해양 시추

해양 시추()는 해저 아래에 시추공을 뚫는 기계적 과정이다. 일반적으로 해저 아래의 암석층에 존재하는 석유를 탐사하고 이후 추출하기 위해 수행된다. 가장 흔하게는 대륙붕에서의 시추 활동을 설명하는 데 사용되지만 호수, 연안 해역 및 내해에서의 시추에도 적용될 수 있다.

해양 시추는 생산된 탄화수소와 시추 작업 중에 사용되는 재료로 인해 해상과 육상 모두에서 환경적 문제를 야기한다. 논란이 되고 있는 사안으로는 지속적인 미국 해양 시추 논쟁이 있다.Compton, Glenn, 10 Reasons Not to Drill for Oil Offshore of Florida, The Bradenton Times, January 14, 2018

해양 시추 작업이 이루어지는 시설에는 여러 가지 유형이 있다. 여기에는 하부 지지식 시추 리그(잭업 바지 및 늪지 바지선), 하부 지지식 또는 부유식 플랫폼인 복합 시추 및 생산 시설, 그리고 반잠수식 플랫폼이나 드릴십을 포함한 심해용 이동식 해상 시추 유닛(MODU)이 포함된다. 이러한 장비들은 수심 까지 작업이 가능하다. 얕은 바다에서 이동식 유닛은 해저에 닻을 내려 고정하지만, 수심 보다 깊은 곳에서는 반잠수식 플랫폼과 드릴십이 동적 위치 제어를 사용하여 필요한 시추 위치를 유지한다.

 역사 
1891년경, 오하이오주의 그랜드 레이크 세인트메리스 담수호에 말뚝을 박아 건설한 플랫폼에서 최초의 수중 유정 시추가 이루어졌다. 이 유정들은 브라이슨(Bryson), 라이리 오일(Riley Oil), 저먼-아메리칸(German-American), 뱅커스 오일(Banker's Oil)과 같은 소규모 지역 회사들에 의해 개발되었다.

1896년경, 캘리포니아주 산타바바라 해협까지 뻗어 있는 서머랜드 유전 구역에서 바닷물 속의 첫 수중 유정이 시추되었다. 이 유정들은 육지에서 해협으로 뻗어 나간 부두(pier)에서 시추되었다.History of the Offshore Oil and Gas Development in Louisiana  at the Mineral Management Services, Dept of the Interior

다른 주목할 만한 초기 수중 시추 활동으로는 1900년대 캐나다 측의 이리호와 1910년대 루이지애나주의 카도호에서 이루어진 작업이 있다. 그 직후 텍사스주와 루이지애나주의 미국 걸프 연안을 따라 조간대 지역에서 유정이 시추되었다. 텍사스주 베이타운 근처의 구스 크리크 유전이 그 예이다. 1920년대에는 베네수엘라의 마라카이보호에서 콘크리트 플랫폼을 이용한 시추 활동이 있었다.

가장 오래된 해저 유정 중 하나는 1923년 아제르바이잔에서 가동을 시작한 비비헤이바트 유정이다. 이 유정은 카스피해의 얕은 부분에 만들어진 인공섬에 위치해 있었다. 1930년대 초, 텍사코 사는 멕시코만의 기수 해안 지역에서 시추하기 위한 최초의 이동식 강철 바지선을 개발했다.

1937년, 퓨어 오일과 파트너사인 슈피리어 오일은 고정식 플랫폼을 사용하여 루이지애나주 칼카슈군 해안에서  떨어진 수심  지점의 유전을 개발했다.

1938년, 험블 오일은 멕시코만의 맥파든 비치 해상에 철로가 깔린 1마일 길이의 나무 잔교를 건설하고 그 끝에 데릭(시추탑)을 설치했으나, 나중에 허리케인으로 파괴되었다.

섬네일|해양 시추 리그의 작업자

1945년, 해상 석유 자원에 대한 미국의 통제권 확보를 위해 해리 트루먼 대통령은 미국 영토를 대륙붕 가장자리까지 일방적으로 확장하는 행정명령을 발표했다. 이 조치는 "공해의 자유" 체제의 3해리 제한을 사실상 종결시켰다.

1946년, 매그놀리아 페트롤리엄 컴퍼니는 루이지애나주 세인트메리군 해안에서  떨어진 수심  지점에 플랫폼을 세우고 시추를 진행했다.

1947년 초, 슈피리어 오일은 루이지애나주 버밀리언군에서 약  떨어진 수심  지점에 시추 및 생산 플랫폼을 세웠다. 그러나 파트너사인 필립스 페트롤리엄과 스태놀린드 오일 & 가스의 운영사인 커맥기가 1947년 10월 역사적인 십 숄 블록 32(Ship Shoal Block 32) 유정을 완공했는데, 이는 슈피리어가 더 먼 바다의 버밀리언 플랫폼에서 실제로 발견 시추를 하기 몇 달 전이었다. 어찌 되었든, 이로써 커맥기의 유정은 육지가 보이지 않는 곳에서 시추된 최초의 석유 발견이 되었다. 해양 시추가 수심 까지 깊어지면서 고정식 플랫폼 리그가 건설되었고, 멕시코만의 수심 에서  사이의 시추 장비 요구가 생겨나자 전문 해상 시추 계약업체들로부터 최초의 잭업 리그가 등장하기 시작했다.

섬네일|해양 시추 리그(약 1968년경)

최초의 반잠수식 플랫폼은 1961년 예기치 않은 관찰의 결과로 탄생했다. 블루 워터 드릴링 컴퍼니(Blue Water Drilling Company)는 셸 오일을 위해 멕시코만에서 4개 기둥으로 된 잠수식 리그 '블루 워터 리그 1호'를 소유 및 운영하고 있었다. 폰툰(부함)이 리그와 소모품의 무게를 지탱할 만큼 부력이 충분하지 않았기 때문에, 이 리그는 폰툰 상단과 데크 하단 사이의 중간 흘수 상태로 이동 지점 사이를 견인되었다.

이 흘수 상태에서의 움직임이 매우 작다는 사실이 발견되었고, 블루 워터 드릴링과 셸은 공동으로 부유 모드에서 리그를 운영해 보기로 결정했다. 고정된 안정적인 부유식 심해 플랫폼 개념은 1920년대 에드워드 로버트 암스트롱이 '시드롬(seadrome)'이라는 발명품으로 항공기를 운용할 목적으로 설계하고 테스트한 바 있었다. 최초의 특수 목적형 시추용 반잠수식 플랫폼인 '오션 드릴러(Ocean Driller)'는 1963년 ODECO에 의해 진수되었다. 그 이후로 많은 반잠수식 리그들이 시추 산업의 이동식 해상 선단을 위해 특수 설계되었다.

섬네일|심해용 반잠수식 플랫폼과 드릴십의 비교

최초의 해상 드릴십은 지구의 지각을 뚫기 위한 모홀 프로젝트를 위해 개발된 'CUSS 1'이었다.

2010년 6월 기준으로 전 세계 해상 리그 선단에는 620대 이상의 이동식 해상 시추 리그(잭업, 반잠수식, 드릴십, 바지선 등)가 운용 가능했다.

현재 세계에서 가장 깊은 허브 중 하나는 멕시코만의 퍼디도로, 수심 에 떠 있다. 로열 더치 셸이 운영하며 30억 달러의 비용을 들여 건설되었다. 가장 깊은 곳에서 가동 중인 플랫폼은 워커 리지 249 유전의 페트로브라스 아메리카 카스케이드 FPSO로 수심 에 위치해 있다.

 시추 플랫폼 

300px|섬네일|해상 석유 및 가스 구조물의 유형.

해양 시추는 일반적으로 이동식 해양 시추 유닛(MODU)으로 알려진 플랫폼에서 수행되며, 수심에 따라 다음과 같은 여러 형식이 있다.
 잭업 리그
 잠수식 시추 리그
 반잠수식 플랫폼
 드릴십
위에서 언급한 MODU 외에도 해양 개발에는 시추, 생산 또는 두 가지 모두를 지원하는 다양한 고정식 플랫폼 및 부유식 시추 플랫폼이 사용된다. 주요 유형은 다음과 같다.

 고정식 플랫폼 - 다리가 해저에 직접 고정된 견고한 구조물로, 시추 리그, 생산 시설, 그리고 거주 구역이 있는 데크를 지탱한다. 이러한 플랫폼은 일반적으로 강철로 제작된 "재킷" 플랫폼이나 콘크리트로 제작된 "중력 기반 구조물"이다. 강철 재킷 플랫폼은 해저에 박힌 관형 강철 부재로 구성되며, 콘크리트 케이슨 플랫폼은 대형 콘크리트 베이스와 내부 부력 탱크를 포함할 수 있다. 고정식 플랫폼은 실용적인 수심 제한이 보통 수백 미터이므로 얕거나 중간 정도의 수심에서 경제적이다.
 컴플라이언트 타워 - 컴플라이언트 타워(CT)는 말뚝으로 해저에 고정된 높고 가느다란 유연한 타워 구조물이다. 바람, 파도, 해류와 같은 환경 하중 하에서 상당한 측면 편향을 견디도록 설계되었다. 유연성 덕분에 기존의 고정식 재킷보다 훨씬 깊은 수심(일반적으로 수백 미터에서 약 900미터 범위)에서 작동할 수 있다.
 인장각 플랫폼 - 이 플랫폼 유형은 해저에 고정된 수직 인장 텐던(또는 테더)에 의해 안정화되는 부유식 구조물이다. 텐던은 수직으로 매우 뻣뻣하기 때문에 대부분의 수직 운동을 제거하며, 이를 통해 웰헤드와 생산 장비를 해저가 아닌 데크에 위치시킬 수 있다. TLP는 깊은 바다 환경(종종 수천 미터)에 적합하며, 소규모 유전을 위해 '미니 TLP' 변형인 씨스타(Seastar) 플랫폼 등이 개발되었다.
 스파 플랫폼 - 스파 플랫폼은 부력을 제공하는 대구경의 수직 원통형 선체 또는 하드 탱크와 그 위의 데크로 구성되며, 체인이나 와이어와 같은 기존의 계류선을 사용하여 해저에 계류된다. 이 플랫폼에는 클래식, 트러스, 셀(cell) 스파 등 여러 유형이 있으며, 선체 구성과 내부 밸러스트 배치에 따라 차이가 있다. 스파 플랫폼의 깊은 흘수 설계는 매우 깊은 바다에서 탁월한 안정성을 제공하여 초심해 생산 및 시추에 적합하다.
 부유식 생산 시스템 (FPS) - FPS는 반잠수식 플랫폼과 같은 부유식 플랫폼으로, 생산과 때때로 시추를 위한 장비를 갖추고 있다. 이러한 유닛은 대개 케이블과 체인인 계류선에 의해 고정되거나 동적 위치 제어 시스템에 의해 위치를 유지한다. FPS 유닛은 수천 피트 정도의 초심해에서 작동할 수 있다.
 부유식 원유생산 저장 하역 설비 (FPSO) - FPSO는 해저 유정에서 탄화수소를 처리하고 그 석유를 선체에 저장하는 선박 모양의 함정이다. 보통 터렛 계류 시스템을 통해 해저에 계류되어 환경적인 힘에 대응해 선체를 회전(weathervane)시킬 수 있다. 주기적으로 셔틀 탱커가 저장된 석유를 하역해 가는데, 이는 파이프라인 인프라가 제한적이거나 없는 원격 또는 미개척 심해 지역에서 유리하다.

 주요 해상 유전 
주요 해상 유전은 다음과 같다.
섬네일|알래스카 북쪽 보포트해의 인공섬인 노스스타섬은 석유 및 가스 시추 현장이다.
 북해
 멕시코만 (텍사스주, 루이지애나주, 미시시피주, 앨라배마주 인근 해상)
 캘리포니아주 (로스앤젤레스 분지 및 산타바바라 해협, 벤투라 분지의 일부)
 카스피해 (특히 아제르바이잔 해상의 주요 유전들)
 브라질 해안의 캄포스 분지 및 산토스 분지
 뉴펀들랜드 래브라도주 및 노바스코샤주 (애틀랜틱 캐나다)
 나이지리아와 앙골라 서쪽을 포함한 서아프리카 인근의 여러 유전
 동남아시아 및 러시아 사할린섬 인근 해상 유전
 페르시아만의 사파니야(Safaniya), 마니파(Manifa), 마르잔(Marjan)과 같이 사우디아라비아 소유이며 사우디 아람코가 개발한 주요 해상 유전들
 인도의 유전 (뭄바이 하이, KG 분지-인도 동해안, 탭티 유전, 구자라트주)
 뉴질랜드의 타라나키 분지
 시베리아 북쪽의 카라해
 알래스카주 및 캐나다 노스웨스트 준주 해안의 북극해

 과제 
섬네일|육지에서 멀리 떨어져 있다는 점은 물류에서 안전 문제에 이르기까지 많은 과제를 야기한다.
해상 석유 및 가스 생산은 멀리 떨어져 있고 더 가혹한 환경으로 인해 지상 설비보다 더 어렵다. 해상 석유 부문의 많은 혁신은 매우 거대한 생산 시설을 제공해야 하는 필요성을 포함하여 이러한 어려움을 극복하는 것과 관련이 있다. 수심 에 세워진 트롤 A 플랫폼과 같이 생산 및 시추 시설은 매우 크고 막대한 투자가 필요할 수 있다.

또 다른 유형의 해상 플랫폼은 위치를 유지하기 위한 계류 시스템과 함께 떠 있을 수 있다. 부유식 시스템은 깊은 바다에서 고정식 플랫폼보다 비용이 적게 들 수 있지만, 플랫폼의 동적인 특성은 시추 및 생산 시설에 많은 과제를 안겨준다.

바다는 유체 기둥에 수천 미터 이상의 높이를 더할 수 있다. 이러한 추가는 시추 유정의 등가 순환 밀도와 하부 압력을 증가시킬 뿐만 아니라, 분리를 위해 생산된 유체를 플랫폼으로 끌어올리는 데 필요한 에너지를 증가시킨다.

오늘날의 추세는 물을 기름에서 분리하여 플랫폼으로 펌핑하는 대신 다시 주입하거나, 해상에 보이는 설비 없이 육상으로 흐르게 함으로써 더 많은 생산 작업을 해저에서 수행하는 것이다. 해저 설비는 이전에는 접근할 수 없었던 점진적으로 더 깊은 수심의 자원을 활용하는 데 도움을 주며, 바렌츠해와 같이 해빙으로 인해 발생하는 문제를 극복하게 해준다. 얕은 환경에서의 그러한 과제 중 하나는 표류하는 얼음 지형에 의한 해저 빙식이다(해상 설비를 얼음의 작용으로부터 보호하는 수단으로는 해저 매설 등이 포함된다).

해상 유인 시설은 물류 및 인적 자원 측면의 과제도 안겨준다. 해상 석유 플랫폼은 카페테리아, 숙소, 관리 및 기타 지원 기능을 갖춘 그 자체로 작은 공동체이다. 북해에서는 직원들이 2주 교대 근무를 위해 헬리콥터로 운송된다. 이들은 대개 육상 노동자보다 높은 급여를 받는다. 물자 및 폐기물은 배로 운송되며, 플랫폼의 저장 공간이 제한되어 있기 때문에 보급품 전달은 세심하게 계획되어야 한다. 오늘날에는 가능한 한 많은 인원을 관리자와 기술 전문가가 화상 회의를 통해 플랫폼과 연락하는 육상으로 재배치하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 육상 직무는 적어도 서구 세계에서는 석유 산업의 고령화된 인력에게 더 매력적이다. 이러한 노력 등은 통합 운영(integrated operations)이라는 확립된 용어에 포함되어 있다. 해저 시설의 사용 증가는 더 많은 근로자를 육상에 머물게 하려는 목적을 달성하는 데 도움이 된다. 해저 시설은 또한 새로운 분리기나 다른 석유 유형을 위한 다른 모듈을 사용하여 확장하기가 더 쉬우며, 해상 시설의 고정된 바닥 면적에 구애받지 않는다.

 환경에 미치는 영향 

해양 석유 생산은 환경적 위험을 수반하며, 가장 눈에 띄는 것은 플랫폼에서 육상 시설로 석유를 운송하는 유조선이나 파이프라인에서의 기름 유출, 그리고 플랫폼에서의 누출 및 사고(예: 딥워터 허라이즌 기름 유출 사고 및 익스톡 1호 기름 유출 사고)이다. 또한 석유 및 가스와 함께 지표면으로 올라오는 물인 생산수가 발생하는데, 이는 보통 농도가 높은 소금물이며 용해되거나 분리되지 않은 탄화수소를 포함할 수 있다.

 같이 보기 

 심해 채굴
 심해 시추
 드릴십
 잭업 리그
 해상 지반 공학
 미국의 해상 석유 및 가스
 석유 플랫폼
 유정 (석유)
 반잠수식 플랫폼
 천해 시추
 해저 파이프라인
 해저
 척추형 굽힘 제한기

 각주 

 외부 링크 

 Center for Biological Diversity v Dept of the Interior 17Apr2009 DC Appellate Decision stopping offshore Alaska Oil Leases.
 IODP-USIO: Publications: Proceedings of the Integrated Ocean Drilling Program
 "New Oil from the Deep Ocean Floor." Popular Science, October 1975, pp. 106–108.

분류:석유 생산
분류:시추기술