SAGD란 무엇인가?

나다 오일샌드의 상당 부분은 지하 깊은 곳에 존재하기 때문에, 일반적인 노천채굴(mining) 방식만으로는 생산이 어렵다.

이 때문에 캐나다 오일샌드 산업에서는 지하에서 직접 비튜멘(bitumen)을 가열하여 생산하는 In-situ 방식이 발전해 왔다.

그리고 현재 캐나다 오일샌드 산업에서 가장 대표적으로 활용되는 In-situ 생산 방식 중 하나가 바로:

SAGD(Steam Assisted Gravity Drainage) 이다.

오일샌드 기술도 계속 발전해왔다

초기 캐나다 오일샌드 개발은 주로:

  Mining(노천채굴)

  CSS(Cyclic Steam Stimulation)

중심으로 발전해 왔다.

https://www.oilsandsmagazine.com/technical/in-situ?

이후 더 깊은 지역의 오일샌드 개발 필요성이 커지면서, 보다 효율적인 In-situ 기술에 대한 연구가 활발히 진행되었고, 그 과정에서 SAGD가 빠르게 확산되기 시작하였다.

최근에는:

  솔벤트 활용

  열효율 개선

  탄소저감

  자동화 기술

등을 결합한 차세대 SAGD 기술 개발도 활발히 진행되고 있다.

SAGD는 어떤 방식인가?

SAGD는 이름 그대로:

  Steam(증기)

  Assisted(보조하여)

  Gravity Drainage(중력 배출)

방식이다.

쉽게 말하면, “증기로 비튜멘을 녹여 흐르게 만든 뒤, 중력을 이용해 회수하는 방식” 에 가깝다.

SAGD는 두 개의 수평정을 사용한다

SAGD의 가장 큰 특징 중 하나는 두 개의 수평정(horizontal well)을 활용한다는 점이다.

일반적으로:

  위쪽 수평정은 증기 주입 역할을

  아래쪽 수평정은 비튜멘 생산

구조로 운영된다.

즉 위쪽에서는 증기를 넣고, 아래쪽에서는 녹은 비튜멘을 회수하는 구조이다.

SAGD는 어떻게 생산하는가?

먼저 위쪽 수평정으로 고온 증기(steam)를 지속적으로 주입한다.

그러면 지하 비튜멘 층이 가열되면서 점도가 낮아지고, 굳어 있던 비튜멘이 천천히 흐르기 시작한다.

이렇게 가열되어 흐르게 된 비튜멘은 중력(gravity)에 의해 아래쪽 생산정으로 내려오게 되고, 이를 지상으로 회수하는 방식이다.

즉, “증기로 녹이고, 중력으로 모아서 생산”하는 개념에 가깝다.

관련 개념도:

https://www.semanticscholar.org/paper/Modeling-steam-assisted-gravity-drainage-in-using-Kumar/7c9868c23986effa8579c807969fd9cff7ddbc07/figure/0

왜 SAGD가 중요해졌는가?

초기 오일샌드 개발에서는 CSS(Cyclic Steam Stimulation) 방식이 많이 사용되었다.

CSS는 하나의 생산정에 

  증기 주입

  가열

  생산

사이클을 반복하는 방식이다.

반면 SAGD는 

  증기를 지속적으로 공급할 수 있고

  생산량 안정성이 높으며

  회수율(recovery factor)이 상대적으로 높은 편

으로 알려져 있다.

이 때문에 현재 캐나다 오일샌드 산업에서는 SAGD가 대표적인 In-situ 생산 방식 중 하나로 자리잡게 되었다.

하지만 SAGD도 한계가 존재한다

SAGD는 오일샌드 산업 발전에 큰 역할을 했지만, 동시에 여러 한계도 함께 지적되고 있다.

대표적으로:

  막대한 증기 사용량

  높은 천연가스 소비

  물 처리 비용

  열손실

  탄소배출 부담

등이 거론된다.

즉 SAGD의 핵심 경쟁력은 결국 “얼마나 효율적으로 증기를 활용할 수 있는가”와 연결된다고 볼 수 있다.

왜 천연가스 가격이 중요한가?

SAGD에서 사용하는 증기를 만들기 위해서는 대량의 열에너지가 필요하다.

이 과정에서 일반적으로 천연가스가 주요 연료로 활용된다.

즉:

  천연가스 가격 상승

  스팀 생산 비용 증가

  운영비 증가

로 이어질 수 있다.

실제로 국제 유가뿐 아니라 북미 천연가스 가격 역시 오일샌드 산업 경제성에 중요한 변수 중 하나로 거론된다.

그래서 ‘스팀 효율’ 경쟁이 시작되었다

최근 오일샌드 산업에서는:

  Steam-Oil Ratio(SOR)

  열효율

  열손실 감소

  스팀 사용량 절감

등이 핵심 경쟁 요소로 주목받고 있다.

즉 같은 양의 원유를 생산하더라도 “얼마나 적은 증기로 생산할 수 있는가”가 경제성과 직결되는 것이다.

실제로 최근 Reuters 기사에서도 캐나다 오일샌드 업계가:

  생산 효율 개선

  자동화

  에너지 절감

  탄소저감 기술

등을 통해 비용 경쟁력을 개선하고 있다고 분석하고 있다.

SAGD는 단순 시추 기술이 아니다

많은 사람들이 원유 생산을 단순 시추 산업으로 생각하지만, SAGD는 조금 다르다.

실제로 SAGD에는:

  열관리 기술

  스팀 시스템

  수처리 기술

  자동화 시스템

  플랜트 엔지니어링

  에너지 효율 기술

등이 함께 결합된다.

즉 SAGD는 단순 원유 생산 기술이라기보다, “열·유체·플랜트·에너지 효율 기술이 결합된 복합 산업 기술”에 가깝다고 볼 수 있다.

그래서 차세대 SAGD 기술 경쟁이 시작되고 있다

최근 오일샌드 산업에서는 기존 SAGD의 한계를 개선하기 위한:

  솔벤트 활용

  스팀 사용량 감소

  열손실 저감

  탄소배출 감소

등 다양한 기술 개발이 진행되고 있다.

특히 최근에는 기존 SAGD 대비 생산 효율과 친환경성을 개선하려는 차세대 기술들이 주목받고 있다.