Shale gas The promise and the Peril Ch.10

Chapter 10. “Is Shale Gas Production Indeed a Giant Ponzi Scheme?”

 

2011년 뉴욕타임스 메인 페이지에 “Insiders sound an alarm amid natural gas rush” (Urbina,2011) 라는 제목으로 셰일가스 수익성과 그리고 향후 그 수익성의 하락세에 대해서 다루는 기사가 있었다. 즉 내부 고발에 의한 실체고발은 Ponzi 사기처럼 허구적이고 언제 무너질지 모르는 기현상이라고 보는 시점이다. 그리고 본 기사 저자의 reference는 적어도 암묵적인 지지(tacit endorsement)를 받고 있다고 할 수 있다.

 

그러나 본 책의 저자는 위와 같은 의견에 부정적인 입장을 표하고 있다. 어느 산업에서나 초기에는 기술적인 발전의 미약으로 인해 상업성에 문제가 될 소지가 많으나 shale gas는 그 중요성이나 상징성으로 인해서 비교적 기술의 진보가 매우 빠른 산업중 하나이며 매 하나의 유정은 최소 21일만에 시추부터 생산까지 가능하기 때문에 재정적 위험부담이 더 작다고 할 수 있으며 이런 낮은 재정적 부담을 기반으로 더 많은 유정의 시추가 가능하기 때문이다.

 

Production from shale gas wells declines rapidly

 

True. 실제로 conventional 유정이 1년 생산시 생산저감률이 25~40%인 반면 shale gas는 60~80%에 달할 정도로 생산률 하락이 매우 큰(steep) 편이다. 조기의 프랙쳐 폐쇄(premature closure of the fracture)가 주원인이며 이는 지층으로의 불충분한 proppant penetration 때문이다.

 

*proppant penetration : 한 번 생긴 fracture를 보존하기 위해서는 proppant라고 불리는 지지체를 주입하여 fracture가 닫히지 않도록 해주어야 하는데 이 proppant가 fracture에 골고루 퍼지지 않는 경우 조기에 fracture가 닫히게 되어 생산성이 떨어지게 된다.

 

그러므로 산학연은 이 지지체의 물질 improvement와 sustainable flow를 유지하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있으며 nanomaterial을 이용 더 가볍고 내구성이 좋은 proppant를 개발시켜 적용하고 있다.

 

Refracturing

Barnet shale gas 지층에 기존에 수압파쇄가 진행되었던 지층의 위에 다시 수압파쇄를 실시한 결과 기존의 수압파쇄보다 더 많은 생산성을 갖는 경우도 있었으며 이전과 같은 decline rate로 감소하는 경우도 있었다. 이는 새로운 rock pore로 접근한 것임을 의미한다.

 

최근 University of Texas의 연구에 의하면 기존 수압파쇄가 이루어진 후 2~3년후에 refracturing을 실시하는 것이 좋은 생산성을 얻기 위한 최적화 시간임을 밝혀냈다.(Sharma, 2010) 이는 기존에 생산 되었던 fractured zone에 의해 새로운 stressed region이 유발되고 이는 새롭게 refracturing propagation이 기생산지역을 비켜갈 수 있다는 가설에 의한 것이다. 실제로 필드에서 fracture가 기생산되어 압력이 감소한 지역을 비켜가는 현상이 측정되었다. 이와 함께 old fracture와 비교해서 refracturing을 낼 수 있는 최적장소를 탐색하는 것 역시 주요 연구대상이다.

 

이러한 refracturing은 새로운 유정을 뚫지 않고 기존의 유정을 이용하여 재생산해내는 개념이기 때문에 initial fracture에 의해 생산된 가스에 비해서 생산비가 1/3 또는 그 이하로 매우 경제적(prospect economics)이라고 볼 수 있다.

 

Wet Gas

Wet gas의 정의는 보통 일반 가스의 주성분인 methane의 함유가 dry gas보다 낮고 그 외에 다른 탄화수소 성분을 포함하고 있는 gas를 의미한다. 이를 통틀어 NGLs(natural gas liquids)라고 하며 가스가격에 비해 비싼 오일의 가격으로 인해 wet gas가 포함된 shale gas에서는 그 유전의 수익성이 매우 높아진다. NGL을 구성하는 주요 탄화수소 물질로는 ethane, propane, butane, 기타 통틀어 condensate라고 불리는 heavy molecules등이 있다.

 

최근 동일열량대비 natural gas와 oil의 가격 차이는 oil이 4배이상 비쌀만큼 천연가스의 가격이 떨어졌다. 불과 10년전만 해도 동일열량대비 가격 차이가 없는 parity 상태였던 것과 비교하면 천연가스가격의 지속적인 하락세를 짐작해볼 수 있다.

 

Condensate는 보통 오일의 가격보다 비싸며 (API가 더 높은 경질유이다.) 그 이유는 butane의 양이 일반 oil보다 많이 함유되어 있기 때문으로 gasoline의 대체제가 될 수 있다. propane과 ethane의 경우는 oil보다 가격이 저렴하게 생성되어 있다. (ethane은 일반 oil의 절반 가격, 실제로 지역과 이용가능성에 따라 가격이 다양해진다) 이러한 wet gas를 구성하는 성분들은 일반 methane만 함유한 dry gas 유전에 비해서 경제적인 가치가 훨씬 높다고 할 수 있다.

 

실례로 Marcellus wet gas의 경우 dry gas 보다 70%이상 높은 가격에 공급되고 있다고 한다. (4$ per MMBTU gas price, IRR=60%). 일반적으로 wet gas는 dry gas보다 두 배 이상의 수익률을 가진다고 보면 되고 gas 가격보다 oil 가격에 연동된다고 볼 수 있다.

 

wet gas에서 중요한 성질은 wetness이며 lower end,(경제적 마지노선?)은 7 gallon per mcf of gas이다. Marcellus Shale은 북미 shale gas 개발 지역 중 가장 큰 규모이며 가장 다산성이 높은 지역이다. (prolific) 그리고 특히 서부 지역에는 wet character를 가진 지층이 많이 존재하며 이로 인해 West Virginia주와 Ohio주가 수혜를 볼 예정이다.

 

Wet Gas Economics 북미지역의 일반적인 wet gas 유전은 4~12 gallons of NGL per thousand cubic feet(mcf)의 특성을 갖는다. Marcellus 지역 유정의 생산성 경우 일산 1,500mcf 정도이며 한 개의 cluster(pad)가 15개의 유정을 갖는다고 할 경우 22,500 mcf per day의 생산성을 갖는다. 7 gallon NGL per mcf를 얻을 수 있다고 가정시 157.5 gallon, 또는 3.75 bbl(1bbl=42gallon)의 NGL이 매일 생산 된다. // 계산이 조금 이상한데 책에는 이렇게 명시되어 있다.   The wet component dominates profitability (gas 중 wet한 성분이 그 유정의 수익성에 가장 큰 영향을 미친다)

 

How Things Will Play Out

 

위에 명시된 내용들처럼 dry gas보다 wet gas의 수익성이 월등히 높기 때문에 생산 초기 기술적용 및 개발의 관심이 wet gas에 집중되기 마련이다.

 

향후 대부분의 전기 공급을 위한 석탄 발전소는 가스 발전소로 변경될 것이며 gas 가격이 $8 per MMBTU 이상 올라가지 않는 한 수익성에서 우위를 점할 것으로 예상된다. 저자의 다른 연구를 살펴보면 해당 publication에서 사용된 모델로 볼 때 가스가격의 lid(가격의 정점?)은 8$로 예상된다. 이런 가격의 불가변성과 안정성은 주요 에너지원이 oil에서 gas로 변하는데 큰 역할을 할 것으로 예상된다. 또한 methane 추진 차량의 개발과 보급이 많아 질 것이며 GTL(gas to liquid) 디젤과 가솔린 사용 역시 비율이 높아질 것으로 보인다.

 

전통적으로 oil의 정제에 의해 생산되었던 화학제품들은 natural gas 또는 associated NGLs로 대체 될 것이며 이 화학제품들에는 ethylene과 그것의 부산물들, propylene이 주요 품목이다. 언급된 화학제품들은 대부분 현재 수입에 의존하고 있는 화학제품들이다. // 값싼 천연가스 가격과 천연가스를 이용한 화학제품들의 추출은 다양한 제조업기반 회사들이 미국으로 회귀하는 기폭제 역할을 하고 있다. 이는 미국의 낮은 실업률 그리고 오바마 정권의 적극적인 shale gas 지원정책과 더불어 미국경제의 새로운 활력소가 되고 있다.

 

이런 천연가스로 인한 oil 대체현상과 전기자동차등은 해년마다 지출되는 4.000억 달러의 수입비용을 줄이는데 큰 역할을 할 것으로 예상된다. 천연가스 가격 변동에 한 가지 변수라고 한다면 날씨의 변덕(whims of the weather)을 들 수 있는데 기상의 급변하는 현상이 없다면(특정해에 매우 춥거나 더운 현상) 천연가스가격은 꾸준히 낮게 유지될 것이라고 예상한다. 대부분의 shale gas는 offshore(해양)가 아닌 onshore(육지)에서 생산되기 때문에 허리케인등과 같은 돌발적인 자연재해에 대해 가격변동성의 위험이 낮은 에너지이다. 그러나 미국과 캐나다에 존재하는 Ethylene crackers(cracker는 고분자 탄화수소화합물을 light한 성분으로 바꾸는 공정을 말하는 것 같다, 크레킹)의 경우 44개 중 33개가 Gulf 해안에 존재하기 때문에 허리케인등과 같은 자연재해에 여전히 취약성을 가지고 있다. // 실제로 2005년 미국 남부지역을 강타한 초대형 허리케인 카트리나로 인해 GOM(gulf of mexico)지역의 유정의 많은 생산시설이 파괴되거나 손상을 입었고 이에 미정부는 전략비축유(SPR,, strategy petroleum reserve)를 방출하게 된다. GOM 지역은 미국 석유의 32%가 생산되는 지역이며 이 당시 WTI와 두바이유 가격은 사상최고치를 경신하며 유가폭등을 유발했다.

 

** SPR, 전략비축유는 석유공급에 차질이 빚어지는 비상사태에 대비해 비축해 둔 원유를 말하며 OPEC의 가입조건이기도 하다. 미국에서 SPR이 방출된 것은 2001년 걸프전과, 2005년 허리케인 카트리나 단 두 번 뿐이다. 미국은 전 세계가 10일동안 쓸 수 있는 양인 총 7억 2700만 배럴의 오일을 SPR로 보유하고 있다.