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[황금가스전] 미얀마 바다에서의 도전과 성공⑤ - 석유탐사 성공 결정하는 핵심기술석유 개발 위해서 4가지 단계 과정 거쳐야
3D 인공지진파로 자료 해석ㆍ정밀도 향상
  • 저자 양수영
  • 승인 2017.08.28 10:04
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사진=저자 제공

<‘황금가스전’을 시작하며>

황금의 나라 미얀마에서 미얀마어로 ‘황금’이라는 뜻을 가진 ‘쉐(Shwe)’가스전은 국내 석유개발업계가 지난 수십 년간 해외에서 발견한 유전·가스전 중 최대 규모다. 또한 쉐가스전은 프로젝트 선정에서부터 개발·생산까지의 모든 과정을 한국 자체의 기술력과 인력으로 주도해 온 프로젝트다.

미얀마 전역의 자료를 검토하여 광구를 선정하는 작업에서부터 탐사작업과 시추작업은 물론이고 파트너 영입, 가스전 발견 후의 평가작업, 그 이후에 진행된 가스판매를 위한 협상과 계약, 가스전 개발계획과 시공사 선정, 개발작업 감독, 생산에 이르기까지의 모든 과정을 외국 회사의 도움 없이 자체적으로 실시하였다는 점에서 국내 석유개발업계의 새로운 지평을 열었다고 할 수 있다.

대우인터내셔널이 가스를 발견한 미얀마 서부 해상 지역은 1970년대 미국과 프랑스, 일본 회사들이 탐사를 하여 유전이나 가스전 발견에 실패하고 철수한 후 20년 이상 어느 외국 회사도 관심을 두지 않던 버려진 지역이었다. 외국의 유수한 회사들이 탐사에 실패했음에도 불구하고, 우리는 이 지역의 자료를 분석한 끝에 가스 발견 가능성이 충분하다고 판단하였다. 과거와는 전혀 다른 새로운 탐사개념을 도입하고 이를 근거로 인공지진파 탐사와 시추를 실시하여 세계적 규모의 대규모 가스전을 발견하게 되었다.

탐사작업을 하는 동안 여러 가지 난관에도 부닥쳤다. 사업에 공동으로 참여하던 인도 파트너들이 더 이상 가능성이 없다고 철수한 상황에서도 단독위험부담으로 측면시추를 강행하여 가스전 발견에 성공하였던 일도 그 중의 하나다. 탐사가 진행되는 동안의 일련의 긴장된 순간들 뿐만아니라, 그 이후 진행된 가스판매를 둘러 싼 치열한 협상과정, 막대한 투자비가 들어간 가스전 개발을 위한 준비작업과 개발공사 중 일어난 여러 가지 어려움 등 실로 긴박한 과정을 거쳐왔다.

이러한 소중한 경험들을 독자들과 나누어, 석유자원에 대한 중요성과 개발의 필요성에 공감하시기를 바라는 마음으로 미얀마 가스전에 대한 글을 쓰게 되었다. 석유개발에 대한 일반인들의 이해를 돕기 위해 석유개발에 관한 지식도 간간히 소개하였다. 그 동안 미얀마 가스전 사업을 위해 혼신의 노력을 기울여 온 모든 동료들과 아낌없이 지원해 주신 여러 분들에게 진심으로 감사의 마음을 전한다.

또한 자료와 사진을 제공하고 원고를 검토해 주고 그래픽을 도와주는 등 여러 가지 방법으로 도움을 주신 많은 분들에게도 고마운 마음을 전한다. 원고에 등장하는 인물들 중 특별하고 마움을 주신 분들은 실명과 당시의 직급을 언급하였는데, 사전에 양해를 구하지 않았더라도 너그러이 이해해 주시리라 믿는다.

제2장 검은 황금은 신의 축복 - 석유와 석유개발의 기본

인공지진파 단면자료. 대형 공기총으로 지진파를 발생시켜 지하로 발사하면 지층의 경계면에서 지진파가 반사되어 올라오며, 반사되어 온 지진파는 전산처리 과정을 통해 그림과 같은 형태로 이미지화 된다. 이러한 인공지진파 자료를 해석하여 지질구조를 알아내고 지하 수천 미터 아래 암석의 종류를 추정한다.

근원암, 저류암, 트랩, 덮개암 - 석유 부존의 조건들

배사구조와 같은 구조트랩이 아닌데도 석유가 모여 있는 경우가 층서(層序)트랩이다. 저류층의 윗부분이 침식을 받아 깎여 나간 자리에 불투수(不透水) 셰일층이 퇴적되거나, 저류층이 퇴적되는 과정에서 점점 얇아지다가 없어지는 경우이며, 이것을 층서 트랩(stratigraphic trap)이라한다. 덮개암은 저류암 위에서 막아주는 역할을 한다.

지하에서는 저류암 위에서 막아주지 않으면 석유가 위로 새나가 버린다. 석유가 저류암 내에 머물러 있도록 하려면 저류암의 상부에 유체가 지나갈 공간이 없는 셰일과 같은 불투수층 암석이 있어야 하는 데 이를 덮개암(cap rock) 또는 실(seal)이라고 한다. 지하 지층속에 석유가 모여 있기 위해서는 근원암, 저류암, 트랩, 덮개암 등 석유 부존의 네 가지 조건을 모두 갖추어야만 한다. 그래서 석유탐사를 할 때는 어떤 지질 시대의 지층을 탐사 대상으로 하고, 어떤 근원암, 저류암, 트랩, 덮개암을 대상으로 하는지 결정하고 탐사에 착수하는데, 이것을 탐사개념(play concept)이라고 한다.

석유개발의 과정 - 탐사, 평가, 개발, 생산

석유개발 과정은 탐사(exploration), 평가(appraisal), 개발(development), 생산(production)의 네 단계로 구분된다. 우리나라에서는 이 네 단계를 통칭하여 석유개발이라고 하는데, 영미권에서는 Petroleum E&P(exploration & production)라고 부른다.

탐사는 말 그대로 석유를 찾는 단계다. 지질조사와 인공지진파 탐사를 통해 석유가 존재할 가능성이 있는 유망구조(prospect)를 찾아낸 다음, 유망구조에 탐사정 시추를 하여 석유의 부존 여부를 확인하는 과정이다.

평가는 탐사를 통해 석유를 찾아낸 지역(discovery)에 대해, 정확한 부존량을 평가하고 개발에 필요한 각종 자료를 취득하는 과정이다. 평가단계에서는 주로 3D 인공지진파 탐사와 함께 평가정 시추를 하고, 취득한 자료를 근거로 지질모델링, 저류층 시뮬레이션 등의 작업을 한다.

개발은 생산을 위한 각종 설비를 제작하고 건설하는 단계다. 기본설계와 상세설계를 거친 다음 생산 플랫폼 등 제반 생산설비와 파이프라인을 건설하고 생산정을 시추하는 과정이다. 생산은 개발을 끝내고 원유나 가스를 채굴하는 석유개발의 마지막 단계다.

석유개발 과정은 탐사, 평가, 개발, 생산의 네 단계로 구분된다. 우리나라에서는 이 네 단계를 통칭하여 석유개발이라고 하는데, 영미권에서는 Petroleum E&P라고 부른다.

제2장 검은 황금은 신의 축복 - 인공지진파 탐사를 전공하다

고등학교를 졸업할 때까지만 해도 내가 석유개발과 연줄이 닿을 줄은 꿈에도 생각지 못했다. 우리나라의 청소년들 가운데 진로에 관한 교육을 제대로 받고 진학을 하거나 직업을 선택하는 사람이 그리 많지 않다는 사실로 미뤄보면 나만의 문제는 아닐성 싶다.

1975년에 서울대학교 사범대학 지구과학교육과에 입학했을 때만 해도 나는 지구과학의 영역이나 전공을 살리는 진로 선택에 대해 깊이 있게 생각해 보지 못했다.

그러다가 3학년이 되어 역학(力學) 과목을 수강한 것을 계기로 물리학 분야에 관심을 갖기 시작했으며, 4학년 때 지구물리학을 수강하면서 지구물리학이라는 학문이 석유를 비롯한 자원개발과 밀접한 학문이라는 사실을 알게 되어 그때부터 전공 분야에 본격적인 흥미를 가지기 시작했다. 학부를 마치고 대학원으로 진학한 것도 그 연장선상 이었던 셈이다.

인공지진파 탐사법

석유탐사 단계에서 필요한 기술 분야는 지질학과 지구물리학이다. 지질학은 암석을 직접 분석하는 학문이며, 지구물리학은 물리적인 방법을 통하여 지구 내부를 조사하는 학문이다. 병원에서의 외과 진료처럼 외과적인 방법으로 직접 몸속을 들여다보는 것이 지질학이라면, 지구물리학은 엑스레이, 초음파, MRI 등 간접적인 방법으로 몸속을 조사하는 영상의학과와 유사하다고 할 수 있겠다.

지구물리학의 탐사 중 ‘싸이즈믹(seismic)’ 탐사라고 하는 것이 석유탐사에 가장 많이 활용된다. ‘싸이즈믹(seismic)’은 ‘지진’을 의미한다. 인공으로 만든 지진파를 지하에 발사한 뒤 지층으로부터 반사되어 온 반사파를 분석하여 지층을 조사하는 방법이다. 이러한 인공지진파를 자연 상태에서 발생하는 지진파와 구분하기 위해 우리나라에서는 탄성파(彈性波)라고 번역하기도 한다. 인공지진파 반사법 탐사는 자료취득, 전산처리, 자료해석의 세 단계로 진행된다.

자료취득(data acquisition)은 현장에서 인공으로 지진파를 발생시켜 자료를 취득하는 과정이다. 지진파를 발생시키기 위해 육지에서는 다이너마이트나 진동기(vibrator)를 사용하고, 바다에서는 공기총(air gun)을 사용한다. 발생된 지진파는 지하 아래로 갔다가 지층의 경계면에서 반사되어 올라와서 지표 또는 해상에 설치된 여러 개의 수진기(受振器)에 측정된다.

전산처리(data processing)는 다양한 전산처리 과정을 거쳐 인공지진파 자료를 실제 지층의 형태로 만들어내는 과정이다. 최근에는 전산기술의 급속한 발달로 자료의 해상도가 이전에 비해 많이 향상되었다.

자료해석(data interpretation)은 전산처리를 통해 지층 형태로 이미지화된 인공지진파 자료를 분석하여 지질구조와 지층의 퇴적 양상을 알아냄으로써 석유가 부존할 가능성이 있는 지역을 찾아내는 작업이다. 지구물리학적인 기법뿐만 아니라 석유지질학, 퇴적학 등 지질학의 지식도 다양하게 활용해야 하는 과정으로서 석유탐사의 성공 여부를 좌우하는 핵심적인 기술이라고 할 수 있다.

3D 인공지지파 탐사선의 가운데에 매달려 거품을 일으키는 것이 대형 공기총들이며, 노란 색으로 보이는 부표(buoy)들에 지진파를 측정하는 수진기를 연결한 스트리머라고 하는 긴 줄들이 각각 매달려 있다.(자료제공:PGS)

텍사스 A&M 대학교 박사과정 유학

서울대학교에서 석사 과정을 마친 다음, 1985년 8월 나는 미국 유학을 떠났다. 석유개발 분야의 명문으로 알려진 미국 Texas A&M 대학교 지구물리학과에 입학하여 처음에는 인공지진파 전산 처리 분야 연구를 하였다.

그러다가 인공지진파 해석 분야의 권위자이며 미국의 석유회사 걸프사의 부사장으로 근무하다가 Texas A&M 대학교로 부임한 Dr. Watkins 교수를 지도교수로 정해 본격적으로 해석 분야를 연구했다.

Watkins 교수는 미국의 여러 석유회사로부터 연구자금 지원을 받아 미국 멕시코만 전체의 지질구조와 층서를 밝히는 연구 과제를 수행하였으며, 나는 그 중에서 루이지애나 해상을 맡아 연구를 하였고 이 연구로 인공지진파 해석 분야 지구물리학 박사학위를 받았다.

박사과정 중 석유회사들이 지원한 연구 프로젝트를 하는 동안 석유회사들이 실제 석유탐사에서 획득한 인공지진파 자료로 연구를 하였다. 매 분기마다 석유회사 담당자들과 정기적인 회의를 가져 그 동안의 연구 결과를 발표하고 석유회사 전문가들과 의견을 교환하는 기회를 자주 가졌다.

연구실에서의 단순한 학문적인 연구가 아니라 실제 산업 현장에서 하는 연구를 하였기에 석유탐사에 꼭 필요한 인공지진파 해석 전문가의 소양을 기를 수 있었다.

탐사단계에서는 주로 2D 인공지진파 탐사를 활용한다. 2D 인공지진파 탐사는 한 방향의 측선을 따라 자료를 취득하여 그 수직 아래에 있는 지층의 자료를 취득하므로 2차원적으로 자료를 취득하게 된다. 2D 탐사에서는 한 방향의 자료를 취득하지만 격자 간격으로 배열된 여러 개의 2D 측선을 분석하면 지하 지층에 대한 입체적인 해석이 가능하게 된다.

탐사를 통해 원유나 가스를 발견한 다음, 평가단계에서는 주로 3D 인공지진파 탐사를 수행하여 얻은 입체 형태의 자료로 해석 작업을 한다.

해상에서의 2D 탐사에서는 한 개의 공기총과 한 개의 스트리머(streamer)를 사용하는데 반해, 3D 탐사에서는 여러 개의 공기총과 여러 개의 스트리머를 사용해 입체적인 영상을 만들어낸다.

3D 인공지진파 탐사자료를 활용하면 자료해석이 용이하고 자료의 정밀도도 크게 향상된다. 최근에는 시추비가 워낙 많이 들기 때문에 시추하기 전에 보다 정확한 자료를 얻기 위해 평가단계가 아닌 탐사단계에서도 3D 인공지진파 탐사를 수행하는 경우도 종종 있다.

지하에서 위아래로 서로 맞닿은 두 개 지층 간의 물리적 특성에 큰 차이가 있는 경우 이들 지층의 경계면에서 반사되어 온 인공지진파 반사파에 강한 진폭(amplitude)이 나타나는데 이를 bright spot이라고 한다. 두 개 지층 자체의 특성이 아주 다르거나 각 지층내 들어있는 유체가 서로 다를 경우 이런 현상이 나타난다.

<다음호에 계속>

필자 양수영

부산중·고등학교와 서울대학교 사범대학 지구과학과를 졸업하고 서울대학교 대학원에서 이학석사 학위를 받았으며 미국Texas A&M 대학교에서 지구물리학 박사학위를 받았다. 한국해양과학기술원 선임연구원과 한국석유공사 기술실 지구물리팀장을 거쳐 1996년 대우인터내셔널로 옮겼고, 에너지개발팀장, 미얀마E&P사무소장, 에너지자원실장, 자원개발본부장(부사장)으로 근무했다.

저자 양수영  webmaster@iminju.net

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