셰일가스 개발 및 생산 영향, 셰일오일 매장량 채굴방식

 

<INDEX>

• 셰일가스 정의 및 특성
• 셰일가스 개발 및 생산방식
• 천연가스 VS 셰일가스 비교
• 셰일가스 개발과 환경문제
• 셰일혁명 영향에 따른 에너지시장 변화

 

안녕하세요. EnerTravel입니다. 

오늘 주제는 '셰일가스 개발 및 생산, 셰일오일 매장량 채굴방식'입니다.

 

 

셰일가스 정의 및 특성

 

1) 셰일가스 정의

 대표적인 비전통석유자원인 ‘셰일가스’ 및 '셰일오일'의 등장으로 전 지구적인 원유 고갈 우려 해소 및 국제유가에 대한 미국의 영향력 강화를 우리는 흔히 "셰일 혁명"이라고 부릅니다. 사실 셰일오일은 1800년대에 발견됐지만 당시 추출 기술의 한계로 경제성이 낮아 오랫동안 개발이 진행되지 못했으나,  2010년대에 들어오며 채굴기술의 발달로 셰일오일이 다시 주목받기 시작했고, 현재 셰일오일은 향후 60년 넘게 전 세계 인류가 사용할 만큼 매장량이 풍부하다고 평가받고 있습니다.

2024.11.03 - [EnergyTok/에너지·정유·화학] - 비전통 석유자원 종류 - 오일샌드 매장량, 채굴, 상업생산

비전통 석유자원 종류 - 오일샌드 매장량, 채굴, 상업생산

 

그렇다면 도대체 셰일오일이란 무엇이며, 왜 셰일오일이 국제유가에 국제유가에 상당한 영향력을 미치는지 알아보겠습니다. 셰일오일은 전통적인 원유보다 훨씬 더 깊은 지하 3,000m의 암석층에서 뽑아내는 원유로, 모래와 진흙 등이 단단하게 굳어진 퇴적암층인 셰일 중 석유를 품은 셰일에서 뽑아낸 원유를 셰일오일이라고 합니다.

 

2) 셰일가스 특성

- 셰일가스는 셰일층에 존재하는 천연가스를 말함
- 셰일은 진흙과 같은 미세한 입자들이 퇴적되어 형성된 암석층
- 일반적으로 지하 2,000-4,000m 깊이에 위치
- 셰일층의 두께는 수십 미터에서 200미터 정도
- 주성분은 메탄(70-90%)이며, 에탄(5%), 콘덴세이트(5-25%) 등도 포함

 

 

셰일가스 개발 및 생산방식

 

2010년대 이전 셰일오일은 단단한 셰일층까지 뚫고 들어가는 비용이 너무 많이 소요되어 외면받았지만, 상기 그림과 같이 수압파쇄법과 수평시추법이라는 혁신적인 채굴 방법이 등장하며 경제성이 높아졌고 결국 오늘날 기존의 중동 중심의 원유 패권을 위협하는 수준에 이르렀습니다. 흥미로운 점은 기존의 원유가 중동지역을 비롯한 일부 지역에 집중되어 있었던 것에 반해 셰일오일은 비교적 전 세계에 골고루 분포돼 있다는 것입니다. 

 

 

1) 수압파쇄법(Hydraulic Fracturing)

물, 모래, 화학물질을 강력한 수압(500~1000 기압)으로 물을 주입하여 지하의 셰일 암석층을 파쇄하는 기술로 이를 통해 셰일가스의 유동성을 높여 추출

 

2) 수평시추법(Horizontal Drilling)

수직으로 2,000-4,000m를 시추한 후 셰일층에 도달하면 철근 콘크리트 관을 수평으로 삽입하여 1.5km 이상 굴착하여 시추

 

3) 3D 모델링

- 셰일층의 위치와 연료 함유량을 정확히 파악하는 기술
- 생산비용 절감과 생산량 증대에 기여

 

 

천연가스 VS 셰일가스 비교

구분	전통 천연가스	셰일가스
생성/기원	근원암에서 저류암으로 이동하여 집적	근원암이 저류암 역할을 하여 셰일층에 넓게 분산
시추 방법	수직 시추	수평 시추
개발	초기 대규모 비용 소요되나, 점차 투자비 감소	매년 대규모 시추결과에 따라 시추계획 수정
생산	자연 유동 및 유정 자극	수압 파쇄

 

수압파쇄 기술의 혁신에 따른 생산성 증가 및 국제유가 상승 등으로 북미지역을 중심으로 셰일 가스 개발도 확대되었는데요. 셰일 가스는 진흙이 굳어진 퇴적암석층(sedimentary rock formation) 안에 갇혀있는 메탄가스이며 혈암가스 라고도 불립니다. 매장량 또한 전 세계 부존 천연가스 매장량의 약 33%를 차지할 만큼 상당량을 자랑하며, 기존의 전통적인 방식으로는 경제적인 생산이 어려워 수평시추 및 수압파쇄 등의 신기술을 적용하여 생산하며 그 가능성과 가치는 점점 커지고 있습니다.

 

셰일가스는 전통 천연가스와 달리 셰일가스는 전 세계에 분포하고 있으며, 북미지역의 부존량이 전 세계 부존량의 약 30%를 차지하고 있습니다. 현재까지 북미지역 특히 미국이 가장 활발하게 셰일가스 개발이 진행되어 상업생산이 시작됨에 따라서 석유 및 가스시장의 주도권이자 패권이 기존 전통 수출국인 중동, 러시아에서 미국 이동하는 결정적인 계기가 되었다는 평가가 많습니다.

 

 

셰일가스 개발과 환경문제

 

1) 수자원 관련 문제

수압파쇄법은 셰일가스 개발의 핵심 기술이지만, 심각한 수질 오염을 초래할 수 있습니다. 수압파쇄 과정에서 물, 모래와 함께 다양한 화학물질이 사용됩니다. 일반적으로 물 90.6%, 모래 8.65%, 화학첨가물 0.44%의 비율로 구성됩니다. 이론상으로는 셰일층(2000m 이상)과 지하수층(500m 미만)의 깊이 차이로 오염 가능성이 낮지만, 실제로는 케이싱 균열 등으로 인한 오염 사례가 보고되고 있습니다.

 

또한 셰일가스 개발에는 막대한 양의 물이 필요합니다. 1개 셰일가스정 개발에 약 3000~1만㎥의 물이 소요되는데, 현실적으로 여러 정을 시추해야 하므로 전체 필요 수량은 더욱 증가되는 문제가 있습니다.

 

2) 대기오염 문제

셰일가스 개발 과정에서 메탄 누출이 주요 문제로 지적되고 있는데요. 메탄은 강력한 온실가스로, 지구 온난화에 큰 영향을 미칩니다. 일부 연구에 따르면 셰일가스 생산 시 가스정 당 3.6~7.9%의 메탄이 누출되며, 이는 전통 가스 생산보다 1~2배 많은 양입니다.

 

3) 지반 안정성 문제

중동산 국제원유가 수압파쇄 과정이 지진 발생과 연관되어 있다는 연구 결과가 있습니다. 미국 중동부 지역에서 2010년부터 2012년까지 규모 3 이상 지진이 300회 발생했으며, 이는 이전보다 5배 증가한 수치입니다

 

 

셰일혁명 영향에 따른 에너지시장 변화

 

셰일가스 생산 확대는 에너지 시장에서 국제유가 하방 압력으로 작용되고 있는데요. 이는 셰일가스는 풍부한 매장량과 넓은 분포로 인해 글로벌 에너지 시장의 판도를 바꿀 잠재력을 증빙한 사례라고 할 수 있습니다. 석유화학 산업에서는 저렴한 셰일가스, 에탄가스를 활용한 석유화학 시설인 에탄(Ethane) Cracker들이 미국을 중심으로 폭발적으로 증설되며 납사 기반의 석유화학 설비들과의 경쟁이 심화되었습니다. 실제로 미국은 셰일가스 개발 이후에 Polymer 순수출국으로 전환되었습니다. 

 

발전 산업 및 운송 산업에서도 저렴해진 LNG/PNG 가스를 기반으로 한 청정한 천연가스 발전의 비중이 증가와 CNG, LNG 차량의 보급 증가가 예상됩니다.

 

 

이상 '셰일가스 개발 및 생산, 셰일오일 매장량 채굴방식'를 정리였습니다.

다음 주제는 '산유국별 주요 원유 유종, 국제 벤치마크 원유 종류'입니다.