기고/국내대륙붕 제 6-1광구 동해-1가스전 개발방법과
기고/국내대륙붕 제 6-1광구 동해-1가스전 개발방법과
  • 한국에너지신문
  • 승인 2000.09.25 00:00
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美 국내대륙붕에서 석유개발이라는 희망을 안고 부단한 노력으로 석유탐사에 전력해 온지 20여년, 우리나라는 고래V 구조의 가스 발견으로 기름 한방울 나지 않는 나라에서 산유국으로 가슴 벅찬 첫걸음을 내딜 수 있게 되었다. 비록 발견된 가스량이 대규모는 아니지만 탐사에서 시추에 이르기까지 순수 국내 기술진에 의해 작업수행이 이루어졌다.
울산 남동쪽 60km 해상에 위치한 국내대륙붕 제6-1광구 고래V 구조는 비교적 양호한 개발환경을 갖추고 있다.
 또한, 주변에 다수의 유망구조가 존재하는 것으로 추정되고 있어 추가연계개발에 대한 기대도 높다. 이에 따라 한국석유공사는 금년 2월 고래V 구조를 포함한 인근 지역을 동해-1 가스전으로 명명하였다.
 현재, 계획대로 개발작업이 진행되어 금년 9월에 동해-1 가스전 생산시설 공사에 대한 국제입찰을 실시하여 2003년 중반기 중에 국내 최초로 동해-1 가스전으로부터 가스생산을 시작할 예정이다.
우리나라에서 석유탐사가 시작된 것은 30년 전으로 거슬러 올라간다. 초창기에는 우리나라에 석유탐사기술이 없었기 때문에 외국회사에 의해 석유탐사가 시작되었다. 1968년 美 해군 해양연구소가 우리나라 대륙붕 전역에 대한 개략적 물리탐사를 실시한 것이 시초가 되어 '70∼'80년대 초에는 Shell, Texaco 등 다수의 외국석유회사들이, 80년대 후반부터는 한국석유공사가 외국회사와 공동 또는 단독으로 국내대륙붕 탐사를 추진하였다.
 그 결과 국내대륙붕에서 3개의 대규모 퇴적분지(울릉, 제주 및 서해분지) 발달을 확인하였고 11개 시추공에서 석유징후(oil show) 또는 가스를 발견하였으나 경제성에 미치지 못하였다.
그 이후, 1998년 6월 제 6-1광구 고래V 구조 탐사시추 결과 양질의 가스층을 발견하고 1999년 3월부터 7월까지 동 구조에 대한 평가시추 결과, 2,000∼3,000억 입방피트의 가스부존을 확인함으로서 경제성이 있는 국내최초의 가스전을 확인하였다.
개발대상이 되는 고래V구조는 신생대 퇴적분지가 잘 발달한 울릉분지에 위치하며 울릉분지는 구조변형정도에 따라 남동부분은 변형지역, 북서부분은 미변형 지역으로 구분되고 있다.
 90년대 초까지 울릉분지에서 수 차례의 가스발견이 있었지만 저류층의 연장성 불량(변형지역)과 저류층 특성 불량(미변형 지역)으로 경제성 규모 이하에 그쳐 개발대상이 되지 못하다가 상기 2가지 특성을 극복할 수 있는 새로운 탐사 대상인 고래V 구조에서 상업성 있는 가스발견에 성공하게 된 것이다.
고래V 구조에서 생산될 천연가스는 연료로서 아주 우수한 특성을 보여주는데 유독성분인 황화수소(H₂S)가 전혀 없고, 이산화탄소(CO₂) 함량(1.5%)도 비교적 낮아 생산 및 판매가 용이하며 발열량도 천연가스로서는 높아(1,093 BTU/입방피트) 다른 성분(LPG)과의 혼합 없이도 사용이 가능하다고 보고 있다.
동해-1 가스전 개발을 위하여 개발타당성 조사(Feasibility Study) 및 기본계획단계(Basic Plan)를 통해서 석유업계에서 기술적으로 문제가 없고 경제적으로 최고의 투자수익(IRR)을 보장하는 개발방법이 선택되었다.
 동해-1 가스전을 구성할 주요 시설물은 크게 해저생산정, 해상생산시설, 파이프라인, 육상터미날로 나뉘어 진다.
 동해-1 가스전의 해저생산정(subsea well)은 3개로 정두(wellhead)를 해저에 설치하여 가스를 생산하며 생산된 가스는 해저생산관(flowline)을 통해서 해상생산시설로 이송된다.
 해상생산시설에는 해양 생산구조물(Jacket) 및 상부에 설치되는 가스처리시설(Topside)이 있다. 해양 생산구조물은 약 6,000 톤의 철골구조물로 플랫폼을 지지하는 역할을 하며 가스처리시설은 유수분리기, 탈수시설, 컨덴세이트 안정화시설 및 가압기 등으로 탈수 및 불순물 제거, 가압등을 위해서 사용된다. 파이프라인은 가스 처리시설을 통해 처리된 가스를 육상터미날로 운송하기 위하여 설치되는 것으로 해상에 약 58 km, 육상에 8 km가 설치될 예정이다.
 육상터미날은 생산된 가스를 수요자의 사양에 맞추어 최종적으로 수요자에게 가스를 공급하는 역할을 하는 시설로 전체적인 동해-1 가스전 개발모식도는 위 그림과 같다.
천연가스의 생산에서부터 판매에 이르는 생산처리공정(Process)에 대한 간단한 설명을 하면 다음과 같다. 그림3의 생산처리시설도를 보면 알 수 있을 것이다.
가스전에서 가스를 생산할 때 물과 기름(이를 컨덴세이트라고 함, 보통 컨덴세이트라 함은 초경질유를 이름)이 수반되어 생산된다. 해저 생산정에서 생산된 가스는 물과 컨덴세이트와 분리하기 위하여 삼상분리기(three phase separator)를 거치게 된다. 분리된 가스는 파이프라인을 통해서 육상터미날로 이송되는데, 이송 전에 파이프라인 이송에 문제가 될 수 있는 하이드레이트(hydrate) 생성을 방지하기 위하여 탈수시설(dehydration)을 거친다.
 또한, 분리된 컨덴세이트는 유수분리기(coalescer)을 통하여 다시 소량의 물을 분리시킨다. 분리된 물속에는 미량의 유분이 존재하는데, 이는 국내 및 국제 환경기준을 충족시키도록 처리시설을 통해서 처리된다.
 또한, 생산이 진행됨에 따라 저류층 압력의 강하로 육상터미날에서 원하는 압력으로 공급이 안될 경우를 대비하여 가압시설(compressor)을 설치할 예정이다. 가압시설은 생산이 어느정도 진행된 후 일정압력에 미치지 못할 경우에 가동시켜야 하므로 설치시기와 가동시기를 조화시키는 것이 중요하다.
처리된 가스와 컨덴세이트는 다시 합쳐져서 파이프라인을 통하여 육상터미날로 이송된다. 파이프라인은 가스와 컨덴세이트를 같이 보낼 수 있도록 이에 부합되게 설계되며, 또한 해저에 설치되기 때문에 부식 및 파손에 대비하여 설계 및 설치되어야 한다.
육상터미날에 도착한 가스와 컨덴세이트는 분리기(slugcatcher)를 통하여 재차 분리된다.
 분리된 가스는 수요자가 요구하는 수분함량 기준을 충족시키기 위하여 한번 더 수분처리시설(Molecular Sieve)을 거친다. 그 후 이슬점 처리시설을 거쳐 가스내에 존재하는 수요자의 요구 사양을 충족하도록 물의 이슬점 온도를 낮춘다.
 이슬점 처리시설을 통과한 가스는 열교환기등을 통해 수요처에서 요구하는 온도로 맞춘다음 유량기(metering)를 통해 수요자에게 공급된다. 수요자에게 공급되기 전에 유량기의 후속공정으로 부취설비를 통과해야 되는데 이는 누출등 사고에 대비해 메르갑탄등 냄새가 나는 물질을 주입하기 위해서이다.
 또한, 분리된 컨덴세이트는 안정화시설을 통해 저압가스(Offgas)를 회수하고 안정화된 컨덴세이트는 육상터미날 옆에 위치한 석유공사 비축기지에 있는 저장탱크로 이송되어 보관된다.
동해-1 가스전 개발은 한국석유공사뿐만이 아니라 석유업계 전반에 석유개발에 대한 꾸준한 투자 및 연구개발에 대해 다시 한번 생각할 수 있는 계기를 마련하였다. 여기서 동해-1 가스전 개발이 가지는 의의는 아래와 같다.
첫째, 비록 대규모는 아니지만 우리 땅에서 우리 기술과 자본으로 경제성 있는 가스 발견에 성공, 석유자원을생산함으로써 산유국 대열에 첫발을 내딛었다는 점이다. 상업성을 가진 가스발견 성공은 1968년 국내 대륙붕에서 석유탐사를 시작한 이래 30년만의 일이며 시추공수로는 31공째, 한국석유공사로서는 12공째의 성과이다.
둘째, 천연가스 생산국의 대열에 조기진입하여 명실공히 상하류부문 사업을 수행할 수 있는 국가적 능력 확보가 가능해졌다는 점이다.
 우리나라는 하류부분인 정제부분은 많은 발전을 하여 양적이나 질적으로 세계적인 수준에 도달하였으나 상류부분인 석유개발은 취약한 것으로 인식되어 왔다. 이번 가스개발을 계기로 상류부문 기술수준을 제고하여 향후 석유산업발전 토대구축에 기여할 수 있을 것이다.
세째, 우리의 석유개발기술수준을 대내외에 과시하고 국제석유업계에서 공사위상을 드높여 향후 해외석유개발사업 추진시 공사의 협상력 등 경쟁력을 제고할 수 있을 것이다.
네째, 우리 국내대륙붕에서 가스생산으로 제 6-1광구 개발의 획기적 전기가 마련되었다는 점이다. 가스개발을 위한 기간시설 (infra-structure)이 설치되어 인근 소규모 유망구조의 개발을 동해-1 가스전과 연계시켜 가시화시킬 수 있다. 또한, 동해-1 가스전의 개발로 인해 국내대륙붕에 관심을 보이고 있는 외국석유사의 투자 유치가 보다 활성화될 수 있을 것으로 기대된다.
다섯째, 석유개발 및 생산기술자 양성이 수월해진다는 점이다. 우리영토에서 경제성 있는 천연가스를 처음으로 생산하게 되어 개발 및 생산기간중 약 50∼100여명에 이르는 생산 및 운영 기술자 양성이 예상된다.
국가경제적인 측면으로는 천연가스를 개발, 국내에 공급함으로써 수요가 크게 증가할 것으로 예상되는 천연가스의 대외 의존도가 감소할 것이다.
여섯째, 관련산업의 발전 및 경쟁력 향상을 도모할 수 있다는 점이다. 해양 가스전 개발과 관련된 국내기업의 기술발전 및 이에 따른 국제경쟁력 향상을 기대할 수 있다.
 중공업, 엔지니어링, 건설 등 직접관련 산업의 발전은 물론 해양개발 관련산업의 발전도 기대가 가능하며 울산 등 지역경제의 활성화에도 한 몫을 할 것으로 생각된다.
끝으로 고래V 구조를 추후에 가스저장시설로 활용가능하다는 점이다. 아직 연구가 진행 중이기는 하나 LNG 저장기지 건설에 소요되는 금액보다 훨씬 저렴한 비용으로 가스저장을 할 수가 있을 것으로 예상된다.

류상수 박사(한국석유공사 가스개발사업단)


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