알리 H. 도그루 – 수학, 과학 및 이용 가능한 가장 유용한 기술을 결합하는 혁신적인 사상가

• 세계 최대 석유 저류층 연구 개발
• 거대한 저류층에 대한 신뢰할 수 있는 수학적 모델을 구축하기 위해서는 방대한 양의 암석, 유체, 지질 및 탄성파 데이터 수집이 필요
• 도그루 팀은 세계 최고 수준의 슈퍼컴퓨터를 활용

사우디 아람코 펠로우이자 다란에 위치한 EXPEC첨단연구센터의 수석 기술자인 알리 H. 도그루 (Ali H. Dogru)는 사무실 책상에 앉아 쏟아지는 사우디아라비아의 오후 햇살을 받으며 사우디 아람코에서의 30년을 회상한다.

“나는 사람들이 필요로 하는 에너지를 공급하는 데 필요한 과학을 구현하기 위해 매일 노력했습니다”라고 도그루가 말한다.

“수학과 과학을 적용하여 수십억 마일 떨어진 별을 이해할 수 있는 것처럼, 우리는 이용 가능한 가장 유용한 기술을 활용하여 지구 및 석유와 가스의 흐름 속에 존재하는 수수께끼를 밝히기 위해 노력하고 있습니다. 지구과학에는 아직 알려지지 않은 사실이 너무나 많지만, 수학, 물리학, 화학, 컴퓨터과학을 결합하고 세계 최고 수준의 컴퓨터를 활용함으로써 우리의 발 아래에 존재하는 지질학적 특성에 대해 계속해서 더 많은 것을 배우고 있습니다”라고 그는 말한다.

도그루가 작업을 수행할 대상은 많다. 사우디아라비아는 세계 최대의 석유·가스 매장량을 보유한 것으로 알려져 있으며 더 많이 존재할 가능성이 있고, 전 세계 에너지의 상당 부분이 사우디아라비아의 거대한 석유·가스 저류층에서 공급되고 있다.

지구 모델링

이러한 자산을 관리하고 미래의 탄화수소 자산을 발견하기 위해서는 고급 기술을 사용해야 하며, 그 중 컴퓨터 시뮬레이션이 가장 중요하다. 일기예보와 마찬가지로, 지하 석유 또는 가스 저류층의 디지털 모델은 슈퍼컴퓨터를 활용해 저류층 내에서 유체가 어떻게 움직이는지를 보여주는 다양한 3D 지도를 만든다.

모델 구축을 위한 입력값으로, 저류층 시뮬레이터는 저류층의 암석 및 그 속성에 대한 물리적 자료를 필요로 한다. 저류층 시뮬레이터의 또 다른 부분은 수학 모델, 즉 유체의 흐름을 설명하는 매우 복잡한 수학적 알고리즘이다.

“벽돌로 지은 집과 마찬가지로, 저류층은 격자블록이라는 작은 요소로 나뉩니다. 저류층 모델에서 더 많은 격자블록을 사용하면 암석의 속성 변화를 더 세부적으로 나타낼 수 있습니다. 암석은 유체를 포함하고 있기 때문에, 암석을 더 세부적으로 모델링하면 유체의 물리적인 특성을 더 명확하게 알 수 있습니다. 따라서 더 정확한 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있습니다”라고 도그루는 설명한다.

“규모가 큰 저류층의 경우, 저류층과 유체 이동을 적절하게 모델링하려면 수백만 개, 수십억 개, 그리고 그 이상의 격자블록을 사용해야 합니다. 이 과정은 비용이 많이 들 뿐만 아니라 불가능한 경우도 있습니다.”

“규모가 큰 저류층에 대한 신뢰할 수 있는 모델을 구축하려면 방대한 양의 암석, 유체, 지질, 탄성파 데이터를 수집해야 합니다. 세계 어느 곳에 있는 일반 저류층보다 데이터의 크기가 훨씬 큽니다.”

다양한 학문분야 적용

도그루는 사우디아라비아 전역의 지질학적 특성을 이해하기 위해서는 다양한 학문분야의 적용이 필요하다고 말한다.

“세계 최고 수준의 슈퍼컴퓨터를 활용하는 것은 정말 매력적인 작업입니다. 이러한 컴퓨터를 마음대로 이용할 수 있는 것이 큰 행운입니다. 이를 통해 다란과 미국에 있는 우리 팀은 매혹적인 과학적 도전과제의 해결에 나설 수 있게 되었습니다."

기술은 인상적이다. “현재 우리는 세계 최대의 슈퍼컴퓨터 중 하나를 이용할 수 있으나, 여기에 머물러 있지 않습니다. 우리는 투자를 지속하고 있으며, 2020년에는 사용 가능한 슈퍼컴퓨팅 성능을 추가하여 최고 수준의 처리 역량을 유지할 것입니다.”

도그루는 이러한 강력한 기술과 팀의 혁신적인 사고를 통해, 저류층 엔지니어링에서 기본적인 물리 분석 방법을 개선할 수 있는 기회를 얻었다고 말한다.

“우리의 컴퓨팅 능력이 자체 개발한 알고리즘과 결합될 때 이전에는 할 수 없었던 새로운 아이디어를 테스트할 수 있으며, 그 결과 우리는 저류층 시뮬레이션의 패러다임을 바꾸었습니다. 예를 들어 2015년 킹압둘라과학기술대학교의 샤힌 II 슈퍼컴퓨터를 활용해, 아라비아 반도 전체의 탄화수소 함유 지역에서 조사된 5억 년 연대의 1,300억 개 셀에 대해 자체 개발한 분지 시뮬레이터를 테스트했습니다.”

“이듬해에 우리는 1조 개의 격자블록 탄화수소 마이그레이션을 시뮬레이션할 수 있었으며, 이는 자체 개발 기술을 사용하여 달성한 세계 기록입니다. 그리고 올해에는 다란의 컴퓨터 센터에 있는 슈퍼컴퓨터를 사용하여, 반세기가 넘은 다수의 유정이 위치한 세계 최대 유전의 생산이력을 시뮬레이션하기 위해 200억 개의 격자블록을 적용했습니다.”

인재의 힘

도그루는 팀이 자체적으로 POWERS 계열의 저류층 및 분지 시뮬레이터를 개발한 것이 얼마나 행운인지 설명한다.

“우리가 이를 개발하기 시작한 것은 1994년까지 거슬러 올라갑니다. 최근에는 여기에 TeraBasin이 포함되어, 분지의 역사, 생성, 그리고 현재 저류층으로 어떻게 석유·가스가 이동되었는지를 시뮬레이션하고 있습니다."

이 시뮬레이터는 분지의 형성, 수백만 년에 걸친 퇴적 양상, 그리고 수백만 년에 걸쳐 석유·가스가 어떻게 생성·이동·퇴적 되었는지에 대한 지질학적 역사를 시뮬레이션할 수 있다. 이 시뮬레이터는 독보적인 속도와 효율성으로 컴퓨터 모델링 성능을 제공하는 아람코의 차세대 저류층 및 분지 시뮬레이터인 테라파워스 (TeraPOWERS) 개발의 일부였다.

“하지만 우리는 단지 시뮬레이션을 개발하는 것은 아닙니다. 이러한 첨단 기술을 활용하여 인재를 개발합니다. 나는 사람은 기술을 개발할 수 있지만 기술이 사람을 개발할 수는 없다고 믿습니다. 따라서 우리가 필요로 하는 기술을 개발할 수 있는 인력을 양성해야 합니다. 우리 직원들은 매혹적인 도전과제를 해결할 기회를 갖고 있으며, 우리 팀의 많은 구성원은 20년 이상 나와 함께 일했습니다.”

석유엔지니어협회 (SPE)로 부터 Reservoir Description and Dynamics Award, John Franklin Carll Award를 수상했고, World Oil의 Innovative Thinker Award을 수상했으며, 2014년에는 SPE의 최고 영예인 명예 회원 자격을 얻었다.

이스탄불 공과대학교에서 공학학사 학위를 취득하고, 텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스에서 석유엔지니어링·응용수학 박사 학위를 받았다. 그리고 캘리포니아 공과대학교 화학공학과에서 박사 후 연구를 수행했다.

텍사스대학교 기계공학과와 노르웨이 공과대학교에서 학생들을 지도했으며, 텍사스대학교 댈러스 캠퍼스에서 수학을 가르쳤다.

2017년에는 미국 국립공학아카데미 회원으로 선출되었다.