KR100869168B1 - 열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 방법 - Google Patents

열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 방법에 관한 것으로, 상호 간에 일정 간격을 두고 이격된 2개의 시추공 중 열추적자 주입공만 다단으로 밀봉하여도 수리 시험이 가능하도록 하고, 지하수보다 온도가 높은 물을 이용하여 지중의 절리를 확인함으로써 지하수의 오염을 막을 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 방법은, 지중에 상호 간에 일정 거리를 두고 제1,2시추공을 천공하는 제1단계와; 내부가 중공이면서 하나 이상의 분사공이 구비된 관형이며 둘레부에 제1,2패커가 결합된 열추적자 주입관을 상기 제1시추공 내부에 삽입하고, 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 다수의 온도센서가 장착된 온도 검출 케이블을 상기 제2시추공에 삽입하는 제2단계와; 상기 열추적자 주입관 내부에 물을 공급하여 이 물이 상기 분사공을 통해 분출되도록 하는 제3단계와; 상기 온도 검출 케이블의 온도센서에서 감지한 온도와 상기 열추적자 주입관 내부에 공급된 물의 온도를 비교하여 이 비교치를 산출하는 제4단계를 포함하고, 상기 제3단계 이전에 상기 열추적자 주입관 외부의 제1,2패커를 팽창시켜 상기 열추적자 주입관의 분사공 주위를 밀봉하는 단계와; 상기 제4단계 이후 상기 열추적자 주입관의 제1,2패커를 수축하여 상기 열추적자의 위치를 이동한 후 상기 제1,2패커를 팽창하여 밀봉한 후 상기 열추적자 주입관의 분사공을 통해 물을 분사하는 단계가 더 포함되어 상기 지중을 단계별로 수리 시험하는 것을 특징으로 한다.
지하수, 그라우팅, 추적자, 물

Description

열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 방법{METHOD FOR TESTING IRRIGRATION SENSING TEMPERATURE OF TRACER}
본 발명은 지하수 유동 수리시험에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열추적자의 온도를 근거로 하여 지하수의 수리적인 연결 상태, 지하수의 유동 특성을 확인할 수 있는 열추적자의 온도 검출에 의한 수리 시험 방법에 관한 것이다.
일반적으로 지하수 유동 특성을 파악하기 위해서는 두 개의 시추공을 천공하여 추적자 시험을 실시한다. 추적자 시험은 주입공 내의 지하수에 인위적으로 혼합된 추적자를 주입하여 관측공에서 나타나는 농도 변화를 측정함으로써 지하수 유동 특성을 규명하는 방법이다. 추적자로 사용되는 물질은 Cl-, Br-, I- 등 이온 추적자, 2H, 18O와 같은 안정동위원소, Tritium, 14C 222Rn 등 방사성 동위원소, 박테리아 이스트 등 미립자 그리고 Rhodamin과 같은 염료 등이다.
종래의 절리 암반 내에서 지하수 유동 특성을 파악하기 위해 수행되는 추적 자 시험은 일반적으로 두 개의 시추공을 천공하여 수행된다. 대체로 시추공간의 간격은 5m 내외로 한다. 두개의 시추공 중 하나의 시추공은 추적자를 주입하는 주입공으로 다른 시추공은 추적자의 농도를 측정하는 관측공으로 사용한다. 두 시추공 사이의 지하수가 유동하는 절리 연결 상태를 파악하기 위해서는 주입공의 일정 심도 구간(예: 2~3m 구간)에 2중 패커(packer)를 설치하여 주입구간을 고립시켜 추적자를 투입하고 관측정에서도 역시 2중 패커를 이용하여 관측구간을 고립시킨 후 그 구간의 지하수 시료를 주기적으로 채취 분석하여 추적자 투입 시간 경과에 따른 농도 변화를 분석한다. 이러한 과정을 2중 패커를 주입공과 관측공에서 일정간격으로 이동하면서 수행하여 두 시추공 간의 지하수 유동과 관련된 절리 연결상태를 파악한다.
종래 기술은 주입공과 관측공에서 모두 2중 패커를 사용하여 일정간격으로 이동시키면서 시험을 수행하기 때문에 그에 따른 시간과 비용이 막대하게 소요된다는 문제점이 있으며 또한 사용되는 추적자의 종류에 따라 지하수를 오염시킬 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지중 절리를 확인하기 위하여 지중에 일정 거리를 두고 이격되는 시추공 중 어느 하나의 시추공만 밀봉하여도 지중 절리의 확인이 가능하도록 한 열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 추적자에 의한 지하수의 오염이 방지되도록하려는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 장치는, 지중에 형성된 제1시추공에 삽입되며 지하수보다 고온의 물을 공급받아 지중에 분사하는 열추적자 주입관과; 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 다수의 온도센서가 장착되며 상기 제1시추공으로부터 일정 거리 이격된 제2시추공에 삽입되어 상기 열추적자 주입관의 분사공에서 분사되어 지중의 절리를 따라 흘러 상기 제2시추공에 도달하는 상기 물의 온도를 검출하는 온도 검출 케이블과; 상기 온도 검출 케이블의 온도센서에서 감지한 온도를 실시간으로 입력받아 상기 온도센서에서 감지한 온도 변화를 산출 및 디스플레이하는 컨트롤러를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의한 열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 방법은, 지중에 서로 일정 간격을 두고 제1,2시추공을 천공하며, 상기 제1시추공에서는 지하수보다 고온의 물을 분사하고, 상기 제2시추공에서는 실시간으로 온도를 측정하여 온도 변화를 근거로 하여 지중의 절리를 판단하는 것을 이루어진다.
본 발명에 따른 열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 방법에 의하면, 제2시추공인 관측공에서는 2중 패커를 사용하지 않고 단지 온도센서 배열 케이블을 장착하여 심도별 온도를 모니터링하는 것으로만으로 시험이 완료될 수 있으므로 비용을 절감할 수 있고 수리 시험이 단순해지므로 수리 시험 시간을 단축할 수 있다.
그리고, 지하수보다 온도만 높은 물을 이용하여 지중의 절리를 확인할 수 있으므로 오염을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 온도센서 배열 케이블을 이용한 열추적자 수리시험 방법은 절리면의 수리적인 연결상태를 파악하는 기법이므로 그라우팅의 설계 및 그라우팅 후 그에 대한 성과판단에도 이를 활용할 수 있다. 즉, 그라우팅 전에 열추적자 시험을 통해 절리면의 수리적인 연결 상태가 파악되면 그라우팅이 집중적으로 수행될 구간이 규명되므로 그라우팅 설계의 효율성 향상에 큰 도움이 될 것이며, 또한 그라우팅의 목적은 바로 절리면의 지하수 유동을 차단하기 위한 것이기 때문에 본 발명을 그라우팅 전후에 실시한다면 그라우팅의 성과 판단에 크게 활용될 것이 기대된다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단하는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있음으로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1과 도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 장치는, 지중의 제1시추공(1) 내부에 삽입되며 열추적자인 물을 분사하는 열추적자 주입관(10)과; 제1시추공(2) 내부에 삽입되며 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 다수의 온도센서(20)가 장착된 온도 검출 케이블(30)과; 온도 검출 케이블(30)의 온도센서(20)들에서 각각 검출한 온도와 열추적자 주입관(10)에 공급되는 물의 온도를 비교하여 이 비교치를 산출하는 컨트롤러(40)로 구성되며, 이하 각 구성요소를 구체적으로 설명한다.
열추적자 주입관(10)은 내부에 물이 흐를 수 있는 중공의 관형이며 둘레부에 하나 이상의 분사공(11)이 형성되어 이 분사공(11)을 통해 물을 공급한다. 열추적자 주입관(10)은 물에 의해 부식되지 않는 스테인리스 등을 재질로 이루어지거나, 여러 심도별로 다단 시험이 용이하도록 유연성 있는 합성수지로 이루어질 수도 있다.
온도센서(20)는 통상적으로 사용되는 모든 것이 사용 가능하다.
온도 검출 케이블(30)은 스틸 관, 유연성 있는 띠 등이 사용 가능하며, 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 온도센서(20)가 장착된다. 이때, 각각의 온도센서(20)는 컨트롤러(40)에 의한 온도변화 산출을 위하여 고유의 어드레스가 부여된 다. 즉, 온도 검출 케이블(30)은 열추적자 주입관(10)이 삽입된 제1시추공(1)으로부터 이격된 제2시추공(관측공)(2)에 삽입되며, 실시간으로 온도를 검출하여 컨트롤러(40)에 전송한다.
열추적자 주입관(10)의 분사공(11)과 온도 검출 케이블(30)의 센서(20)들의 깊이를 알 수 있도록 열추적자 주입관(10)과 온도 검출 케이블(30)의 외주면에 각각 눈금자(12,31)가 형성될 수 있다.
컨트롤러(40)는 온도센서(20)에서 검출되는 온도를 근거로 하여 열추적자 주입관(10)을 통해 지중에 물을 분출한 이후 온도센서(20)에서 감지된 온도의 변화를 디스플레이한다. 온도 변화의 디스플레이 방법은 관리자가 한 눈에 알 수 있는 다양한 방법이 가능할 것이며, 예를 들어 Y축에는 제2시추공의 높이를 표시하고 X축에는 온도를 표시하여 제2시추공의 깊이별로 온도 변화 추이를 디스플레이할 수 있다. 온도센서(20)들은 일정 간격을 두고 장착되기 때문에 온도 검출 케이블(30)의 삽입 깊이를 알면 온도센서(20)들의 깊이를 당연히 알 수 있을 것이다.
본 발명은 지중을 구간별로 구획하여 수리 테스트를 하고 있으며, 물이 정해진 구간에서만 분출되도록 분사공(11) 주변을 밀폐하기 위한 제1,2패커(50-1,50-2)가 갖추어질 수 있다. 제1,2패커(50-1,50-2)는 내부에 공급되는 유체(공기, 오일)의 압력에 의해 팽창 또는 수축되면서 팽창시 제1시추공(1)의 내벽에 밀착되어 분사공(11)의 상하부를 밀폐함으로써 분사공(11)에서 분출되는 물이 제1,2패커(50-1,50-2) 사이를 통해서만 진행할 수 있다.
물 공급수단(60)은 물탱크, 상기 물탱크 내의 물을 가열하는 가열기, 상기 물탱크 내의 물을 펌핑하는 펌프 등으로 구성될 수 있다.
도 3을 참조하여 본 발명에 의한 열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 방법을 설명한다.
(S10) 시추공 시공. 지중에 상호 간에 일정 거리를 두고 제1,2시추공(1,2)을 천공한다. 제1,2시추공(1,2)의 위치는 샘플링을 통해 선정되며 직경은 열추적자 주입관(10)과 온도 검출 케이블(30)을 삽입하기에 적당한 크기로 이루어진다.
(S20) 열추적자 주입관(10)과 온도 검출 케이블(30)을 삽입. 전술한 열추적자 주입관(10)을 제1시추공(1)에, 온도 검출 케이블(30)을 제2시추공(2)에 각각 삽입한다. 이때, 열추적자 주입관(10)은 물의 분출시 정해진 구간내에서만 물이 분출되도록 밀폐하는 제1,2패커(50-1,50-2)가 간섭되지 않도록 제1,2패커(50-1,50-2)를 수축시킨다. 열추적자 주입관(10)과 온도 검출 케이블(30)의 삽입시 분사공(11)과 온도센서(20)들의 깊이를 확인한다. 이 깊이는 각각의 눈금자(12,31)를 통해 확인할 수 있다. 열추적자 주입관(10)과 온도 검출 케이블(30)의 삽입이 완료되면 열추적자 주입관(10)에는 물 공급수단(60)을, 그리고, 온도 검출 케이블(30)에는 컨트롤러(40)를 연결하여 수리 시험을 준비한다.
본 발명에서 사용되는 열추적자인 물은 온도센서(20)에 도달하지 않은 상태와 도달한 상태의 온도차가 확연히 드러나도록 지중보다 높은 온도로 공급된다. 즉, 지중의 절리를 따라 온도센서(20)측으로 흐르는 중에 열교환에 의해 온도가 변하더라도 열추적자인 물이 도달하였음을 쉽게 확인할 수 있어야 할 것이다.
(S30) 분사공(11) 밀폐. 열추적자 주입관(10)이 원하는 깊이로 삽입되면 제 1,2패커(50-1,50-2)를 팽창시켜 분사공(11) 상하부를 밀폐함으로써 정확한 구간별 수리 시험을 수행하도록 한다.
(S40) 물 분출. 물 공급수단(60)을 통해 열추적자 주입관(10) 내부에 물을 공급하면 물은 열추적자 주입관(10)의 분사공(11)을 통해 분출된다.
(S50) 온도 검출. 컨트롤러(40)는 수리 시험의 개시와 동시에 온도센서(20)들로부터 실시간으로 온도를 송신받으며, 이 데이터를 각 온도센서(20)의 어드레스별로 구분하여 그래프화할 수 있다. 그래프에 대해서는 하기에서 구체적으로 설명한다.
이상의 공정을 통해 1단계 구간의 지중 수리 시험을 실시하며, 이 시험이 완료되면 제1,2패커(50-1,50-2)를 수축시키고 열추적자 주입관(10)을 그 다음 깊이로 삽입하고 상술한 것처럼 제1,2패커(50-1,50-2)를 팽창시켜 2단계 구간에서 수리 시험을 한다. 이러한 공정을 반복함으로써 지중의 원하는 깊이에서 수리 시험을 할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명 따른 열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험의 결과물을 예시한 것으로, 도 4a는 1단계의 결과이며, 도 4b는 2단계의 결과물이고, 도 4c는 3단계의 결과물이다.
도 4a와 같이, 제1,2시추공(1,2) 사이의 1단계 구간에서 하향 경사진 투수절리가 존재할 경우 열추적자인 물은 상기 투수절리를 따라 유동하게 될 것이며, 이에 따라 물은 상기 투수절리와 연통된 제2시추공(2)에 유입된 후 제2시추공(2)을 따라 하강하게 될 것이므로 상기 투수절리와 대응되는 제2시추공(2)의 온도센 서(20) 이하에서는 온도변화를 확인할 수 있다.
그리고, 도 4b처럼 2단계 구간에서는 불투수절리만 존재하다면 물이 제2시추공(2)측으로 유동하지 못하므로 온도센서(20)들에 의해 감지된 온도에는 큰 변화가 발생되지 않는다.
도 4c에서 보이는 바와 같이, 3단계 구간에는 하향의 투수절리가 존재할 경우 상기 투수절리와 연통하는 제2시추공에 대응되는 온도센서에서만 온도변화가 감지되고 다른 온도센서에서는 온도변화가 감지되지 않고 있음을 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 장치의 설치 상태도.
도 3은 본 발명에 의한 열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 방법의 모식도.
도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명에 의한 열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 방법에 의해 디스플레이 예시도.
<도면의 주요 부분에 사용된 부호 설명>
10 : 열추적자 주입관, 11 : 분사공
12,31 : 눈금자, 20 : 온도센서
30 : 온도 검출 케이블, 40 : 컨트롤러
50-1,50-2 : 패커,

Claims (6)

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  6. 지중에 상호 간에 일정 거리를 두고 제1,2시추공을 천공하는 제1단계와;
    내부가 중공이면서 하나 이상의 분사공이 구비된 관형이며 둘레부에 제1,2패커가 결합된 열추적자 주입관을 상기 제1시추공 내부에 삽입하고, 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 다수의 온도센서가 장착된 온도 검출 케이블을 상기 제2시추공에 삽입하는 제2단계와;
    상기 열추적자 주입관 내부에 물을 공급하여 이 물이 상기 분사공을 통해 분출되도록 하는 제3단계와;
    상기 온도 검출 케이블의 온도센서에서 감지한 온도와 상기 열추적자 주입관 내부에 공급된 물의 온도를 비교하여 이 비교치를 산출하는 제4단계를 포함하고,
    상기 제3단계 이전에 상기 열추적자 주입관 외부의 제1,2패커를 팽창시켜 상기 열추적자 주입관의 분사공 주위를 밀봉하는 단계와;
    상기 제4단계 이후 상기 열추적자 주입관의 제1,2패커를 수축하여 상기 열추적자의 위치를 이동한 후 상기 제1,2패커를 팽창하여 밀봉한 후 상기 열추적자 주입관의 분사공을 통해 물을 분사하는 단계가 더 포함되어 상기 지중을 단계별로 수리 시험하는 것을 특징으로 하는 열추적자의 온도 검출에 의한 지중 수리 시험 방법.
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