KR102427255B1

KR102427255B1 - 회수 가능한 구조를 가지는 시추공 케이싱

Info

Publication number: KR102427255B1
Application number: KR1020200051560A
Authority: KR
Inventors: 최승범; 김유홍; 유정민; 천대성
Original assignee: 한국지질자원연구원
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2020-04-28
Publication date: 2022-07-29
Also published as: KR20210132983A

Abstract

본 발명은 이중관 구조와 베벨기어를 이용하여 시추공 케이싱을 손쉽게 설치할 수 있고, 나아가 시추공의 목적을 모두 달성한 후에는 시추공에서 회수할 수 있는 시추공 케이싱에 관한 것입니다.

Description

회수 가능한 구조를 가지는 시추공 케이싱{BOREHOLE CASING WITH RECOVERABLE STRUCTURE}

본 발명은 회수 가능한 구조를 가지는 시추공 케이싱에 관한 것이다.

시추공은 지면에 아래에 지질연구, 환경부지평가, 광물 탐사, 지하수 탐사, 방사성폐기물 처리 등의 목적으로 소정의 직경으로 뚫어 놓은 구멍을 의미한다. 시추공은 드릴링 장치를 이용하여 지면을 뚫은 후 시추공 케이싱을 설치하여 그 내벽이 무너지는 것을 방지한다.

즉, 시추공 케이싱은 시추공의 안정성을 유시켜 주고, 비정상적인 압력이 있는 지역으로부터 시추공을 보호하며, 연약 지반이 무너지는 것을 방지하고, 대수층에 의해 시추공 내부가 혼란해지는 것을 방지한다.

종래의 시추공 케이싱은 설치 후에 시멘트 등으로 시추 케이싱을 고정하고, 시추공 케이싱 간의 연결부위를 메꾸는 등의 작업을 수행하였다. 따라서 종래의 시추공 케이싱은 시추공이 그 목적을 달성한 후에도 회수가 불가능했다.

등록특허공보 제10-1578123호에서도 시추공 내부를 촬영하는 시추공 촬영용 투명관을 회수하는 방법에 대해 개시하고 있을 뿐, 시추 케이싱 자체를 회수하는 것에 대해서는 전혀 개시하고 있지 않다.

본 발명의 일 목적은 회수 가능한 구조를 가지는 시추공 케이싱을 제공하는 것에 있다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

위와 같은 과제를 달성하기 위해 본 발명의 일 예에 따른 시추공 케이싱은 시추공에 접하도록 설치되는 외관; 상기 외관의 내측에 배치되는 내관; 상기 내관의 외면을 따라 설치되는 제1베벨기어; 상기 외관에 설치되며, 상기 제1베벨기어에 맞물려서 상기 내관의 회전에 의해 회전되는 제2베벨기어; 상기 제2베벨기어에 단부에 설치되며, 상기 제2베벨기어의 회전에 따라 함께 회전하는 척; 및 상기 척에 설치되며, 상기 척의 회전에 따라 상기 외관의 외면으로 돌출되거나 삽입되는 고정돌기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 예에 있어서, 상기 내관이 일 방향으로 회전할 경우 상기 고정돌기가 상기 외관의 외측으로 돌출되어 시추공 케이싱이 시추공에 고정되며, 상기 내관이 일 방향의 반대 방향으로 회전할 경우 상기 고정돌기가 상기 외관으로 삽입되어 시추공 케이싱이 시추공에서 이탈가능한 상태가 되어 시추공 케이싱을 시추공으로부터 회수가능한 것을 특징으로 할 수 있다.

일 예에 있어서, 상기 외관과 상기 내관 사이에는 베어링이 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 예에 있어서, 상기 외관에는 홀더가 설치되며, 상기 홀더를 통해 상기 고정돌기가 상기 외관의 외부로 돌출되는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 예에 있어서, 상기 척과 상기 고정돌기는 나사결합되어, 상기 척이 일 방향으로 회전할 경우 상기 고정돌기가 상기 척으로부터 이탈하여 상기 외관의 외측으로 돌출되고, 상기 척이 일 방향의 반대방향으로 회전할 경우 상기 고정돌기가 상기 척으로 상비되어 상기 외관으로 삽입되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 회수가 가능한 구조를 가지는 시추공 케이싱은 내관과 외관의 이중관 구조로 이루어져, 시추공에 시추공 케이싱을 설치한 후 내관을 일 방향으로 회전시킴으로써 외관의 외측으로 고정돌기가 돌출되어 시추공 벽면에 고정된다. 즉, 별도로 시멘트 등으로 시추공 케이싱을 시추공에 고정하는 작업이 필요하지 않다. 시추공 케이싱의 회수사에는 시추공 케이싱의 내관을 일 방향의 반대 방향으로 회전시켜서 고정돌기를 외관으로 삽입한 후 시추공 케이싱을 들어올려서 회수할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 예에 따른 회수가 가능한 구조를 가지는 시추공 케이스는 설치시에 시멘트 등으로 시추공 외벽에 고정시킬 필요 없이 내관을 회전시키는 것만으로도 손쉽게 고정이 가능하고, 내관을 반대로 회전시켜 고정돌기를 외관으로 삽입시킨 후에 시추공 케이싱을 들어올려 회수가 가능하다는 장점이 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱으로서, 외관을 투명하게 도시한 개략적 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱의 내관과 베벨기어의 개략적 분해시시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱의 베빌기어의 개략적 분해시시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱의 외관 부분을 확대한 개략적 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱을 시추공에 설치할 경우의 동작을 설명하기 위한 참고도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱을 시추공으로부터 회수할 경우의 동작을 설명하기 위한 참고도이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱으로서, 외관을 투명하게 도시한 개략적 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱의 내관과 베벨기어의 개략적 분해시시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱의 베빌기어의 개략적 분해시시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱의 외관 부분을 확대한 개략적 사시도이다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱(100)의 구성과 동작에 대해 살펴보도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱(100)은 시추공에 설치되어 시추공의 안정성을 높이는 역할을 하며, 무엇보다 시추공에 손쉽게 고정이 가능하고 회수도 가능하다는 장점이 있다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱(100)은 외관(10)과 내관(20)의 이중관 구조를 가진다.

외관(10)은 일 방향으로 길게 형성되는 원통형의 관일 수 있다. 다만, 외관(10)의 형상이 이에 제한되는 것은 아니며, 다각형의 관을 이용하는 것도 가능하다. 외관(10)은 시추공 케이싱(100)이 시추공에 삽입될 경우 시추공에 접하게 된다.

외관(10)의 내측에는 내관(20)이 설치된다. 이때 내관(20)은 외관(10)의 내측에서 회전가능하도록 설치된다. 내관(20)도 외관과 마찬가지로 일 방향으로 길게 형성되는 원통형의 관일 수 있으나, 내관(20)의 형상이 이에 제한되는 것은 아니다. 내관(20)의 지름은 외관(10)의 지름에 비해 작은 것이 당연하다. 내관(20)의 단부에는 연결부(50)가 설치된다. 연결부(50)는 복수의 시추공 케이싱(100)을 설치할 때 서로 연결하는 역할을 하며, 동시에 내관(20)을 회전시킬 때 이용된다.

외관(10)과 내관(20) 사이에는 베벨기어(30)가 설치된다. 베벨기어(30)로는 스퍼 베벨 기어, 헬리컬 베벨 기어, 스파이럴 베벨 기어, 제롤 베벨 기어, 크라운 베벨 기어 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 스파이럴 베벨 기어를 이용할 수 있다. 베벨기어(30)는 제1베벨기어(31) 및 제2베벨기어(32a)로 구성된다. 제1베벨기어(31)는 내관(20)의 외주면을 따라 링 형태로 배치된다. 제2베벨기어(32a)는 외관(10)에 설치되며, 제1베벨기어(31)에 맞물리도록 설치된다. 제2베벨기어(32a)는 외관(10)에 설치된 홀더(11)에 의해 고정된다. 한편, 홀더(11)는 베어링을 포함하여 제2베벨기어(32a)와 후술하는 척(32b)의 회전이 원할하도록 돕는다. 제1베벨기어(31)는 내관(20)의 길이 방향으로 적어도 하나 이상 설치되며, 제2베벨기어(32a)는 외관(10)의 외주 방향으로 적어도 하나 이상 설치된다. 제2베벨기어(32a)의 경우 외관(10)에 복수개 배치될 경우 일정한 간격을 두고 배치되는 것이 시추공 케이싱(100)의 고정에 유리하다.

상술한 바와 같이, 제2베벨기어(32a)는 제1베벨기어(31)에 맞물리도록 설치되므로, 내관(20)의 회전에 따라 제1베벨기어(31)가 회전하여 제2베벨기어(32a)를 외관(10)의 일 위치에서 회전시키게 된다. 이때, 내관(20)의 회전 축과 제2베벨기어(32a)의 회전축은 서로 소정의 각도로 교차하게 된다.

제2베벨기어(32a)의 단부, 구체적으로 바깥쪽의 단부에 척(chuck, 32b)이 설치된다. 척(32b)은 제2베벨기어(32a)와 일체를 이루어 중간 연결체(32)를 구성한다. 즉, 제2베벨기어(32a)가 회전하면 척(32b)도 함께 회전하는 것이다.

척(32b)에는 고정 돌기(33)가 연결된다. 척(32b)이 회전하는 방향에 따라 고정 돌기(33)는 척(32b)으로부터 이탈하여 외관(10)의 외측으로 돌출되거나 외관(10)으로 삽입되는 움직임을 가진다. 이러한 움직임을 위해 척(32b)에는 고정 돌기(33)가 삽입되는 구멍이 형성된다. 구멍과 고정 돌기(33)는 서로 나사 결합시켜, 척(32b)의 회전에 의해 고정 돌기(33)가 전방 또는 후방으로 움직이도록 하는 것이다.

고정 돌기(33)는 외관(10)의 바깥으로 돌출된 경우에는 시추공의 벽면에 시추공 케이싱(100)을 고정시키는 역할을 하며, 시추공 케이싱을 회수할 때는 고정 돌기(33)를 외관(10)으로 삽입시키게 된다.

한편, 외관(10)과 내관(20) 사이에는 베어링(40)이 더 설치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱(100)에서는 내관(20)의 회전에 의해 고정 돌기(33)의 동작이 제어되므로, 외관(10)과 내관(20) 사이에 베어링(40)을 설치하여 보다 쉽게 고정 돌기(33)의 동작을 제어할 수 있게 된다. 또한, 베어링(40)은 외관(10)과 내관(20)의 양 단부에 설치되어, 시추공 케이싱(100)을 설치하는 과정에서 이물질이 베벨기어(30)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱을 시추공에 설치할 경우의 동작을 설명하기 위한 참고도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱을 시추공으로부터 회수할 경우의 동작을 설명하기 위한 참고도이다.

도 5 및 도 6을 참조하여 , 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱(100)을 설치하거나 회수하는 과정에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 시추공 케이싱(100)을 설치하는 과정을 살펴보면 시추공에 시추공 케이싱(100)을 삽입하고, 내관(20)을 일 방향으로 회전(R₁)시키게 된다. 내관(20)이 일방향으로 회전하게 되면 베벨기어(30)에 의해 제2베벨기어(32a)가 회전하게 되고, 고정 돌기(33)가 외관(10)의 외측 방향(M₁)으로 돌출된다. 즉, 고정 돌기(33)가 시추공의 벽면에 박혀 시추공 케이싱(100)이 시추공에 고정된다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 시추공 케이싱(100)은 종래의 케이싱들처럼 시추공에 설치된 후에 시멘트 등으로 고정하는 작업을 생략할 수 있어, 손쉽게 시추공에 설치가 가능하다는 장점이 있다.

다음으로 시추공 케이싱(100)을 회수하는 과정을 살펴보면, 시추공 케이싱(100)의 내관(20)을 일 방향의 반대 방향으로 회전(R₂)시키게 된다. 내관(20)이 반대 방향으로 회전하게 되면, 베벨기어(30)에 의해 제2베벨기어(32a)가 시추공 케이싱(100)을 설치할 때와 반대방향으로 회전하게 되고, 고정 돌기(33)가 외관(10)쪽 방향(M₂)으로 삽입된다. 즉, 고정 돌기(33)가 시추공의 벽면에서 빠져나오게 되는 것이다. 이후 시추공 케이싱(100)을 들어올려 시추공에서 회수할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 다른 시추공 케이싱(100)은 시추공의 목적을 달성한 이후에 시추공 케이싱(100)을 회수하여 재활용할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims

시추공에서 회수 가능한 구조를 가지는 시추공 케이싱으로서,
시추공에 접하도록 설치되는 외관;
상기 외관의 내측에 배치되는 내관;
상기 내관의 외면을 따라 설치되는 제1베벨기어;
상기 외관에 설치되며, 상기 제1베벨기어에 맞물려서 상기 내관의 회전에 의해 회전되는 제2베벨기어;
상기 제2베벨기어에 단부에 설치되며, 상기 제2베벨기어의 회전에 따라 함께 회전하는 척; 및
상기 척에 설치되며, 상기 척의 회전에 따라 상기 외관의 외면으로 돌출되거나 삽입되는 고정돌기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추공 케이싱.
제1항에 있어서,
상기 내관이 일 방향으로 회전할 경우 상기 고정돌기가 상기 외관의 외측으로 돌출되어 시추공 케이싱이 시추공에 고정되며,
상기 내관이 일 방향의 반대 방향으로 회전할 경우 상기 고정돌기가 상기 외관으로 삽입되어 시추공 케이싱이 시추공에서 이탈가능한 상태가 되어 시추공 케이싱을 시추공으로부터 회수가능한 것을 특징으로 하는 시추공 케이싱.
제1항에 있어서,
상기 외관과 상기 내관 사이에는 베어링이 설치되는 것을 특징으로 하는 시추공 케이싱.
제1항에 있어서,
상기 외관에는 홀더가 설치되며, 상기 홀더를 통해 상기 고정돌기가 상기 외관의 외부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 시추공 케이싱.
제1항에 있어서,
상기 척과 상기 고정돌기는 나사결합되어, 상기 척이 일 방향으로 회전할 경우 상기 고정돌기가 상기 척으로부터 이탈하여 상기 외관의 외측으로 돌출되고, 상기 척이 일 방향의 반대방향으로 회전할 경우 상기 고정돌기가 상기 척으로 상비되어 상기 외관으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 시추공 케이싱.