KR101205319B1 - 풍화대 대수층 수압충격 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

풍화대 대수층의 우물효율 증대를 위한 풍화대 대수층 수압충격 시스템 및 그 방법이 개시된다. 풍화대 대수층 수압충격 시스템은, 복수의 스크린들이 형성되고, 풍화대 대수층에 수직하게 배치된 수압충격 관정과, 풍화대 대수층과 지표면사이의 무공간에서 수압충격 관정의 외측을 감싸도록 배치된 보강 그라우트재와, 수압충격 관정의 스크린들에 대응하도록 수압충격 관정과 풍화대 대수층간의 공간에 배치된 충전 그라우트재와, 수압충격 관정내에 삽입된 고압분사파이프와, 수압충격 관정내에 배치되되, 풍화대 대수층과 무공간 사이에 대응하는 영역에서 고압분사파이프를 감싸도록 배치된 팩커와, 고압의 물을 고압분사파이프를 통해 팩커에 의해 밀봉된 수압충격 관정내에 주입하는 고압펌프와, 수압충격 관정이 배치된 풍화대 대수층에 균열을 생성하거나 풍화대 대수층의 균열을 확장하기 위해 고압펌프가 수압충격 관정에 고압의 물을 분사하도록 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

풍화대 대수층 수압충격 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD OF HYDRAULIC IMPACTING IN A WEATHERED ZONE AQUIFER}
본 발명은 풍화대 대수층 수압충격 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍화대 대수층의 우물효율 증대를 위한 풍화대 대수층 수압충격 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 수압파쇄 방법은 고압의 물을 주입하여 암반 내 기존의 균열을 확장시키거나 인위적인 균열을 생성시키는 기술로써, 이렇게 생성된 파쇄대는 지반 안에서의 흐름의 통로 역할을 하여 파쇄이전보다 지하수의 이동을 좀 더 원활하게 할 수 있다.
기존의 수압파쇄 방법은 투수성이 낮은 암반을 대상으로 수행되었으며, 시험이 수행되는 암반 관정은 나공(별도의 우물자재 없음) 상태이고, 시험 구간의 상하부에 팩커를 설치한 후 특정 구간을 대상으로 파쇄를 수행하였다.
한편, 국내의 많이 분포하는 화강암 등의 지질의 경우에는 풍화대(풍화토, 풍화암)가 30m 가량 두껍게 분포하는데, 이들 구간은 지하수가 풍부한 대수층으로써 역할을 하고 있으나, 충적층에 비하여 투수성이 낮아 우물 효율이 떨어진다. 여기서, 대수층은 물로 포화되어 있는 지층 중에서 투수성과 저류성이 커 경제적으로 개발이나 이용할 수 있는 상당한 양의 지하수를 배출할 수 있는 지층을 말한다. 이러한 대수층의 대표적인 예는 미고결 상태의 모래나 자갈 등으로 이루어진 지층이다.
풍화대는 암반이 풍화된 구간으로, 기존의 암반에 분포하는 균열 등의 조직 흔적이 남아있고, 구성광물 입자간에 균열이 존재하고 있으므로, 수압충격 방법을 저투수성 풍화대 대수층에 수압충격 기법을 적용하면, 기존 균열의 확장 및 재배열을 통하여 지하수 이동경로를 확장시킬 수 있으므로 우물효율 증대시킬 수 있다.
이러한 수압충격 방법을 충적층 대수층이나 풍화대 대수층에 이용하기 위해서는 일반적인 지하수 관정, 예를들어 암반 대수층에 적용되는 지하수 관정과는 다른 형태의 관정 설치와 암반 수압파쇄와는 다른 시험 방법이 필요하다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 풍화대 대수층에 적합하도록 지하수 관정을 배치하고 배치된 지하수 관정을 이용하여 수압충격하여 우물효율을 증대시키기 위한 풍화대 대수층 수압충격 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 풍화대 대수층 수압충격 시스템을 이용한 풍화대 대수층 수압충격 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 풍화대 대수층 수압충격 시스템은, 복수의 스크린들이 형성되고, 풍화대 대수층에 수직하게 배치된 수압충격 관정과, 상기 수압충격 관정의 스크린들에 대응하도록 상기 수압충격 관정과 상기 풍화대 대수층간의 공간에 배치된 충전 그라우트재와, 상기 풍화대 대수층과 지표면사이의 무공간에서 상기 수압충격 관정의 외측을 감싸도록 배치된 보강 그라우트재와, 상기 수압충격 관정내에 삽입된 고압분사파이프와, 상기 수압충격 관정내에 배치되되, 상기 풍화대 대수층과 상기 무공간 사이에 대응하는 영역에서 상기 고압분사파이프를 감싸도록 배치된 팩커와, 고압의 물을 상기 고압분사파이프를 통해 상기 팩커에 의해 밀봉된 수압충격 관정내에 주입하는 고압펌프와, 상기 수압충격 관정이 배치된 풍화대 대수층에 균열을 생성하거나 풍화대 대수층의 균열을 확장하기 위해 상기 고압펌프가 상기 수압충격 관정에 고압의 물을 분사하도록 제어하는 컨트롤러를 포함한다.
일실시예에서, 상기 충전 그라우트재는 콩자갈일 수 있다.
일실시예에서, 상기 충전 그라우트재의 두께는 5센티미터보다 작을 수 있다.
일실시예에서, 상기 컨트롤러는 제1 압력으로 제1 시간 간격으로 고압의 물이 분사되도록 1차 가압을 제어하고, 상기 제1 압력보다는 큰 제2 압력으로 순간적으로 고압의 물이 분사되도록 상기 제1 시간 간격보다는 짧은 제2 시간 간격으로 2차 가압을 제어한 후, 상기 제2 압력보다는 큰 제3 압력으로 상기 제2 시간 간격보다는 짧은 시간 간격으로 3차 가압을 제어할 수 있다. 여기서, 상기 제1 압력은 20kgf/m2 내지 40kgf/m2 이고, 상기 제2 압력은 40kgf/m2 내지 50kgf/m2 이고, 상기 제3 압력은 50kgf/m2 내지 60kgf/m2 일 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 풍화대 대수층 수압충격 방법은, 복수의 스크린들이 형성된 수압충격 관정을 풍화대 대수층에 형성된 지하수 관정에 삽입하는 공정과, 상기 수압충격 관정의 스크린들에 대응하도록 상기 수압충격 관정과 상기 풍화대 대수층간의 공간에 충전 그라우트재를 채우는 공정과, 상기 풍화대 대수층과 지표면사이의 무공간에서 상기 수압충격 관정의 외측을 감싸도록 보강 그라우트재를 설치하는 공정과, 상기 풍화대 대수층과 상기 무공간 사이의 영역에 대응하도록 팩커가 연결된 고압분사파이프를 상기 수압충격 관정에 삽입하는 공정과, 상기 수압충격 관정이 배치된 풍화대 대수층에 균열을 생성하거나 풍화대 대수층의 균열을 확장하여 상기 풍화대 대수층을 파쇄하기 위해 상기 수압충격 관정에 고압의 물을 분사하는 공정을 포함한다.
일실시예에서, 상기 수압충격 관정에 고압의 물을 분사하는 공정은, 제1 압력으로 제1 시간 간격으로 고압의 물이 분사되도록 1차 가압하는 공정과, 상기 1차 가압하는 공정 후, 상기 제1 압력보다는 큰 제2 압력으로 순간적으로 고압의 물이 분사되도록 상기 제1 시간 간격보다는 짧은 제2 시간 간격으로 2차 가압하는 공정과, 상기 2차 가입하는 공정 후, 상기 제2 압력보다는 큰 제3 압력으로 상기 제2 시간 간격보다는 짧은 시간 간격으로 3차 가압하는 공정을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 압력은 20kgf/m2 내지 40kgf/m2 이고, 상기 제2 압력은 40kgf/m2 내지 50kgf/m2 이고, 상기 제3 압력은 50kgf/m2 내지 60kgf/m2 일 수 있다.
이러한 풍화대 대수층 수압충격 시스템 및 그 방법에 의하면, 풍화대 대수층에 적합하도록 지하수 관정을 배치하고 배치된 지하수 관정을 이용하여 수압충격하므로써, 풍화대 대수층이나 충적층 대수층의 기존 지하수 이동통로를 확장하고 공극 입자를 재배열시켜 지하수 이동경로를 확장하므로써 우물효율을 증대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 풍화대 대수층 수압충격 시스템을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 풍화대 대수층 수압충격 시스템의 설치를 설명하기 위한 모식도들이다.
도 3a 및 도 3b는 풍화대 대수층 수압충격 방법의 원리를 설명하기 위한 모식도들이다. 특히, 도 3a는 풍화대 입자 재배열전 지하수 이동경로를 설명하는 모식도이고, 도 3b는 풍화대 입자 재배열후 지하수 이동경로의 확장을 설명하는 모식도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 풍화대 대수층 수압충격 시스템 및 그 방법을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 풍화대 대수층 수압충격 시스템을 설명하기 위한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 풍화대 대수층 수압충격 시스템(100)은 수압충격 관정(110), 충전 그라우트재(120), 보강 그라우트재(130), 고압분사파이프(140), 팩커(150), 고압펌프(160) 및 컨트롤러(170)를 포함한다.
상기 수압충격 관정(110)에는 복수의 스크린(112)들이 형성되고 풍화대 대수층에 수직하게 배치된다.
상기 충전 그라우트재(120)는 상기 수압충격 관정(110)의 스크린(112)들에 대응하도록 상기 수압충격 관정(110)과 상기 풍화대 대수층간의 공간에 배치된다.
상기 보강 그라우트재(130)는 상기 풍화대 대수층과 지표면사이의 무공간에서 상기 수압충격 관정(110)의 외측을 감싸도록 배치된다.
상기 고압분사파이프(140)는 상기 수압충격 관정(110)내에 삽입된다.
상기 팩커(150)는 상기 수압충격 관정(110)내에 배치되되, 상기 풍화대 대수층과 상기 무공간 사이에 대응하는 영역에서 상기 고압분사파이프(140)를 감싸도록 배치된다. 상기 팩커(150)는 팽창성 재질로서 우레탄 재질이 이용되고, 그 외주면에는 보강철심을 삽입하여 팩커가 일정한 압력에도 내구성을 유지하도록 구현된다. 상기 팩커(150)의 밀착에 의하여 목적 심도에 고정된 고압분사파이프(140)를 통해 고압의 물은 분사되어 목적하는 풍화대의 형성된 균열을 확장시키거나 별도의 균열을 생성하게 된다.
상기 고압펌프(160)는 고압의 물을 상기 고압분사파이프(140)를 통해 상기 팩커(150)에 의해 밀봉된 수압충격 관정(110)내에 주입한다.
상기 컨트롤러(170)는 상기 수압충격 관정(110)이 배치된 풍화대 대수층에 균열을 생성하거나 풍화대 대수층의 균열을 확장하기 위해 상기 고압펌프가 상기 수압충격 관정에 고압의 물을 분사하도록 제어한다. 예를들어, 상기 컨트롤러(170)는 제1 압력으로 제1 시간 간격으로 고압의 물이 분사되도록 1차 가압을 제어하고, 상기 제1 압력보다는 큰 제2 압력으로 순간적으로 고압의 물이 분사되도록 상기 제1 시간 간격보다는 짧은 제2 시간 간격으로 2차 가압을 제어한 후, 상기 제2 압력보다는 큰 제3 압력으로 상기 제2 시간 간격보다는 짧은 시간 간격으로 3차 가압을 제어한다. 여기서, 상기 제1 압력은 20kgf/m2 내지 40kgf/m2 이고, 상기 제2 압력은 40kgf/m2 내지 50kgf/m2 이고, 상기 제3 압력은 50kgf/m2 내지 60kgf/m2 일 수 있다.
도시하지는 않았지만, 고압분사파이프(140)에는 압력센서(미도시)와 유량센서(미도시)가 더 배치될 수 있다. 고압의 물의 압력에 의하여 풍화대는 파쇄되면, 고압분사파이프(140)에 배치된 압력센서와 유량센서를 통해 취득된 압력값과 유량값은 컨트롤러 등에 전송된다. 전송된 압력값과 유량값들은 별도의 응력해석프로그램에 의하여 풍화대의 응력상태가 해석될 수 있다.
본 실시예에서는 풍화토나 풍화암 등의 지질로 분포되는 풍화대 대수층에 수압충격을 가하는 것을 설명하였으나, 하천에 의해 퇴적물이 쌓여서 생긴 굳지 않은 퇴적층으로서 주로 모래, 진흙, 점토, 자갈 등으로 구성된 충적층 대수층에 수압충격을 가하는 것도 가능하다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 풍화대 대수층 수압충격 시스템의 설치를 설명하기 위한 모식도들이다.
도 2a를 참조하면, 복수의 스크린(112)들이 형성된 수압충격 관정(110)을 암반 대수층과 풍화대 대수층간의 경계면까지 수직하게 배치한다. 본 실시예에서는 풍화대 대수층에 수압충격 관정(110)을 배치한 것으로 설명하였으나, 당업자라면, 충적층 대수층의 우물효율을 증대시키기 위해 충적층 대수층에 수압충격 관정(110)을 배치할 수도 있을 것이다.
본 실시예에서는, 수압충격 관정(110)을 직접적으로 암반 대수층과 풍화대 대수층간의 경계면까지 배치한 것을 도시하였으나, 지하수 관정을 일차적으로 형성한 후 형성된 지하수 관정에 수압충격 관정(110)을 배치할 수도 있다, 일반적으로 지하수 관정은 지하수를 이용하기 위하여 만든 둘레가 대롱모양으로 된 우물이다. 즉, 지하수를 이용하는 일종의 수리시설로서, 지하수를 최대로 이용하기 위하여 충적층 또는 암반층까지 깊이 굴착하여 우물관체의 하부에 뚫린 공극을 통하여 지하수를 모으고, 이를 양수하여 관개수로 사용하기 위한 소규모 수원공 시설이다.
우물을 파는 방법에 따라 인력 관정, 타설 관정, 기계 관정 등으로 구분된다. 인력 관정은 사람의 힘으로써 굴착하기 때문에 보통 지름이 1m 내외의 것이 많고, 깊이는 평균 5m～6m정도로, 자유면 지하수를 대상으로 하는 우물이다. 우물관체는 토관 또는 콘크리트관을 사용한다. 이 관정은 깊이가 얕기 때문에 큰 수량을 기대할 수 없어 주로 보조수원공으로 이용된다. 한편, 타설 관정은 굴착하지 않고, 우물 관체인 철관을 해머로 타격하여 박으므로 철관의 끝을 뾰족하게 하고, 관체의 하부 1m ～3m 구간에는 개공률이 8％～10％가 되게 구멍을 뚫어 둔다. 이 관정은 대수층이 발달한 충적층이나 화강암의 풍화대를 포함하여 자갈이 없는 10m 이상 깊은 토사층에서 효과적이다. 한편, 기계 관정은 착정 기계로 굴착하기 때문에 비교적 짧은 시간에 깊이 뚫을 수 있어서 암반지하수까지 대상으로 하는 관정이다. 착정지름은 2.5㎝～60㎝ 범위로 다양하며, 깊이는 통상 15m 내외이나 곳에 따라서는 200m에 이른다. 기계 관정은 깊은 관정으로 인력 관정이나 타설 관정에 비하여 채수량이 많아서 주로 주수원공으로 이용된다. 본 실시예에서는 기계 관정이 이용될 수도 있고 타설 관정이 이용될 수도 있다.
일반적으로 암반 대수층의 경우, 수압파쇄가 이루어지는 지하수 관정은 암반 자체가 공(borehole) 형태를 유지할 수 있으므로 나공 상태이다. 하지만. 풍화대 대수층의 경우, 지하수 관정이 자체적으로 공(borehole)을 유지할 수 없으므로, 관정시설을 설치하여야 한다.
따라서, 본 실시예에서는 지표면에 수직하게 상기 수압충격 관정(110)을 배치한다. 상기 수압충격 관정(110)은 수압충격 동작시 수압에 의한 변형이나 파괴가 발생되지 않아야 한다. 따라서, 상기 수압충격 관정(110)의 재질은 금속 재질이나 스테인레스 재질일 수 있다.
상기 수압충격 관정(110)의 직경은 5cm 내지 10cm일 수 있다. 상기 수압충격 관정(110)은 하부 스크린 구간 및 상부 그라우팅 구간으로 구분될 수 있다.
상기 하부 스크린 구간에는 수평방향으로 복수의 슬롯(slot)(또는 스크린)(112)들이 형성되어, 수압충격 공정시 고압의 물을 상기 스크린(112)들을 통해 풍화대 대수층에 분사하여 풍화대의 균열을 확장하거나 새로운 균열을 생성한다.
상기 상부 그라우팅 구간에는 스크린(112)들이 형성되지 않는다. 상기 상부 그라우팅 구간의 길이는 5m 이상일 수 있다. 상기 상부 그라우팅 구간은 지하수위 아래 3m 이상의 깊이에 배치될 수 있다. 상기 수압충격 관정(110)의 외측면중 상기 상부 그라우팅 구간에는 복수의 돌기들이 더 형성될 수 있다. 형성된 돌기들은 향후 시멘트와 같은 보강 그라우트재(130)와의 결합력을 강화시키기 위해 활용될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 상기 수압충격 관정(110)의 스크린(112)들에 대응하도록 상기 수압충격 관정(110)과 상기 풍화대 대수층간의 공간에 충전 그라우트재(120)를 채운다. 상기 충전 그라우트재(120)는 콩자갈(gravel)일 수 있다. 상기 충전 그라우트재(120)의 형성 두께는 5cm 보다 작은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 수압충격 공정에서 수압이 풍화대 매질로 효과적으로 전달하기 위함이다.
도 2c를 참조하면, 상기 풍화대 대수층과 지표면사이의 무공간에서 상기 수압충격 관정(110)의 외측을 감싸도록 보강 그라우트재(130)를 설치한다. 상기 보강 그라우트재는 벤토나이트(bentonite)와 시멘트로 구성될 수 있다. 일반적으로 그라우트재는 지표오염 물질의 관정내 유입을 방지할 목적으로 사용된다. 하지만, 본 발명에서는 고압주입수의 지표방향으로 이탈하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 2d를 참조하면, 상기 풍화대 대수층과 상기 무공간 사이의 영역에 대응하도록 팩커(150)가 연결된 고압분사파이프(140)를 상기 수압충격 관정(110)에 삽입한다. 본 실시예에서, 상기 팩커(150)는 수압충격 공정에서 수압충격 관정(110)내의 전체 대상 구간에 수압을 전달하기 위해 설치된다. 즉, 상기 팩커(150)가 배치되지 않는다면, 상기 수압충격 관정(110)의 상부로 고압의 물이 누수되는 문제점과 원하는 압력의 물이 풍화대 대수층에 전달되지 않는 문제점이 발생될 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 상기 팩커(150)는 단일 팩커이다. 일반적인 암반 대수층을 수압충격하기 위해서는 이중 팩커를 설치한다. 하지만 본 실시예에서는 수압충격 관정(110)의 스크린(112)들에 대응하여 충전 그라우트재(120)가 채워지므로 이중 팩커를 설치하지 않아도 무방하다.
이어 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 고압분사파이프(140)에 상기 고압펌프(160)를 연결하고, 상기 컨트롤러(170)를 배치한 후 1차 가압, 2차 가압 및 3차 가압을 순차적으로 진행하여 풍화대 대수층을 수압충격한다. 여기서, 상기 1차 가압은 약 20kgf/cm2 내지 40kgf/cm2의 압력으로 일정 시간 간격으로 3~5회 고압의 물을 주입하는 것이다. 한편, 상기 2차 가압은 1차 가압보다 높은 압력, 예를들어, 약 40kgf/cm2 ~50kgf/cm2를 순간적으로 고압의 물을 주입하고, 상기 1차 가압보다 작은 시간간격은 유지하면서 3~5회 고압의 물을 주입하는 것이다. 한편, 상기 3차 가압은 상기 2차 가압보다 작은 시간간격과 높은 압력, 예를들어, 약 50~60kgf/cm2로 7회 이상 고압의 물을 주입하는 것이다.
도 3a 및 도 3b는 풍화대 대수층 수압충격 방법의 원리를 설명하기 위한 모식도들이다. 특히, 도 3a는 풍화대 입자 재배열전 지하수 이동경로를 설명하는 모식도이고, 도 3b는 풍화대 입자 재배열후 지하수 이동경로의 확장을 설명하는 모식도이다.
도 3a를 참조하면, 풍화대 대수층의 우물 효율을 증대시키기 위해 수압충격 관정(110)을 설치한다. 상기 풍화대 대수층에는 미고결 상태의 모래나 자갈이 존재한다. 상기 수압충격 관정의 하부에는 복수의 스크린들(112)이 형성되어 있다. 설치된 수압충격 관정(110)내에 고압분사파이프(140)를 삽입한다.
도 3b를 참조하면, 수압충격 관정(110)에 고압의 물을 주입하면 수압충격 관정(110)의 스크린들(112)을 통해 고압의 물이 풍화대 대수층에 존재하는 미고결 상태의 모래나 자갈의 위치를 쉬프트시킨다. 예를들어, 풍하대 대수층에 균열이 있었다면 그 균열은 확장될 수 있고, 균열이 없었다면 새로운 균열이 형성될 수도 있다. 이처럼, 모래나 자갈의 위치가 쉬프트됨에 따라 지하수가 흐를 수 있는 공간(지하수 이동경로), 지하수를 머금을 수 있는 공간이 마련된다. 이에 따라, 풍화대 대수층의 우물효율을 증대시킬 수 있다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 풍화대 대수층 수압충격 시스템 및 그 방법은 풍화대 대수층의 우물효율을 증대시키는데 효율적으로 이용될 수 있다.
100 : 풍화대 대수층 수압충격 시스템 110 : 수압충격 관정
112 : 스크린 120 : 충전 그라우트재
130 : 보강 그라우트재 140 : 고압분사파이프
150 : 팩커 160 : 고압펌프
170 : 컨트롤러

Claims (8)

  1. 복수의 스크린들이 형성되고, 풍화대 대수층에 수직하게 배치된 수압충격 관정;
    상기 수압충격 관정의 스크린들에 대응하도록 상기 수압충격 관정과 상기 풍화대 대수층간의 공간에 배치된 충전 그라우트재;
    상기 풍화대 대수층과 지표면사이의 무공간에서 상기 수압충격 관정의 외측을 감싸도록 배치된 보강 그라우트재;
    상기 수압충격 관정내에 삽입된 고압분사파이프;
    상기 수압충격 관정내에 배치되되, 상기 풍화대 대수층과 상기 무공간 사이에 대응하는 영역에서 상기 고압분사파이프를 감싸도록 배치된 팩커;
    고압의 물을 상기 고압분사파이프를 통해 상기 팩커에 의해 밀봉된 수압충격 관정내에 주입하는 고압펌프; 및
    상기 수압충격 관정이 배치된 풍화대 대수층에 균열을 생성하거나 풍화대 대수층의 균열을 확장하기 위해 상기 고압펌프가 상기 수압충격 관정에 고압의 물을 분사하도록 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 제1 압력으로 제1 시간 간격으로 고압의 물이 분사되도록 1차 가압을 제어하고,
    상기 제1 압력보다는 큰 제2 압력으로 순간적으로 고압의 물이 분사되도록 상기 제1 시간 간격보다는 짧은 제2 시간 간격으로 2차 가압을 제어한 후,
    상기 제2 압력보다는 큰 제3 압력으로 상기 제2 시간 간격보다는 짧은 시간 간격으로 3차 가압을 제어하는 것을 특징으로 하는 풍화대 대수층 수압충격 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 충전 그라우트재는 콩자갈인 것을 특징으로 하는 풍화대 대수층 수압충격 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 충전 그라우트재의 두께는 5센티미터보다 작은 것을 특징으로 하는 풍화대 대수층 수압충격 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 압력은 20kgf/m2 내지 40kgf/m2 이고, 상기 제2 압력은 40kgf/m2 내지 50kgf/m2 이고, 상기 제3 압력은 50kgf/m2 내지 60kgf/m2 인 것을 특징으로 하는 풍화대 대수층 수압충격 시스템.
  6. 복수의 스크린들이 형성된 수압충격 관정을 풍화대 대수층에 형성된 지하수 관정에 삽입하는 공정;
    상기 수압충격 관정의 스크린들에 대응하도록 상기 수압충격 관정과 상기 풍화대 대수층간의 공간에 충전 그라우트재를 채우는 공정;
    상기 풍화대 대수층과 지표면사이의 무공간에서 상기 수압충격 관정의 외측을 감싸도록 보강 그라우트재를 설치하는 공정;
    상기 풍화대 대수층과 상기 무공간 사이의 영역에 대응하도록 팩커가 연결된 고압분사파이프를 상기 수압충격 관정에 삽입하는 공정; 및
    상기 수압충격 관정이 배치된 풍화대 대수층에 균열을 생성하거나 풍화대 대수층의 균열을 확장하여 상기 풍화대 대수층을 파쇄하기 위해 상기 수압충격 관정에 고압의 물을 분사하는 공정을 포함하고, 상기 수압충격 관정에 고압의 물을 분사하는 공정은,
    제1 압력으로 제1 시간 간격으로 고압의 물이 분사되도록 1차 가압하는 공정;
    상기 1차 가압하는 공정 후, 상기 제1 압력보다는 큰 제2 압력으로 순간적으로 고압의 물이 분사되도록 상기 제1 시간 간격보다는 짧은 제2 시간 간격으로 2차 가압하는 공정; 및
    상기 2차 가입하는 공정 후, 상기 제2 압력보다는 큰 제3 압력으로 상기 제2 시간 간격보다는 짧은 시간 간격으로 3차 가압하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍화대 대수층의 수압충격 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 압력은 20kgf/m2 내지 40kgf/m2 이고, 상기 제2 압력은 40kgf/m2 내지 50kgf/m2 이고, 상기 제3 압력은 50kgf/m2 내지 60kgf/m2 인 것을 특징으로 하는 풍화대 대수층 수압충격 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007162273A (ja) 2005-12-12 2007-06-28 Asia:Kk 取水装置
US20110120705A1 (en) * 2009-11-25 2011-05-26 Halliburton Energy Services, Inc. Simulating Injection Treatments from Multiple Wells
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