시베리아의 자원개발과 관련하여 우리나라가 특별히 관심을 가져야 할 빙해지역은 러시아의 극동지방과 사할린에의 수송로로 이용되는 오호츠크해이다. 오호츠크해는 북으로 캄챠카 반도와 쿠릴 열도 그리고 러시아의 연해주와 사할린섬, 일본의 북해도에 의해 둘러싸인 아북극 (sub-polar) 해역으로서 1년중 상당 기간을 크기가 수백 m 에서 수 km 에 이르는 유빙과 빙판으로 덮여 선박의 운항에 장애가 되고 있다.
■ 오호츠크해와 사할린 주변 해역의 자연환경
오호츠크해의 북쪽에서는 11월 중순 경부터 얼음이 형성되기 시작하며 12월 초에는 얼음층이 사할린섬의 북단에 도달하며 12월 말에는 섬의 남단까지 도달하게 된다. 1월의 평균기온은 -13℃ 인데 일본 북해도의 오호츠크해 연안지역의 겨울철 기온은 - 20℃ 까지 내려가며 해안에서는 정착빙도 형성된다. 러시아의 해안을 따라 동사할린 해류를 타고 남쪽으로 흘러오는 극빙은 일본 쪽의 해안선과 항구시설을 1월부터 4월에 걸쳐 봉쇄할 수 있으며 그 이동속도는 평균 0.4 m/s 를 넘는 것으로 추정된다. 이들 극빙의 활동이 최남단 해역에 이르는 시기는 2월과 3월경으로 알려져 있다.
강한 해안류와 바람의 영향으로 오호츠크해에 형성된 얼음층은 작게 부숴지거나 쌓여서 빙맥을 형성하고 있는데 이러한 빙맥층의 크기는 수면상부 높이가 최대 2 m 내지 4 m 정도로 추정된다. 일본 북해도에서 측정된 얼음의 최대 두께는 0.4 m, 러시아 연안에서는 최대 1.1 m 의 1년생 빙이 관측된다. 이 해역의 해빙시기는 보통 3월에 시작되며 대부분의 경우 6월말쯤에는 전 해역이 무빙상태에 이른다. 7월의 평균기온은 15℃ 정도이다.
사할린섬 주변에서 형성되는 평탄빙은 대략 두께가 1.1 m 내외로서 최대 2.0 m 이며 4, 5월 유빙의 최대 이동속도는 해안근처에서 132 cm/s 외해에서 168 cm/s 로 측정된 기록이 있다. 사할린섬 주변 해역의 빙상상태 특징 중 하나는 2월에서 5월에 걸쳐 섬의 북쪽 얕은 해안가에서 발견되는 큰 얼음덩어리인 스타무키 (stamukhi) 인데 이것은 너비가 80m×20 m 정도, 두께가 35 m 에 이르는 해저면에 좌초된 두꺼운 빙맥으로 볼 수 있다.
사할린섬 주변 해역의 수심은 깊은 편이지만 해저자원의 개발이 예상되는 해역의 수심은 대략 50 m 이내로 알려져 있다. 높은 파도와 두꺼운 1년생 빙판의 존재는 이 해역에서 활동가능한 해양구조물 결정에 요인이다. 이 해역은 또한 지진의 활동이 상당히 빈번한 지역으로서 이에 대한 대비도 중요한 문제이다.
■ 사할린 주변 해역의 천연자원
사할린 주변 해역 여러 곳에서 경제성이 큰 유전 및 가스전이 발견되었는데 대부분 북동해안을 따라서 해안에서 20 km 정도 떨어진 수심 50 m 보다 얕은 곳에 위치하고 있다. 이중 Chaivo, Arkutun-Daginskoe, Odoptu 유전은 1단계 개발지역으로서 Exxon, Sakhalin Oil and Gas Develoment Co. (SODECO), Rosneft_Sakhalin 그리고 Sakhalinmorneftegas-Shelf 에 의해 개발이 진행되고 있으며 2억9천만 톤의 석유와 4천2백억 입방미터의 천연가스가 매장된 것으로 추정하고 있다.
사할린 2단계 개발지역은 Lunskoye 유전과 Piltun-Astokhskoye 유전 (석유 1억 톤과 천연가스 14조 입방ft) 을 포함하는 해역인데 여기에는 Marathon, McDermott, Mitsui, Mitsubishi 그리고 Royal Dutch Shell 이 콘소시엄을 구성하여 투자한 Sakhalin Energy 를 통해 개발을 맡고 있다. 이 지역에는 현재 Molikpaq 라는 석유생산 플랫폼이 설치되어 시추와 생산을 시작하였고 추후 이들 구조물에서 생산된 석유와 천연가스는 해저 파이프라인을 통하여 연해주와 일본으로 수송할 것을 검토하고 있다. 1, 2단계 개발에 소요되는 총 비용은 250억 달러로 추산하고 있다.
사할린 1,2단계 개발이 빠르게 진행됨에 따라 Mobil/Texaco 와 Exxon 에 의해 추진되는 사할린 3단계 개발도 최근 시작되었고 계속해서 ARCO 와 BP 에 의한 4단계와 5단계 개발 계획도 곧 착수될 것으로 보인다
■ 사할린 2단계 개발 계획의 진행
사할린 2단계 개발 계획의 핵심은 사할린 섬의 북동부 해안인 Piltun_Astokhkoye 유전에 생산플랫폼을 건설하는 것이다. 이를 위하여 Sakhalin Energy 콘소시엄은 1984년 일본의 IHI에서 건조하여 Gulf Canada 회사가 북극해에서 시추용으로 사용한 바 있는 Molikpaq 구조물을 1996년구입하여 다시 사용하기로 결정하였다.
Molikpaq 구조물은 원래 북극해 보퍼트해의 수심 20 m 얕은 바다에서 사용하도록 설계된 철제 케이슨식 구조물인데, 오호츠크해의 큰 빙하중과 강한 파도, 폭풍 그리고 빈번한 지진활동에 대비해야 하는 상황을 고려한 결정이었다. 그러나 사할린의 Piltun- Astokhkoye 해역은 수심이 30 m 에 이르기 때문에 구조물의 높이를 키우기 위해 바닥에 철제 받침 (spacer) 을 만들어 결합하는 작업과 시추용 구조물을 시추 및 생산 겸용으로 전환하는 개조작업이 필요하였다.
무게가 1만5천 톤에 사방 110 m 규모의 철제 받침은 러시아 연해주 내륙의 강가인 Komsomolsk-n' Amure 에서 제작되었다. 설계는 St. Petersburg 의 Rubin 설계소에서 맡았고 한때 러시아의 잠수함을 건조하던 Amur 조선소에서 이 작업을 했는데 조선소의 도크 규모도 작고 강이 얼기 전에 완성시켜 운반해야 하는 지리적 어려움 때문에 철제 받침은 4개로 분리되어 Vladivostok 근처로 운반되었다.
1998년 3월 이곳에서 하나로 결합된 철제 받침은 한국의 대우중공업 (거제조선소)에서 개조작업을 받고 있던 Molikpaq 구조물 본체와 결합되기 위해 해상으로 운송되었다. 대우중공업에서는 본체에 2500톤 규모의 새로운 석유생산설비를 탑재하여 생산용 구조물로 전환하는 작업과 철제 받침의 도착과 함께 본체와 결합시키는 작업이 수행되었다.
1998년 여름 한국에서의 작업이 모두 끝나고 총 중량 5만 2천톤의 Molikpaq 구조물은 내부에 밸러스트를 채워 물 위에 뜬 상태로 설치 현장인 사할린 섬 북동부 Piltun- Astokhkoye 유전에 운반되어 1998년 9월 성공적으로 설치되었다. 설치시에는 구조물을 해저에 가라앉히기 위한 성토재로 약 30만톤 정도의 준설토가 사용되었다.
사할린 2단계 개발 계획에서 중요한 점은 사할린 지역에는 생산된 원유와 천연가스를 처리할 공장시설이나 저장, 수송에 필요한 사회간접자본이 대단히 미비하기 때문에 처음 계획부터 조기 생산 시스템 (early production system)을 채택한 것이다. 이것은 연안의 생산플랫폼에서 생산된 원유를 선박을 통해 가까운 육지로 수송하는 대신 현장에 설치된 거대한 구조물 (Molikpaq 구조물과 같은) 에 저장하거나 원유처리를 할 수 있는 FSO (floating storage and off-loading) 선박을 사용하는 것이다.
이 곳에 사용될 FSO 선박인 Okha호는 (1백만 배럴 원유) 저장기능과 함께 운반기능을 갖춘 수에즈막스급 (15만7200 DWT)의 이중선각 셔틀탱커로서 역시 대우중공업에서 제작되어 1999년 6월부터 이곳 현장에 머무르면서 원유생산에 참여할 것이다.
Okha호는 겨울철에는 현장을 벗어나 있겠지만 약한 빙하중에 대해서는 충분히 견딜 수 있는 빙등급 (ice class: ABS D0) 을 갖춘 선박으로서 작업가능 기간을 최대한 늘려 초겨울인 12월까지도 작업할 수 있도록 설계되었다.
■ 사할린 3단계 개발 계획의 진행
사할린 3단계 개발지역인 Kirinskiy 광구를 탐사하고 있는 서방 석유회사들은 이 지역에 세계에서 가장 큰 하루 50만배럴의 원유를 생산하는 구조물을 투입하려는 계획을 세우고 있다. Kirinskiy 광구를 포함한 주변 해역에는 34억 배럴의 원유와 25.4조 입방ft 의 천연가스가 매장된 것으로 추정하고 있다.
사할린-3 지역을 할당받은 Mobil/Texaco사는 1998년 러시아의 Rosneft사를 러시아 정부의 규정 (PSA: production sharing agreement)에 따른 파트너로 정하고 본격적으로 탐사에 착수하고 있다. 이미 상세한 지질조사를 통해 시추지점을 결정하였고 시추작업을 위해 러시아의 반잠수식 시추선인 Shelf-5를 임차하였다.
사할린-3 의 Kirinskiy 구역은 해안으로 밀려와 쌓이는 유빙층과 빙산으로 인한 어려움, 높은 파도와 폭풍 그리고 지진에 이르기까지 다른 사할린 개발지역과 마찬가지로 매우 열악한 자연조건을 가지고 있다. 더욱이 이 해역의 수심은 다른 곳에 비해 비교적 깊은 150-200 m 이기 때문에 설치가능한 구조물의 선택에도 많은 제한이 있다.
캐나다의 Hibernia 지역에 설치된 콘크리트 중력식 구조물 (하루 33만배럴의 원유 생산)을 능가하는 구조물을 사용하면 10일 정도 원유저장이 가능하고 아니면 2일 정도의 저장능력을 가진 철제 케이슨식 구조물이나 저장능력이 없는 자켓구조물이 150-200 m 의 수심에 고려되고 있다. 어떤 경우이거나 겨울철에도 중단없이 작업이 가능한 구조형식을 선택하는 것이 필요하다.
깊은 수심과 함께 부족한 인프라 설비 때문에 여기에도 사할린-2 개발 계획에서 사용하는 FSO 선박을 이용한 생산 시스템이 고려될 수 있다.
한편 사할린 3단계 개발 계획이 순조롭게 진행되어 충분한 양의 원유와 천연가스가 지속적으로 생산될 것을 예상하여 사할린의 코르사코프에서 일본의 북해도를 거쳐 일본 서해안의 쓰루가에 이르는 길이 1900 km 의 파이프라인을 부설할 계획도 발표된 바 있다.
파이프의 직경은 30-48 인치로서 천연가스를 주 대상으로 하고 있으며 궁극적으로는 시베리아 동부에서 생산되는 천연가스도 수송할 것을 고려하고 있다고 일본석유탐사 (JAPEX)에서 발표하였다. 아울러 Exxon사를 비롯 Itochu, Marubeni 등이 파이프라인 건설에 필요한 노선조사와 건설공사에 자본을 제공하고 있다. 이를 통해 공급되는 양은 일본의 전체 소비량의 10% 정도가 될 것으로 추산하고 있다.
<취재협조 한국가스공사>
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