는 기술적인 문제를 태클하고 있다. 일본의 최첨단 기술은 아래의 7개분야가 기본근간을 이루고 있다.
Computer, IT, Network, Software
Robot, Precision Machine
Superconductivity
Nanotechnology, Material
Biotechnology
Environmental Technology
Sensor Technology
따라서, 조그멕의 조직기구 구성은 국영공사와 사기업의 장단점을 상호보완하고 개량된 방법이라 하겠다. 참고: JOGMEC Technology Forum, 2015
Forward
이러한 인식 위에서 석유의 전통에너지 기술, 비전통에너지 기술, 미래에너지 자원 확보, 글로벌화에 발맞춘 공사기업의 인식 변화, 필요한 전문기술역량 축적 방법 등을 알아보았 고 또한 이웃 선진국인 일본의 에너지 정책 조직구조와 정책도 대충 살펴보았다.
상기 기술한 내용들이 한국의 석유기술 확보와 필요한 석유 안보에 일조가 되기를 바라며
이 글을 읽고 교정해준 시카고의 강박에게 심심한 고마움을 표한다.
