KR100905377B1 - 수위회복 관측장치 - Google Patents

Abstract

현장 수리시험에 소요되는 시간을 단축시키고 저투수성 매질에 대해서도 효과적으로 수위회복을 관측할 수 있는 수위회복 관측장치가 개시된다. 본 발명에 따른 수위회복 관측장치는 시추공에 삽입되어 상기 시추공 내의 유체의 수위회복을 관측하기 위한 수위회복 관측장치에 관한 것으로서, 상기 시추공의 내면에 선택적으로 밀착되는 제1패커(packer), 상기 제1패커 내부로 팽창 유체를 공급하는 공급관, 상기 제1패커 하부의 채취 공간과 연통되며, 상기 채취공간에 존재하는 유체를 상기 시추공의 외측으로 안내하여 외부에서 관측 가능하도록 하는 안내관, 상기 안내관보다 작은 단면적을 가지고 일단이 상기 안내관과 연통되어 상기 채취공간의 유체가 흐르는 유로를 제공하는 관측관 및 상기 안내관 내부에 구비되며 상기 안내관의 수위회복 속도가 기설정된 속도 이하로 저하되면 상기 관측관으로 상기 유체가 유입되도록 상기 안내관의 유로를 선택적으로 차단하는 밸브부를 포함하여 구성된다. 따라서, 매질의 특성에 관계없이 현장 수리시험에 걸리는 시간을 단축하여 신속하게 시험을 수행할 수 있게 된다.

수위회복, 시추공, 패커(packer), 관측관

Description

수위회복 관측장치{Apparatus for Observing Water Level Recovery}

도 1은 종래 수위회복 관측장치를 나타내는 구성도;

도 2는 도 1의 수위회복 관측장치에서 패커가 팽창하여 시추공 내면에 밀착된 형태를 나타내는 구성도;

도 3은 도 1의 수위회복 관측장치에서 지하수위가 기준 수위인 상태를 나타내는 구성도;

도 4는 도 1의 수위회복 관측장치에서 지하수위가 변화 수위로 낮추어진 상태를 나타내는 구성도;

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수위회복 관측장치를 나타내는 구성도;

도 6은 도 5의 밸브부의 변형예를 나타내는 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >

110: 상부 패커 120: 상부 공급관

130: 하부 패커 140: 하부 공급관

150: 안내관 160: 연결관

180: 밸브부 190: 수위 측정기

A: 기준 수위 B: 변화 수위

H: 시추공 W: 지하수

본 발명은 수위회복 관측장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 현장 수리시험에 소요되는 시간을 단축시키고 저투수성 매질에 대해서도 효과적으로 수위회복을 관측할 수 있는 수위회복 관측장치에 관한 것이다.

현재 시추공에서 매질의 수리특성을 알기 위한 현장 수리시험은 크게 양수시험, 순간 충격시험, 정압 주입시험으로 대별할 수 있다. 이중 양수시험과 순간 충격시험은 매질에서의 수위회복 특성을 관측하게 되며, 특히 결정질 암반에서 보다 정확한 수리특성을 알아보기 위하여 나공 상태가 아닌 관심 구간을 격리시킬 필요가 있다.

이와 같이, 관심 영역에서 매질을 통한 수위회복 특성을 관측하기 위하여 수위회복 관측장치가 사용되고 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 종래 일반적인 수위회복 관측장치의 구성을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 1은 종래 지하수 채취장치에서 패커가 팽창하기 전 상태를 도시한 구성도이고, 도 2는 종래 지하수 채취장치에서 패커가 팽창유체에 의해 팽창하고 시추공 내면에 밀착된 상태를 도시한 구성도이다.

종래 지하수(W) 채취장치는 상부와 하부에 구비된 상부 패커(10)와 하부 패커(30), 상기 패커에 팽창유체를 공급하여 유압을 가하는 공급관(20,40), 패커들(10,30)을 연결하는 연결관(60) 및 패커들(10,30) 사이의 채취공간에 존재하는 지하수(W)를 시추공(H) 외부로 안내하는 안내관(50)으로 구성된다.

여기서, 상기 한 쌍의 패커는 도 2에 도시된 바와 같이, 공급관(20,40)을 통해 유체를 공급받아 외측으로 팽창하면서 시추공(H)의 내면에 밀착되며, 시추공(H) 내에서 패커들(10,30) 사이의 관심영역을 수리적으로 격리시키게 된다.

그리고, 상기 공급관(20,40)은 상부 패커(10)에 팽창유체를 공급하는 상부 공급관(20)과 상부 공급관(20)과 연통되어 하부 패커(30)에 팽창유체를 공급하는 하부 공급관(40)으로 구성된다.

따라서, 상기 상부 공급관(20)을 통해 상부 패커(10)로 팽창유체를 공급하게 되면, 이와 연통된 하부 공급관(40)내에도 팽창유체가 유동하여 하부 패커(30)로 팽창유체가 공급된다. 즉, 상부 공급관(20)에 팽창유체를 공급함으로써 상부와 하부 패커(30)를 동시에 팽창시켜 시추공(H) 내면에 밀착되도록 한다.

한편, 상기 연결관(60)에는 패커들(10,30)에 의해 격리된 채취공간에 존재하는 지하수(W)를 유입하기 위한 유입홀(62)이 형성되어 있다. 그리고, 패커들(10,30) 사이를 연결하는 연결관(60)은 복수 개의 세그먼트가 조립식으로 상호 결합되어, 상기 패커들(10,30) 사이의 간격을 유지시킨다. 따라서, 패커들(10,30) 사이를 연결하는 연결관(60)의 세그먼트 수를 조절함으로써, 시추공(H) 내의 원하는 심도 구간내의 지하수(W)를 채취할 수 있다.

다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여, 상술한 구성을 가지는 수위회복 관측장치에 의해 시추공 내의 수위회복을 관측하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

여기서, 도 3은 도 1의 수위회복 관측장치에서 지하수위가 기준 수위인 상태 를 나타내는 구성도이고, 도 4는 도 1의 수위회복 관측장치에서 지하수위가 변화 수위로 낮추어진 상태를 나타내는 구성도이다.

도 3에서와 같이 연결관 내의 지하수위가 기준수위일 때에서, 도 4에서와 같이 지하수위가 변화수위로 낮추어지는 경우, 시추공의 내벽을 통해 상부 패커와 하부 패커 사이의 공간으로 지하수가 유입되면서 연결관 내 지하수위가 다시 기준수위로 회복되게 된다.

그리고, 이러한 수위회복 특성을 분석하여 수리 시험을 수행하게 된다.

하지만, 종래 수위회복 관측장치는 시추공 주위가 고투수성 매질일 경우 수위회복이 빨리 진행되어 수리시험을 원활히 진행할 수 있으나, 보다 낮은 투수성을 갖는 매질의 경우 수두회복시간이 현저히 늦어져 기준 수위로 회복되는데 상당한 시간을 요구되는 단점을 갖고 있다.

즉, 시추공의 내벽 주위의 매질이 저투수성으로 지하수의 유입량이 미량인 경우에는 지하수위가 기준 수위로 회복되는 시간이 현저히 길어져서 현장수리시험을 완료하기 위해 많은 시간을 소모해야 하는 한계가 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 현장 수리시험에 소요되는 시간을 단축시킨 수위회복 관측장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 매질의 투수성 정도에 관계없이 효과적으로 수위회복을 관측할 수 있는 수위회복 관측장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시추공에 삽입되어 상기 시추공 내의 유체의 수위회복을 관측하기 위한 수위회복 관측장치에 있어서, 상기 시추공의 내면에 선택적으로 밀착되는 제1패커(packer), 상기 제1패커 내부로 팽창 유체를 공급하는 공급관, 상기 제1패커 하부의 채취 공간과 연통되며, 상기 채취공간에 존재하는 유체를 상기 시추공의 외측으로 안내하여 외부에서 관측 가능하도록 하는 안내관, 상기 안내관보다 작은 단면적을 가지고 일단이 상기 안내관과 연통되어 상기 채취공간의 유체가 흐르는 유로를 제공하는 관측관 및 상기 안내관 내부에 구비되며 상기 안내관의 수위회복 속도가 기설정된 속도 이하로 저하되면 상기 관측관으로 상기 유체가 유입되도록 상기 안내관의 유로를 선택적으로 차단하는 밸브부를 포함하여 구성되는 수위회복 관측장치를 제공한다.

그리고, 상기 관측관은 상기 안내관의 하부에 연결되는 것이 바람직하다. 이와 함께, 상기 안내관의 내부에는 유로를 선택적으로 차단하는 밸브부가 구비되어, 수위 회복시에 지하수위가 관측관 측으로 유입되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 수위회복 관측장치는 상기 안내관과 관측관 중 적어도 어느 하나의 수위를 관측하는 수위 측정기를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 따른 수위회복 관측장치는 상기 제1패커보다 일정 간격 하부에 구비되어 상기 시추공의 내면에 선택적으로 밀착되는 제2패커를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수위회복 관측장치는 상기 제1패커와 제2패커 사이에 구비되어 상기 패커들을 연결하는 연결관을 포함하며, 상기 연결관에는 상기 제1패커와 제2패커에 의해 격리된 채취공간에 존재하는 지하수를 유입하기 위한 유입홀이 형성되 도록 구성할 수 있다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수위회복 관측장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에 따른 수위회복 관측장치는 시추공(H)에 삽입되어 상기 시추공(H) 내에 존재하는 유체를 채취하기 위한 장치로서, 한 쌍의 패커(110,130), 연결관(160), 공급관(120,140), 안내관(150) 및 관측관(170)을 포함하여 구성된다.

여기서, 본 실시예에 따른 채취장치의 대상은 다양한 유체가 될 수 있다. 이하에서는 채취대상이 되는 유체의 일 예로 시추공(H) 내에 존재하는 지하수(W)를 예로 들어 설명한다.

상기 패커(110,130)는 제1패커(110)와 제2패커(130)를 포함하여 구성되며, 각각은 외부에서 팽창유체를 공급받아 부피가 커지면서 시추공(H)의 내면에 선택적으로 밀착된다.

상기 연결관(160)은 상기 패커들(110,130)의 사이에 구비되어 패커들(110,130)을 상호 연결하며, 상기 연결관(160)에는 패커들(110,130)에 의해 격리된 채취공간에 존재하는 지하수(W)를 유입하기 위한 유입홀(162)이 형성되어 있다.

그리고, 패커들(10,30) 사이를 연결하는 연결관(160)은 복수 개의 세그먼트 가 조립식으로 상호 결합되어, 상기 패커들(10,30) 사이의 간격을 유지시킨다. 따라서, 패커들(10,30) 사이를 연결하는 연결관(160)의 세그먼트 수를 조절함으로써, 시추공(H) 내의 원하는 심도 구간내의 지하수(W)를 채취할 수 있다.

상기 공급관(120,140)은 상기 한 쌍의 패커 내부로 팽창 유체를 공급하며, 제1패커(110)에 팽창유체를 공급하는 상부 공급관(120)과 제2패커(130)에 팽창유체를 공급하는 하부 공급관(140)을 포함한다.

상기 안내관(150)은, 제1패커(110)와 제2패커(130)의 팽창에 의해 수리적으로 분리된 채취공간과 연통되며 상기 시추공(H)의 외측으로 연장 형성되어, 채취공간에 존재하는 유체를 외부로 안내한다.

상기 관측관(170)은 상기 안내관(150)과 연통되도록 구성되며, 내부에는 채취공간에 존재하는 유체가 흐를 수 있는 유로가 형성된다.

상기 관측관(170)은 상기 안내관(150)과 별도로 구성되어 상기 연결관에 연결되며, 상기 안내관(150)보다 작은 단면적으로 가지도록 구성된다.

상기 관측관(170)이 연결관(160)에 연결되는 위치에는 제한이 없으나, 수위회복을 보다 효과적으로 관측하기 위하여 상기 안내관(150)의 하부에 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명은 이와 같이 직경이 작은 관측관(170)을 안내관(150)과 별도로 구비함으로써, 지하수위가 직경이 작은 관측관(170)을 따라 변화 수위에서 기준 수위로 수위가 회복되기 때문에 수위 회복을 보다 빠르게 관측할 수 있다.

특히, 저투수성 매질에서 수위 회복이 매우 더디게 이루어지는 조건에서도, 관측관(170)을 따라 수위가 빠르게 회복되기 때문에 수위 회복을 관측하는 데 걸리는 시간을 단축시켜 결과적으로 수리시험이 원활히 이루어지도록 한다.

한편, 상기 안내관(150)의 내부에는 유로를 선택적으로 차단하는 밸브부(180)가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 안내관(150)을 이용하여 수위 변화를 주고, 수위가 회복될 때에는 상기 밸브부(180)를 닫아 안내관(150)의 하부를 차단하게 되면 지하수위는 직경이 작은 관측관(170)을 따라 수위 회복이 될 수 있다.

도 5는 횡 방향으로 이동하는 두 개의 부재에 의해 유로가 개폐되는 형태를 개략적으로 도시하고 있으나, 구체적인 밸브부(180)의 형태는 공지의 다양한 방식이 채용될 수 있다.

도 6은 도 5의 변형예로서, 상술한 실시예와 기본적인 구성요소는 동일하다. 다만, 본 변형예에서는 밸브부(280)의 구체적인 구성에 있어 차이를 보인다.

본 변형예에서는, 상기 안내관(150)의 내부에 스토퍼(282)가 형성되어 상기 안내관(150)의 내부로 삽입된 오링(O-ring; 284)이 상기 스토퍼(282)에 고정되고, 다시 지상에서 유로 차단구(286)을 떨어뜨려 상기 안내관(150)의 유로를 차단하여 안내관(150)으로 지하수가 유입되는 것을 막을 수 있도록 구성된다.

본 변형예에서는, 구 형태의 유로 차단구(286)을 사용하여 유로를 차단하는 방식을 예시하였지만, 이와 달리 뒤집어진 원뿔 형태의 유로차단부재를 안내관(150)에 떨어뜨려 유로를 차단하는 방식 등 다양한 방식이 적용될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 자동 수위 측정기(190)가 구비되어, 안내관(150)이나 관측관(170)의 수위를 측정할 수 있도록 한다.

상술한 구성을 가지는 수위회복 관측장치의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

우선, 상부 공급관(120)과 하부 공급관(140)을 통해 제1패커(110)와 제2패커(130)에 팽창유체를 공급한다.

상기 패커들(110,130)은 팽창유체를 공급받아 부피가 팽창하여 시추공(H)의 내면에 밀착되며, 패커들(110,130) 사이의 공간을 수리적으로 격리시킨다.

그런 다음, 안내관(150)을 통해 수위 변화를 주고, 수위가 회복될 때에는 밸브부(180,280)를 닫아 상기 안내관(150) 하부를 차단한다.

이에 따라, 지하수위는 직경이 안내관(150)보다 작은 관측관을 따라 수위 회복이 이루어지며, 수위 측정기에 의해 수위 회복 특성을 파악하며 수리시험을 수행한다.

상술한 실시예들은 패커들이 한 쌍으로 이루어져 패커들에 의해 격리된 관심구간에서의 수위회복을 관측하는 형태를 예시하고 있지만, 이와 달리 단일의 패커로 구성되어 상기 패커의 하부 영역에서의 수위회복을 관측하도록 구성하는 것도 물론 가능하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.

상기의 구성을 가지는 본 발명에 따른 수위회복 관측장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 안내관과 별도의 직경이 작은 관측관을 구비함으로써, 지하수위가 회복되는데 걸리는 시간을 단축시켜 빠르게 수위회복 특성을 관측할 수 있는 이점이 있다.

즉, 지하수위가 회복될 때 안내관을 차단하고 직경이 작은 관측관을 통해 수위 회복이 이루어지기 때문에, 빠른 수위회복을 관측할 수 있다.

예를 들어, 안내관의 25 mm이고 관측관의 내경이 2.5 mm인 경우, 종전처럼 안내관을 통해 수위회복을 관측하는 데 비해 관측관을 사용하여 소요시간을 1/100배로 단축할 수 있다.

둘째, 시추공 주변의 매질 특성에 관계없이 원활한 수리시험이 가능한 이점이 있다.

구체적으로, 저투수성 매질에서 지하수 유입량이 미량이어서 수위 회복이 매우 더디게 이루어지는 조건에서도, 관측관을 따라 수위가 빠르게 회복되기 때문에 수위 회복을 관측하는 데 걸리는 시간을 단축시켜 결과적으로 수리시험이 원활히 이루어질 수 있다.

Claims (7)

1. 시추공에 삽입되어 상기 시추공 내의 유체의 수위회복을 관측하기 위한 수위회복 관측장치에 있어서,

   상기 시추공의 내면에 선택적으로 밀착되는 제1패커(packer);

   상기 제1패커 내부로 팽창 유체를 공급하는 공급관;

   상기 제1패커 하부의 채취 공간과 연통되며, 상기 채취공간에 존재하는 유체를 상기 시추공의 외측으로 안내하여 외부에서 관측 가능하도록 하는 안내관;

   상기 안내관보다 작은 단면적을 가지고 일단이 상기 안내관과 연통되어 상기 채취공간의 유체가 흐르는 유로를 제공하는 관측관; 및

   상기 안내관 내부에 구비되며 상기 안내관의 수위회복 속도가 기설정된 속도 이하로 저하되면 상기 관측관으로 상기 유체가 유입되도록 상기 안내관의 유로를 선택적으로 차단하는 밸브부;

   를 포함하여 구성되는 수위회복 관측장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 관측관은,

   상기 안내관에서 상기 밸브부보다 하부에 연결되는 것을 특징으로 하는 수위회복 관측장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 안내관과 관측관 중 어느 하나의 수위를 관측하는 수위 측정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수위회복 관측장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1패커보다 일정 간격 하부에 구비되어 상기 시추공의 내면에 선택적으로 밀착되는 제2패커를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수리시험장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제1패커와 제2패커 사이에 구비되어 상기 패커들을 연결하는 연결관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수위회복 관측장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 연결관에는 상기 제1패커와 제2패커에 의해 격리된 채취공간에 존재하는 지하수를 유입하기 위한 유입홀이 형성되고, 상기 연결관은 상기 안내관과 연통되는 것을 특징으로 하는 수위회복 관측장치.

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