셰일 생산업체, 유가 하락 속 인더스트리 4.0 혁신으로 효율성 제고

에너지 생산업체들이 자동화, 센서 활용, 빅데이터, 원격 모니터링에 대한 새로운 아이디어를 인더스트리 4.0에서 찾으며 기술 스타트업에 기회 창출

2010년대 중반 유가 폭락 후 셰일 석유 및 가스 생산업체들은 해양 유정 작업, 제조업, 심지어 의료 산업에서 기술과 기법을 빌려와 효율성을 높이며 침체에 대응했습니다.

에너지 생산업체들은 인더스트리 4.0에서 자동화, 센서 활용, 빅데이터, 원격 모니터링에 대한 새로운 아이디어를 모색했습니다. 이 과정에서 무인 항공기 검사 회사 같은 기술 스타트업 기회가 생겼습니다. 의료 분야에서 ConocoPhillips 같은 메이저 에너지 생산업체들은 MRI 스캔에 쓰이는 DNA 시퀀싱과 수학을 빌려 코어 샘플링과 맹목적 시추 의존도를 줄이며 암석에서 더 많은 석유와 가스를 짜내려 했습니다.

'기업들과 논의해 본 결과, 유가 폭락 전엔 가능한 모든 방식으로 효율을 극대화하는 데 그다지 관심이 없었다고 봅니다'라고 독립 에너지 리서치 및 비즈니스 인텔리전스 기업 Rystad Energy(노르웨이 오슬로)의 셰일 리서치 부사장 아르템 아브라모프는 말했습니다. '지난 2년간 기술 스타트업이 생겼고, 더 많이 생길 것으로 예상합니다.'

2018년 초 기준 미국 내 생산 중인 셰일 및 재래식 유정 약 75만 개 중 20만 7천 개가 수평 수압 파쇄 유정, 11만 5천 개가 전통적 수평 유정이었습니다. Rystad Energy 데이터에 따르면 올해 예상 2만 3천 개 신규 생산 유정 중 1만 5천 개가 수평 시추로, 개당 추정 비용 645만 달러지만 분지별 상당한 비용 차이가 있습니다.

효율성 향상으로 보통 고용 감소를 기대하지만, 다른 힘들이 셰일 석유 및 가스 노동자 수요에 역설적 효과를 냈습니다. 트럭 운전사부터 석유 엔지니어까지 범위가 넓습니다. '한편으론 자동화가 고용에 부정적 영향을 줘야 합니다'라고 아브라모프는 말했습니다. '하지만 셰일 산업이 증산 중이라 숙련·비숙련 노동자 수요가 높습니다.' 그 결과 텍사스 서부 등 대형 매장량과 시추 활동이 있는 퍼미안 분지 지역에서 실업률이 역대 최저입니다.

비숙련 노동자만 부족한 게 아닙니다. 2015년 유가 폭락 때 석유공학 대학 프로그램 등록이 줄었습니다. 이로 인해 엔지니어 구하기가 어렵다고 아브라모프는 말했습니다.

셸, '미래의 셰일 필드' 발명

증산 와중에 로열 더치 셸(네덜란드 헤이그)은 셰일 매장량에서 110억 배럴의 발견 및 전망 원유를 뽑아내려면 다르게 해야 함을 깨달았습니다. 경영진은 꾸준한 자본 투자를 유지하면서 수익 증대나 비용 절감을 조직에 과제로 던졌습니다. 그 결과 제조업과 인더스트리 4.0에서 크게 빌려왔습니다.

'iShale 프로그램을 구상할 때 우리는 의도적으로 평소 석유 탐사·생산 산업 동맹 밖을 살펴봤습니다. 제조업에서 자동화, 디지털화 등에 활발했던 혁신적 플레이어들을 말이죠'라고 iShale 프로젝트 매니저 프레데릭 와즈덴은 말했습니다. '그게 우리에게 진짜 스타트가 됐습니다. 매뉴팩처링 4.0엔 꽤 오랫동안 이 일을 해온 여러 산업이 있으니까요. 새 걸 개발하기 전, 상업적으로 이용 가능한 기존 기술을 활용하는 게 목표였습니다. 이 접근법으로 하드웨어 관점의 기술 위험은 상대적으로 낮다고 느낍니다.'

미래의 셰일 필드를 만들기 위해 셸은 자동화, 원격 모니터링, 센서 활용, 로보틱스, 데이터 수집 및 분석, 클라우드 컴퓨팅, 태양광과 에너지 저장 배터리 활용으로 운영비 절감을 도울 기업들과 제휴했습니다.

메탄 누출 감지용 카메라, 탱크 레벨 확인과 침입자 감지용 적외선, 파이프 침식 여부 판별용 음향 센서 등 수십 종 센서가 고급 분석 센터에 정보를 공급할 핵심 기능으로 배치됩니다. '더 넓은 제조 비즈니스가 그 센서들을 채택하는 데 한 작업을 했기에 우리가 수혜자입니다. 그래서 공급업체들이 이들을 스케일업할 수 있게 됐습니다'라고 와즈덴은 말했습니다.

iShale 1단계는 퍼미안 분지 자산에서 작업 방식을 바꿔 비용 절감, 생산 개선, 안전 향상을 달성할 수 있음을 입증하는 것입니다. 그 결과 운영에서 이용 가능한 데이터를 활용하고 첨단 분석과 결합해 생산 및 유지보수 관행 최적화 방법을 찾아낼 수 있습니다.

유정 시추 및 유지보수 원격 지원이 프로그램 초석 중 하나입니다. 셸 인력이 캘거리 모니터링 센터에서 아르헨티나 신규 유정 시추를 모니터링하고 자문했습니다. 유정 가동 후 유지보수 인력이 원격 감시 정보로 적절한 안전 장비와 부품을 갖고 도착할 수 있어 또 다른 이점이 입증됐습니다. 목표는 불필요한 유지보수로 과잉 지출하지 않으면서도 핵심 부품이나 기계 고장으로 운영 중단되는 걸 막는 것입니다.

에너지 거인은 자체 심해 작업에 쓰던 기술도 육상 유정으로 이전했습니다.

'해양에선 중량과 공간이 절대적 프리미엄입니다'라고 와즈덴은 말했습니다. '업계가 가스, 오일, 물을 매우 작은 용기에서 분리하는 법을 알아냈습니다. 그 기술이 육상으로 와 트럭 장착 스키드에 분리 장비를 올릴 수 있게 해줬습니다. 기존 분리 플레이나 중앙 처리 시설을 짓는 대신 말입니다.'

셸 비전통 사업부 수석 부사장 그렉 가이드리는 2017년 10월 RigZone 웹사이트에 iShale 원하는 결과로: 자동화되고 통합된 유정과 완공; 확장 가능하고 모듈러한 중앙 시설 설계; 지능형 유정 패드와 무선 통신으로 다상 유동과 분리 가능; 디지털화와 자동화로 예외 관리나 표준 현장 감시 가능; '디지털로 연결되고 교차 훈련된 광범위한 기술 기반' 인력을 가진 '미래 조직' 구현을 꼽았습니다.

하늘의 눈, 데이터 라이브러리에 달렸다

유가 하락과 생산업체들의 비용 절감 추구는 PrecisionHawk(노스캐롤라이나주 롤리) 같은 기업에 아주 좋은 기회가 됐습니다. 이 원격 감지 회사는 무인 항공기로 상위 20대 석유 및 가스 탐사·생산 기업 중 10곳의 검사를 수행합니다.

주 및 연방 차원의 다양한 규제 기관이 월간에서 연간까지 다른 일정으로 석유 및 가스 생산 자산의 여러 유형 검사를 요구합니다. 생산업체들은 신규 유정 현장에 센싱 기술을 내장해 모니터링할 수 있지만, 레거시 필드에 같은 측정 장비를 개조하는 비용은 드론으로 동일한 유형 검사하는 비용보다 훨씬 높습니다.

'문제는 수년 된 유정 현장이 많은데 각각에 1만 달러 센서를 다는 건 말이 안 됩니다'라고 PrecisionHawk 에너지 부문 부사장 패트릭 로만은 말했습니다. '거기서 드론이 진짜 빛을 발합니다.'

드론이 이 일에 잘 맞는 타당한 이유가 있습니다. 유정 패드 간 거리가 미식축구장 2개 길이까지 될 수 있고, 지역 도로는 보통 간접 경로만 제공합니다. 결과적으로 기술자가 하루 최대 10개 현장 방문해 검사할 수 있는 반면, 훈련된 드론 조종사는 밀도에 따라 하루 100~125개 유정 패드에 항공기를 보낼 수 있습니다.

드론이 더 효율적일 뿐 아니라 검사 과정에서 품질 손실도 없을 수 있습니다. '많은 경우 드론이 사람이 감지할 수 있는 건 다 감지합니다'라고 로만은 말했습니다.

여기엔 유정 패드에 식생 침범 여부 확인용 카메라, 메탄 누출이나 과열 부품 감지용 열화상, 메탄 농도 측정용 메탄 레이저, 고인 물 감지용 다중 분광 센서가 포함됩니다.

'지오스페이셜 태그된 정보의 깊이를 고객에게 전달하기 위해 애플리케이션을 쌓는 데 집중합니다'라고 로만은 말했습니다. '구조화된 데이터 깊이가 있으면 PrecisionHawk가 고객과 협력해 AI 애플리케이션으로 유지보수 비용을 낮출 수 있습니다.'

PrecisionHawk는 드론 수집 지오스페이셜 데이터를 활용해 예방 정비 권장과 장비 고장 예측을 하는 시각 학습 도구를 AI 애플리케이션과 연계해 개발 중입니다. 더 많은 데이터를 경제적으로 수집할수록 도구셋이 개선됩니다.

의학 기술이 시추 위치 처방

ConocoPhillips에서 지구과학자들은 의료용 자기공명영상(MRI) 기법으로 지진 판독 데이터 조립과 분석을 위한 독자 공정인 압축 지진 이미징에 활용하고 있습니다. 2017년 11월 애널리스트 및 투자자 회의 녹취록에 따르면 타깃은 퍼미안 분지입니다.

압축 지진 이미징으로 '일반 지진에서처럼 정돈된 샘플링 패턴 대신 랜덤 샘플링을 하고 의료 분야에서 온 수학을 씁니다'라고 알 허시버그 ConocoPhillips 생산·시추·프로젝트 수석 부사장이 회의에서 말했습니다.

단면적(tomographic) 이미징에 적용된 수학이 10배 정의도 증가를 줍니다. 같은 수학을 지진 점 데이터에 적용해 비슷한 정의도 증가를 얻을 수 있습니다.
'…물론 지진 포인트를 덜 쏘고 이전과 같은 해상도를 훨씬 낮은 비용으로 얻을 수도 있습니다'라고 허시버그는 말했습니다.

셰일 운영자들은 의학에서 필수적이 된 DNA 시퀀싱도 활용합니다. 하지만 에너지 생산업체들의 시퀀싱 타깃은 암석 공극과 파쇄 네트워크에 사는 미생물들입니다. 결과를 이용해 원유 잠재력과 이동성을 평가해 유정 배치 최적화, 유정 연결성 모니터링, 완공용 시간별 생산량 측정에 쓴다고 Biota Technology(휴스턴) 웹사이트에 나와 있습니다.