석유개발의 역사는 석유 생성의 역사에 비하면 아주 짧다고 할 수 있다. 19세기 중엽 이전만 하더라도 석유는 그다지 환영받지 못하는 존재였다. 당시에는 소금이 인류에게 가장 요긴한 물품이었다. 소금은 육류나 기타 식료품의 저장과 가죽의 보존이나 그것을 부드럽게 만드는데 필수불가결한 것이었다. 소금을 찾기 위한 노력은 수천 년 전 고대 중국에서부터 계속돼 왔다. 1800년대 초까지만해도 미국에서 제염업자들이 염수(鹽水)를 찾다가 석유를 발견하기도 했는데 석유를 쓸데없는 방해물로 취급하였다. 염수와 함께 갈색의 기름이 분출되면 기름이 수면에 뜨는 원리를 이용하여 저수조의 상부에 모아두었다가 근처의 강으로 흘려 보냈다. 때로는 기름에 불이 붙어 오하이오강 유역에서는 수십킬로에 걸쳐 강이 불꽃으로 덮이는 장관을 이루기도 하였다.

1850

1859년 에드윈 드레이크가 펜실베이니아주 타이스빌에서 최초로 유전개발에 성공한 것도 그 지역이 전부터 오일크리크(Oil Creek : 석유가 흐르는 강)라고 불리는 데에서 착안한 것이다. 1년간의 노력 끝에 30미터 깊이의 정호에서 석유를 발견했는데, 생산량은 하루 35배럴에 불과한 소량이었지만 당시 시장수요로 보아서는 충분한 양이었다. 드레이크의 성공에 따라 타이스빌 유전지대에는 수많은 굴착공사가 시작되었고, 석유에 대한 열기는 미국은 물론 세계 구석구석으로 퍼져나갔다. 오일크리크 계곡의 산유량은 최초 연간 2,000배럴에서 10년 동안에 500만 배럴로 크게 늘어났으며, 19세기 말 텍사스가 등장하기까지 펜실베이니아 유전지대는 미국은 물론 전 세계에서 가장 큰 산유지역이었다.

시굴정에서 석유가 발견되면 주위에 잇달아 석유채굴용 망대가 들어서서 곧 망대의 숲를 이루는 것이 당시의 풍광이었다. 특히 석유는 먼저 캐낸 사람이 임자라는 ‘포획법규’가 한몫을 했다. 당시 포경(捕鯨)업에서 통용되던 해사법규가 유전에도 적용된 것이다. 이 포획법규에 의하면, 석유가 비록 이웃 사람의 소유지에서 나오는 것이라고 해도 그 토지로부터의 모든 석유를 채취할 수 있는 권리를 갖게 된다는 것이다. 따라서 토지소유자는 그들의 광구 경계선에서 가장 가까운 장소를 굴착하여, 이웃사람으로부터 석유를 가로채어 자신의 매장량을 늘려나갔다.

최근 신규유전의 발견은 각 분야의 지질전문가들의 협력과 첨단 장비를 동원하여 이루어진다. 지질학자들은 주로 석유 매장 가능지역에 대하여 지구 표면의 암석의 분포를 조사하고, 지구 물리학자들은 지향사의 구조를 조사하여 가능성이 높은 지역을 분별하고 정밀 조사를 수행한다. 이들 자료를 분석한 유망지역을 선정, 탐사공을 시추하여 경제성 있는 석유의 존재 여부를 확인하는 과정을 거친다.

① 지표지질조사

물리탐사는 항공, 지표, 해상 및 지하에서 대상물의 제반 물리 현상을 측정하는 것이다. 계측 기술의 발전으로 지하의 정보를 정량적으로 도출할 수 있기 때문에 현대의 탐사에서 매우 중요시되고 있다. 물리탐사에는 탄성파탐사, 중력 및 자력탐사 및 전기 탄성파탐사 등이 있다.

중력 및 자력탐사는 지구 자체가 지니고 있는 중력장과 자력장이라는 물리적 현상을 토대로 하여, 탐사 대상 지역에서 국지적인 중력 또는 자력의 이상 변화를 측정하여 부존 자원 또는 지질 구조를 규명하는 탐사 방법이다.

시추탐사는 물리탐사 결과에 의하여 부존물의 위치, 규모와 성질을 추정하고 이를 토대로 직접 석유의 존재 여부를 확인하고, 추가적으로 정밀한 지하정보를 얻기 위해 지하에 구멍을 뚫어 탐사하는 것을 말한다. 시추 작업과정을 보면, 우선 굴착하면서 소요탐사의 지층에서 암석의 샘플(Core)을 채취하여 암석학적 검사나 화석학적 조사를 반복해서 지질의 시대나 퇴적환경을 알아야 한다.

시추는 유전에서 가장 눈에 띄는 상징물인 시추리그를 세우고 비트라 불리는 회전용 굴삭기를 이용해 땅속을 회전해 들어가면서 흙, 암반을 뚫는 회전식 시추방식이 대부분이다. 시추액이 윤활작용을 하면서 드릴파이프 끝에 붙어 있는 비트가 바위를 갈아낸다. 이 시추액을 이수(泥水, Mud)라고 한다. 이수는 원하는 효과를 내기 위해 첨가제들이 많이 들어간 윤활 복합체이다. 이수 속에 지층에서 녹아 나오는 탄화수소분을 가스 크로마토그래피로 검사하는 이수검층을 하는데 직접 석유발견과 관계되기 때문에 세밀한 검사가 요구된다.

최초의 시추정에 의해서 유망한 유층에서 석유가 발견되어도 그 1개 정만으로는 개발단계로 나아갈 수 없으며, 다시 그 유층의 넓이나 성질 등을 조사하기 위해 적당한 위치를 정하여 몇 개의 시추정을 뚫어야 한다. 물론 경우에 따라서는 유층의 석유 부존을 발견한 최초의 1개정을 시추정으로 하고, 다음에 유층의 넓이 등을 알기 위해 굴착하는 갱정을 탐굴정이라 하여 구별하는 수도 있다.

유정을 뚫은 후에 구멍을 남겨 놓으면 문제가 발생한다. 우선 그리 단단하지 못한 암석층에서 나온 낙석으로 유정이 메워질 수 있기 때문이다. 더 우려되는 점은 이런 유정이 다른 유층들 사이를 연결하는 도관 역할을 하여 바람직하지 않은 혼합을 일으킬 수 있다는 것이다. 혼합은 다른 석유와 물이 섞이는 것을 뜻할 뿐 아니라, 서로 다른 지층 사이의 유체압력을 같게 만들어 버린다는 뜻이다. 이렇게 되면 높은 압력의 저류층에서 생성된 석유가 지층에 도달하지 못하고, 이런 유정을 통해 압력이 낮은 지층으로 흘러들어갈 수 있다. 이를 막기 위해 유층에는 공벽보호관을 설치하고, 지층과 공벽보호관 사이의 공간을 시멘트 반죽으로 채워 격리하는 방법이 개발되었다. 물론 공벽 보호관을 설치하고 시멘트 처리를 한 후에도 석유가 바람직한 지층들로 흐를 수 있게 하는 길이 필요하다. 그래서 폭약을 이용하여 공벽 보호관 안에 구멍을 뚫는다. 즉, 시멘트로 격리하고 표적 저류층에 성공적으로 천공한다면, 그 유정은 제대로 건설된 것이다.

유전 생산 초기에는 가스나 석유 밑에 깔려 있는 물의 압력에 의해 석유가 자연히 위로 분출하게 된다. 이것을 자연분출이라고 하는데, 이렇게 유층 내의 자연적인 압력으로 생산되는 석유는 겨우 20% 내외에 불과하다.

최초 매장 석유의 3%만 회수해도 저류압력은 생산정의 밑바닥 압력과 같아진다. 이렇게 되면 원유가 더 이상 생산정 안으로 밀려들어가지 않고 매장 석유의 97%가 저류층의 제자리에 그냥 남아 있게 된다. 이것을 1차 회수(Primary Recovery)라고 한다. 그러나 유층과 접촉하는 대수층의 물이 많으면 물이 자연스럽게 유입되어 강한 물 추진으로 석유회수율이 10에서 25%로 증가될 수 있다. 자연적으로 유출되지 않는 석유는 가스 또는 물을 주입하거나 펌프로 퍼올리는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한 자연 유출 유전에서도 압력을 유지하고 생산율과 긍극가채량을 최적으로 유지하기 위해 생산 초기부터 저류층에서 가스와 물을 주입하는 것이 보통이다.

저류층에서 석유를 마지막 한 방울까지 퍼올리기 위해 많은 방법이 시도되었다. 전략적으로 적절한 유정들을 선택, 유체를 주입하여 석유를 생산정으로 밀어 넣는 방법들이다. 가장 기본적인 방법은 물을 주입하는 것이다. 물 주입법(水攻法

수압파쇄법은 균일입자의 깨끗한 모래 수만 톤을 보강하여 저수층 주변보다 더 높은 투과율을 갖게 하는 것이다. 주입된 모래는 일종의 고속도로 같은 것을 만드는데, 석유가 이 고속도로를 따라 이동하여 생산속도가 높아지게 된다. 증진회수법은 석유의 생산량을 증대시킬 수 있으나 비용이 많이 든다. 유정에서의 석유 생산량 증진은 테크놀로지외에도 경제학에 의존한다. 다시 말해 유가수준에 따라 생산될 수도 있고 남겨질 수도 있는 것이다.

해양시추는 육상 시추의 발전에 따라 1897년 미국 캘리포니아 썸머랜드 해변에서 육지와 연결된 시추 구조물(Jetty)에 의한 시추로서 시작되었다. Jetty는 해안의 경사면에 육지의 한 켠과 연결된 시추 구조물을 바다에 설치하여 시추조업을 수행하였으며, 이 구조물이 계속 발달하여 1928년에는 간단한 구조의 잠수식 시추선이 출현하여 늪지나 호수  등 얕은 수심에서 작업을 하게 되었다. 1932년에는 처음으로 시추 장비를 장착한 고정식 구조물(Platform)과 시추 지원선박이 출현하였으며, 계속하여 시추장비를 장착한 갑판 상,하 이동할 수 있는 승강식 시추 구조물(Jackup)이 등장하였다. 석유의 발견이 해안에서 멀어지게 됨에 따라 수심이 더 깊은 곳에서 시추작업을 필요로 하게 되었다. 이에 따라 1953년에는 최초의 시추장비를 설치한 선박(Drillship)이 등장하였다. 1962년에는 안정성이 보강된 반잠수식 시추구조물이 출현하여 오늘날 일반적으로 사용되고 있다.

잭업식은 통상 예인되어 목적지에 설치된다. 다리가 해저 지층에 고정되며, 상하 이동 가능한 선체는 조업 시 수표면 위로 들어올려져 사용된다. 수심이 비교적 얕은 지역에서 사용된다.

반잠수식 시추리그는 폰툰(Pontoon)이라 불리는 다리를 가지고 있다. 이 폰툰에 공기를 채워 부양되도록 하고 8개 이상의 닻을 이용하여 위치가 유지되도록 한다. 거칠고 깊은 바다에서 뛰어난 안전성을 제공하는 장점으로 북해 북부 유전과 같이 기상이 나쁜 곳에서 선호된다.

완전 부유식 리그는 자체 추진력을 가지고 있는 선박형 리그이다. 보통 선박과 모양은 같으나 선체의 구멍을 통하여 시추를 할 수 있는 기중기 타워가 설치돼 있다. 시추선은 몇 개의 닻을 내려서 간단하게 위치를 유지하거나 또는 컴퓨터로 통제되는 다수의 개별 구동 추진기를 이용하여 자동으로 선체의 위치를 바로잡아 시추공 위에 정확하게 위치를 유지시키도록 한다. 선박형 시추리그는 매우 거친 기상상태에서는 그 안정성에 문제가 있어 폭풍이 불 때에는 시추작업을 중단해야 한다는 것을 의미한다. 따라서 종종 심해에 시험 시추정(Wild Cat)을 뚫을 때 사용된다.