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화학이야기

검은 황금을 찾아라! 석유 탐사의 모든 것

2015년 1월 14일

흔히 석유화학을 ‘화학산업의 꽃’이라고 말합니다. 우리 주변의 화학제품 대부분이 석유를 기반으로 만들어지기 때문이죠. 많은 제품의 원료이자 동력인 석유는 ‘검은 황금’이라고까지 불리는데요. 그렇다면 대단한 몸값을 자랑하는 석유는 어디서 어떻게 찾아낼까요? 저 깊은 땅 속 검은 황금을 찾는 석유 탐사 방법, 블로그지기가 알려 드릴게요!


석유탐사의 길잡이, 석유지질학

석유지질학은 응용지질학의 한 분야로, 지층 분석을 통해 생성부터 개발까지 석유에 관한 모든 것을 지질학적으로 연구하는 학문입니다. 석유지질학은 다루는 분야가 굉장히 넓어서 지질학뿐 아니라 물리, 화학, 생물학, 공학 등이 결합된 종합학문이기도 한데요. 이를 기반으로 석유의 탐사와 개발 과정에서 원유의 존재 가능성을 평가하고, 원유가 매장된 집유장의 범위 등을 판단하는 것이 바로 석유지질학자랍니다. 뿐만 아니라 이들은 원유 채굴에서도 담당자가 방향을 설정하도록 도와주는 멀티 플레이어인데요. 원유의 존재 유무부터 위치 파악까지 땅 속 석유를 찾는 데에 석유지질학의 활약이 정말 대단하죠?책상 위에 석유와 석탄, 책 등이 놓여있고, 칠판에는 지층에 관한 내용이 적혀있다.

땅 속 석유, 집유장으로 모두 모여라

경제성 있는 석유가 집적된 퇴적분지를 찾기 위해서는 4가지 조건을 만족해야 합니다.

① 석유를 생성시킬 수 있는 근원암의 유기물 함량이 최소한 1.5% 이상이어야 한다.
② 석유를 저장하고 있는 저류암의 공극율(porosity)이 높아 원유나 가스를 다량 함유하고 있고, 투수율(permeability)이 높아 생산할 수 있어야 한다.
③ 석유의 이동을 막아주는 덮개암은 증발암(evaporites)이나, 백악(chalks), 셰일(shale) 등으로 구성된다.
④ 원유나 가스의 이동이 없고 저장된 집유장은 근원암, 저류암, 덮개암 순서로 형성되며, 기하학적인 형태를 갖추고 있다.

석유가 형성되는 퇴적암을 근원암, 여기서 생성된 석유가 고이는 곳을 저류암, 고인 석유가 흘러 넘치지 못하도록 위에서 막아주는 돌을 덮개암이라고 하는데요. 근원암에서 생성된 원유가 저류암으로 이동하고, 덮개암에 의해 집적되어 집유장이 되는 거죠. 이렇게 석유가 매장되어 있을 만한 곳은 낙타의 등처럼 볼록 튀어나온 배사구조를 띠고 있는데요. 이를 전문용어로 ‘트랩(Trap)’이라 부르고, 이 트랩을 찾는 것이 석유 탐사의 목적이랍니다.

석유가 매장되어 있는 집유장

배사 구조의 집유장

석유 추적 3단계: 지질조사물리탐사시추탐사

석유를 찾기 위한 1차 작업은 지질조사입니다. 지질의 퇴적층을 확인하여 지층의 구조, 형성시기, 근원암 및 저류암 존재 가능성 등을 예측하는 거죠. 여기서 석유가 있을 것으로 판단되면 다음 단계인 물리탐사를 진행하는데요. 바로 시추를 진행할 경우 막대한 자금과 시간이 소모되어 이를 방지하기 위한 단계죠. 중력, 자력, 전자력 등의 다양한 물리탐사 방법 중 탄성파를 이용한 탐사가 가장 중요한 역할을 하는데요. 인위적으로 탄성파를 발사하여 지하 지층에서 반사되어 돌아오는 신호를 분석해 석유가 존재할만한 구조를 찾는 방법입니다. 앞선 두 단계를 통해 석유 존재 가능성이 높은 것으로 증명되면 시추탐사를 진행합니다. 회전용 굴착기를 이용해 지면에 구멍을 뚫고 직접 석유를 찾는 거죠. 이 단계에서 실제 석유를 찾으면 압력에 의해 석유가 지면(수면) 위로 콸콸 솓아 오르는데요, 이 석유 분수가 터지면 마침내 탐사 성공입니다!

석유를 찾는 3단계인 지질조사, 물리탐사, 시추탐사의 모습

(좌측부터) 지질조사ⓒwikipedia, 물리탐사ⓒThe Official CTBTO Photostream, flickr.com, 시추탐사

한국도 탐사 중- 우리도 산유국이다!

2004년 7월 11일이 무슨 날인지 아시나요? 바로 대한민국이 동해-1 가스전 개발로 세계에서 95번째 산유국이 된 날입니다. 우리나라가 산유국이었다니! 놀란 분 많으시죠? 그런데 여기서 잠깐! 가스전으로 어떻게 산유국이 되었냐고 생각하는 분이 계실 텐데요. 이곳에서 가스와 함께 고품질의 초경질유가 생산되기 때문이죠. 우리나라는 산유국이 되기까지 참 많은 우여곡절이 있었습니다. 1959년 국립지질조사소가 전남 해남 우향리 일대에서 세 차례의 지질조사를 진행한 것이 최초의 석유 탐사였죠. 이후 많은 시도가 있었지만 결과는 모두 실패! 결국 1970년 ‘해저광물자원개발법’이 공표되면서 육지가 아닌 바다로 시선을 돌린 이후 1979년 한국석유공사 설립과 함께 대륙붕의 탐사계획이 수립되었고, 1996년부터 국내 대륙붕을 본격적으로 탐사해 오늘 날 산유국이 될 수 있었는데요. 대한민국은 이에 만족하지 않고 지금도 국내외 에서 적극적으로 석유개발을 추진하고 있답니다.

해양 석유 플랫폼에서 가스를 소각하고 있다.

 

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