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서 론
이글포드 셰일(Eagle Ford Shale)은 미국 텍사스 주 남부와 루이지애나 주에 분포하는 백악기 후기 퇴적층으로, 북미지역에서 노스다코타 주 및 몬타나 주의 바켄 셰일(Bakken Shale)과 더불어 셰일오일(shale oil) 개발이 활발히 이루어지고 있다(Fig. 1). 텍사스 남서부 지역의 이글포드 셰일은 유기물의 함량이(TOC) 2-8.5%로 매우 높고, 70% 이상이 석회질 광물로 구성되어 있다. 또한 실리카의 함량도 높아(15%) 순수한 점토광물의 함량은 15%에 불과하다. 따라서 이글포드 셰일은 석회질 이회암에 해당되며, 여기서 생산되는 석유는 엄격한 의미로 보아 셰일오일이라기보다는 치밀오일(tight oil)에 해당된다(Mills, 2008). 점토광물로 이루어진 일반적인 셰일에 비해 수압파쇄가 용이하여 치밀오일의 개발 및 생산에 유리하다. 현재 한국석유공사가 미국 Anadarko사와 공동으로 치밀오일을 개발하고 있으며, 민간 기업으로 예스코사가 참여하여 개발하고 있으나, 향후 국내기업의 진출이 더 필요한 지역이다.
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Fig. 1. Well distributions on the Eagle Ford Shale in southwest Texas (modified from Hunt, 2012). |
이글포드 셰일의 표식지는 텍사스 주의 달라스(Dallas) 인근의 이글포드 타운이나, 유기물의 함량이 풍부하고 치밀오일의 생산이 가능한 지역은 텍사스 주 남서부에 위치한다. 가장 활발한 개발이 이루어지는 지역은 동서로 약 400마일 남북으로 약 50마일에 해당되며, 2012년 12월 현재 약 300대의 시추기에 의해 개발이 진행되고 있다. 2012년 말 석유는 380,000 B/D(Barrel Per Day), 컨덴세이트는 116,000 B/D, 가스는 2,000 MMCFD(Million Cubic Feet Per Day)가 생산되고 있다(Railroad Commission of Texas, 2013). 이글포드 셰일은 향후 석유 및 가스 개발 및 생산에 매우 중요한 지역이며, 본 연구에서는 이글포드 셰일의 석유지질 및 개발현황과 이글포드 셰일을 개발할 경우 고려해야할 사회문제에 대해 고찰한다.
광역지질
텍사스 주의 백악기 지층은 고생대 퍼미안 분지(Permian Basin)의 퇴적층 상부에 부정합으로 퇴적되었다. 퍼미안 분지의 퇴적층에서는 1920년대부터 석유가 생산된 이래로 현재까지 매우 활발한 석유개발이 이루어지고 있으며, 특히 최근에 들어와 우드포드 셰일(Woodford Shale) 및 상부의 미시시피안 석회암(Mississippian Limestone)등에서 셰일가스 및 치밀오일이 개발되고 있다.
이글포드 셰일은 백악기 말 멕시코 만 분지(Gulf of Mexico Basin)에서 퇴적된 지층이다. 멕시코 만 분지의 형성원인 및 그 진화에 대한 가설은 다양하다. 이 중, 판게아(pangea) 분열 설에 따르면, 멕시코 만 분지는 트라이아스기 중기에서 백악기 초기, 북아메리카 대륙판(North America Plate)과 남아메리카 대륙판(South America Plate)이 분리되며 형성되었다(Pindell et al., 2006; Galloway, 2008). 트라이아스기 중기에서 쥬라기 초기, 판게아의 분열로 인해 현재 대서양 중앙해령 인근은 광범위한 인장력이 작용하였고, 이로 인해 멕시코 만 분지 인근에는 지구(graben) 및 반지구(half-graben)가 발달하여 육성퇴적물이 퇴적되었다(Bird et al., 2011; Escalona and Yang, 2013)(Fig. 2(a)). 쥬라기 중기에는 현재 텍사스 해안에 위치해 있던 유카탄 지괴(Yukatan Block)가 북서-남동 단층대를 따라 반시계방향으로 회전하며 남쪽으로 이동하기 시작하였다(Pindell et al., 2006). 또한 북아메리카와 유카탄지괴 사이의 저지를 통해 태평양의 해수가 멕시코 만 분지로 유입됨에 따라 분지 내에 얕은 천해환경이 형성되었으며, 이후 태평양으로부터 해수의 유입이 제한되자 증발암으로
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Fig. 2. Schematic models for tectonic history of the Gulf of Mexico (Modified from Escalona and Yang, 2013). Note a counterclockwise rotation of the Yucatan block and spreading of oceanic plate in the Gulf of Mexico. |
쥬라기에서 백악기까지 해양지각의 형성 및 확장과 관련된 열적침강이 일어났으며, 신생대에는 퇴적물의 두께가 증가함에 따라 퇴적하중(sediment load)에 의한 침강이 우세하게 작용하였다(Galloway, 2008). 멕시코 만 분지는 태평양판의 섭입속도 및 섭입방향의 변화에 의한 판내응력(intraplate stress)의 변화에 따라 간헐적인 융기가 발생하여 산 마르코스 아치(San Marcos Arch), 사바인 아치(Sabine Arch)등이 형성되었으며, 이로 인해 백악기 지층 및 신생대 퇴적층 내에 경사부정합이 형성되기도 하였다(Laubach and Jackson, 1990).
층서 및 퇴적환경
이글포드 셰일이 개발되고 있는 텍사스 남서부는 고생대 퍼미안 분지의 퇴적층 상부에 멕시코 만 분지의 중생대 및 신생대 지층이 퇴적되어 있다. 중생대 및 신생대 지층은 텍사스 주에서부터 플로리다 주까지 넓은 지역에 걸쳐 다양한 퇴적환경에서 퇴적되었다. 따라서 암상의 수평변화가 매우 심하므로, 각 지층의 층서를 모두 검토하는 것은 본 연구의 목적에 부합되지 않는다. 따라서 본 연구에서는 이글포드 셰일이 개발되고 있는 텍사스 남부 지역의 중생대 지층에 대해 고찰하고자 한다.
트라이아스기 -쥬라기
퍼미안 분지의 고생대 지층 상부에는 뉴왁층군(Newark Group)이 부정합으로 퇴적되었다. 이 층군은 고생대 지층과 쥬라기 지층 사이에 분포하는 퇴적층으로 후기 트라이아스기에서 초기 쥬라기에 퇴적된 것으로 해석된다(Mancini et al., 1990)(Fig. 3). 텍사스 남부지역에서는 고생대 지층의 상부에 적색의 비해성 실트스톤과 사암으로 구성된 이글밀(Eagle Mill)층으로 구성되어 있다. 지역에 따라 호성 퇴적층이 나타나기도 한다.
이글밀층의 상부는 쥬라기의 염수호에서 퇴적된 워너(Werner)층이 정합적으로 놓인다. 워너층의 상부는 멕시코 만이 외해와 일시적으로 연결된 후 다시 외해와 단절되어 형성된 로우안 암염이 나타난다. 멕시코 만이 다시 외해와 연결되면서 로우안 암염층의 상부에 선상지, 하성, 사막 및 연안, 대륙붕에서 쇄설성 퇴적물이 형성된 노펠트(Norphelt)층이 퇴적되었다. 쥬라기 후기에 들어와 해수면 상승과 더불어 천해지역에는 탄산염암과 셰일로 구성된 스멕오버(Smackover)층이 퇴적되었다. 스멕오버층의 탄산염질 셰일에는 다량의 유기물이 포함되어 있어 최근 치밀오일 저류층으로 개발이 진행 중이다. 스멕오버층 상부의 헤이네스빌(Haynesville)층은 천해환경에서 퇴적되었으며, 중부와 상부의 셰일 및 탄산염이 풍부한 이암은 셰일가스 및 치밀오일 저류층으로 각광 받고 있다(Fig. 3).
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Fig. 3. Generalized Mesozoic-Cenozoic stratigraphic chart of the Gulf of Mexico coastal plain with reservoir and source rock potential (Hackley and Ewing, 2010). |
헤이네스빌 셰일층의 상부는 쥬라기 후기에 하천, 삼각주 및 천해 환경에서 퇴적된 셰일 및 사암으로 구성된 코튼벨리(Cotton Valley)층의 퇴적물이 외해로 전진구축(progradation)하며 퇴적되었다(Galloway, 2008). 외해 지역은 보시어 셰일(Bossier Shale)이 퇴적되었으며(Fig. 3), 이 층 역시 헤이네스빌 셰일층과 같은 중요한 셰일가스 및 치밀오일 저류층 역할을 한다.
백악기 초기
코튼벨리층의 상부에는 주로 하천, 삼각주 및 천해 환경에서 퇴적된 트레비스 피크(Travis Peak)층(Hosston층으로도 불림)이 퇴적되었다(Dutton, 1987)(Fig. 3). 이후 해침이 진행되면서 이 층의 상부는 천해 및 탄산염 대륙붕(산호초, 석호 등)환경에서 퇴적된 슬리고(Sligo)층이 나타난다(Bebout, 1977).
이후, Aptian 후기(115Ma)에 들어와 멕시코 만에서는 해침이 일어나며 두꺼운 피어설 셰일(Pearsall Shale)층이 퇴적되었다. 텍사스 중동부 지역에서 이 층은 두께가 500-600 ft 정도이며, 유기물의 함량은 0.17-2.97% 정도로 양호한 근원암 역할을 한다. 주로 Type-III의 케로젠으로 구성되어 있으며 유기물의 성숙도는 1.5-2.3% Ro로 가스성숙단계에 해당된다.
피어설 셰일층 상부에는 천해 환경에서 퇴적된 석회암, 석회질 이암과 해변에서 퇴적된 사암으로 구성된 글렌로즈(Glen Rose)층이 퇴적되었다(McFarlan and Menes, 1991). 글렌로즈층 상부에는 주로 석회암으로 구성된 프레드릭스버그(Fredricksburg)층군이 분포한다. 이 층은 지역에 따라 스튜어트시티 석회암(Stuart City Limestone) 층으로도 불리며, 외해 쪽에는 셰일로 이루어진 아타스코사(Atascosa)층이 분포한다(Fritz et al., 2000). 상부 와시타 층군(Washita Group)은 저해수면 시기에 퇴적되었다. 와시타 층군내의 부다석회암(Buda Limestone)층은 상대적으로 외해에서 산호초의 발달로 형성되었으며, 텍사스 주 남서부의 주요 치밀가스 및 치밀오일 저류층이다.
백악기 후기
백악기 전기와 후기 사이에는 저해수면 시기에 퇴적된 부다 석회암층이 형성되었으며, 이후 이글포드 셰일이 퇴적되었다(Fig. 3). 이글포드 셰일은 해수면이 상승하는 동안 퇴적된 석회질 셰일로 구성되어 있다. 이 층은 루이지애나 주의 투스칼루사 셰일(Tuscaloosa Shale)과 대비된다(Mancini et al., 1987). 이글포드 셰일 및 이에 대비되는 셰일층은 멕시코 만 인근지역에서 가장 중요한 근원암 역할을 하여, 이 층에서 생성된 석유 및 가스는 상위의 중생대 지층 및 신생대 지층의 저류층으로 이동하여 집적되었다(Fig. 3). 이글포드 셰일 상부에는 해수면이 재상승하면서 퇴적된 오스틴 쵸크(Austine Chalk)가 놓인다. 오스틴 쵸크는 텍사스 및 루이지애나 주에서 치밀가스의 중요한 저류층 역할을 한다(Fig. 3).
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Fig. 4. Regional depositional models at the time of deposition of the Eagle Ford Shale (source: http://eaglefordshale.com/ geology/). |
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Fig. 5. Schematic depositional model during the deposition of the Eagle Ford Shale (after Tuttle, 2012). Note a reef at shelf margin which restricted water circulation between lagoonal bottom water and open sea, resulting in reduction conditions of lagoonal bottom water. |
오스틴 쵸크층의 상부의 중생대 퇴적층은 탄산염암 및 석회질 셰일, 삼각주 사암등이 협제되어 나타나며, 상위의 신생대 지층은 백악기 지층에 비해 석회질 성분이 적은 전형적인 쇄설성 연안 및 해양환경(하천, 삼각주, 해빈, 천해, 대륙사면 등)에서 퇴적된 사암 및 셰일로 구성되어 있다(Galloway, 2008).
이글포드 셰일의 퇴적 작용 및 퇴적환경
백악기 동안 멕시코 만 인근지역은 아열대 기후에서 두꺼운 석회암이 발달하였다. 이글포드 셰일 하부의 이 석회암 층은 대륙붕단(shelf break) 인근 산호초에서 퇴적되었다(Fig. 5). 이 석회암은 퇴적시기에 따라 슬리고 석회암(Sligo Limestone), 스튜어트시티 석회암, 에드워드 석회암(Edward Limestone) 및 부다 석회암으로 구분된다(Galloway, 2008). 부다 석회암층이 퇴적된 이후 Cenomanian시기(92 Ma)에 해수면이 상승하여 멕시코 만 인근지역의 산호초는 해수면 아래로 잠기게 되었으며, 그 상부에는 유기물이 풍부한 이글포드 셰일층이 퇴적되었다.
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Fig. 7. Subsurface isopach map of the Eagle Ford Shale (after Matsutsuyu, 2011). |
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Fig. 6. TOC map of the Eagle Ford Shale. Note a high TOC values in the lower Eagle Ford Shale (Modified from Cardneaux, 2010). |
텍사스 주의 달라스 인근지역에서는 우드바인 하천축(Woodbine Fluvial Axis)을 따라 쇄설성 퇴적물이 공급되었다(Turner and Conger, 1984)(Fig. 4). 달라스 인근지역은 이글포드 셰일의 표식지로서, 이글포드 셰일의 두께는 약 500 ft로 타 지역에 비해 두껍게 나타난다. 이에 반해 치밀오일이 개발되는 텍사스 주 남서 지역은 야노 융기대(Liano Uplift)의 연장선인 산 마르코스 아치에 의해 쇄설성 퇴적물의 공급이 제한되었으며(Galloway, 2008), 대륙붕단에서 심층수의 용승으로 인해 표층으로 영양분이 공급되어 유기물이 풍부히 형성되었다(Fig. 4). 이와 더불어 일부 지역에는 쥬라기에 형성된 로우안 암염의 융기(salt tectonics)로 인해 외해와의 연결이 차단되었다(Fig. 5). 또한, 수온약층(thermocline)에 의해 표층수와 심층수의 순환이 제한됨과 동시에 해수면 하부에 위치한 산호초에 의해 저층수 역시 외부와의 순환이 단절되자 환원환경(reduction condition)이 형성되어 침전된 유기물이 보존되었다(Tuttle, 2012)(Fig. 5).
텍사스 남서 측에 분포하는 이글포드 셰일은 유기물의 함량이 4-7%에 이를 정도로 매우 풍부하다. 대륙붕단이 위치하던 텍사스 남부에서는 북부에 비해 이글포드 셰일내의 석회물질이 풍부하며, 석회질 사암 및 사질 석회암도 교호하고 있다. 이후 사바인 아치가 융기하면서, 상부로 갈수록 수심이 얕아지는 경향(shallowing-upward trend)이 나타나며, 이에 따라 셰일 내에 유기물 함량이 감소하는 반면 석회질물질의 함량은 증가한다(Fig. 6). 88 Ma 경에 들어와 전지구적 해수면이 상승하면서, 이글포드 셰일층 상부에는 오스틴 쵸크층이 퇴적되었다.
텍사스 남서부 지역에서 이글포드 셰일의 평균 두께는 약 250 ft 정도이나 최대 400 ft에 달하며, 퇴적당시 융기한 산 마르코스 아치 지역은 상대적으로 두께가 얇은 편이다(Fig. 7). 반면 산 마르코스 아치 동측은 우드바인 하천축으로부터 쇄설성퇴적물이 공급되어 상대적으로 두꺼우며(> 500 ft), 유기물의 함량이 낮다.
이글포드 셰일의 석유지질학적 특징
텍사스 남서부지역에서 이글포드 셰일은 표층에서부터 2,000 ft 하부에 위치하며, 심도는 남동쪽으로 갈수록 깊어져 최대 16,000 ft 하부에 위치한다(Fig. 8). 따라서 유기물의 성숙도 역시 심도에 따라 남측으로 가면서 증가한다. 즉, 이글포드 셰일이 위치한 심도에 따라 3,000- 9,000 ft에서는 석유생성단계(oil window), 6,000-1,2000 ft에서는 습성가스 생성단계(wet gas window), 그리고 12,000 ft 이상의 심도에서는 건성가스 생성단계(dry gas window)에 해당된다(Fig. 8). 총 유기탄소(TOC)의 함량은 2-8.5%로 매우 높은 편이며, 북부 및 서부 지역은 쇄설성 퇴적물의 공급이 많아 상대적으로 유기물의 함량이 적다(Fig. 6). 상부 구간으로 갈수록 탄산염 퇴적물이 증가면서 유기물의 함량도 감소하여, 상부 구간에서는 총유기탄소 함량이 2-5%로 낮아진다. 분지 서부 멕시코와의 국경지역 인근에서는 유기물의 성숙도가 높아지는 경향을 보인다. 남측으로 가면서 심도가 증가하는 관계로 남쪽으로 갈수록 생산되는 탄화수소의 API 비중은 증가하고, 공극의 압력도 증가한다(Fig. 8).
이글포드 셰일이 개발되는 텍사스 남서부 지역에서 공극률은 6-14%로 매우 높은 편이다(Table 1). 상부구간에서 7-12%로 다소 감소하지만 이는 일반적인 셰일에 비해 매우 높은 편이다. 이는 점토광물로 이루어진 셰일에 비해 탄산염 광물이 풍부하고, 셰일내의 실리카 함량이 높아 생성된 석유 및 가스에 의해 자연균열(natural fracture)이 형성되어 공극률 및 투수율이 증가하였기 때문이다(Matsutsutu, 2011).
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Fig. 8. Maturity trend and southeastward changes in physical properties of the Eagle Ford Shale in response to an increase in burial depth. Contours represent burial depth of the Eagle Ford Shale (after Matsutsuyu, 2011). | |||||||
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Table 1. Physical properties of the Eagle Ford Shale (after Javie, 2012) | |||||||
Eagle Ford Shale (Average) | |||||||
Gross thickness (ft) | 100-300 | Silica Content (%) | 15 | Permeability (nD) | 700-3,000 (1,000) | TOC (wt.%) | 2.0-8.5 (2.76) |
Net thickness (ft) | 150-300 | Clay content (%) | 15 | Vitrinite Reflectance (%Ro) | 0.8-2.6 (1.2) | First year Decline (gas, %) | 70 |
Porosity (%) | 6-14 | Carbonate content (%) | 60 | Hydrocarbon Index | 80 | Average EUR (horiz.)(gas, bcfe) | 1.4 |
* EUR = estimated ultimate recovery; bcfe = Barrels of oil equivalent per acre-foot; horiz. = horizontal well | |||||||
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Fig. 9. A map showing variable origins of natural fractures in the Eagle Ford Shale (modified from Matsutsuyu, 2011). |
이글포드 셰일에서 자연균열은 정량화하기 어려우나 산 마르코스 아치, 사바인 아치 등의 형성과 관련된 구조운동, 대륙붕단 인근지역에서 분지가 침강하면서 형성된 균열, 하부의 로우안 암염층의 이동, 그리고 석유와 가스가 형성되면서 일어난 과압(overpressure) 현상 등 다양한 원인에 의해 형성된 것으로 추정된다(Matsutsutu, 2011) (Fig. 9). 치밀오일 및 치밀가스를 개발하는데 있어 일정한 방향의 자연균열은 시추계획을 세우는데 있어 중요하나(Gihm et al., 2011), 셰일가스 및 셰일오일을 생산하는 북미지역의 다른 셰일층과는 달리 이글포드 셰일에서의 자연균열의 규칙성은 확인되지 않는다(Matsutsutu, 2011).
개발사 및 개발현황
텍사스 남서부 지역은 1900년대 이래로 석유의 탐사 및 개발이 활발히 이루어져 왔다. 이글포드 셰일에서는 기존의 수직 시추정을 통하여 유징을 확인하였으나 초기에만 소량의 석유가 생산되고 그 이후에는 생산이 되지 않아 개발이 불가능 한 것으로 알려져 왔다. 또한 공극률 및 유체투과도도 사암 저류층에 비해 낮아 기존 수직정에서는 경제성 확보가 불가능하였다. 1990년대에 들어와 Halliburton, Weatherford, Baker Hughs, Schulumberger 등의 회사가 수평시추를 수행하여 이글포드 셰일에서도 석유를 생산할 수 있음을 확인하였다. 이후 2008년 Petrohawk사가 La Salle County의 Hawkville Field에서 수평으로 3,200 ft를 시추하고 10단계(stage)의 수압파쇄를 하여, 7.6 MMCFD의 가스를 생산하였다(Railroad Commission of Texas, 2013). 이후 2010년부터 본격적인 개발이 시작되어 Anadarko, Apache, Atlas, EGO, Lewis Petro., Geosouthern, Pioneer, SM Energy, XTO사 등 수많은 회사들이 참여하게 되었다. 현재 약 30개 회사가 개발을 진행 중이며, 한국석유공사는 Anadarko사와 2009년 개발에 참여하였다. 2008년에는 26공이 시추되었으나, 2009년에는 94공, 2010년에는 시추가 더욱 활발히 수행되어 1,010공, 2011년에는 2,826공이 시추되었고, 2012년에는 약 4,000공이 시추되었다. 2013년 4월 현재 약 2,800여개의 추가 시추가 이루어질 예정이다(Fig. 10).
이글포드 셰일에서 석유가 가장 잘 생산되는 “Sweet Spot”은 습성가스 생성단계에 있는 지역이다. 이는 지층 내에서 가스가 방출되면서 석유를 밀어내어 석유의 생산량이 높고, 또한 생산되는 석유는 초경질유로서 가격이 높아 경제성이 매우 높기 때문이다. 그러나 현재 가스 가격이 낮고 가스파이프라인의 부족으로 가스의 생산이 오히려 경제성 확보에 부정적인 영향을 주고 있다. 따라서 석유의 생산량은 적으나 가스의 생산량도 적은 북쪽의 석유 생성단계에 있는 지역이 오히려 경제성이 있는 지역으로 각광을 받고 있다.
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Fig. 10. Annual trend of drilling permits in the Eagle Ford Shale (Railroad Commission of Texas, 2013). |
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Fig. 11. An annual increase rate in daily hydrocarbon production of the Eagle Ford Shale (Railroad Commission of Texas, 2013). |
이글포드 셰일에서 1공당 생산량은 초기 1개월간 200-700 BOEPD(Barrels Oil Equivalent Per Day) 이며, 최대 3,000 BOEPD에 달할 정도로 생산성이 매우 높다. 그 중 석유생산량은 초기 1개월간 200-600 B/D 정도로 석유의 생산량이 많아 가스 가격이 현저히 낮은 2012년에도 매우 높은 경제성을 보여준다. 석유 생산이 시작된 2009년 초기만 하더라도 이 지역의 광권가격(lease price)은 500 US$/acre로 매우 낮았으나, 이후 가격이 급상승하여 2012년 말에는 최저가격이 7,000 US$/acre이고 최대가격은 25,000 US$/acre, 평균가격은 14,000 US$/acre에 달한다. 시추비는 1공당 약 550만 달러 정도이며, 현재 기술로 2-3주에 1공의 시추, 수압파쇄 및 완결작업(completion)이 완료될 정도로 매우 빠른 속도로 시추가 이루어지고 있다. 상대적으로 석유가 많이 생산되는 관계로 광권가격을 제외하였을 경우 유가 50달러에서도 경제성이 있다.
매장량
2010년 EIA(U.S. Energy Information Administration)가 석유가 생산되는 이글포드 셰일의 분포범위를 약 140만 acre, 가스가 생산되는 분포범위를 약 12만 acre로 평가한 후, 공당 궁극매장량(EUR)(330 MBO(Thousand Barrels of Oil), 5.5 BCF), 공당거리(well/128acre(oil), well/160 acre(gas)) 및 셰일의 석유지질학적 특징을 바탕으로 매장량을 평가하였다. 이에 따르면 이글포드 셰일에 3.35 BBO(Billion Barrels Oil)의 석유와, 20.81 TCF의 가스가 발견잠재자원량으로 존재할 것으로 평가하였다(EIA, 2013). 하지만, 최근 생산기술의 발달로 인하여 공당 궁극매장량은 최대 1,100 MBOE(Thousand Barrels Oil Equivalent)이며, 향후 상대적으로 깊은 곳에 존재하는 셰일을 개발할 경우, 자원량은 더욱 증가할 것으로 예상된다. 이와 더불어 2012년 이글포드 셰일에 대한 총석유스시템(Total Petroleum System) 기반의 평가결과에 따르면, 약 853 MMB(Million Barrels)의 석유 및 2,043 MMB의 컨덴세이트, 51,926 BCF(Billion Cubic Feet)의 가스가 미발견원시부존량으로 존재할것으로 예상하였다(Dubiel et al., 2012).
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Fig. 12. Normalized Production decline profile for the Eagle Ford Shale groups (modified from Martin et al., 2011). Note a rapid decrease in production rate within 4 months after initial production (calculated based on 6MCF=1BOE, BOEPD=Barrels oil equivalent per day). |
2008년 이후 급격한 개발로 인해, 석유생산량은 2010년, 15,163 B/D, 2011년, 128,619 B/D, 2012년 381,317 B/D로 증가하였으며, 컨덴세이트와 가스 역시 동일 기간 동안 18,684 B/D 77,350 B/D, 116,491 B/D, 322 MMCFD, 1,206 MMCFD, 2,039 MMCFD로 각각 증가하였다(Fig. 12). 2013년 3월 현재 석유생산량은 512,455 B/D, 컨덴세이트는 96,952 B/D, 가스는 1,945 MMCFD에 이른다(Fig. 11). 2015년에는 석유 및 컨덴세이트는 일산 75만 배럴에 달할 것으로 추정되나 현재 생산량 증가 속도로 보아 그 이상의 석유가 생산될 가능성도 있다.
이글포드 셰일에서 초기 1개월간 생산량은 일산 200- 600 배럴로 매우 높으나 1년 후에는 일산 80-150 배럴로 생산량이 급격히 감소한다(Fig. 12). 일부 석유회사는 7-8년 정도 생산이 지속될 것으로 예측하고 있으나, EOG사는 자사의 시추정에 대한 평가에 따라, 20년간 생산이 가능할 것으로 예상하고 있다(EOG, 2013). 그러나 이 지역의 수평시추 및 수압파쇄로 생산하는 시추정에서는 최대 3년간의 감퇴곡선 자료 밖에 없어 향후 생산량을 추정하는 것은 어렵다.
개발 및 생산에서의 문제점
이글포드 셰일에서 석유 및 가스 생산량이 급증하여 텍사스 남서부 지역에서는 석유 및 가스 파이프라인이 병목 현상을 보이고 있다. 생산된 석유는 트럭으로 수송하며, 이로 인한 교통체증 및 도로훼손이 심각하다. 이로 인해 이 지역의 파이프라인 회사들은 2012년 말까지 10억 달러(US$)를 투자하여 일일 운송량 940,000 배럴의 새로운 석유 파이프라인을 건설하고 있다. 따라서 현재 석유 파이프라인의 병목현상은 2013년 말에 해소될 전망이다. 일부 파이프라인 회사에서는 기존의 가스 파이프라인을 석유 파이프라인으로 전환하는 계획을 세우고 있다. 특히, 석유 생산량이 가장 높은 습성가스 성숙지역에서는 가스도 많이 생산되나, 가스 가격이 낮고 가스 파이프라인도 부족하여 가스의 생산이 오히려 경제성 확보에 불리한 측면도 있다. 이는 북미지역에서 가스 가격의 하락으로 가스 생산회사 뿐만 아니라 파이프라인 회사도 채산성을 맞추지 못하기 때문이다. 그러나 이글포드 셰일에서는 석유를 생산하기 위해서 가스를 생산해야하기 때문에 Anadarko사를 비롯한 일부 치밀오일 개발회사들은 독자적인 가스 파이프라인을 건설을 검토하고 있다. 일부회사는 석유 성숙지역으로 개발지역을 전환하기도 하는데, 이는 석유생산량은 적으나 석유와 함께 생산되는 가스의 양도 적기 때문이다.
이글포드 셰일에서 석유가 생산되는 지역은 수압파쇄를 위한 물이 부족하다. 수압파쇄를 위한 물은 이글포드 셰일 층 상위의 신생대층인 카리조-윌콕스 층군(Carrizo- Wilcox Group)의 대수층에서 산출되는 지하수를 이용한다. 다량의 물이 사용되는 관계로 텍사스 남서부 지역에서는 이 귀중한 지하수가 고갈되고 있다. 따라서 일부회사는 해안선 인근지역에 분포하는 반염수(barckish water)를 처리하여 시추에 사용하기도 한다.
이와 더불어 석유개발이 증가함에 따라 시추현장에서는 인부 숙소가 모자라 인근 호텔은 1년 이상 모두 예약이 된 상태이며, 인근 야영장도 모두 텐트로 들어차 있다. 또한 급격한 인구증가로 인해 생필품이 부족하고, 물가 역시 급등하고 있다. 따라서 이 지역에서 토지를 소유하고 있는 농장주 및 목축 업자를 제외한 대다수의 주민은 경제적, 사회적으로 많은 어려움을 겪고 있어, 석유 개발에 반대하고 있다. 따라서 최근 치밀오일 개발에 있어 가장 큰 문제점은 기술이나 자본이 아닌 주민을 설득하고 협조를 얻어내는 것이 사업성패에 있어 중요하다. 또한 시추 및 수압파쇄 시 사용되는 케이싱 파이프 및 균열지지제(proppant)의 공급이 부족하여 일부 개발회사는 어려움을 겪고 있으며, 일부지역에서는 독성 황화수소가스(H2S)가 발생하여 문제를 일으키기도 한다.
결 론
이글포드 셰일은 후기 백악기에 외해와의 연결이 제한된 멕시코 만의 대륙붕에서 퇴적된 석회질 이회암으로 구성되어 있다. 점토광물의 함량이 적고, 석회질 및 실리카 광물의 함량이 높아 수압파쇄에 유리하다. 이글포드 셰일의 유기물 함량은 2-8.5%로 매우 높으며, 매몰심도에 따라 석유생성단계, 습성가스 생성단계 및 건성가스 생성단계 지역으로 구분된다. 석유가 가장 많이 생산되는 습성가스 생성단계에 해당되는 지역에서는 1공당 일일 석유 환산 생산량이 200-700 배럴에 이른다. 이 중 석유의 생산량이 200-600 배럴에 달한다. 이글포드셰일에 대한 EIA의 평가에 따르면, 30억 배럴의 석유 및 20 TCF의 가스가 발견잠재자원량으로 존재한다. 2008년 Petrohawk사가 수평시추 및 수압파쇄를 통해 개발에 성공한 이후 본격적인 개발이 시작되어 2012년 말, 석유의 경우 일일 생산량이 38만 배럴에 달하며, 향후 2015년에는 일산 75만 배럴의 석유 및 컨덴세이트가 생산될 것으로 예상된다.
급격한 개발로 인해 석유 및 가스 파이프라인이 부족하며, 수압파쇄를 위한 물도 부족한 실정이다. 광권가격의 급증, 물가상승, 주민반발 등 다양한 어려움이 있으나, 바켄 셰일, 미시시피안 라임스톤 및 바넷 셰일 콤보 플레이(Ko, 2007) 등과 함께 이글포드 셰일에서의 치밀오일 생산은 급증하여 향후 국제유가의 안정화에 크게 기여할 수 있을 것으로 예상된다.
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