세일가스 층은 전통 가스 저류층에 비해 미세입자로 만들어진 층으로 낮은 투과성을 가지고 있어 가스가 저류암 밖으로 쉽게 나올 수 없고,낮은 공극률을
15)IEA(2012b)번역하여 요약함.
자료: IEA(2012b).
<그림 3-1> 셰일가스 개발 시 발생할 수 있는 오염
가지고 있어 상대적으로 가스가 저장될 공간이 적다.총 부피의 10％ 미만으로 가스가 저장될 수 있다.또한 가스가 연결되지 않은 공간에 갇혀 있어 상대적으 로 회수율이 낮다.낮은 공극률과 낮은 회수율로 지표 면적 1㎢ 당 회수 가능한 탄화수소 양이 전통 가스 양보다 적다.따라서 수압 파쇄,수평적 시추 등 특별한 기술이 요구된다. <그림 3-1>은 셰일가스 개발 시 발생할 수 있는 오염에 대한 전체적인 모식도를 나타낸다.
타이트가스 층은 전통 가스 저류층과 근원은 비슷하나,가스가 흘러들어간 저류암이 근원암에서 분리되어 낮은 투과도를 가진 것이다.결과적으로 타이트 가스 층 또한 일반적인 가스의 흐름을 위해서는 특별한 기술이 요구되며,반면 셰일가스 층보다는 회수율이 높고,표면적 당 좀 더 많은 탄화수소가 회수된다.
자료: IEA(2012b).
<그림 3-2> 미국 텍사스 시추정의 분포 예시 가. 시추정의 건설
비전통 가스의 개발을 위해서는 더욱 많은 시추정이 필요하다.전통 가스 부지에서는 10㎢ 당 약 1개 시추정 이하가 필요한데 비해 비전통 가스 부지에서 는 1㎢ 당 1개 이상의 시추정이 필요하다.<그림 3-2>는 텍사스 존슨 카운티 지역인 바넷 셰일지구를 위성으로 찍은 사진이다.약 20㎢에 37개의 시추정이 있음을 알 수 있다.
새로운 지역에 시추를 위해서는 100∼200대의 트럭이 장비를 날라야 하고, 시추정이 완료되고 운영되면서도 계속해서 지급품을 운송하기 위한 트럭들이 필요하다.
각 시추정 부지는 표면적인 지질학적 측면뿐만 아니라 주민들과의 근접성,
기반시설의 유무,지역적 생태,수자원의 공급,기후 또는 야생 동식물을 고려한 계절적인 면들을 고려해야 한다.
시추가 시작되면,일반적으로 장비들은 24시간 가동되고,디젤 발전기로부터 소음과 매연이 발생한다.밤에는 불빛이 필요하며,정기적인 트럭의 운송이 필요 하다.이러한 시추 작업은 시추정 깊이와 저류층의 종류에 따라서 며칠에서 몇 달 정도 소요된다.저류층을 통과하는 시추정에는 진흙과 같은 시추 유체가 시추정을 순환하면서 시추정의 압력을 조정하고 드릴 작업에 의해 발생되는 파편들을 제거한다.윤활유가 되는 시추 유체는 물 또는 기름에 화학 첨가제의 밀도와 다양성을 증가시킬 수 있는 고체 입자들을 포함한다.이 시추 유체는 이동형 저장고에 보관되거나 불투수성 물질로 처리된 오픈된 구덩이에 보관된 다.시추 유체 유출이 되지 않도록 잘 관리하고 모니터링해야 한다.한 개의 시추정에는 몇 백 톤의 시추 유체가 한 번에 사용되며 사용될 때마다 안전을 위해 재활용하거나 처리해야 한다.드릴 작업으로 인해 시추 유체로부터 회수되 는 암석 파편은 시추 깊이에 따라 다르겠지만 약 100∼500톤 정도이다.
시추정이 뚫리면 마지막으로 <그림 3-3>과 같이 암석과 시추공 사이에 시멘 트 케이싱을 만든다.시추정의 철 및 시멘트 조합의 케이싱은 필수적인 장벽으로 높은 압력의 가스와 유체가 다른 암석이나 대수층에 흘러 나가지 않도록 방지한 다.이러한 장벽은 수압 파쇄의 중압을 견디도록 디자인 된다.시멘트의 조합은 펌핑되는 동안의 유체의 특성에 따라 강도와 유연성이 다르게 내구력 있게 디자 인 된다.케이싱의 세팅시간도 중요하다.시멘트는 세팅되는 데 시간이 많이 소요되며,시간에 따라 강도가 떨어질 수 있기 때문이다.
자료: IEA(2012b).
<그림 3-3> 시추정의 디자인
나. 시추정의 운영
시추공안의 압력이 낮으므로 압력의 차이로 인해 탄화수소가 암석으로부터 시추공 안으로 흐른다.셰일가스와 타이트가스는 유체의 속도가 매우 낮아 탄화 수소의 흐름 속도가 직접적으로 시추공으로부터의 흐름이 된다.이러한 유체의 낮은 흐름은 경제성에서 효율이 떨어지게 되는 이유이다.
이러한 효욜성을 높이기 위해 수압 파쇄 기법이 1940년대에 개발되었다.
저류층의 투과성이 너무 낮을 때 사용되는 수압 파쇄는 상업적인 생산 속도를 유지할 수 있다.비전통 자원은 수압파쇄 기법이 많이 사용되므로 전통 자원에 비해 <표 3-1>과 같이 더 많은 수자원이 소모된다.
Production Refining
갇혀 잔류한다.환류 기간은 싱글 스테이지일 경우 며칠이 걸리고 멀티 스테이지 일 경우 몇 주가 소요된다.환류의 양은 점차 감소하는 반면 탄화수소는 점차 증가된다.이 기간 동안을 “GreenCompletion”또는 “ReducedEmission Completion”이라고 한다.
탄화수소는 파쇄 유체로부터 분리되어 생산되고 유체는 재활용하거나 처리 된다.초기의 환류 단계 동안의 포집되고 거래되는 가스는 부대시설(분리하는 등의 공정을 위한)이 필요하다.부대시설로 옮겨질 때,대기로 가스가 방출되기 도 한다.대부분 메탄이고 VOCs가 일부 포함된다.가스들은 방출되거나 타기도 하는데,이때의 메탄 방출이 셰일가스나 타이트가스가 전통 가스보다 온실가스 를 더 많이 배출하는 이유가 된다.
다. 가스 생산
시추정이 부대시설에 연결되고 가스의 생산이 시작된다.생산 동안 시추정은 탄화수소와 폐기물을 생산한다.생산 과정은 전 과정 중에 가장 길다.전통적인 시추정에서는 적어도 30년 이상 가스를 생산한다.비전통적인 개발에서는 생산 주기가 비슷할 것으로 예상하나 셰일가스는 전통적으로 초기 생산이 많고 그 후 급격히 감소한다.생산량은 전통적으로 첫 해에 50∼75% 감소하고,대부분 회수되는 가스는 몇 년 안에 대부분 추출된다.
라. 시추정의 처리
생산이 다 완료된 후에 시추정은 안전하게 처리 되어야 한다.부대시설은 잘 해체되고 부지는 원래 상태로 복원되거나 새롭게 생산적으로 활용되어야 한다.대수층으로의 장기적인 누출 방지는 아주 중요하다.생산이 중단된 후 처리가 시작되기 때문에 운영 회사는 경제성과 경제성을 유지할 수 있는 기술적
가능성,안전하게 완벽하게 처리하는 것에 대해 정확히 하고 그에 따른 규율들을 지켜서 시추정을 안전하게 처리해야 한다.