KR101516215B1 - 장력계를 포함하는 시추시스템 및 이를 이용한 정확한 시추의 판단방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시추가 정확히 이루어졌는지 판단할 수 있는 시추시스템과 판단방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 시추시스템은 시추 대상물이 채워지는 코어를 갖는 시추부; 상기 시추부의 상하운동을 제어하는 구동부; 상기 시추부와 상기 구동부를 연결하는 로프; 상기 로프의 장력을 측정하는 장력계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

장력계를 포함하는 시추시스템 및 이를 이용한 정확한 시추의 판단방법{Coring system including tensiometer and Method of deciding accurate coring using the same}

본 발명은 장력계를 포함하는 시추시스템 및 이를 이용한 정확한 시추의 판단방법에 관한 것이다.

지질자원의 연구 또는 퇴적층으로부터 지구의 역사와 환경변화를 관찰하기 위한 시추장치가 많이 개발되어 왔다.

대부분의 시추장치에서는 시추대상물이 위치할 코어를 가지는 시추부를 해저 또는 하저에 위치시킨 후 중력 등을 이용하여 퇴적물에 삽입시킨다. 시추부의 삽입에 의해 퇴적물이 코어에 위치하게 되며 시추부를 회수하여 퇴적물 샘플을 얻게 된다.

그런데, 대부분의 시추에서 시추부는 해저 또는 하저의 깊은 곳에 위치하기 때문에 시추부가 수직을 유지하면서 퇴적물에 삽입했는지 확인하기 어려운 문제가 있다.

시추부가 수직을 유지하지 않고 퇴적물에 삽입하는 경우, 예상하는 샘플의 퇴적물 내에서의 위치(깊이)와 실제 얻어진 샘플의 퇴적물 내에서의 위치(깊이)가 상이하게 되는 문제가 있다.

도 1은 시추부가 수직을 유지하면서 퇴적물에 정확하게 삽입된 경우를 나타낸 것이고, 도 2는 시추부가 해저면에 경사를 이루면서 부정확하게 삽입된 경우를 나타낸다.

도 1과 도 2의 경우 모두 시추부의 코어에는 동일한 량의 퇴적물 샘플이 위치하게 된다. 하지만 두 경우에 있어, 샘플의 퇴적물 내에서의 위치(깊이)가 상이하여, 퇴적물 깊이에 따른 조성변화를 관찰하는데 오류를 가져온다.

미국 등록 제6,850,463호(2005년 2월 1일 공개) 미국 등록 제6,946,386호(2005년 12월 20일 공개)

따라서 본 발명의 목적은 시추가 정확히 이루어졌는지 판단할 수 있는 시추시스템과 판단방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 시추 시스템에 있어서, 시추 대상물이 채워지는 코어를 갖는 시추부; 상기 시추부의 상하운동을 제어하는 구동부; 상기 시추부와 상기 구동부를 연결하는 로프; 상기 로프의 장력을 측정하는 장력계를 포함하는 것에 의해 달성된다.

상기 장력계의 측정결과를 기초로 상기 시추부의 정확한 시추여부를 판단하는 판단부를 더 포함할 수 있다.

상기 판단부는, 상기 시추부 회수 시 장력이 일정 값 이상이면 정확한 시추로 판단할 수 있다.

상기 판단부는, 상기 시추부의 회수 시 장력과 회수 전후 장력을 비교하여 정확한 시추여부를 판단할 수 있다.

상기 판단부는, 상기 시추부의 회수 시 장력이 회수전후 장력보다 일정수준 이상일 경우 정확한 시추라고 판단할 수 있다.

상기 장력계의 측정결과를 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.

상기 구동부와 상기 시추부 사이에 위치하며 상기 로프의 배치방향을 수직방향으로 변경시키는 시추 도르래를 더 포함하며, 상기 장력계는 상기 시추 도르래와 상기 구동부 사이에서 상기 로프의 장력을 측정할 수 있다.

상기 장력계와 상기 로프 사이에 위치하는 장력 도르래를 더 포함할 수 있다.

상기 본 발명의 목적은 시추 대상물이 채워지는 코어를 갖는 코어를 갖는 시추부; 상기 시추부의 상하운동을 제어하는 구동부; 및 상기 시추부와 상기 구동부를 연결하는 로프를 포함하는 시추시스템에서 정확한 시추 여부를 판단하는 방법에 있어서, 시추과정에서 상기 로프의 장력을 측정하는 단계와; 측정된 장력계의 측정결과를 기초로 시추부의 정확한 시추여부를 판단하는 단계를 포함하는 것에 의해 달성될 수 있다.

상기 판단 단계는, 상기 시추부의 회수 시 장력과 시추전후 장력을 비교하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 판단 단계는, 상기 시추부의 회수 시 장력이 시추전후 장력보다 일정수준 이상일 경우 정확한 시추라고 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 시추시스템은, 구동부와 상기 시추부 사이에 위치하며 상기 로프의 배치방향을 수직방향으로 변경시키는 시추 도르래를 더 포함하며, 상기 장력 측정은, 상기 시추 도르래와 상기 구동부 사이에서 상기 로프의 장력을 측정할 수 있다.

본 발명에 따르면 시추가 정확히 이루어졌는지 판단할 수 있는 시추시스템과 판단방법이 제공된다.

도 1은 시추가 정확하게 이루어진 경우를 나타낸 것이고,
도 2는 시추가 부정확하게 이루어진 경우를 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시추 시스템을 나타낸 것이고,
도 4는 도 3의 A부분을 확대해 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 장력계 측정데이터의 흐름을 나타낸 것이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 장력 시스템을 이용한 사례를 나타낸 것이고,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 장력 시스템을 이용한 다른 사례를 타낸 것이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

이하에서는 시추부를 중력체(웨이트)를 이용하는 타입으로 예시하여 설명하나, 본 발명의 시추부는 피스톤을 이용하는 타입 또는 상자형 시추 타입에도 적용될 수 있다.

또한 이하에는 해저면의 퇴적물을 시추하는 것을 예시하여 설명하나, 본 발명은 하저의 퇴적물 시추나 퇴적물 외의 다른 시추대상물에도 적용될 수 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 시추 시스템을 설명한다.

시추시스템(1)은 시추부(10), 구동부(20), 로프(30) 및 장력계(51)를 포함한다.

시추부(10)와 구동부(20)는 로프(30)를 통해 연결되어 있으며, 구동부(20)의 작동에 의해 시추부(10)는 상승 및 하강한다. 장력계(51)는 로프(30)의 장력을 측정한다.

시추부(10)는 중량체(11) 및 시추로드(12)로 구성되며, 시추로드(12)에는 퇴적물이 위치할 수 있는 빈 공간인 시추 코어(13)가 형성되어 있다. 중량체(11)의 상부는 로프(30)에 연결되어 있으며, 구동부(20)의 작동에 의해 시추부(10)는 상승 및 하강한다.

시추부(10)가 해저면에 위치한 후, 로프(30)가 더 풀리면 중량체(11)의 무게에 의해 시추로드(12)가 퇴적물로 삽입된다. 삽입과정에서 시추 코어(13)에 퇴적물 샘플이 위치하게 된다.

구동부(20)는 전동모터 등을 이용하여 구성할 수 있으며, 시추부(10)를 상승 및 하강시킨다. 시추가 선상에서 이루어지는 경우 구동부(20)는 선상에 위치하게 된다. 구체적으로는, 구동부(20)는 전동윈치(winch)일 수 있다.

로프(30)는 구동부(20)와 시추부(10)를 연결하며, 구동부(20)의 동력을 시추부(10)에 전달한다. 로프(30)는 동력 전달에 적합한 재질과 형태이면 어떤 것이라도 사용할 수 있다. 예를 들어, 천연물질 로프, 합성섬유 로프, 금속 와이어, 체인 등이 사용될 수 있다.

로프(30)는 2개의 도르래(41, 42)에 의해 연장방향이 변경된다. 제1도르래(41)에 의해 시추부(10)의 중력에 의한 수직방향으로 연장방향이 변경되며, 제2도르래(42)에 의해 구동부(20)로부터 제1도르래(42) 사이에서 연장방향이 변경된다. 제1도르래(41)는 선상 크레인의 말단부에 위치할 수 있다.

다른 실시예에서, 제2도르래(42)는 생략될 수 있으며, 또 다른 실시예에서는 추가의 도르래가 사용될 수도 있다.

장력계(51)는 제1도르래(41)와 제2도르래(42) 사이에서 로프(30)의 장력을 측정한다. 로프(30)의 장력은 구동부(20)의 동작여부와 시추부(10)의 위치 등에 따라 변화한다. 예를 들어, 시추부(10)가 수중에 있어 부력을 받을 때가 수면 위에 위치할 때보다 장력이 작아진다.

장력계(51)는 로프(30)의 움직임에 방해되지 않도록 장력 도르래(43)를 통해 로프(30)와 연결되어 있다. 장력계(51)와 장력 도르래(43) 사이에는 연결부재(52)가 위치한다. 연결부재(52)의 일측은 장력 도르래(43)와 결합되어 있으며, 타측은 장력계(51)와 나사결합으로 결합되어 있다. 장력계(51)는 보조로프(31)를 통해 다른 선상구조물에 지지된다. 장력계(51)와 보조로프(31) 사이에도 연결부재(53)가 존재한다.

장력계(51)는 로프(30)의 장력범위에 견딜 수 있으며, 도 3과 같이 장력도르래(43) 및 보조로프(31)와 연결될 수 있다면 어떤 것을 사용해도 무방하다.

장력계(51)에서 측정한 장력데이터는 무선 또는 유선 방식으로 디스플레이부(61)와 판단부(62)로 전달된다. 디스플레이부(61)에서는 사용자 편의를 위해 시추 과정에 따른(시간에 따른) 장력변화를 보여준다. 도시하지는 않았지만 장력 데이터를 저장하기 위한 저장부가 설치될 수 있다.

판단부(62)는 측정된 장력 데이터를 기초로 정확한 시추가 되었는지 판단한다. 구체적으로는 해저면에 삽입된 시추부(10)를 회수할 때(해저면에서 뽑히는 순간)의 장력 크기로 판단하거나 다른 상태일 때의 장력을 비교하여 판단할 수 있다.

절대값으로 판단하는 경우에는, 회수 시 장력이 일정 값 이상이면 정확한 시추가 되었다고 판단한다.

비교판단에서는 회수 시의 장력(A)을 시추부(10)가 해수면 상부에 위치할 때의 장력(B)과 비교하거나 시추부(10)가 해수면 하부에 위치할 때의 장력(C)과 비교할 수 있다. 예를 들어, 장력 A가 장력 B보다 일정 값(예를 들어, 200kg, 500kg 등)보다 크거나 몇 배 이상(예를 들어, 2배, 5배, 10배 등)이면 정확한 시추가 이루어졌다고 판단한다. 장력 C와 비교하는 경우에도 같은 방법으로 판단할 수 있다.

판단의 기준이 되는 일정 값, 일정 수준 또는 몇 배의 구체적인 값은 시추부(10)의 무게 등에 따라 조절될 수 있다.

이상과 같이 회수 시의 장력 A의 절대값으로 또는 다른 장력을 비교하여 정확한 시추여부를 판단할 수 있는 이유는 다음과 같다.

시추과정에서 로프(62)의 장력은 해저면에 삽입된 시추부(10)를 회수하기 위해 구동부(20)를 작동할 때 가장 크게 된다. 그런데, 도 2와 같이 부정확하게 시추가 이루어진 경우에는 회수하기 위한 힘이 분산된다. 따라서, 도 2의 경우 도 1과 같이 정확하게 시추가 이루어진 경우보다 회수시 장력이 낮아지게 되는 것이다. 따라서 회수 시/회수 전후의 장력을 관찰하면 시추가 정확히 이루어졌는지 여부를 판단할 수 있다.

이하 도 6 및 도 7을 참조하여 장력 변화를 이용한 정확한 시추여부 판단방법을 상세히 설명한다. 도 6은 도 1과 같이 정확한 시추가 이루어진 경우의 실험데이터이며 도 7은 도 2와 같이 부정확한 시추가 이루어진 경우 실험데이터이다.

a구간은 시추부(10)가 해수면 하부에 위치하는 단계로 400kg 정도의 장력을 유지하고 있다. b구간은 자중에 의해 시추부(10)가 해저면 내부로 삽입되는 단계로 낮은 장력 수준을 나타내고 있다. b단계에서 시추코어(13) 공간에 퇴적물이 위치하게 된다.

c구간은 퇴적물 샘플링 후 구동부(20)가 로프(30)를 감도록 동작하여 시추부(10)를 상승시키는 단계로 장력이 단속적으로 증가한다. c구간은 구동부(20)가 로프(30)를 감도록 계속 동작하여 결국 시추부(10)가 해저면에서 회수되는(뽑히는) 단계의 장력이다. 최고 장력은 100kg이상이 나왔다. 정확한 시추와 부정확한 시추의 경우 모두에서 d 단계의 장력이 가장 크다.

이후 e단계는 다시 시추부(10)가 해수면 하부에 위치하는 단계이다. 도시하는 않았지만 이후 시추부(10)를 해수면 상부로 상승시키고 퇴적물 샘플을 얻게 된다.

도 6과 같이 정확한 시추가 이루어진 경우에는 시추부(10)가 뽑히는 순간인 d구간에서의 장력이 가장 크며, 해수면 하부 위치하는 a구간에서의 장력의 2배 이상이 된다. 또한 d구간의 장력변화가 뚜렷하며 e구간에서의 장력이 a구간이 장력과 유사한 값을 가진다.

정확한 시추 시 도 6과 같은 장력 변화 패턴을 보여주는 경우, 정확한 시추의 판단기준은 d구간 장력이 a구간 장력의 2배 이상인지 여부로 결정할 수 있다.

반면, 도 7과 같이 부정확한 시추가 이루어진 경우에는 시추부(10)가 뽑히는 순간의 장력이 도 6에 비해 뚜렷하지 않으며 장력값도 a구간의 2배 이하이다. 도 7의 경우에는 시추도중 시추부(10)가 퇴적층 밖으로 빠진 것으로 판단된다.

이상과 같이 본 발명에 따르면 장력 측정을 통해 시추가 정확하게 이루어졌는지 판단할 수 있다.

전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

1. 시추 시스템에 있어서,
   시추 대상물이 채워지는 코어를 갖는 시추부;
   상기 시추부의 상하운동을 제어하는 구동부;
   상기 시추부와 상기 구동부를 연결하는 로프;
   상기 로프의 장력을 측정하는 장력계를 포함하며,
   상기 장력계의 측정결과를 기초로 상기 시추부의 정확한 시추여부를 판단하는 판단부를 더 포함하며,
   상기 판단부는 상기 시추부의 회수 시 장력과 회수 전후 장력을 비교하여 정확한 시추여부를 판단하는 시추시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에서,
   상기 판단부는,
   상기 시추부의 회수 시 장력이 회수전후 장력보다 일정수준 이상일 경우 정확한 시추라고 판단하는 것을 특징하는 시추시스템.
6. 제1항에서,
   상기 장력계의 측정결과를 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시추시스템.
7. 제1항에서,
   상기 구동부와 상기 시추부 사이에 위치하며 상기 로프의 배치방향을 수직방향으로 변경시키는 시추 도르래를 더 포함하며,
   상기 장력계는 상기 시추 도르래와 상기 구동부 사이에서 상기 로프의 장력을 측정하는 것을 특징으로 하는 시추시스템.
8. 제7항에서,
   상기 장력계와 상기 로프 사이에 위치하는 장력 도르래를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시추시스템.
9. 시추 대상물이 채워지는 코어를 갖는 코어를 갖는 시추부; 상기 시추부의 상하운동을 제어하는 구동부; 및 상기 시추부와 상기 구동부를 연결하는 로프를 포함하는 시추시스템에서 정확한 시추 여부를 판단하는 방법에 있어서,
   시추과정에서 상기 로프의 장력을 측정하는 단계와;
   측정된 장력계의 측정결과를 기초로 시추부의 정확한 시추여부를 판단하며,
   상기 판단 단계는,
   상기 시추부의 회수 시 장력과 시추전후 장력을 비교하는 단계를 포함하는 판단방법.
10. 삭제
11. 제9항에서,
    상기 판단 단계는,
    상기 시추부의 회수 시 장력이 시추전후 장력보다 일정수준 이상일 경우 정확한 시추라고 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징하는 판단방법.
12. 제9항에서,
    상기 시추시스템은,
    구동부와 상기 시추부 사이에 위치하며 상기 로프의 배치방향을 수직방향으로 변경시키는 시추 도르래를 더 포함하며,
    상기 장력 측정은,
    상기 시추 도르래와 상기 구동부 사이에서 상기 로프의 장력을 측정하는 것을 특징으로 하는 판단방법.
    
    
    
    

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