Abstract
Natural gas is a mixture of hydrocarbon gases and impurities such as nitrogen, hydrogen sulfide, and carbon dioxide and a clean energy producing no pollution materials for combustion. Currently, the demand of the natural gas is rapidly increasing due to worldwide environmental problems. According to Hubbert's study in the past, the natural gas was predicted as rapidly depleted resources, and then the results led to high gas price and limitation of usage during 1980s. Afterward, the study of natural gas resources based on geology identified the additional natural gas resources that were not considered in Hubbert's study. They are unconventional gas, additional resources in the existed reservoirs, and natural gas in deep subsurface areas. Such additional resouces made the future of natural gas bright and pormised low and stable gas price in the future. Deep natural gas is defined as the gas existing at or below 15,000ft$(4,752{\cal}m)$ in depth from the surface. According to the study from the U.S. Geological Survey(USGS) in 1995, 1,412 TCF of technically recoverable natural gas was remained to be discovered or developed in the onshore of United States. A significant part of that resource base, 114 TCF, exists at deep sedimentary basins, and it shows wide distribution with various geological environments. In 1995, the deep gas contributed to $6.7\% of total supply amount of natural gas in the United States and is expected to be $18.7\% by 201.5. However, the development of the deep gas is a high risky business due to expensive investment and high portion of dry holes, although it is developed. Thus, for developing the deep gas economically, it is necessary to overcome many technical challenges. In this paper, for increasing success rate of the deep gas, 1) geologic and compositional characteristics, and production cost have been analyzed according to depth, 2) technical problems related to deep gas production have been summarized, and 3) finally future study areas for increasing application of the deep gas have been suggested. For reference, this paper was written based on the study results from USGS and Gas Research Institute(GRI), for the United States is doing the most active R&D in the deep gas area, and thus, has many reliable data.
천연가스는 탄화수소가스와 질소$(N_2)$, 황화수소$(H_2S)$ 및 이산화탄소$(CO_2)$ 등의 혼합체로서 연소 시 공해물질이 거의 발생하지 않는 무공해 청정연료이며(Beggs, 1984), 현재 환경 문제가 전 세계적으로 급격히 대두되는 시점에서 천연가스는 그 청정성으로 인하여 사용량이 급증하고 있는 실정이다. 과거 Hubbert의 연구(Hubbert, 1974)에 의하면 천연가스는 매우 급속히 고갈되는 자원으로 평가되었으며 이러한 평가는 1980년대에 가스 가격 인상과 사용량의 제한을 유도하였다. 그 후, 지질학적 기반을 바탕으로 한 천연가스 자원 연구에서 Hubbert의 평가에 포함되지 않았던 가스 자원이 규명되었는데 이러한 새로운 가스자원은 비재래 가스 (Unconventional Gas), 기존 저류층의 추가 매장량과 심부 지역에 존재하는 심부 천연가스 (Deep Natural Gas) 등이다. 이러한 새로운 매장량의 추가로 인하여 천연가스의 미래는 밝아졌으며, 저렴한 가격의 안정된 가스 공급을 보장받게 되었다. 심부 천연가스는 15,000 ft $(4,572{\cal}m)$ 이상의 지하에 존재하는 천연가스로서 미국 지질 조사소인 U.S. Geological Survey(USGS)의 1995년 연구 결과로 볼 때, 1,412조 입방피트의 기술적으로 회수 가능한 천연가스 가운데 114조 입방피트가 심부 퇴적 분지에 존재하는 천연가스인데 이러한 심부 가스는 광범위하게 분포되어 있고 다양한 지질학적 환경을 가짐을 알 수 있다 (Kuuskraa, 1998). 심부 가스는 1995년 미국의 전체 천연가스 공급량 가운데 $6.7\%를 차지하였으며 2015년까지 $18.7\%로 증가할 전망이다 (Cochener & Brandenburg, 1998). 그러나 심부가스 개발은 성공률이 낮은 사업인데 그 이유는 투자비가 비싸고 개발하더라도 높은 비율의 비 생산정 (dry hole)이 발생하기 때문이며 그 결과 이러한 심부가스를 경제적으로 개발하기 위하여는 많은 기술적 도전을 극복하여야 한다. 본 논문에서는 이러한 낮은 성공률을 가지는 심부 가스의 개발 성공률을 증가시키기 위하여 심부 가스가 존재하는 지역의 지질학적 부존 환경 및 조성상의 특성과 생산시 소요되는 생산비용을 심도에 따라 분석하고 생산에 수반되는 기술적 문제점들을 정리하였으며 마지막으로 향후 요구되는 연구 분야들을 제시하였다. 또한 참고로 현재 심부 가스의 경우 미국이 연구 개발 측면에서 가장 활발한 활동을 전개하고 있으며 그 결과 다수의 신뢰성 있는 자료들을 확보하고 있으므로 본 논문은 USGS와 Gas Research Institute(GRI)에서 제시한 자료에 근거하였다.