KR102022560B1 - 시추공 폐쇄용 브릿지 플러그 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 시추공 폐쇄용 브릿지 플러그는, 시추공을 폐쇄시킬 수 있도록 상기 시추공 내에 삽입되는 브릿지 플러그에 있어서, 상기 시추공 내에 삽입 가능하게 길이 방향으로 길게 형성되며, 길이 방향으로 신장 가능하게 형성된 신축부를 포함하는 바디, 상기 바디의 끝단부에 서로 인접하도록 구비된 복수의 팩커를 포함하며, 상기 신축부의 길이 신장에 따라 상기 바디에 인접하도록 내측에 구비된 팩커가 외측에 구비된 팩커에 억지끼움되어 외측에 구비된 팩커의 폭이 확장됨에 따라 상기 시추공의 내벽에 접촉되어 상기 시추공을 폐쇄시키는 팩커 어셈블리 및 유연성을 가지며, 상기 팩커 어셈블리 및 상기 신축부를 감싸도록 상기 바디에 고정된 상태로 구비되어, 상기 신축부의 길이 신장에 따른 상기 팩커 어셈블리의 이동을 제한하도록 구비되는 스토핑 멤브레인을 포함한다.

Description

시추공 폐쇄용 브릿지 플러그{Bridge Plug for Closing Borehole}

본 발명은 시추공 폐쇄용 브릿지 플러그에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 구조로 시추공을 안정적으로 폐쇄시킬 수 있는 시추공 폐쇄용 브릿지 플러그에 관한 것이다.

수평굴착, 수압패쇄 등의 신기술을 통해 채굴 가능한 비전통 에너지자원으로는 셰일가스, 타이트 샌드 가스, 탄층 메탄 가스, 가스하이드레이트 등이 존재한다.

이와 같은 비전통 에너지자원은 넓은 지역에 걸쳐 연속적인 형태로 분포되어 있어 고도의 개발기술을 필요로 하며, 원유 및 가스자원의 부존 위험보다는 회수율, 경제성과 관련한 위험이 큰 에너지자원이다.

또한 비전통 에너지자원 개발은 낮은 투수율을 극복하기 위해 지상으로부터 이물질을 주입하게 되는데, 이에 따라 지하수 오염, 지표수 및 토양오염, 유정폭발, 다량의 물 사용에 따른 수자원 고갈문제 등 여러 가지 환경문제가 발생할 수 있다.

특히 캐나다와 같은 경우에는 생산이 중단되거나 상업성이 없어 환경 오염에 영향을 미치는 유정공이 약 10,000여개에 이르며, 미국 및 기타 지역을 합하면 약 40,000여개의 유정공이 환경 오염에 영향을 주고 있는 것으로 알려져 있다.

이에 유정공의 상태에 따라 유정공을 폐쇄 또는 폐공하여 환경오염을 최소화하는 기술이 필요하다.

미국등록특허 제6955216호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 간단한 구조만으로 시추공을 안정적으로 폐쇄시켜 환경오염을 최소화시킬 수 있는 시추공 폐쇄용 브릿지 플러그를 제공하기 위한 목적을 가진다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시추공 폐쇄용 브릿지 플러그는, 시추공을 폐쇄시킬 수 있도록 상기 시추공 내에 삽입되는 브릿지 플러그에 있어서, 상기 시추공 내에 삽입 가능하게 길이 방향으로 길게 형성되며, 길이 방향으로 신장 가능하게 형성된 신축부를 포함하는 바디, 상기 바디의 끝단부에 서로 인접하도록 구비된 복수의 팩커를 포함하며, 상기 신축부의 길이 신장에 따라 상기 바디에 인접하도록 내측에 구비된 팩커가 외측에 구비된 팩커에 억지끼움되어 외측에 구비된 팩커의 폭이 확장됨에 따라 상기 시추공의 내벽에 접촉되어 상기 시추공을 폐쇄시키는 팩커 어셈블리 및 유연성을 가지며, 상기 팩커 어셈블리 및 상기 신축부를 감싸도록 상기 바디에 고정된 상태로 구비되어, 상기 신축부의 길이 신장에 따른 상기 팩커 어셈블리의 이동을 제한하도록 구비되는 스토핑 멤브레인을 포함한다.

그리고 상기 팩커는, 전면부 및 상기 전면부의 둘레를 따라 후방으로 연장되는 측면부를 포함하고, 내측에 후방이 개방된 내부공간이 형성될 수 있다.

또한 상기 바디의 길이 방향에 대해, 외측에 구비된 팩커 측면부의 경사 각도는 내측에 구비된 팩커 측면부의 경사 각도보다 작게 형성될 수 있다.

그리고 외측에 구비되는 팩커의 적어도 측면부에는 내측에 구비된 팩커의 억지끼움에 의해 파단되는 파단부가 형성될 수 있다.

또한 상기 팩커는 유연성을 가지도록 형성될 수 있다.

그리고 상기 팩커 어셈블리 및 상기 신축부는 상기 바디의 중심점을 기준으로 대칭되는 형태로 양측에 구비될 수 있다.

또한 상기 팩커 어셈블리 및 상기 스토핑 멤브레인보다 상기 바디의 내측에 구비되고, 상기 팩커 어셈블리 및 상기 신축부를 감싸는 상기 스토핑 멤브레인의 후방 개구부를 고정시키는 고정부재를 더 포함할 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 시추공 폐쇄용 브릿지 플러그는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 간단한 구조를 가지므로 제조단가가 저렴하며, 신뢰성이 높다는 장점이 있다.

둘째, 복수의 패커를 통한 폭 확장을 통해 시추공을 안정적으로 폐쇄시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 시추공의 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 브릿지 플러그의 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 브릿지 플러그에 있어서, 팩커의 모습을 나타낸 도면;
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 브릿지 플러그의 구동 과정을 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 브릿지 플러그에 있어서, 팩커의 모습을 나타낸 도면; 및
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 브릿지 플러그에 있어서, 팩커 어셈블리의 모습을 나타낸 도면이다.

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 1은 시추공(H)의 모습을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 시추와 같은 작업을 위해서는 지면(L)의 내측에 시추공(H)을 굴착하게 된다.

다만, 많은 국가에서 생산이 중단되거나 상업성이 없어 환경 오염에 영향을 미치는 시추공(H)은 다수이며, 이들은 환경 오염에 매우 큰 영향을 주고 있다.

따라서 시추공(H)의 상태에 따라 상기 시추공(H)을 폐쇄 또는 폐공하여 환경오염을 최소화할 필요가 있으며, 본 발명은 이와 같은 시추공(H)을 폐쇄할 수 있도록 한다. 이하에서는 이에 대해 자세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 브릿지 플러그(100)의 모습을 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 브릿지 플러그(100)는 도 1에 나타난 시추공(H)을 폐쇄시킬 수 있도록 상기 시추공(H) 내에 삽입된다.

구체적으로 본 실시예의 브릿지 플러그(100)는 바디(110)와, 팩커 어셈블리(130)와, 스토핑 멤브레인(140)을 포함한다.

상기 바디(110)는 상기 시추공(H) 내에 삽입 가능하게 길이 방향으로 길게 형성되며, 길이 방향으로 신장 가능하게 형성된 신축부(120)를 포함하는 형태를 가진다.

그리고 본 실시예에서 상기 신축부(120)는 상기 바디(110)의 중심점을 기준으로 대칭되는 형태로 양측에 구비되나, 상기 신축부(120)는 상기 바디(110)의 어느 일측에만 구비될 수도 있음은 물론이다.

또한 본 실시예의 경우 상기 신축부(120)는 시추공(H) 외부에 구비되는 유압인가장치(200)로부터 제공되는 유압에 의해 신축 가능하게 형성될 수 있으나. 상기 신축부(120)의 길이 조절 방식은 본 실시예에 의해 제한되지는 않는다.

상기 팩커 어셈블리(130)는 상기 바디(110)의 끝단부에 서로 인접하도록 구비된 복수의 팩커(A~C)를 포함하며, 상기 신축부(120)의 길이 신장에 따라 상기 바디(110)에 인접하도록 내측에 구비된 팩커(A~C)가 외측에 구비된 팩커(A~C)에 억지끼움되어 외측에 구비된 팩커(A~C)의 폭이 확장됨에 따라 상기 시추공(H)의 내벽에 접촉되어 상기 시추공(H)을 폐쇄시키도록 형성된다.

본 실시예에서 상기 팩커 어셈블리(130)는 총 3개의 팩커(A~C)를 포함하도록 구비되나, 상기 팩커(A~C)의 개수는 본 실시예만으로 제한되는 것이 아님은 물론이다. 즉 상기 팩커(A~C)는 본 실시예보다 적은 수로 구비될 수도 있으며, 더 많은 수가 구비될 수도 있다.

한편 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 팩커(A~C)는, 전면부(134)와, 상기 전면부(134)의 둘레를 따라 후방으로 연장되는 측면부(132)를 포함하고, 내측에 후방이 개방된 내부공간(136)이 형성된 형태를 가진다.

이때 상기 팩커(A~C)는 상기 바디(110)의 길이 방향에 대해, 보다 외측에 구비된 팩커(A~B) 측면부(132)의 경사 각도는 내측에 구비된 팩커(B~C) 측면부(132)의 경사 각도보다 작게 형성된 형태를 가진다.

상기 팩커 어셈블리(130)에 포함된 팩커(A~C)가 이와 같은 형태를 가지는 이유는, 상기 바디(110)에 인접하도록 내측에 구비된 팩커(B~C)가 외측에 구비된 팩커(A~B)에 억지끼움되어 외측에 구비된 팩커(A~B)의 폭이 확장될 수 있도록 하기 위한 것이다. 이에 대해서는 후술하도록 한다.

상기 스토핑 멤브레인(140)은 유연성을 가지는 재질로 형성되며, 상기 팩커 어셈블리(130) 및 상기 신축부(120)를 감싸도록 상기 바디(110)에 고정된 상태로 구비된다.

그리고 본 실시예의 경우 상기 팩커 어셈블리(130) 및 상기 스토핑 멤브레인(140)보다 상기 바디(110)의 내측에 구비되고, 상기 팩커 어셈블리(130) 및 상기 신축부(120)를 감싸는 상기 스토핑 멤브레인(140)의 후방 개구부를 고정시키는 고정부재(150)를 더 포함할 수 있다.

이에 따라 상기 신축부(120)가 신장되어 상기 팩커(A~C)가 외측으로 외력을 인가받게 되더라도, 상기 스토핑 멤브레인(140)은 상기 팩커(A~C)의 외측 방향으로의 이동을 구속하게 된다.

이하에서는, 이와 같은 브릿지 플러그(100)의 시추공(H) 폐쇄 과정에 대해 설명하도록 한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 브릿지 플러그(100)의 구동 과정을 나타낸 도면이다.

먼저 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 브릿지 블러그(100)을 시추공(H, 도 1 참조)에 삽입한 상태에서, 유압인가장치(200, 도 2참조)을 통해 유압을 제공하여 상기 신축부(120)의 길이를 신장시키게 된다.

이때 상기 스토핑 멤브레인(140)의 후방 개구부를 고정시키는 고정부재(150)는 상기 신축부(120)보다 내측에 구비되므로, 상기 스토핑 멤브레인(140)이 고정된 상태에서 상기 신축부(120)의 신장에 의해 상기 바디(110)의 길이가 증가됨에 따라 상기 팩커 어셈블리(130)를 구성하는 각 팩커(A~C) 사이에 압축이 발생하게 된다.

전술한 바와 같이 상기 신축부(120)의 길이 신장에 따라 상기 바디(110)에 인접하도록 내측에 구비된 팩커(A, B)는 도 5에 도시된 바와 같이 보다 외측에 구비된 팩커(B, C)에 억지끼움되며, 이에 따라 외측에 구비된 팩커(A, B)는 외력에 의해 폭이 확장된다.

이때 상기 스토핑 멤브레인(140)은 상기 팩커 어셈블리(130) 전체의 이동을 구속하고 있는 상태이므로, 최외측에 위치된 팩커(A)는 이동되지 않고 고정된 상태를 유지하게 되며, 내측에 위치된 다른 팩커(B~C)가 상기 신축부(120)의 길이 신장에 의해 최외측에 위치된 팩커(A)의 내부공간 측으로 파고들면서 최외측에 위치된 팩커(A)를 확관시키게 된다. 이와 같은 과정에서 최내측에 위치된 팩커(C)는 중간에 위치된 팩커(B)의 내부공간 측으로 삽입되어 중간에 위치된 팩커(B)를 확관시키게 됨은 물론이다.

즉 상기 팩커 어셈블리(130)는 상기 팩커(A~C)의 개수에 따라 최외곽에 위치된 팩커(A)의 확관 범위를 결정하게 되며, 이에 따라 최외곽에 위치된 팩커(A)는 시추공(H)의 내벽(M)에 밀착되어 상기 시추공(H)을 폐쇄하게 되므로 기밀 상태를 유지할 수 있다.

전술한 바와 같이 상기 팩커(B~C)는 상기 바디(110)의 길이 방향에 대해, 보다 외측에 구비된 팩커(A~B) 측면부(132)의 경사 각도는 내측에 구비된 팩커(A~C) 측면부(132)의 경사 각도보다 작게 형성된 형태를 가지므로, 보다 내측에 위치된 팩커(B~C)가 상기 신축부(120)에 의해 이동될 경우 외측에 위치된 팩커(A~B)는 내측에 위치된 팩커(B~C)에 의해 확관되어 상기 시추공(H)을 안정적으로 폐쇄시킬 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 브릿지 플러그(100)에 있어서, 팩커(130)의 모습을 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 브릿지 플러그(100) 중 외측에 구비되는 팩커(A~B, 도 2 참조)의 적어도 측면부(132, 도 3 참조)에는 내측에 구비된 팩커(B~C)의 억지끼움에 의해 파단되는 파단부(138)가 형성된 형태를 가진다.

전술한 제1실시예의 경우 상기 팩커(A~C)는 유연성을 가지는 재질로 형성되었으나, 본 실시예는 상기 팩커(A~C)가 유연성을 가지지 않는 경우 또는 유연성이 일정 이하인 경우에 해당하는 것으로, 보다 외측에 구비된 팩커(A~B)는 그보다 내측에 구비된 팩커(B~C)의 억지끼움에 의해 상기 파단부(138)가 파단되어 복수의 부재로 분할될 수 있다.

본 실시예에서 상기 파단부(138)는 전면부(134) 및 측면부(132)를 4등분하도록 형성되며, 이에 따라 내측에 구비된 팩커(B~C)가 내부공간으로 진입할 경우 상기 파단부(138)가 파단되며 복수의 부재로 분할되어 확관이 이루어진다.

즉 상기 파단부(138)는 상기 팩커(A~C)의 다른 부분에 비해 강성이 약한 재질로 형성될 수 있으며, 따라서 유연성을 가지는 재질로 형성되지 않더라도 외력에 의한 확관 현상을 발생시킬 수 있다.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 브릿지 플러그(100)에 있어서, 팩커 어셈블리(130)의 모습을 나타낸 도면이다.

도 7에 도시된 본 발명의 제3실시예의 경우, 내측에 위치된 팩커(A)의 측면부(132a) 외측에는 삽입돌기(131)가 형성되며, 외측에 위치된 팩커(B)의 측면부(132b) 내측에는 상기 삽입돌기(131)가 삽입되는 가이드홈(133)이 형성된 형태를 가진다.

특히 상기 가이드홈(133)은 외측에 위치된 팩커(B)의 내측에 나선 형상으로 형성되며, 이에 따라 상기 신축부(120, 도 2 참조)의 신장될 경우 상기 삽입돌기(131)는 상기 가이드홈(133)을 따라 이동하게 된다.

이때 상기와 같이 상기 가이드홈(133)은 나선 형상으로 형성되므로, 내측에 위치된 팩커(A)는 상기 신축부(120)의 신장에 의해 외측에 위치된 팩커(B)의 내측으로 억지끼움되는 과정에서 회전될 수 있으며, 이로 인해 발생하는 운동에너지를 통해 외측에 위치된 팩커(B)를 보다 용이하게 확관시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

L: 지면
H: 시추공
100: 브릿지 플러그
110: 바디
120: 신축부
130: 팩커 어셈블리
140: 스토핑 멤브레인
150: 고정부재
200: 유압인가장치

Claims (7)

1. 시추공을 폐쇄시킬 수 있도록 상기 시추공 내에 삽입되는 브릿지 플러그에 있어서,
   상기 시추공 내에 삽입 가능하게 길이 방향으로 길게 형성되며, 길이 방향으로 신장 가능하게 형성된 신축부를 포함하는 바디;
   상기 바디의 끝단부에 서로 인접하도록 구비된 복수의 팩커를 포함하며, 상기 신축부의 길이 신장에 따라 상기 바디에 인접하도록 내측에 구비된 팩커가 외측에 구비된 팩커에 억지끼움되어 외측에 구비된 팩커의 폭이 확장됨에 따라 상기 시추공의 내벽에 접촉되어 상기 시추공을 폐쇄시키는 팩커 어셈블리; 및
   유연성을 가지며, 상기 팩커 어셈블리 및 상기 신축부를 감싸도록 상기 바디에 고정된 상태로 구비되어, 상기 신축부의 길이 신장에 따른 상기 팩커 어셈블리의 이동을 제한하도록 구비되는 스토핑 멤브레인;
   을 포함하는 시추공 폐쇄용 브릿지 플러그.
2. 제1항에 있어서,
   상기 팩커는,
   전면부 및 상기 전면부의 둘레를 따라 후방으로 연장되는 측면부를 포함하고, 내측에 후방이 개방된 내부공간이 형성된 시추공 폐쇄용 브릿지 플러그.
3. 제2항에 있어서,
   상기 바디의 길이 방향에 대해, 외측에 구비된 팩커 측면부의 경사 각도는 내측에 구비된 팩커 측면부의 경사 각도보다 작게 형성되는 시추공 폐쇄용 브릿지 플러그.
4. 제2항에 있어서,
   외측에 구비되는 팩커의 적어도 측면부에는 내측에 구비된 팩커의 억지끼움에 의해 파단되는 파단부가 형성되는 시추공 폐쇄용 브릿지 플러그.
5. 제1항에 있어서,
   상기 팩커는 유연성을 가지도록 형성된 시추공 폐쇄용 브릿지 플러그.
6. 제1항에 있어서,
   상기 팩커 어셈블리 및 상기 신축부는 상기 바디의 중심점을 기준으로 대칭되는 형태로 양측에 구비되는 시추공 폐쇄용 브릿지 플러그.
7. 제1항에 있어서,
   상기 팩커 어셈블리 및 상기 스토핑 멤브레인보다 상기 바디의 내측에 구비되고, 상기 팩커 어셈블리 및 상기 신축부를 감싸는 상기 스토핑 멤브레인의 후방 개구부를 고정시키는 고정부재를 더 포함하는 시추공 폐쇄용 브릿지 플러그.

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