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분유정

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목차

1. 개요

분유정은 19세기 말과 20세기 초 석유 탐사 과정에서 발생한 통제 불능의 유정 분출 현상을 의미한다. 당시 단순한 시추 기술과 방폭 장치의 부재로 인해 고압 저류층이 파괴되면서 석유나 천연 가스가 솟구쳐 올라 분유정이 발생했고, 이는 작업자 사망, 장비 파괴, 환경 오염 등 심각한 피해를 야기했다. 기술 발전으로 방폭 장치가 개발되고 유정 제어 기술이 발전하면서 분유정 발생은 줄어들었지만, 해저 분출, 지하 분출 등 다양한 유형의 분출 사고는 여전히 발생하고 있다. 분유정 진압에는 핵폭발을 이용하거나 해저 유정 격리와 같은 다양한 방법이 사용되었으며, 킨리, 레드 에어와 같은 전문가들이 분유정 제어에 기여했다.

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  • 유정 - 유정 (석유)
    유정은 석유나 천연가스 채취를 위해 시추된 구멍으로, 19세기 후반 석유 수요 증가와 함께 기술 혁신 및 개발 경쟁이 심화되어 1846년 아제르바이잔 바쿠에서 최초 시추, 1859년 미국 펜실베이니아에서 상업적 성공을 거둔 후 심해 유전과 셰일 가스 개발 등 발전을 거듭하며 현재 다양한 종류로 분류되고 개발, 운영, 폐쇄 단계를 거치면서 디지털 기술, 자동화 시스템, 친환경 기술이 도입되고 있다.
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분유정

2. 역사

분유정은 19세기 말과 20세기 초 석유 탐사 시대의 흔한 모습이었으며, 당시의 초기 시추 기술과 방폭 장치 부재는 고압의 석유나 천연가스 저류층을 통제하기 어렵게 만들었다.[2] 이러한 통제되지 않은 분출은 새로운 부의 상징으로 여겨지기도 했지만, 동시에 작업자의 안전을 위협하고 심각한 환경 오염과 자원 낭비를 초래하는 위험한 현상이기도 했다.[3][4] 이후 시추 유체 관리 기술과 방폭 장치(BOP) 등 유정 제어 기술이 발전하면서[6] 분유정 발생은 크게 줄어들었고, 현대 석유 산업에서는 이러한 통제 불능 상태를 '분출'이라 부르며 비교적 드물게 발생한다.[1]

2. 1. 초기 분유정

분유정은 19세기 말과 20세기 초 석유 탐사의 상징과 같았다. 당시에는 케이블 툴 시추법과 같은 단순한 시추 기술을 사용했고, 방폭 장치가 없었기 때문에 시추공들은 고압의 석유 또는 가스 저류층을 제대로 제어할 수 없었다. 이러한 고압 지층을 건드리게 되면 석유나 천연가스가 높은 압력으로 우물을 통해 분출하면서 드릴 파이프까지 밀어내 분유정을 형성했다. 분유정으로 시작된 우물은 "분출했다"고 표현하며, 예를 들어 레이크뷰 분유정은 1910년에 분출했다. 이렇게 통제되지 않는 우물은 엄청난 양의 석유를 쏟아냈고, 종종 약 60.96m 이상 공중으로 치솟기도 했다.[2] 주로 천연가스로 이루어진 분출은 '가스 분유정'이라고 불렸다.

분유정은 새로운 부를 안겨주는 상징이기도 했지만, 동시에 매우 위험하고 낭비적인 존재였다. 분출 과정에서 시추 작업자들이 목숨을 잃거나 중상을 입었고, 고가의 시추 장비가 파괴되었으며, 주변 지역은 수천 배럴의 석유로 뒤덮여 심각한 환경 오염을 유발했다. 또한, 유정에서 뿜어져 나오는 엄청난 폭발 충격과 소음으로 인해 많은 석유 기술자들이 청력을 상실했으며, 분출 순간에 시추 장비 근처에 있는 것은 극도로 위험했다. 야생 동물에게 미치는 영향은 정확히 파악하기 어렵지만, 생태계에 미치는 피해는 심각하고 장기적일 것으로 평가된다.[3]

엎친 데 덮친 격으로, 자유롭게 흘러나오는 석유는 작은 불씨에도 쉽게 불이 붙어 대형 화재로 이어질 위험이 매우 컸다.[4] 당시 분출과 화재의 참상을 보여주는 기록은 다음과 같다.

마치 수백 대의 급행 열차가 질주하는 듯한 굉음과 함께 유정이 폭발하며 사방으로 석유를 뿜어냈다. 시추탑은 순식간에 사라졌다. 케이싱(우물 보호관)은 뜨거운 열기 속에서 채소처럼 시들었고, 무거운 장비들은 불타는 지옥 속에서 기괴한 형태로 뒤틀렸다.[5]


이후 시추 유체의 밀도를 조절하여 시추공 내부 압력을 제어하는 회전식 시추 기술이 개발되면서 분유정을 예방할 수 있게 되었다. 그러나 시추 유체의 밀도가 부적절하거나 유체가 지층으로 유실될 경우에는 여전히 분출 위험이 존재했다.

1924년에는 최초의 성공적인 방폭 장치(BOP, Blowout Preventer)가 개발되어 시장에 보급되었다.[6] 유정 헤드에 부착된 BOP 밸브는 고압 지점을 시추할 때 닫아서 유정 유체를 제어할 수 있게 했다. 유정 제어 기술을 통해 분출이 발생하더라도 다시 유정을 통제할 수 있게 된 것이다. 기술이 발전함에 따라 방폭 장치는 표준 장비로 자리 잡았고, 과거와 같은 대규모 분유정 발생은 크게 줄어들었다.

다음은 기록된 주요 초기 분유정 사례들이다.

연도이름위치비고 (분출량, 특징 등)
1815(이름 없음)미국 오하이오주, 우스터 서쪽소금 채취 중 발견, "가장 높은 나무 꼭대기만큼 높이" 분출.[7]
1861리틀 & 메릭 유정미국 펜실베이니아주, 오일 시티 근처4월 17일 분출 시작 (하루 약 3000oilbbl). 화재로 30명 사망.[8]
1861필립스 #2미국 펜실베이니아 북서부9월 분출 (하루 4000oilbbl).[8]
1861우드포드 유정미국 펜실베이니아 북서부12월 분출 (하루 3000oilbbl).[8]
1862쇼 거셔캐나다 온타리오주, 오일 스프링스1월 16일 분출 (하루 3000oilbbl, 60m 이상). 램턴 카운티 석유 붐 촉발.[9]
1901루카스 거셔미국 텍사스주, 보몬트 (스핀들톱)최고 하루 분출. 9일 만에 통제. 미국 석유 생산량 3배 증가, 텍사스 석유 산업 시작.[10][11]
1908(이름 없음)이란, 마스제드 솔레이만중동 최초의 주요 석유 발견.[12]
1908도스 보카스멕시코 베라크루스 주거대한 분화구 형성, 수년간 유출 지속.
1910레이크뷰 거셔미국 캘리포니아주 컨군 (미드웨이-선셋 유전)미국 최대 분출. 최고 하루 이상, 약 60.96m 높이 분출. 18개월간 이상 유출 (절반 미만 회수).[2]
1921알라미토스 #1미국 캘리포니아주, 시그널 힐롱 비치 유전 발견 계기.[13]
1922바로소 #2베네수엘라, 카비마스9일간 하루 약 분출.[14]
1927바바 구르구르이라크, 키르쿠크 근처하루 속도로 폭발.[15]
1929예이츠 #30-A미국 텍사스주, 페코스 카운티9월 23일, 하루 204,682 배럴 분출 (당시 세계 기록).[16]
1930와일드 메리 수딕미국 오클라호마주, 오클라호마 시티하루 속도로 분출.[17]
1930데이지 브래드포드미국 동 텍사스 유전동 텍사스 유전 발견 계기.[18]


2. 2. 방폭 장치(BOP) 개발과 분유정 감소

시추 유체의 밀도를 조절하여 구멍 내부 압력을 제어하는 회전식 시추 기술이 개발되면서 분유정을 피할 수 있게 되었다. 그러나 유체 밀도가 부적절하거나 유체가 지층으로 손실될 경우에는 여전히 유정 분출의 상당한 위험이 남아 있었다.

1924년, 결정적인 기술 발전이 이루어졌다. 이때 최초의 성공적인 방폭 장치(BOP)가 개발되어 시장에 출시되었다.[6] 유정 헤드에 부착되는 BOP 밸브는 고압 지층을 시추하는 동안 밸브를 닫아 유정 내의 유체를 안전하게 가두고 통제할 수 있게 했다. 이를 통해 유정 제어 기술을 적용하여 유정을 안전하게 관리할 수 있게 되었다. 기술이 발전하면서 방폭 장치는 시추 작업의 표준 장비로 자리 잡았고, 그 결과 과거 흔했던 분유정 발생은 현저히 감소하며 점차 과거의 일이 되었다.

현대 석유 산업에서 통제 불가능한 유정 유출은 '분출'로 알려져 있으며, 비교적 드물게 발생한다. 이는 시추 기술, 유정 제어 기술 및 관련 인력 교육 수준이 크게 향상되어 분출을 효과적으로 예방할 수 있게 되었기 때문이다.[1] 실제로 1976년부터 1981년까지 보고된 분출 사례는 21건에 불과했다.[1]

3. 원인

분유정은 기본적으로 유정 내부의 압력과 외부 지층의 압력 간의 균형이 깨질 때 발생한다. 특히, 저류층 자체의 높은 압력과 이를 제어해야 하는 머드의 압력 사이의 불균형이 주된 원인이다.

지층 압력이 시추 유체 압력보다 높아지면, 석유, 천연가스, 물과 같은 지층 유체가 유정 안으로 역류하는 '킥(kick)' 현상이 발생할 수 있다. 이 킥을 초기에 제어하지 못하면 통제 불가능한 대규모 유체 분출, 즉 분유정으로 이어지게 된다. 분유정 발생의 근본적인 배경이 되는 저류층 압력의 특성과, 분유정의 직접적인 전조 현상인 킥의 발생 및 감지 과정은 분유정의 주요 원인을 이해하는 데 중요하다.

3. 1. 저류층 압력

석유 트랩. 불투수성 암석층("밀봉")의 불규칙성("트랩")은 위로 흐르는 석유를 유지하여 저류층을 형성한다.


석유 또는 원유는 지구 표면 아래의 지질 구조 속 다공성 암석(저류층)에 존재한다. 탄화수소는 물이나 암석보다 가볍기 때문에 위로 이동하다가 불투수성 암석층(밀봉층)에 막혀 저류층 내에 갇히게 된다. 이렇게 탄화수소가 모여 유전이 형성된다. 저류층 내의 압력은 해당 지층의 깊이 및 근원암의 특성에 따라 결정된다.

저류층에는 천연 가스(주로 메탄)도 함께 존재하는 경우가 많다. 천연가스는 일반적으로 저류층 내 석유 위에 위치하거나, 때로는 저류층의 높은 압력과 온도 조건 하에서 석유에 용해된 상태로 존재하기도 한다. 시추 과정에서 압력이 갑자기 낮아지거나(이를 '킥'이라고 한다), 통제되지 않는 분출이 발생하면, 석유에 녹아있던 가스는 급격히 분리되어 나오면서 빠르게 팽창한다. 이 가스의 팽창은 분출의 힘을 더욱 강력하게 만들 수 있다. 어떤 저류층은 석유 없이 거의 천연가스로만 이루어져 있기도 하다.

시추 중 '킥(kick)' 현상, 즉 원치 않는 저류층 유체(가스, 석유, 염수 등)가 유정 안으로 유입되는 것이 감지되면, 가장 먼저 방폭 장치(BOP)를 작동시켜 유정을 지상으로부터 완전히 차단한다. 그 다음으로는 '킬 플루이드(kill fluid)'라고 불리는 더 무거운 시추 유체를 유정 안으로 순환시켜 유정 바닥의 압력(정수압)을 높임으로써 추가적인 유체 유입을 막으려 시도한다. 이 과정은 때때로 유정 통제 전문 회사의 도움을 받아 진행된다. 유입된 유체는 유정 내에서 갑자기 팽창하여 문제를 일으키지 않도록, 초크 밸브를 이용해 케이싱 내부 압력을 세심하게 조절하면서 천천히 순환시켜 외부로 배출한다. 유입된 유체가 주로 염수일 경우에는 압력 변화에 따른 부피 팽창 효과가 크지 않다.

하지만 오일 기반 시추 유체를 사용하는 경우에는 문제가 더 복잡해질 수 있다. 유입된 가스가 깊은 곳의 높은 압력 하에서 시추 유체 자체에 녹아들 수 있기 때문이다. 이 가스는 지표면에 가까워지면서 압력이 낮아지면 갑자기 용액에서 빠져나와 급격히 팽창할 수 있어, 킥 발생 초기 단계에서 위험을 제대로 인지하기 어려울 수 있다. 모든 오염 유체가 성공적으로 순환되어 제거되면, 차단된 케이싱의 압력은 0이 되어야 한다.

만약 킥을 제어하지 못해 대규모 분출(블로우아웃)이 발생하면, 이를 막기 위해 캡핑 스택(capping stack)이라는 특수 장비를 사용한다. 이 장비는 분출이 일어나는 유정 입구에 볼트로 단단히 고정시킨 후, 내부에 있는 강력한 밸브를 닫아 석유나 가스의 흐름을 차단하는 방식으로 작동한다.[23]

3. 2. 시추 킥(Kick)

현대의 유정에서는 다운홀 유체 압력을 머드 기둥을 이용한 수압으로 제어한다. 만약 시추 머드의 압력 균형이 잘못되어 지층의 공극 압력보다 낮아지면, 지층에 있던 유체(석유, 천연가스, 물 등)가 유정 안으로 흘러 들어올 수 있다. 이 현상을 일반적으로 킥(kick)이라고 부른다. 유체가 유입되는 경로는 주로 케이싱이나 노출된 지층 벽과 드릴 스트링 사이의 공간(환상 공간) 또는 드릴 파이프 내부이다.

킥이 발생하면 이상적으로는 방폭 장치(BOP, Blowout Preventer)와 같은 기계적 장벽을 닫아 유정을 외부와 격리하고, 유정 내 유체를 순환시켜 수압 균형을 회복해야 한다. 그러나 유정을 제때 차단하지 못하면, 킥은 지층 유체가 지표면까지 도달하면서 굴착 폭발(blowout)로 빠르게 이어질 수 있다. 특히 유입된 유체에 가스가 포함된 경우, 압력이 낮아지면서 급격히 팽창하여 유체의 유효 무게를 더욱 감소시키므로 상황은 더욱 위험해진다.

시추 중 임박한 킥을 나타내는 경고 징후는 다음과 같다.

'''시추 중 킥 경고 징후'''
구분징후
초기 경고 징후시추 속도의 갑작스러운 변화
드릴 파이프 무게 감소
펌프 압력 변화
시추 유체 회수율 변화
기타 경고 징후가스, 오일 또는 물에 의해 오염된 머드 회수
머드 로깅 장치에서 연결 가스, 높은 배경 가스, 높은 바텀업 가스 감지[22]



시추 중 킥을 감지하는 가장 중요한 방법은 머드 피트(mud pit)로 되돌아오는 머드의 순환 속도 변화를 관찰하는 것이다. 시추팀이나 머드 엔지니어는 머드 피트의 수위를 지속적으로 확인하고, 드릴 파이프로 주입되는 머드의 양과 비교하여 회수율을 면밀히 감시한다. 만약 시추 비트가 위치한 곳의 압력이 시추 머드의 수압(순환 중 발생하는 마찰 압력 포함)보다 높은 지층을 만나면, 지층 유체가 유입되면서 머드 회수율이 증가하는 것이 감지된다. 이는 킥의 강력한 신호이다.

반대로, 머드 회수율이 예상보다 낮다면, 이는 머드의 일부가 마지막 케이싱 슈(casing shoe) 아래 어딘가의 '도둑 영역'(thief zone)이라 불리는 투과성이 높은 지층으로 손실되고 있음을 의미한다. 머드 손실 자체가 반드시 킥으로 이어지는 것은 아니지만, 머드 수위가 낮아져 전체 머드 기둥의 수압이 감소하면 다른 지층에서 유체 유입, 즉 킥이 발생할 수 있다.

3. 3. 킥의 징후 및 감지

유정 내부의 수압은 일반적으로 머드 기둥에 의해 조절된다. 만약 시추 머드의 압력이 지층의 압력보다 낮아지면, 오일, 천연가스, 물과 같은 지층 유체가 유정 내부로 흘러 들어올 수 있는데, 이를 킥(kick)이라고 부른다. 이상적인 상황에서는 방폭 장치(BOP)를 사용하여 유정을 차단하고 유체 순환을 통해 압력 균형을 회복할 수 있다. 그러나 유정을 제때 차단하지 못하면, 유입된 지층 유체가 표면까지 도달하면서 굴착 폭발로 이어질 수 있다. 특히 유입된 유체에 가스가 포함된 경우, 압력 감소에 따라 급격히 팽창하여 상황이 악화될 수 있다.

시추 작업 중 발생할 수 있는 킥의 초기 경고 징후는 다음과 같다.

  • 시추 속도의 갑작스러운 변화
  • 드릴 파이프 무게 감소
  • 펌프 압력 변화
  • 시추 유체 회수율 변화


그 외 다른 경고 징후들은 다음과 같다.

  • 가스, 오일 또는 물에 의해 오염된 머드의 회수
  • 머드 로깅 장치에서 비정상적인 가스 농도(연결 가스, 높은 배경 가스, 높은 바닥 가스 등) 감지[22]


킥을 감지하는 가장 중요한 방법은 머드 피트(mud pit)로 돌아오는 시추 유체의 순환 속도 변화를 관찰하는 것이다. 시추팀이나 머드 엔지니어는 머드 피트의 수위를 지속적으로 확인하고, 드릴 파이프로 펌핑되는 유체의 양과 비교하여 회수율을 면밀히 감시한다. 만약 시추 중인 지층의 압력이 머드의 압력보다 높으면, 지층 유체가 유입되어 순환하는 머드와 섞이면서 머드 회수율이 증가하는 것을 감지할 수 있다. 반대로, 회수율이 예상보다 낮다면, 머드의 일부가 케이싱 슈(casing shoe) 아래의 특정 구간으로 손실되고 있음을 의미한다. 머드 손실이 반드시 킥으로 이어지는 것은 아니지만, 머드 수위가 낮아져 전체적인 수압이 감소하면 다른 구간에서 지층 유체가 유입될 위험이 커진다.

4. 유정 제어(Well Control)

해저 폭발의 두 가지 주요 원인은 장비 고장과 지하 저류층 압력과의 불균형이다.[25] 해저 유정에는 해저 또는 라이저 파이프와 시추 플랫폼 사이에 압력 제어 장비가 설치된다. 방폭 장치(BOP)는 지질학적으로 발생하는 유정 압력을 제어하기 위해 설계된 핵심 안전 장치이다. 이 장치에는 유정 제어 능력을 상실했을 때 탄화수소의 흐름을 차단하기 위한 유압식 차단 메커니즘이 포함되어 있다.[26]

방폭 장비와 관련 절차가 마련되어 있더라도, 운영자는 폭발 발생 시 대응할 준비가 되어 있어야 한다. 유정을 시추하기 전에는 상세한 유정 시공 설계 계획, 오일 유출 대응 계획, 유정 밀봉 계획을 제출하여 미국 해양에너지관리국(BSEE)의 검토와 승인을 받아야 한다. 또한 NTL 2010-N10 지침에 따라 적절한 유정 밀봉 자원에 대한 접근이 보장되어야 한다.[27]

2010년 4월 멕시코만에서 발생한 딥워터 호라이즌 유정 폭발은 수심 약 1524.00m 지점에서 발생했다.[28] 현재 미국 멕시코만에서의 폭발 대응 능력은 하루 130,000 배럴의 유체를 포집하고 처리할 수 있으며, 약 3048.00m 깊이에서 하루 2억 2천만 입방 피트의 가스를 처리할 수 있는 수준이다.[29]

5. 유형

분유정은 발생 위치에 따라 크게 지상 분출, 해저 분출, 지하 분출 등으로 나눌 수 있다. 각 유형은 발생 환경과 제어 방식 등에서 차이를 보인다.

5. 1. 지상 분출(Surface Blowouts)

유정 분출은 시추 단계, 유정 시험, 유정 완결, 생산 또는 유정 개수 활동 중에 발생할 수 있다.[1] 지상 분출 시에는 드릴 파이프가 유정 밖으로 뿜어져 나올 수 있으며, 분출하는 유체의 힘은 시추 장비를 손상시킬 정도로 강력할 수 있다. 분출되는 물질에는 석유 외에도 천연 가스, 물, 시추 유체, 진흙, 모래, 암석 등이 포함될 수 있다.

지상 분출은 분출되는 암석에서 발생하는 불꽃이나 마찰열로 인해 쉽게 점화되어 화재로 이어질 수 있다. 이 경우, 유정 제어 전문 회사가 투입되어 유정 화재를 진압하고 유정을 막는 작업을 수행하며, 손상된 케이싱 헤드 및 기타 지상 장비를 교체한다. 만약 분출 가스에 유독한 황화 수소가 포함되어 있다면, 안전을 위해 의도적으로 점화하여 덜 위험한 물질로 변환시키기도 한다.

때때로 분출의 힘이 너무 강력하여 지상에서 직접 제어하기 어려울 수 있다. 특히 분출 구역의 에너지가 매우 커서 시간이 지나도 쉽게 고갈되지 않는 경우, 구제 유정(Relief well)이라고 불리는 별도의 유정을 시추하여 분출 지점 깊숙이 '킬-웨이트(kill-weight)' 유체를 주입하는 방식으로 제어한다. 구제 유정은 1930년대에 처음 시도되었으며, 당시에는 주 시추공에 물을 주입하는 방식으로 사용되었다.[24] 구제 유정은 단순히 압력을 분산시키기 위해 여러 출구를 만드는 방식과는 다르다.

다음은 역사적으로 기록된 주요 지상 분출 사례이다.

연도위치유정 이름특징 및 비고
1815미국 오하이오주 우스터 서쪽(이름 없음)소금 채취 중 발생한 초기 분출 사례. "가장 높은 나무 꼭대기만큼" 분출.[7]
1861미국 펜실베이니아주 오일 시티 근처리틀 & 메릭 유정하루 약 3,000 배럴 분출. 분출 직후 화재 발생, 구경꾼 30명 사망.[8]
1861미국 펜실베이니아주 북서부필립스 #2하루 4,000 배럴 분출.[8]
1861미국 펜실베이니아주 북서부우드포드 유정하루 3,000 배럴 분출.[8]
1862캐나다 온타리오주 오일 스프링스쇼 거셔캐나다 최초 분출. 60m 이상 깊이에서 하루 3,000 배럴 분출. 램턴 카운티 석유 붐 촉발.[9]
1901미국 텍사스주 보몬트 (스핀들톱)루카스 거셔최고 하루 100,000 배럴 분출. 9일 만에 통제. 미국 석유 생산량 3배 증가, 텍사스 석유 산업 시작.[10][11]
1908이란 마스제드 솔레이만(이름 없음)중동 최초의 주요 석유 발견.[12]
1908멕시코 베라크루스 주도스 보카스거대한 분화구 형성. 수십 년간 석유 유출 지속. 페멕스 국유화(1938년) 이후에도 계속됨.
1910미국 캘리포니아주 컨 카운티 (미드웨이-선셋 유전)레이크뷰 거셔미국 역사상 최대 분출 추정. 최고 하루 100,000 배럴 이상, 약 60.96m 높이 분출. 18개월간 통제 불능 상태로 900만 배럴 이상 유출, 절반 미만 회수.[2]
1921미국 캘리포니아주 시그널 힐알라미토스 #1롱 비치 유전 발견 계기.[13]
1922베네수엘라 카비마스바로소 29일간 하루 약 100,000 배럴의 석유와 다량의 천연가스 분출.[14]
1927이라크 키르쿠크 근처바바 구르구르고대사부터 알려진 유전. 하루 95,000 배럴 분출.[15]
1929미국 텍사스주 페코스 카운티예이츠 #30-A1929년 9월 23일, 깊이 1,070피트에서 하루 204,682 배럴 분출 (당시 세계 기록). 분출 높이 80피트.[16]
1930미국 오클라호마주 오클라호마 시티와일드 메리 수딕하루 72,000 배럴 분출.[17]
1930미국 텍사스주데이지 브래드포드미국 본토 최대 유전인 동 텍사스 유전 발견 계기.[18]
1956이란 곰 근처(이름 없음)알려진 가장 큰 와일드캣 분출. 하루 120,000 배럴, 52m 높이 분출. 마이론 킨리 등이 90일 만에 진압.[19]
1982캐나다 앨버타주 로지폴 근처Amoco Dome Brazeau River 13-12-48-12산성 가스 유정 폭발. 67일 만에 부츠 & 쿠츠가 진압.
1985소련 카자흐 SSR 아티라우 (텐기즈 유전)#37 유정깊이 4,209미터에서 폭발 후 화재 발생, 불기둥 높이 200m. 높은 압력(최대 800 기압)과 황화 수소 함량으로 1년 이상 지속(1986년 7월 27일 진압). 430만 톤 석유, 17억 m³ 천연 가스, 다량의 머캅탄(890톤), 그을음(90만 톤 이상) 방출되며 심각한 환경 오염 유발.[20]


5. 2. 해저 분출(Subsea Blowouts)

Ixtoc I 원유 시추공 폭발 사고


유정 폭발은 시추 단계, 유정 시험, 유정 완결, 생산 또는 유정 개수 활동 중에 발생할 수 있다.[1]

해저 폭발의 주요 원인은 장비 고장과 지하 저류층 압력과의 불균형이다.[25] 해저 유정에는 해저 또는 라이저 파이프와 시추 플랫폼 사이에 압력 제어 장비가 설치된다. 방폭 장치(BOP)는 지질학적으로 발생하는 유정 압력을 제어하기 위해 설계된 핵심 안전 장치이다. 이 장치에는 유정 제어에 실패했을 때 탄화수소의 흐름을 차단하기 위한 유압식 차단 메커니즘이 포함되어 있다.[26]

방폭 장치와 관련 절차가 마련되어 있더라도, 운영자는 폭발 발생 시 대응할 준비를 갖추어야 한다. 유정을 시추하기 전에는 상세한 유정 시공 설계 계획, 오일 유출 대응 계획, 유정 밀봉 계획을 제출하여 미국 해양 에너지 관리국(BSEE)의 검토와 승인을 받아야 한다. 또한, 관련 규정(NTL 2010-N10)에 따라 적절한 유정 밀봉 자원에 대한 접근성을 확보해야 한다.[27]

2010년 4월 멕시코 만에서 발생한 딥워터 호라이즌 유정 폭발은 약 1524.00m 수심에서 발생한 대표적인 해저 분출 사례이다.[28] 현재 미국 멕시코 만의 폭발 대응 능력은 하루 130,000 배럴의 유체를 포집하고 처리할 수 있으며, 약 3048.00m 깊이에서 하루 2억 2천만 입방 피트의 가스를 처리할 수 있는 수준이다.[29]

5. 3. 지하 분출(Underground Blowouts)

지하 폭발은 유정 내에서 고압 지대에서 저압 지대로 유체가 제어되지 않고 흐르는 특수한 상황이다. 일반적으로 더 깊고 압력이 높은 지대에서 더 얕고 압력이 낮은 지층으로 발생한다. 이 경우, 유정 헤드(지표면)에서는 유체 흐름이 빠져나가지 않을 수 있다. 그러나 유체가 유입된 지층은 과압 상태가 될 수 있으며, 이는 향후 인근 지역의 시추 계획에서 고려해야 할 요소가 된다.

6. 분출 제어 회사

분유정 발생 시 유정의 화재를 진압하고 유정을 복구하는 작업을 전문으로 하는 회사들이 투입된다. 이 분야의 선구자 중 한 명인 마이론 M. 킨리는 1923년 M. M. 킨리 컴퍼니를 설립하여 유정 제어 기술 발전에 기여했다.[30]

킨리 밑에서 경력을 시작한 인물 중 폴 N. "레드" 에어는 1959년 독립하여 자신의 회사인 레드 에어 컴퍼니(Red Adair Co., Inc.)를 설립했으며, 이 회사는 여러 주요 유정 사고 처리에 참여하며 명성을 얻었다. 또한 킨리 밑에서 함께 일했던 아스거 "부츠" 한센과 에드워드 오웬 "쿠츠" 매튜스는 1978년에 부츠 앤 코츠 인터내셔널 웰 컨트롤, Inc.를 설립했다.

1994년 레드 에어가 은퇴하고 회사를 매각하자, 그의 회사에서 나온 경영진들은 인터내셔널 웰 컨트롤(IWC)을 새로 설립했다. 이후 IWC는 1997년에 부츠 앤 코츠를 인수하며 유정 제어 분야의 주요 기업으로 성장했다.

6. 1. 마이론 M. 킨리(Myron M. Kinley)

마이론 M. 킨리는 유정 화재 및 폭발 진압 분야의 선구적인 인물로 평가받는다. 그는 유정 소화 작업에 필요한 여러 도구와 기술에 대한 특허를 다수 보유했으며, 관련 설계를 개발하는 데 크게 기여했다. 그의 아버지인 칼 T. 킨리는 대규모 폭발을 이용해 유정 화재를 진압하는 방법을 시도했는데, 이는 오늘날에도 널리 사용되는 기술의 기반이 되었다. 마이론과 칼 킨리는 1913년, 폭발물을 사용하여 유정 화재를 성공적으로 진압한 최초의 사례를 만들었다.[30]

마이론 킨리는 1923년에 자신의 회사인 M. M. 킨리 컴퍼니를 설립했다.[30] 그의 회사에서는 아스거 "부츠" 한센, 에드워드 오웬 "쿠츠" 매튜스와 같은 후대의 유명 유정 소방 전문가들이 경력을 시작했다. 또한, 훗날 독자적인 회사를 설립하게 되는 레드 에어 역시 1946년 M. M. 킨리 컴퍼니에 합류하여 14년 동안 마이론 킨리와 함께 일하며 경험을 쌓았다.

6. 2. 레드 에어(Red Adair)

폴 N. "레드" 에어는 마이론 M. 킨리 밑에서 유정 화재 진압 경력을 시작했다. 그는 1946년 M. M. 킨리 컴퍼니에 입사하여 14년 동안 마이론 킨리와 함께 일했으며, 이후 1959년에 자신의 회사인 레드 에어 컴퍼니(Red Adair Co., Inc.)를 설립했다.

레드 에어 컴퍼니는 다음과 같은 주요 해상 유정 폭발 사고를 진압했다.

레드 에어의 활약상은 1968년 존 웨인 주연의 미국 영화 ''헬파이터''로 제작되기도 했다. 이 영화는 에어의 삶을 바탕으로 유정 소방관들의 이야기를 다루었으며, 에어 본인과 그의 동료였던 아스거 "부츠" 한센, 에드워드 오웬 "쿠츠" 매튜스가 기술 고문으로 참여했다.

에어는 1994년에 은퇴하며 자신의 회사를 글로벌 인더스트리스에 매각했다. 이후 에어의 회사를 나온 경영진들은 인터내셔널 웰 컨트롤(IWC)을 설립했다. IWC는 1997년에 한센과 매튜스가 1978년에 설립했던 부츠 앤 코츠 인터내셔널 웰 컨트롤, Inc.를 인수했다.

7. 진압 방법

유정 분출은 드릴 파이프를 유정 밖으로 밀어낼 수 있으며, 분출되는 유체의 힘은 시추 장비를 파손시킬 만큼 강력할 수 있다. 분출 시에는 석유뿐만 아니라 천연가스, 물, 시추 유체, 진흙, 모래, 암석 등 다양한 물질이 함께 배출될 수 있다.

유정 분출은 종종 분출되는 암석 조각 사이의 마찰열이나 불꽃으로 인해 화재로 이어지기도 한다. 이런 경우, 유정 제어 전문 회사가 투입되어 화재를 진압하고 유정을 막거나 덮으며, 손상된 케이싱 헤드 및 기타 지상 장비를 교체하는 작업을 수행한다. 만약 분출되는 가스에 유독한 황화 수소가 포함되어 있다면, 석유 사업자는 안전을 위해 의도적으로 가스를 점화시켜 덜 위험한 물질로 변화시키기도 한다.

때로는 분출의 힘이 너무 강하여 지상에서 직접 통제하기 어려울 수 있다. 특히 지하의 유정 구역에 막대한 에너지가 축적되어 시간이 지나도 쉽게 고갈되지 않는 경우가 그렇다. 이런 상황에서는 분출 지점 근처에 별도의 유정(구제 유정)을 시추하여, 분출 유정 깊숙한 곳으로 무거운 진흙(킬-웨이트 유체)을 주입해 분출을 멈추는 방법을 사용한다. 구제 유정은 1930년대에 처음 시도되었으며, 당시에는 분출 유정에 물을 주입하는 목적으로 시추되었다.[24] 구제 유정은 이름과 달리, 여러 개의 구멍을 뚫어 압력을 분산시키는 방식으로 사용되지는 않는다.

7. 1. 핵폭발 이용 (소련)

1966년 9월 30일, 소련은 우즈베키스탄 부하라에서 약 80km 떨어진 우르타-불라크 지역의 천연가스 유정 5곳에서 발생한 폭발 사고를 겪었다. ''콤소몰스카야 프라우다''는 수년간 통제 불능 상태로 불타던 이 유정을 핵폭발을 이용해 완전히 멈추는 데 성공했다고 보도했다.[37]

소련 기술진은 특수 제작된 30킬로톤 위력의 핵폭발 장치를 원래 유정(가스가 급속히 누출되던 곳)에서 25m에서 50m 정도 떨어진 지점에 6km 깊이로 굴착한 시추공에 투입했다. 기존의 재래식 폭발물로는 필요한 위력을 내기 어렵고 지하 공간도 훨씬 많이 필요했기 때문에 핵 장치 사용이 불가피하다고 판단했다. 핵 장치가 폭발하자, 지하 깊은 곳의 가스 저장소에서 지표면으로 가스를 운반하던 원래의 파이프가 강력한 폭발력에 의해 파괴되었고, 주변 암석은 고열에 녹아 유리화되었다. 이로 인해 폭발 후 약 1분 만에 지표면에서의 가스 누출과 화재가 멈추었으며, 이는 영구적인 해결책으로 확인되었다.

그러나 이후 다른 유사한 유정 문제에 대한 핵폭발 이용 시도는 성공하지 못했다. 한편, 소련은 석유 추출 증진(1969년 스타브로폴)이나 지하 가스 저장소 생성(1970년 오렌부르크)과 같은 다른 목적을 위해서도 핵폭발 실험을 수행했다.[38]

7. 2. 해저 유정 격리

미국 정부 회계 감사원(Government Accountability Office)의 해저 유정 격리 작업 다이어그램


2010년 4월 멕시코 만에서 발생한 딥워터 호라이즌 원유 유출 사고 이후, 해양 산업은 정부 규제 기관과 협력하여 해저 유정 사고 대응 체계를 발전시켰다. 이에 따라 미국 멕시코 만 심해에서 작업하는 모든 에너지 회사는 시추 활동 전에 지역별 유정 격리 시연 계획을 포함한 1990년 유류 오염 방지법(OPA 90)에 따른 유류 유출 대응 계획을 의무적으로 제출해야 한다.[32]

해저 분출 사고 발생 시, 이러한 계획이 즉시 가동된다. 이때 딥워터 호라이즌 유정을 성공적으로 막았던 장비와 절차, 그리고 사고 이후 개발된 기술들이 활용된다.

해저 유정의 통제권을 회복하기 위한 절차는 다음과 같다.

  • 시추선에 있는 모든 인원의 안전을 우선 확보한다.
  • 사고 현장에 대한 상세한 평가를 시작한다. 수중 원격 조작 차량(ROV)을 투입하여 유정헤드, 방폭 장치(BOP), 기타 해저 유정 장비의 상태를 면밀히 조사한다.
  • 격리 캡 스택 설치 공간을 확보하기 위해 잔해 제거 작업을 신속히 진행한다.
  • 격리 캡 스택을 유정헤드에 내려 고정시킨 후, 내장된 유압 시스템을 이용하여 유압 램(ram)을 닫아 탄화수소의 흐름을 차단한다.[33]
  • 만약 유정을 완전히 차단하는 것이 불안정한 지질학적 조건을 유발할 위험이 있다면, '캡 앤 플로우'(Cap and Flow) 방식을 사용하여 유출되는 탄화수소를 포집하여 안전하게 해상의 선박으로 이송한다.[34]


사고 대응 책임자는 미국 안전 및 환경 집행국(BSEE) 및 미국 해안 경비대와 긴밀히 협력하며 유출원 통제, 유출된 원유 회수, 환경 영향 완화 등 전반적인 대응 노력을 감독한다.[35]

여러 비영리 컨소시엄이 해저 분출 사고를 효과적으로 통제하기 위한 장비와 기술을 제공한다. HWCG LLC와 해양 유정 격리 회사(Marine Well Containment Company)는 미국 멕시코만 해역을 담당하며,[36] 유류 유출 대응 제한 회사(Oil Spill Response Limited)와 같은 기관은 국제적인 해역에서의 사고 대응을 지원한다.

8. 주요 해상 유정 분출 사고

산업 정보 데이터.[1][39]

연도시추 장비 이름시추 장비 소유주유형손상 / 세부 사항
1955S-44셰브론잠수식 폰툰폭발 및 화재. 재가동.
1959C. T. Thornton리딩 앤 베이츠(Reading & Bates)잭업폭발 및 화재 피해.
1964C. P. Baker리딩 앤 베이츠(Reading & Bates)시추 바지선멕시코만 폭발, 선박 전복, 22명 사망.
1965트리온(Trion)로열 더치 셸잭업폭발로 파괴됨.
1965파구로(Paguro)SNAM잭업폭발 및 화재로 파괴됨.
1968리틀 밥(Little Bob)코랄(Coral)잭업폭발 및 화재, 7명 사망.
1969워데코 III(Wodeco III)플로어 드릴링(Floor drilling)시추 바지선폭발
1969세드코 135G(Sedco 135G)세드코(Sedco Inc)반잠수식 시추선폭발 피해
1969림릭 타이드랜즈(Rimrick Tidelands)ODECO잠수정멕시코만 폭발
1970스톰드릴 III(Stormdrill III)스톰 드릴링(Storm Drilling)잭업폭발 및 화재 피해.
1970디스커버러 III(Discoverer III)오프쇼어사(Offshore Co.)시추선폭발 (남중국해)
1971빅 존(Big John)앳우드 오셔닉스(Atwood Oceanics)시추 바지선폭발 및 화재.
1971워데코 II(Wodeco II)플로어 드릴링(Floor Drilling)시추 바지선페루 앞바다 폭발 및 화재, 7명 사망.
1972J. 스톰 II(J. Storm II)마린 드릴링사(Marine Drilling Co.)잭업멕시코만 폭발
1972M. G. 헐메(M. G. Hulme)리딩 앤 베이츠(Reading & Bates)잭업자바해 폭발 및 전복.
1972리그 20(Rig 20)트랜스월드 드릴링(Transworld Drilling)잭업마르타반만 폭발.
1973마리너 I(Mariner I)산타페 드릴링(Santa Fe Drilling)반잠수식 시추선트리니다드 앞바다 폭발, 3명 사망.
1975마리너 II(Mariner II)산타페 드릴링(Santa Fe Drilling)반잠수식 시추선폭발 중 BOP 손실.
1975J. 스톰 II(J. Storm II)마린 드릴링사(Marine Drilling Co.)잭업멕시코만 폭발.
1976페트로브라스 III(Petrobras III)페트로브라스잭업정보 없음.
1976W. D. 켄트(W. D. Kent)리딩 앤 베이츠(Reading & Bates)잭업구조정 시추 중 손상.
1977머스크 익스플로러(Maersk Explorer)머스크 드릴링잭업북해 폭발 및 화재
1977에코피스크 브라보(Ekofisk Bravo)필립스 페트롤리엄플랫폼유정 개보수 중 폭발.[40]
1978스캔 베이(Scan Bay)스캔 드릴링(Scan Drilling)잭업페르시아만 폭발 및 화재.
1979샐너지 II(Salenergy II)샐렌 오프쇼어(Salen Offshore)잭업멕시코만 폭발
1979세드코 135(Sedco 135)세드코 드릴링(Sedco Drilling)반잠수식 시추선캄페체만 익스톡 I(Ixtoc I) 유정 폭발 및 화재.[41]
1980세드코 135C세드코 드릴링(Sedco Drilling)반잠수식 시추선나이지리아 폭발 및 화재.
1980디스커버러 534(Discoverer 534)오프쇼어사(Offshore Co.)시추선가스 누출로 화재 발생.
1980론 탭마이어(Ron Tappmeyer)리딩 앤 베이츠(Reading & Bates)잭업페르시아만 폭발, 5명 사망.
1980난하이 II(Nanhai II)중화인민공화국잭업하이난섬 폭발.
1980머스크 엔듀어러(Maersk Endurer)머스크 드릴링잭업홍해 폭발, 2명 사망.
1980오션 킹(Ocean King)ODECO잭업멕시코만 폭발 및 화재, 5명 사망.[42]
1980말린 14(Marlin 14)말린 드릴링(Marlin Drilling)잭업멕시코만 폭발
1981펜로드 50(Penrod 50)펜로드 드릴링(Penrod Drilling)잠수정멕시코만 폭발 및 화재.
1984플라타포르마 센트랄 데 엔초바(Plataforma Central de Enchova)페트로브라스고정 플랫폼브라질 리우데자네이루 캄푸스 분지 폭발 및 화재, 37명 사망.
1985웨스트 뱅가드(West Vanguard)스메드비그(Smedvig)반잠수식 시추선노르웨이 해역 얕은 가스 폭발 및 화재, 1명 사망.
1981페트로마르 V(Petromar V)페트로마르(Petromar)시추선남중국해 가스 폭발 및 전복.
1983불 런(Bull Run )앳우드 오셔닉스(Atwood Oceanics)텐더두바이 오일 및 가스 폭발, 3명 사망.
1988오션 오디세이다이아몬드 오프쇼어 드릴링반잠수식 시추선영국 북해의 BOP 가스 폭발 및 화재, 1명 사망.
1988플라타포르마 센트랄 데 엔초바(Plataforma Central de Enchova)페트로브라스고정 플랫폼브라질 리우데자네이루 캄푸스 분지 폭발 및 화재, 사망자 없음, 플랫폼 전면 파괴.
1989알 바즈(Al Baz)산타페(Santa Fe)잭업나이지리아 얕은 가스 폭발 및 화재, 5명 사망.[43]
1993M. 나키브 칼리드(M. Naqib Khalid)나키브사(Naqib Co.)나키브 드릴링(Naqib Drilling)화재 및 폭발. 재가동.
1993악티니아(Actinia)트랜스오션반잠수식 시추선베트남 해저 폭발.[44]
2001엔스코 51(Ensco 51)엔스코잭업가스 폭발 및 화재, 멕시코만, 사상자 없음[45]
2002아라브드릴 19(Arabdrill 19)아라비안 드릴링사(Arabian Drilling Co.)잭업구조물 붕괴, 폭발, 화재 및 침몰.[46]
2004아드리아틱 IV(Adriatic IV)글로벌 산타페(Global Santa Fe)잭업지중해 템사 플랫폼 폭발 및 화재[47]
2007우수마친타(Usumacinta)페멕스잭업폭풍으로 인해 시추 장비 이동, 카브 101(Kab 101) 플랫폼에서 유정 폭발, 22명 사망.[48]
2009웨스트 아틀라스 / 몬타라시드릴잭업 / 플랫폼호주 시추 장비 및 플랫폼 폭발 및 화재.[49]
2010딥워터 호라이즌트랜스오션반잠수식 시추선시추 장비 폭발 및 화재, 해저 유정 폭발, 폭발로 11명 사망.
2010버밀리온 블록 380마리너 에너지플랫폼폭발 및 화재, 13명 생존, 1명 부상.[50][51]
2012KS 엔데버(KS Endeavour)KS 에너지 서비스(KS Energy Services)잭업시추 장비 폭발 및 화재, 붕괴, 폭발로 2명 사망.
2012엘긴 플랫폼(Elgin platform)토탈플랫폼폭발 및 장기간의 유해 가스 방출, 부상자 없음.


9. 한국의 유전 개발과 분유정

(내용 없음)

참조

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[2] 웹사이트 www.sjgs.com http://www.sjgs.com/[...] www.sjgs.com 2016-01-30
[3] 간행물 Gulf Oil Spill: Scientists Escalate Environmental Warnings http://www.time.com/[...] 2010-05-19
[4] 웹사이트 Hughes McKie Oil Well Explosion http://www.rootsweb.[...] Rootsweb.com 1923-05-08
[5] 웹사이트 Ending Oil Gushers – BOP | http://aoghs.org/tec[...] Aoghs.org
[6] 웹사이트 Engineering History http://www.asme.org/[...] Asme.org 1905-03-10
[7] 서적 History of Wayne County, Ohio, from the Days of the First Settlers to the Present Time Robert Douglass, publisher 2013-07-16
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[11] Handbook Texas State Historical Association
[12] 웹사이트 May 26 – Today in Science History – Scientists born on May 26th, died, and events http://www.todayinsc[...] Todayinsci.com
[13] 웹사이트 The City of Signal Hill – Official Web Site http://www.signal-hi[...]
[14] 웹사이트 http://www.propuesta[...]
[15] 웹사이트 Paragraphs http://members.autob[...]
[16] 서적 Oil in West Texas and New Mexico : a pictorial history of the Permian Basin https://www.worldcat[...] Published for the Permian Basin Petroleum Museum Library, and Hall of Fame, Midland, Texas, by Texas A & M University Press
[17] 웹사이트 Full steam ahead for BC offshore oil drilling http://www.energybul[...] Energybulletin.net 2005-03-15
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[51] 뉴스 New oil rig explosion in Gulf of Mexico http://www.wfrv.com/[...] WFRV 2010-09-05


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