<칼럼> 위험도 낮은 CBM사업 공략해 볼만해
<칼럼> 위험도 낮은 CBM사업 공략해 볼만해
  • 에너지타임즈
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  • 승인 2010.03.05 11:24
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성원모 교수(한양대 지구환경시스템공학과)

우리나라에서는 아직 활발한 참여를 하지 않고 있는 CBM(Coal bed Methane) 사업은 최근 미국, 중국 등의 국가에서 신에너지로서 매우 각광을 받고 있는 에너지사업 중의 하나이므로 이에 대해 간략히 소개를 해 보고자 한다. 

CBM 사업이란 지하의 석탄층에서 천연가스인 메탄가스를 생산해내는 가스전 개발사업을 말한다. CBM과 일반가스전의 주된 차이점은 가스를 부존하고 있는 지층이 사암이나 석회암과 같은 암반층이 아니라 석탄층이라는 것이고, 따라서 가스가 유동되는 양상이 다르다는 점이다.

CBM의 주목적은 1980년대 중반까지만 해도 채탄 과정에서 발생되는 메탄가스에 의한 폭발의 위험성을 제거해 안전을 도모하고 채탄율을 높이며 환기 비용을 줄임으로써 투자비용을 절감하는데 있었다.

그러나 최근 들어 유가가 높고 오일 사용에 의한 이산화탄소 발생의 환경오염 문제로 인해 비교적 청정에너지인 천연가스 수요가 급격히 증가하면서 CBM으로부터 생산되는 메탄가스를 천연가스 에너지원으로 사용하게 됐다.

게다가 석탄층은 일반가스전과는 달리 세계적으로 비교적 고르게 널리 분포되어 있다는 것도 우리나라의 입장에서는 또 하나의 큰 장점이다. 뿐만 아니라 세계적으로 석탄은 25조톤 정도 매장되어 있고, 여기에 함유된 메탄가스의 매장량도 방대해 1500조톤 정도로 추정된다.

CBM은 비교적 심도가 낮은 천부지층에 주로 부존돼 있어 개발이 쉽고, 이미 사업화 돼 있는 일반가스전의 생산 및 평가 기술을 활용할 수 있으므로 생산 및 운영비용이 적게 소요되는 장점을 갖고 있다.

석탄층의 메탄가스는 에너지원으로써 가치가 충분히 인정되어 현재에는 미국, 호주, 중국, 동유럽 등의 국가에서 상업적으로 매우 활발히 사업이 진행되고 있다. 특히 미국 텍사스주의 미들랜드 지역에서 과거 메이저오일기업들인 엑슨, 모빌, 코노코, 텍사코, 아모코 등에 의해 상업생산이 이뤄져 왔으며, 매우 큰 수익을 올리고 있다.

이 메이저 기업들은 최근에는 중국에도 큰 관심을 갖고 있는데, 이는 향후에 중국내의 가스공급 부족현상이 심화돼 2800억톤이 부족할 것으로 추정되며, CBM 가스 매장량도 250조톤으로 매우 방대한 것으로 보고되고 있기 때문이다.

최근 이산화탄소의 저장 지층으로도 크게 각광을 받고 있는데, 이는 이산화탄소를 주입해 메탄가스의 회수율을 증진하는 ECBM 뿐만 아니라, 석탄 입자의 표면에 흡착돼 있던 메탄가스보다 2∼3배 더 많은 양의 이산화탄소가 흡착될 수 있기 때문에 각광을 받고 있다.

CBM에서 메탄가스가 생산되는 과정을 살펴보면 석탄층에서 먼저 지하수를 펌핑하면 탄층 압력이 떨어지게 되고 이로 인해 석탄 입자의 표면에 흡착돼 있던 메탄이 탈착된다.

이 메탄가스는 투과성이 극히 낮은 석탄 매질내에서 농도 차에 의해 확산된 후 클릿(Cleat)이라 불리는 투과성이 양호한 균열망을 통해 압력이 가장 낮은 생산정 방향으로 가스가 이동되므로서 생산이 이뤄진다.

따라서 탈착된 가스의 유동은 클릿의 밀도 및 발달 정도에 따라 큰 영향을 받게 된다. 또한 탈착된 가스와 지층수가 튜빙관을 통해 지상으로 생산되면 탄층내 압력이 감소해 투과도 및 공극율이 변화될 수 있으며 이로 인해 가스의 유동성이 저해될 수 있다.

더불어 지층수의 생산 이후에 탈착된 가스가 생산되므로 일반 가스전에서의 생산량 감퇴현상과는 반대로 초기 생산량이 증가되는 양상이 나타나기도 한다. 이렇듯 흡착이나 탈착이 일어나지 않고 암석의 공극이나 균열을 통해 이동되는 일반가스전과는 유동현상이 다르므로 지층내에서의 가스 생산거동 또한 다르다.

따라서 석탄층의 가스 매장량 평가 및 생산성 평가에서도 이러한 특징적인 유동 메커니즘들이 고려된 저류시뮬레이터 소프트웨어를 이용해야 정확한 평가가 이뤄질 수 있다.

과거에는 기술적 한계로 인하여 수직정만을 이용한 CBM 개발과 생산이 이루어져 비교적 천부에 위치하거나 클릿의 밀도가 높아 투과도가 양호한 석탄층이 개발대상이었다.

하지만 시추 기술과 생산정 스티뮬레이션(Stimulation) 기법의 기술 발전에 따라 수평정 시추 및 인위적인 균열을 생성하여 지층의 투과도를 향상시키는 수평정에의 다단계 수압파쇄기법 등이 CBM 사업에 적용될 수 있으며 이에 따라 탄층의 두께가 얇거나 투과도가 낮아 개발이 유보되었거나 생산이 중지된 CBM 사업들도 다시 개발할 수 있다.

CBM에서의 메탄가스 생산 시 석탄층 내부에서의 유동현상만 일반가스전과 다를 뿐 일반가스전의 가스 생산설비 및 생산절차와 가스처리는 동일하며 생산하는 생산정의 시추기술 등 모든 기술이 정확히 같다. 다만 생산되는 많은 양의 물을 처리하여 환경오염을 방지할 수 있는 시설의 설치에 따른 운영비용이 추가적으로 소요된다는 점이 다를 뿐이다.

따라서 이러한 기존의 생산기술을 활용할 수 있을 뿐 아니라, 일반가스전 보다 석탄층은 천부층에 부존되어 있으므로 생산단계에서의 유리한 점을 갖고 있다.

우리나라 자원개발기업들도 실패 위험성이 낮고 수익성이 높은 CBM 사업에도 보다 공격적으로 공략해 볼만한 사업이라 할 수 있다.


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