[사진=GE]

미국 셰일가스는 2008년 국제유가가 100달러를 돌파하면서 개발되기 시작했다. 2012~2013년 절정을 맞다가 2014년 유가가 폭락하면서 수익성이 떨어져 업체들이 하나 둘씩 문을 닫았다. 유가가 40달러인 현재 셰일가스는 제2의 개발붐을 맞고 있다. 비결은 무엇일까?

3일 미국 석유개발 서비스업체 베이컨휴즈에 따르면 미국 내 석유개발 유정(리그) 수는 2008년 1880개, 2012년 1919개로 역대 최고를 기록한 뒤 2014년 1862개, 2015년 977개, 2016년 510개로 급격히 감소했다.

배럴당 100달러가 넘던 유가가 2014년 하반기 50달러 아래로 떨어지면서 셰일가스 수익성 저하로 개발 또는 생산 중인 유정이 대부분 문을 닫은 것이다.

셰일혁명(Shale Revolution)으로 불렸던 셰일가스 개발 붐이 반짝으로 끝나는가 싶더니 2016년 하반기부터 반전이 일어나기 시작했다. 2016년 6월 미국 내 유정 수는 431개까지 줄었다가 1년 후인 올 6월30일 기준으로 940개로 118% 증가했다. 940개 중 대륙붕(offshore) 21개를 제외하고 나머지 대부분은 셰일 유정이다.

유가가 40달러대에 머물렀음에도 불구하고 유정 수가 급격한 증가했다는 것은 40달러대에서도 경제성을 충분히 확보했다는 뜻이다.

비결은 미국의 최첨단 기술이 셰일 개발에 적용됐기 때문이다. 4차 산업혁명의 핵심기술인 인공지능(AI)까지 셰일 분야에 들어왔다.

[자료=한국석유공사]

한국석유공사 보고서에 따르면 제2의 셰일붐을 일으킨 첫번째 기술력은 장공수평정 시추와 다중수압파쇄 기술이다. 셰일 개발기술은 대략 지하 2000m에 존재하는 셰일층에서 원유와 가스를 포집하는 것이다. 이를 위해선 수직 굴착을 한 뒤 셰일층에서 수평 굴착을 하고 수압파쇄로 층을 파쇄한다.

장공수평정 시추는 수평 시추 길이를 늘려 단위 유정길이 당 시추기간과 시추단가를 낮춰 넓은 저류층 면적을 수압파쇄로 자극함으로써 시추 패드 수와 수평정 수를 감소시켜 개발비용을 대폭 줄이는 것이다.

다중수압파쇄는 수압파쇄 시 주입되는 모래와 물의 양을 증가시키고, 스테이지 간격을 줄여 자극저류층의 부피를 증대시켜 생산량을 증대시키는 것이다. 고비용 세라믹 프로판트(proppant)보다 저가의 모래를 사용해 비용을 감소시켜 경제성을 증대시킨다.

최근에는 인공지능 기술까지 도입됐다. 미국 공공정책 싱크탱크인 맨해튼연구소의 지난해 5월 보고서에는 '빅데이터 이즈 더 뉴 오일(Big data is the new oil)'이라는 표현이 등장했다. 보고서는 셰일 개발에 고지능 DOF(Digital Oil Field) 기술이 도입돼 빅데이터 분석과 인공지능 기술이 셰일 2.0을 주도할 것으로 예측했다.

예컨대, 다중수압파쇄의 24~36개 스테이지에서 앞쪽 스테이지에 있는 25~33% 정도만이 좋은 생산성을 보이고 나머지는 그러지 못했다. 이는 생산된 물량보다 3~4배 상당의 석유가 아직 생산되지 못했다는 것을 뜻한다.

[자료=한국석유공사]

여기에 셰일층의 지질 및 지구물리 물성, 유정자극기법 및 빅데이터 분석을 적용해 수압파쇄 공정 등의 개발생산 프로세스를 최적화시켜 생산성을 2배 이상 높인다면 현재의 손익분기유를 45~50달러에서 25달러로 낮출 수 있을 것으로 전망한다.

올해 3월30일 월스트리트저널(WSJ)은 EOG사가 스마트폰앱 iSteer를 통해 현장과 본사 기술자 간에 시추 자료를 실시간으로 공유함으로써 시추 효율성을 높인 사례를 소개했다. 프랙(frack 2.0)으로 불리는 이 기술을 통해 본사의 고급 기술진이 실시간으로 정확히 시추궤도를 조정함으로써 목표층인 스윗스팟(sweet spot)의 10~15피트 범위 내에서 시추해 정확도와 일관성을 유지할 수 있다.

대형 석유개발 서비스업체인 슐럼버저(Schlumberger)사와 할리버튼(Halliburton)사는 많은 데이터 기술자를 채용해 65개의 앱을 자체 개발하고 규격화된 파쇄장비와 물자를 쓰도록 유도하고 있다. EOG사처럼 규모는 작지만 기술이 특화된 중소 서비스회사와 협력해 맞춤형 서비스 기술을 공동 개발하는 사례도 늘고 있다.

현재 셰일가스의 손익분기유가는 대략 36~40달러대로 분석되고 있다. 리스타드 에너지(Rystad Energy)는 주요 지역의 평균 손익분기유가로 2016년 35달러, 2017년 36.15달러를 예상했다. 제2의 셰일 개발 붐이 일면서 비용이 다소 증가했다. 우드맥(WoodMac)은 올해 서비스비용이 작년보다 15% 증가해 손익분기유가가 10% 증가할 것으로 예측했다.

석유공사 관계자는 "셰일가스의 손익분기유가가 2014년 70~80달러에서 30~40달러로 감소한 것은 실로 단기간의 엄청난 기술혁명이라 할 수 있다"며 "IT 기술을 접목한 디지털 오일 필드 활용으로 제2의 셰일혁명을 맞고 있으며, 트럼프 정부는 친탄소 정책으로 혁명을 거들어 주고 있다"고 평가했다.

이어 "우리에게 주는 교훈은 석유개발사업의 보루는 관련 기술확보와 역량개발"이라며 "장기적 안목으로 기술개발에 대해 끊임없이 노력하는 것이 다가오는 불확실성에 대비하는 최소한의 무기임을 확인시켜 주는 것으로 생각한다"고 설명했다.

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