Oil & Gas 01-01-06 저류암(貯留巖 , Reservoir Rock)

6) 저류암(貯留巖 , Reservoir Rock)

구조는 오목한 모양의 그릇을 거꾸로 놓은 것이 비교할 수 있지만, 그 안이 텅 비어 있지는 않습니다. 암석으로 차 있는 곳에 유체가 들어가게 되는데, 그 안에 무엇이 차 있느냐에 따라 물이 들어가는 양은 다르게 됩니다.

위의 그림에서 보면 똑같은 높이로 물을 채우더라도, 왼쪽과 오른쪽에 채워지는 양은 차이가 납니다. 알갱이 간의 틈 사이가 차이가 나기 때문입니다.

석유와 같은 유체가 채워져야할 구조에 들어가서 석유를 품고 있는 암석을 저류암(貯留巖, reservoir)이라고 합니다. 사암, 석회암, 돌로마이트 등이 이에 해당되며 화성암이나 변성암의 틈에도 집적이 됩니다.

저류암의 특징을 이야기 할 때 중요한 것은 공극률(Porosity)과 유체투과율(Permeability)입니다.

육안으로 볼 수는 없지만 암석도 자세히 보면 알갱이로 구성되어 있고, 그 알갱이 사이에 공간이 존재하게 됩니다. 그 공간을 공극이라고 부르며 암석 전체 부피에서 석유 같은 유체를 저장할 수 있는 공간의 비중을 공극률(Porosity)이라고 부릅니다. 공극률이 높을 수록 저류암의 공간 내에 보다 많은 석유가 있을 수 있기에 저류암의 물리적 성질이 좋다고 할 수 있습니다. 건마다 다르겠지만, 대체적으로 경제적으로 생산성이 있는 저류암의 공극률은 5~35% 범위로 본다고 합니다.

공극률이 석유를 얼마나 담을 수 있냐는 양의 문제라면 유체투과율[Permeability, 침투성(浸透性)]은 그 안에 있는 석유를 얼마나 쉽게 뽑아낼 수 있냐는 회수의 문제로 볼 수 있습니다.

유체투과율이 크면 유체가 쉽게 이동할 수 있습니다. 그러다 보니 같은 양이 묻혀있더라도 더 많은 양의 원유나 가스를 생산할 수 있기에 저류층의 가치가 커집니다.

아무리 공극률이 크고 매장량이 많은 저류층이라 하더라도 유체투과율이 작다면 경제성은 낮을 수 밖에 없습니다.

절대적 기준은 아니나 대략적 이해를 위해서 말씀드리자면, 표준 온도 및 압력 상태에서 공극률 20%, 유체투과율 2~5 darcies일 경우 경제적으로 바람직한 상태라고 합니다. 또한 공극률 5%, 유체투과율 25 millidarcies일 경우 경제적 가치는 낮다고 볼 수 있습니다.

Oil & Gas 01-01-03 석유의 생성

3) 석유의 생성

유기설로는 설명 안되는 구조가 있다고는 하지만 유기설에 의해 설명되는 구조가 80~90%는 된다고 하고, 지질학적 접근이 아닌 투자 대상으로 접근할 때는 아마 대부분 유기설만 알아도 설명 가능한 곳에만 투자를 하게 되리라 생각됩니다.

땅속에 존재하는 석유는 순수하게 석유만 존재하는 것이 아니라 황이나 질소 등 여러 불순물을 같이 포함하고 있습니다. 이러한 불순물들은 대부분 유기물인 단백질이 분해될 경우 발생하게 되며, 과거 얕은 바다나 호수 밑이었을 것이라 추정되는 퇴적암들에서 대부분의 석유가 발견된다는 점을 들어 유기설이 더 타당하다고 보는 시각이 많습니다.

앞서 말한 듯이 유기설에 의하면, 생물들이 죽어서 쌓인 후 압력과 온도에 의해 석유가 됩니다. 이렇게 만들어진(generation) 곳을 근원암(source rock)이라고 합니다. 석유는 그대로 묻혀있지 않고, 물과 함께 유체 형태로 지각의 변동에 따라 이동(migration)을 하게 됩니다. 일반적으로 위로 올라오려는 경향이 있는데, 땅속에는 유체를 잘 투과시키는 지층도 있고, 붙잡아 두는 지층도 있습니다.

덮개암(cap rock)이라고 불리는 층은 위로 올라가던 유체가 더이상 투과하지 못하게 잡아두는 역할을 합니다. 이렇게 이동이 억제되어 갇히게 되는 곳을 포유구조(entrapment)라고 합니다.

더이상 위로 움직이지 못하게 갇힌 상태에서 지층에 갇히게 되는데 이러한 유체를 품고 있는 곳을 저류암(reservoir rock)이라고 합니다. 물, 원유(Oil), 가스(Gas)는 서로 다른 비중을 갖고 있다 보니, 아래에서 부터 물, 원유, 가스 순으로 모여있게 됩니다.

Oil & Gas 01-01-02 석유의 생성 원인

2) 석유의 생성 원인

석유의 생성원인은 유기설(organic theory)과 무기설(inorganic theory)로 나누어 집니다.

유기설 또는 유기성인설(organic theory )은 지질시대에 살았던 동물이나 식물 등 각종 유기물들이 퇴적된 후 높은 압력과 온도를 받아 분해되며 탄화수소로 변했다는 이론입니다. 가장 주된 것은 높은 압력과 온도이며 그 과정에서 다른 퇴적물의 촉매작용이나 특수 박테리아 등이 작용을 하였다고 봅니다.

반면 무기설 또는 무기성인설(inorganic theory)은 땅속 깊은 곳에서 물과 이산화탄소 및 다른 무기 물질들 간에 화학반응이 일어나서 탄화수소가 발생했다는 이론입니다. 금속 탄화물과 반응이 일어났다는 설과 황과 섞이면서 반응이 일어났다는 설이 있습니다.

또 다른 의견은 우주에서 떨어진 운석에 아스팔트와 비슷한 물질이 붙어 있다는 점을 근거로 우주에서 유입되었다고 주장하기도 합니다.

이 중 현재 가장 지지를 받고 있는 설은 유기설입니다. 학문적으로 접근하는 것이 아닐 때는 무기설을 아예 설명에서 빼기도 합니다. 하지만 지질학적으로 볼 때 유기설로는 도저히 설명되지 않고 무기설로만 설명될 수 있는 곳들도 존재하여, 여전히 무기설을 무시할 수는 없다고 합니다.

[유기설(organic theory)에 의한 석유의 생성]


① 바닷속의 생물이 죽어서 바다 밑에 가라앉아 바닥에 쌓임.

 

② 죽은 생물들이 쌓인 물질(유기물)들은 땅속에서 압력과 열을 받아 석유로 변하게 됨.



③ 석유로 변한 유기물들은 지각변동에 따라 지층 속을 움직임.

④ 이동하던 석유는 구조가 맞는 곳에 고이게 됨.

Oil & Gas 01-01-01 석유(Petroleum, 石油)란?

비전문가가 보는 '자원개발: Oil & Gas'에 대한 글을 시작할까 생각 중입니다.

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I. 석유 개요

1. 석유의 생성

1) 석유(Petroleum, 石油)란?

석유(petroleum, 石油), 원유(crude oil, 原油), 천연가스(Natural Gas), 탄화수소(hydrocarbon, 炭化水素) 등 몇 가지 용어가 나옵니다. 설마 그 정도도 모를까봐 라고 생각하실 수도 있지만, 먼저 잠깐 용어에 대한 설명을 먼저 해볼까 합니다.

일단 가장 포괄적인 것은 탄화수소입니다. 탄소와 수소로만 이루어진 유기화합물을 통틀어 말하며, 원유나 가스 모두 탄화수소에 포함됩니다.

원유는 지하에서 채굴한 기름으로 가공을 거치지 않은 액체 탄화수소화합물을 의미합니다.

천연가스는 사전적으로 천연상태에서 산출된 가스를 의미하며 기체상태의 탄화수소화합물과 비탄화수소화합물을 모두 포함하기도 합니다. 하지만 자원개발에서 언급할 때는 일반적으로 Gas라고만 표현하며, 기체상태의 탄화수소화합물만을 이야기합니다.

석유를 말할 때 사람들 마다 조금씩 다른 의미로 사용합니다. 혹자는 ①일반적으로 천연가스를 제외하고, 원유(Crude Oil)와 원유를 정제한 휘발유, 등유, 경유, 중유 등을 포함하여 석유라 부릅니다. [그림1] ②하지만, 때로는 석유를 원유(Oil)를 혼용하기도 합니다. ③자원개발에서도 조금씩 다르게 사용하는 사람들이 있긴 하지만 석유(petroleum )를 원유(Oil)와 가스(Gas)를 포함한 개념, 즉 탄화수소와 같은 의미로 많이 사용합니다.[그림2]

[그림 1]

[그림 2]