KR101065269B1 - 압축 파쇄와 다성분의 액상 또는 고상 메디아를 이용한 지하 오염토양 및 지하수 오염 정화효율 향상을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지층을 압축가스를 이용하여 파쇄시키는 방법(pneumatic fracturing, 이하 '압축 파쇄'라 함), 이후 파쇄된 지층 내로 압축가스를 연속적으로 흐르게 하여 파쇄망을 유지하는 방법, 액상 또는 고상의 메디아를 적정한 압력으로 가스와 함께 투입시키는 방법과 장치에 관한 것이다.
이러한 메디아의 지층 내 투입은 오염물의 처리 또는 감소를 촉진시킨다. 이 장치에는 다양한 파쇄 및 주입 효과를 얻기 위해 가스의 유량 및 압력을 조정할 수 있도록 고안된 특수한 노즐 장치가 이용된다.

Description

압축 파쇄와 다성분의 액상 또는 고상 메디아를 이용한 지하 오염토양 및 지하수 오염 정화효율 향상을 위한 방법 및 장치{Method and apparatus using pneumatic fracturing and multicomponent injection of a liquid or dry media for the treatment non-naturally occurring subsurface soil and groundwater contamination}

본 발명은 압축 파쇄와 다성분의 액상 또는 고상 메디아 주입을 이용한 지하 오염토양 및 지하수 오염 정화효율을 향상하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 오염된 토양을 이동시키지 않고 가스를 오염토양의 지중으로 주입시켜 오염물질을 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

오늘날 지표 밑 오염 정도는 인간과 인간 주위의 야생 동식물 모두에 관하여, 그리고 환경에 관해서도 역시 심각한 위협을 주고 있으며 산업화된 국가에서도 중요한 환경문제로 여겨지고 있다. 정부는 법규를 통하여 그러한 지하오염물의 감소 및 이를 위한 규제를 점차 강화하고 있지만 전통적인 정화기술은 오염부지의 정화에 많은 처리시간이 걸리고 관리기관이 설정한 정화목표에 도달하지 못하고 있다. 부가적으로 오염정화에 유용한 기술들은 처리기간이 길기 때문에 비용도 많이 든다. 그리고 이러한 비용 등이 오염된 지역의 판매 또는 적극적인 개발을 방해한다.

지표 밑의 토양, 지하수 오염은 다양한 토양층에서 일어날 수 있다. 여기에서 사용된 "토양층(soil formation)"이라는 표현은 토양, 풍화된 암석 또는 정상적인 암석, 또는 이러한 모든 것의 조합으로 구성된 모든 지질학적 층을 의미한다. 토양 또는 굳지 않은 층은 굳지 않은 광물 알갱이 즉 점토, 실트, 모래, 자갈 또는 이러한 결합 형태로 구성된다. 일반적인 암석 또는 굳어진 층 즉 기반암은 석화된 광물입자 덩어리(집합체)로 이루어져 있다. 이는 보통 사암, 실트암, 석회암, 편마암, 현무암, 화강암 등이다.

오염된 지역 또는 오염은 다양한 형태와 농도로 일어날 수 있다. 오염된 지역이나 지하오염물 또는 비자연적으로 발생하는 오염물이란 표현은 정부관리기관이 정한 허용농도를 초과하는 지역을 의미한다. 지표면 아래의 오염토양은 지하수를 함유하는데 보통 두 가지 지역으로 나뉘어진다. Vadose 지역으로 알려진 불포화대(Unsaturated Zone)이며 이 지역에는 물과 공기를 포함한다. 두 번째는 포화대(Saturated Zone)로 모든 공극이 물로 가득 찬 지역이다. 현재 이 발명은 이 두 지역 모두 적용될 수 있으며, 비 점착성 토양(입상 모래토양, 자갈) 및 점착성 토양(실트, 점토, 기반암) 모두에 적용가능하다. 많은 부지들이 정화하는데 어려움을 겪고 있는데 이는 주로 부지 위치와 지질학적 특성 때문이다. 오염물의 위치가 오염토양을 굴착할 수 없는 깊이에 있거나 또는 오염토양이 구조물 또는 시설물 아래에 위치할 경우 그러하다.

Vadose 지역의 토양에 적용할 수 있는 기존 및 최근 기술의 최대 제한 인자는 처리될 토양의 투과성, 지질학적 이질성, 지질의 변화 가능성이다. 지중처리공정의 효율은 토양의 투과성이 감소되면 감소한다. 낮은 투과성을 가지는 토양에 대해 기존의 공정 또는 재래식 기술들은 매우 비효율이며 정화하는데 많은 시간이 필요하다. 이는 오염물질이 낮은 투과성을 가지는 주변환경에 갇히기 때문이다. 토양의 낮은 투과성은 많은 인자에 의해 야기되며 주로 높은 점토함유율, 높은 토양밀도 및 높은 유체의 점성이 그것이다. 따라서, 불포화층 또는 포화층 내 지중처리공정의 실질적인 효율은 토양의 투과성을 증가시킴으로써 향상될 수 있다.

정화작업(Remedial products)은 오염물 농도를 감소시키기 위해 오염물과의 접촉을 필요로 한다. 정화작업의 성공 여부는 이러한 접촉에 달려있다. 압축파쇄기는 단독 사용시 투과성이 낮은 지층의 투과성을 향상시킨다. 오염을 감소 또는 제거할 수 있는 액상 메디아(liquid media)를 압축가스를 이용하여 주입하는 것은 투과성이 낮은 지역을 정화하기 위해 액상물질을 전달하는 방법이다. 압축가스를 이용한 고상 메디아(dry media)의 주입은 고상 정화물질을 이러한 낮은 투과성 지역으로 보내는 방법이 된다. 단단하지 않은 지층에서 기계적으로(파쇄로) 만들어진 균열은 일정시간 후 무너질 수 있다. 압축가스를 이용한 고상 메디아의 주입은 이러한 균열을 메디아가 지지하게 만들고 또한 적용될 전통처리방법을 위해 또는 다른 정화물질의 연속주입을 위해 그 지지기간을 늘릴 수 있다.

이전의 발명들은 비자연적으로 오염된 지하수와 토양을 처리하는 일반적인 장치와 방법에 관한 것이었다. 이 발명은 위의 분야에서 특별히 토양을 오염지역에서 제거하지 않고 지중에서 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 가스를 많은 유량 및 빠른 속도로 주입시켜 토양 내 인위적인 균열망을 실질적 범위까지 만들고 그리고 팽창상태의 균열망을 유지시키기 위해 연속으로 가스를 주입한다. 이 균열망은 접근이 어려운 지질 특성을 가진 지역을 투과성이 향상된 지역으로 만들어 처리시간을 단축하는데 도움을 준다.

이전의 발명은 다양한 고상, 입상 메디아를 가스 흐름 속으로 주입시키고 그것들이 토양층 도처에 가라앉히는 것을 포함한다.

또한, 이전의 발명은 영양물 및 가스 주입을 통해 오염토양 또는 지하수를 정화하는데 유용한 미생물을 안정시키고 유지하며 증식시킬 수 있는 방법과 장치가 포함되었다.

또한, 이전의 발명은 어떠한 상황, 특히, 방사능 폐기물 오염이 있는 상황에서 오염된 토양을 정화하기 위해 또 다른 접근법을 다루었다. 다른 접근법은 오염된 폐기물 주위에 유리화된 지하 구조물을 두어 오염된 폐기물 장소를 격리하는 것이다. 이는 일정한 간격으로 설치된 전극봉 사이의 토양 그 자체 내에서 발생된 열을 이용하여 용융(melting) 및 유리화(vitrification)에 의한 토양 고형화로 수행된다.

이전의 발명은 탱크, 밸브 및 파이프를 사용하여 지하 지층으로 고상 메디아 를 주입하는 장치 및 저장하는 장치를 포함한다.

이전 발명의 경우, 새로운 방향성을 갖는 평판형태(plate-type)의 노즐에 관한 자세한 설명이 있었다. 이 노즐은 지층 속으로 높은 유속을 적용시킬 수 있으며 실질적으로 주변 360도로 평면형 공극 또는 작은 각도의 평면형 공극을 만들어 내며, 제공된 지침(guidelines)에 따라 건조한 운반가스에 실린 고상 메디아가 빠르게 주입되어 생겨난 균열을 채운다. 작은 각도의 평면형 공극은 압축가스의 빠른 주입 및 절단작용(압축가스가 빠른 유속으로 지층과 부딪히면 지층의 토양이 절단되는 효과가 있음)에 의해 생겨난다.

일반적인 주입 회사(companies)들은 직접 밀어넣는 방법(direct push methods)을 사용하는데 이 방법은 주입물질의 측면분포에 한계가 있다. 다른 주입 회사들은 방사형 주입을 사용하는데 이때 주입물질은 선호하는 통로로만 흐를 수 있으며 이 결과 불균일한 분포가 될 수 있다. 위의 두 가지 방법 모두 구조물 또는 시설물 아래 위치하는 오염지역으로 접근하는데 제한을 받을 수 있다.

현재까지의 방법은 오염지역 처리에 관한 방법을 논하지 않았다. 오염지역에서 파쇄 또는 주입은 오염지역을 이전 청결지역까지 확대시킬 수 있다. 또한 주입 메디아의 분포를 최대화하고, 정화시 전반적인 처리비용 및 정화시간을 줄이기 위해 메디아 주입과 파쇄(균열)를 중복시키는 방법도 논의되지 않았다.

현재까지의 방법은 사용시 단락류(short-circuiting)를 야기하거나 많은 양의 가스를 소모하여 현장 생산성을 감소시킬 수 있다.

현재의 방법은 민감한 물질 즉 토양조건에 따라 주입 도중 잘려지거나, 변질될 수 있는 물질에 관해 검토하지않고 있다. 따라서 주입 메디아가 오염지역 내에서 효과 없이 남아 있을 수 있다.

현재까지의 장치는 방향성 노즐을 사용하는 데 있어 기술 적용시 성공을 감소시키는 수단이 되는 팽창성 패커(inflatable packer) 주입 또는 추가되는 패커에 관한 대안을 검토하지 못하고 있다.

현재까지의 장치시스템은 임시 정(temporary well)의 사용에 관해 검토하지 않고 있다. 임시 정은 파쇄 또는 주입 활동 동안 지층으로 일시적인 안정을 제공한다.

현재까지의 장치는 현재 파쇄 균열 위 아래층을 밀폐하지 못하며, 잠재적으로, 주입 메디아의 영향 반경을 전반적으로 줄이는 수직(세로방향) 주입을 일으킨다.

현재까지의 장치 및 방법은 극히 낮은 투과성을 가진 점토 같은 토양에서 영향 반경 및 균열 양자 모두 최대화시킬 수 없다.

현재까지의 방법과 장치는 생물복원과는 다른 방법으로 선택적인 액상 메디아 주입에 관해 논하지 않았다.

이전의 발명은 액상메디아 주입장치에 관해 논하지 않았다.

이전의 발명은 방향성 노즐 설치를 위한 수단 또는 방버을 논하지 않았다.

이전의 발명은 압축공기 주입 장치에 관해 논하지 않았다.

이전의 발명은 구조물 또는 시설물 안쪽, 근처지역 또는 아래로 파쇄 및/또는 주입 방법에 관해 논하지 않았다.

본원 발명의 목적은 오염지역이 청결지역으로 이동하는 잠재성을 줄이고 근원 오염지역을 줄이며, 접근방법 및 방법을 통해 처리지역을 수직과 수평으로 확대하고, 정화를 위한 현장 활동을 줄임으로써 오염지역 정화를 촉진시켜 정화비용을 감소시키며, 전체적인 정화 처리시간을 감소시키기 위해 기존의 정화기술을 응용하거나 효율을 높여서, 전체적인 정화비용을 감소시키는 것이다.

압축파쇄와 다성분의 액상 또는 고상 메디아 주입을 이용한 지하 오염토양 및 지하수오염 정화효율 향상을 위한 방향성 노즐의 사용방법은 압축파쇄, 액상 메디아 및 고상 메디아의 주입에 사용될 주입지점에 90°이하의 각도로 주입하며, 상기 주입은, a. 오염물의 이동이나 분산을 최소화하기 위해 비자연적으로 발생한 지층 아래의 오염지역 경계부로 주입지점들을 설정하고, b. 오염물의 이동 및 분산을 방지하고 오염지역 주변의 처리 장벽을 만들도록, 비자연적으로 발생한 지층 아래의 오염지역 경계부에서 상기 오염지역의 중심부로 한 방향 또는 여러 방향으로 압축가스를 주입하고, c. 우선 오염 지역 주변의 다른 경계부 주입 지점에서의 주입을 완료하고, d. 다른 경계부 주입 지점에서 한 방향 또는 다중 방향으로 주입을 완료한 다음, 영향 반경을 최대화하기 위해 남은 경계부 지점이 한 방향 또는 다중 방향으로 주입되고, e. 경계부 주입 지점에서 파쇄 또는 주입을 완료한 후, 오염지역 내에 있는 중앙부 주입 지점이 경계부 주입 지점과 360°를 이루는 다중 방향으로 상호 연결하도록 주입되는, 단계를 포함할 수 있다.

압축파쇄와 다성분의 액상 또는 고상 메디아 주입을 이용한 지하 오염토양 및 지하수오염 정화효율 향상을 위한 방향성 또는 방사상 노즐의 사용방법은 압축파쇄, 액상 메디아 또는 고상 메디아의 주입에 사용될 주입지점에 90°이하의 각도로 주입하도록 하는 방향성 노즐 또는 360°로 주입하도록 하는 방사형 노즐의 사용방법으로, 상기 주입은, a. 지층 아래의 오염지역의 치유 면적을 크게 하도록, 상기 비자연적으로 발생한 지층 아래의 오염지역 내에 다중의 깊이 또는 높이에서 수직방향으로의 분포를 제공하도록 주입하며, b. 오염지역의 투과성을 향상시키거나 또는 주입된 메디아의 중복을 제공하여 전반적인 처리비용을 절약하도록 인접한 주입지점에서 깊이 또는 높이를 달리하여 압축가스를 주입하는, 단계를 포함할 수 있다.

압축파쇄와 다성분의 액상 또는 고상 메디아 주입을 이용한 지하 오염토양 및 지하수오염 정화효율 향상을 위한 방향성 또는 방사상 노즐의 사용방법의 상기 액상 메디아 또는 고상 메디아의 주입은, a. 상기 압축가스를 주입하여 파쇄망을 만들고, b. 비자연적으로 발생한 상기 지층 아래의 오염지역의 정화를 위해 액상 메디아를 상기 파쇄망으로 주입하고, c. 상기 지층 아래의 지질의 관찰된 하향공 주입지점 배압(downhole injection point backpressure)에 기초하여, 상기 메디아의 영향 반경 또는 상기 파쇄망을 넓히도록 상기 압축가스와 액상 메디아를 선택적으로 주입하고, d. 상기 지층 아래의 지질의 관찰된 하향공 주입지점 배압에 기초하여, 상기 메디아의 영향 반경 또는 상기 파쇄망을 넓히도록 상기 압축가스와 고상 메디아를 선택적으로 주입할 수 있다.

압축파쇄와 다성분의 액상 또는 고상 메디아 주입을 이용한 지하 오염토양 및 지하수오염 정화효율 향상을 위한 방향성 또는 방사상 노즐의 사용방법의 상기 액상 메디아 또는 고상 메디아의 주입은, a. 파쇄망 또는 주입되는 메디아의 초기 통로를 만들기 위해 상기 압축가스를 주입하고, b. 상기 압축가스 주입을 멈추고 상기 파쇄망으로 상기 액상 메디아의 주입하고, c. 상기 액상 메디아의 주입펌프가 최대압력에 도달할 때, 액상 메디아의 주입을 멈추고 상기 주입펌프의 압력이하의 압력으로 압축가스를 재주입하고, 상기 주입펌프 가동 중, 주입되는 압축가스는 상기 파쇄망 내의 메디아를 파쇄망 내의 더 먼곳으로 이동시켜 오염지역에 발생된 균열속으로 더 많은 메디아를 채우고, d. 유화된 영가철(zero valent iron) 또는 미생물(microorganism)과 같은 분리 또는 분해시키는 능력을 가지는 상기 액상 메디아를 주입할 수 있다.

압축파쇄와 다성분의 액상 또는 고상 메디아 주입을 이용한 지하 오염토양 및 지하수오염 정화효율 향상을 위한 지층 아래의 액상 오염물을 제거하거나 감소시키는 방법은 압축파쇄 또는 고상 또는 액상 메디아를 주입하여, 한 개층 또는 다층의 구조를 가진 지층에서 비자연적으로 일어나는 지층 아래의 액상 오염물을 제거하거나 감소시키는 방법으로, a. 영향 반경을 최대화시키고 노즐이 향하는 방향에서 멀어지는 경우의 잠재적 영향을 최소화하도록 90도 방향성을 가지거나 다른 작은 각도를 가지는 주입 노즐의 사용하며, b. 또는 다중 포트 주입노즐을 사용하며, c. 주입 및/또는 파쇄지역으로부터 분리시키도록 노즐을 두 개의 팽창식 패커 사이에 배치하며, d. 상기 분리된 지역에서 가스 또는 메디아 방출 또는 단락류을 막기 위해 시추공의 상부에 세 번째 팽창성 패커를 두며, 상기 세번째 패커는 파쇄가 정을 통해 일어날 경우 임시 케이싱 내 또는 스크린 간격 위에 둘 수 있다.

압축파쇄와 다성분의 액상 또는 고상 메디아 주입을 이용한 지하 오염토양 및 지하수오염 정화효율 향상을 위한 파쇄망 상의 압력을 감소시키는 장치는 단단한 점토 지질상에 근거한 파쇄망 상의 압력을 감소시키는 장치로서, 상기 파쇄망 내에 위치되며 주입 또는 파쇄 깊이와 동일한 깊이에서 스크린되어 설치되는 임시 정(temporary well)을 포함하며, 상기 임시 정의 지점은 대기로 배출되거나 파쇄 또는 주입 동안 지질의 일시적 안정을 유지하도록 압력 안전밸브(pressure relief valve)를 가질 수 있다.

압축파쇄와 다성분의 액상 또는 고상 메디아 주입을 이용한 지하 오염토양 및 지하수오염 정화효율 향상을 위한 90° 내지 그 이하 각도로 압축가스, 액상 메디아 또는 고상 메디아를 수평으로 주입하는 장치는 영향 반경을 크게 하고 주입 또는 파쇄 공정의 효율을 떨어뜨릴 수 있는 주입지점의 이하에서 압축 가스, 액상 또는 고상 메디아의 단락류을 줄이기 위한 이전에 완료된 파쇄 및/또는 주입의 밀봉을 위한 주입 포트를 포함하는 압축가스, 액상 메디아 또는 고상 메디아를 수평으로 주입할 수 있다.

압축가스 파쇄공법과 다성분의 메디아를 이용한 오염토양 정화효율 향상을 위한 저장, 재순환 및 액상 메디아의 주입장치는 파이프로 서로 연결되며 다중의 수동 작동 밸브들과 분리되는 분리된 원뿔형 탱크, 스키드의 주입측에 위치되고, 하나는 고압 공기 주입 및 하나는 저압 공기 주입을 위한 두 개의 펌프, 상기 스키드의 뒤쪽에 위치하며, 액상 주입물을 연속적으로 주입하여 주입시 주입량을 최대화시킬 수 있는 세번째의 펌프,를 포함할 수 있다.

압축가스 파쇄공법과 다성분의 메디아를 이용한 오염토양 정화효율 향상을 위한 하나 이상의 고상 메디아를 지층에 하나 이상의 가스 흐름을 통해 지층으로 주입하는 장치는 상기 고상 메디아를 저장하는 공급원, 지질 층에 상기 고상 메디아 및 상기 가스 스트림을 이동시키며, 상기 지질 층의 면 이하에서 고상 메디아 및 상기 가스 스트림을 파이핑하는 도관을 포함하며, 믹싱 수단을 포함하는 공급부 및 상기 지질 층 내로 가스만을 공급하기 위한 상기 도관에 인접한 분리된 파이핑을 포함하여, 상기 도관으로 상기 가스 스트림을 공급하는 이동시키는 공급부,를 포함하며, 상기 분리된 파이핑은 고상 메디아의 주입 이전에 파쇄를 수행하도록 분리된 고압, 고유량의 레귤레이터 및 엑츄에이터와 연결되는 하나 이상의 고상 메디아를 지층에 하나 이상의 가스 흐름을 통해 지층으로 주입할 수 있다.

압축가스 파쇄공법과 다성분의 메디아를 이용한 오염토양 정화효율 향상을 위한 방향성 또는 방사상 노즐의 사용방법은 오염된 토양 또는 액상물과 반응하거나 접촉하는 화학약품, 생물학적으로 오염물을 감소시킬 수 있는 물질이 하나 이상의 지층에 유입되어, 하나 이상의 지층에서 비자연적으로 발생하는 지층 이하의 액상 또는 고상 오염물을 제거하거나 감소시킬 수 있다.

압축파쇄와 다성분의 액상 또는 고상 메디아 주입을 이용한 지하 오염토양 및 지하수오염 정화효율 향상을 위한 방향성 노즐의 설치시간을 최대로 줄이기 위한 방향성 노즐의 설치방법은 a. 작은 사이즈의 오거를 이용하여 미리 산정된 깊이까지 임시 홀(temporary hole)을 뚫고, 임시 홀이 설치되면 상기 오거를 제거하고 상기 오거로 뚫린 깊이까지 노즐 및 전달 케이싱을 햄머를 이용하거나 밀어서 넣거나 b. 또는 임시 케이싱(temprorary casing)을 수직 처리지역의 최소 깊이 위에 미리 산정한 깊이까지 설치하고, 이후 산정된 깊이까지 노즐을 햄머를 이용하거나 밀어서 넣거나, c. 또는 작은 사이즈의 오거를 이용하여 팽창한 점토층 내를 뚫고, 진흙 회전 드릴(mud rotary drilling)과 복합체를 이용하여 미리 산정한 깊이까지 임시 홀을 뚫고, 임시홀이 설치되면 상기 오거를 제거하고 노즐 및 전달 케이싱을 햄머를 이용하거나 밀어서 넣을 수 있다.

압축파쇄와 다성분의 액상 또는 고상 메디아 주입을 이용한 지하 오염토양 및 지하수오염 정화효율 향상을 위한 압축가스 파쇄 또는 액상 또는 고상 메디아를 주입하는 장치는 호기성 환경에서 수행되며, 공기 압축기, 건조기 및 저장 또는 보유 탱크를 포함하는 압축가스 파쇄 또는 액상 또는 고상 메디아를 주입할 수 있다.

압축파쇄와 다성분의 액상 또는 고상 메디아 주입을 이용한 지하 오염토양 및 지하수오염 정화효율 향상을 위한 방향성 또는 방사상 노즐의 사용방법은 상기 파쇄 및/또는 고상 또는 액상 메디아가 빌딩이 세워지거나 지층에 묻혀진 유틸리티 설비 상의 하나 이상의 지층에 주입될 수 있다.

복원 성공은 오염물 또는 오염지역을 잘 아는데 있다. 원천 지역의 토양 특성은 오염지역의 확산 및 억제를 지배할 수 있다. 그래서 많은 면적의 오염이 일어날 수 있고 고농도로 계속 오염물이 오염되지 않았던 지역인 아래 방향으로 흘러갈 수 있다.

오염지역의 경계부 주입 지점에서 파쇄와 주입을 실시하는 것은 고농도 오염지역이 청결지역으로 확산되는 것을 막을 수 있다. 최대 영향반경은 방향성 주입 노즐을 사용하여 우선적 통로를 줄일 때 얻을 수 있다. 메디아를 경계부에서 주입하는 것은 중앙에 위치한 주입지점 주위로 처리지역의 장벽을 만드는 효과가 있으며 이는 오염지역 분산 또는 이동을 줄여준다.

교차파쇄와 더불어 액상 메디아를 주입하는 방법, 엇갈린 주입지점에서의 연속주입, 또는 근처 주입지점에서 깊이를 달리하여 주입하는 방법을 사용하여 영향반경을 최대로 늘일 수 있다.

이러한 방법들을 통해 총 정화실행시간과 총정화비용을 줄일 수 있다. 여러 지점들은 정화목적을 달성하기 위해 많은 양의 주입물질을 필요로 한다. 주입 물질의 연속적 혼합 및 공급은 결과적으로 주입시간을 감소시킨다. 여러 지점에서(특히 점토토양) 고상 메디아를 균열틈 사이로 주입하기 전 최초 파쇄를 하기 위해 아주 큰 압력이 필요하다. 개선된 고상 주입 스키드 장치는 반경을 최대로 늘려주고 현장에서 해야할 일을 줄여주어 전체 비용을 절감토록 해준다.

압축가스를 이용한 액상주입기술에 사용되는 노즐은 개방된 시추공에서 압축가스 파쇄시 또는 정(well) 스크린을 통한 압축가스 파쇄시 함께 사용되고 있다. 고상 메디아 주입에도 이용된다. 주입노즐의 선택은 토양의 지질특성에 따른다.

고상 메디아 주입시 주입이전에 파쇄를 먼저 적용한다. 가스와 함께 액상물질이 펄스형태로 주입되는데 이는 잘려지지 않는 섬세한 물질을 주입할 때이다. 파쇄와 주입이 간헐적으로 이루어지는데 이는 얕은 지역 적용시 주입물 양을 최소화하기 위해서이다.

이러한 방법 및 장치를 활용함으로써 더 균일한 주입물 분포를 이룰 수 있으며 낮은 투과성을 가진 토양을 효과적으로 처리할 수 있다. 또한 이 방법론을 통해 주입물의 보다 큰 측면거리를 확보할 수 있으며 주입지점이 구조물 또는 시설물의 외부에 위치할 수 있다. 그러나 접근하기 어려운 지역이라도 구조물의 손상 없이 주입을 행할 수 있다.

복원성과

식물성 오일류와 유화된 오일류를 활용한 선진 복원기법이 여러 오염부지에서 적용되고 있다. 한 부지에서 생물복원을 시행 후 검출한계 농도를 만족시키는데까지 걸리는 기간은 2년 정도이다. 다른 부지는 장기간의 생물복원을 위해 여러 혼합영양물의 주입이 필요하기도 하다. 9달에 걸쳐 오염물농도 감소가 계속적으로 일어났다.

압축가스를 이용하여 유화된 영가철을 주입(pneumatic liquid injection of emulsified zero valent iron)하는 첫 번째 실규모 프로젝트가 수행되었다. 주입 지점은 38곳이었다. DNAPL종류인 염소계유기용제가 일년 내에 95%가 감소되었다.

나노 영가철과 유화된 오일이 DNAPL로 오염된 세 곳의 프로젝트에 주입되었다. 15개월 내 오염물의 농도가 검출되지 않을 정도로 감소되었다.

생물복원의 향상을 위해 혼합 영양물과 나노 철이 실트질의 사질토 및 점토질 토양에 주입되었다. 일년에 걸쳐 오염물의 농도감소가 일어났다.

여러 다른 복원기술이 적용되었던 곳에 세라믹 비드(ceramic beads)가 유리산물회수(free product recovery)를 위해 주입되었다.

세라믹 비드 주입은 인접 주입지점들을 서로 연결시켰으며, 파쇄 및 주입 후에 설치된 회수 정(well)을 통해 확인한 결과 유리산물의 회수 및 연속적인 회수율이 325% 증가되었다.

프랙 샌드(frac sand)가 주입되었고 이후 정화가 완료된 부지들이 있었다. 프랙 샌드 주입 후 화학적 산화물을 주입했을 때 유속은 1.5 l/min에서 756 l/min으로 증가했다.

또한, 염화용제(chlorinated solvents)를 환원분해하기 위해 고상 메디아로 영가철을 주입한 사례들이 있었다. 한 장소에서 주입 후 60일 이내에 오염 농도가 90%만큼 감소했다. 다른 지점의 결과 주입된 지점을 통해 오염 중심선 방향으로 방향 수정이 있었으며 그 결과 프로젝트 완료 후 1년 동안 검출되지 않았다.

도 1은 본 발명에 따른 부분 위치 설계(partial site design) 방법을 나타낸 평면 개략도로, 다른 위치에서 경계부 주입 지점에 주입되고, 경계부 주입 지점의 인접한 주입 지점으로, 중앙부 주입 지점으로 주입되도록 이어지며, 도시된 것과 같이 단일 또는 다중 방향의 노즐이 중앙부 주입 지점으로 이어지는 경계부 주입 지점에서 사용되는 것을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 인접한 주입 지점에서 다른 주입깊이 또는 높이로 주입되는 방법을 나타내는 개략도로, 파쇄와 메디아 주입이 수직방향으로 중복되게 나타나며, 수직 방향의 분포를 달성하도록 방향성 또는 방사상 노즐을 사용한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 일반적인 주입 정(injection well)의 측면 개략 횡단면도로, 내부 전달 파이프는 케이싱 벽과 연결되어있거나 개방된 시추공(borehole)과 연결되어 있는 상부 패커와 하부 패커를 가지며, 케이싱 또는 개방된 시추공 안에서 두 패커 사이에 밀폐된 공간을 만들며,
도 3a는 본 발명에 따른 다중 포트 주입 노즐의 횡단면 측면 개략도.
도 3b는 본 발명에 따른 일 포트 방향 및 다중 포트 주입 노즐의 평면 횡단면도.
도 4는 본 발명에 따른 자기진행 방향을 갖는 일 주입 포트를 가지는 노즐의 횡단면로, 번호 표기된 위치는 치수에서 중요 변경부분을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 반대 주입 포트를 도시한 자기진행 방향을 갖는 노즐의 다른 실시예의 횡단면도.
도 6은 본 발명의 실제 규모장치 중 지상장치의 한 부분으로, 6 개의 액상메디아 저장 탱크, 펌프, 파이프 배관 및 필요한 밸브들을 포함하는 압축식 액상 메디아 주입 또는 액상 메디아 주입을 위한 장치 개략도.
도 7은 본 발명의 실제 규모장치 중 지상장치의 한 부분으로, 고상 메디아를 저장하는 두 개의 탱크가 일반 파이프로 나란히 연결되어 있고 작동을 위해 필요한 밸브들을 포함하는 압축가스 파쇄 및 압축 고상 메디아의 주입 또는 고상 메디아 주입에 사용되는 장치 개략도.
도 8은 도 4 및 5에서 도시한 자기진행 방향을 가지는 노즐의 설치방법을 나타내는 횡단면 개략도.

본원 발명은 다음의 방법을 제공한다.

1) 압축파쇄가 고상 또는 액상 메디아의 압축가스를 이용한 주입(pneumatic injection, 이하 '압축주입'이라 함)과 함께 사용되는 방법,

2) 압축파쇄가 고상 또는 액상 메디아의 압축주입과 함께 사용되지 않을 경우의 방법(즉 압축파쇄만 행해질 경우),

3) 압축파쇄 + 메디아 주입만으로 행해질 경우의 방법(압축 메디아 주입이 아님).

위의 방법에는 90° 또는 그보다 작은 각도로 주입 가능한 방향성 노즐이 이용된다. 경계부 지점에서 시작하여 중앙부 지점까지 모든 지점에서 위의 노즐을 사용한다.

상기 방법은 주로 오염지역의 이동이 염려되는 원천 지역정화를 위해 사용된다. 그러나 어떠한 오염지역에서도 활용할 수 있다.

현장 실행에 앞선 첫 번째 단계는 지점 정보를 검토하는 것이다. 지점 정보는 현재 지질을 검토하기 위한 시추공 기록(borehole logs), 오염물 위치, 오염물 농도, 오염물의 수직 및 측면 깊이, 현재 지질의 지구 물리학적 데이터 및 정화목표들로 구성된다.

지점 정보에 관한 검토를 기초로, 도 1처럼 주입 지점을 설계한다. 주입 지점을 오염 지역(D)과 비오염 지역(C)의 경계부(P) 주위로 선정하고 예측된 영향반경을 근거로 오염 지역(D) 내 중심부 쪽으로 지점을 선정한다.

현장 내에서, 주입 지점(10)에서의 연속적인 압축가스 파쇄 및/또는 주입 여부가 정해진다. 맨 처음 경계부(P) 주입 지점(10)을 완료하고 각각 다른 주입지점(14)으로 이동한다.

경계부(P) 지점에서 파쇄 및/또는 주입은 오염 지역의 중심으로 단일방향 또는 여러방향(multiple)으로 행해진다. 다른 위치에서 이러한 경계부(P) 지점에서의 주입이 끝나면 인접한 경계부 지점(14)에서 이와 유사하게 주입을 행한다.

경계부(P) 지점에서 만들어진 관찰된 영향 반경(ROI, Rodius of influence)을 근거로 이런 인접한 위치의 지점들이 없어지거나 또는 조절될 수 있다. 일단 모든 경계부(P) 지점의 주입이 끝나면 오염지역(D)의 중앙부에 위치한 지점들에 주입된다. 이때 경계부(P) 주입 지점과 상호연결되면서 원하는 범위 또는 분포를 달성하기 위해 다중방향으로 주입된다. 경계부(P) 지점에서 만들어진 관찰된 영향 반경(ROI)을 근거로 이러한 중앙부 주입 지점의 위치도 조절될 수 있다.

요약하면,

1) 압축파쇄 + 압축주입(액상 또는 고상 메디아)

2) 압축파쇄

3) 압축파쇄 + 고상 또는 액상 메디아 주입

90도 이하의 방향성 노즐 사용

오염지역의 확산이 염려되는 지역에 사용한다.

실행단계는,

1) 지점정보검토: 시추공기록, 오염물위치, 오염물 농도, 오염물의 수직 및 측면 깊이, 지질의 지구물리학적 데이터, 정화목표

2) 주입지점설계: 오염지역과 비오염지역의 경계부 주위를 시작으로 주입지점을 정하고 영향반경을 고려하여 오염내 중심부 방향으로 지점을 선정함.

3) 현장 특성에 따라 압축파쇄나 압축주입 또는 이들의 조합을 결정.

4) 경계부 주입지점의 압축파쇄나 압축주입 또는 이들의 조합을 완료하고 경계부의 다른지점(교호(交互)위치)으로 이동

- 경계부 지점에서 단일 방향 또는 여러방향으로 실행

- 경계부 지점에서 관찰된 영향반경을 근거로 인근 주입지점수 조절

- 경계부 지점이 끝나면 오염지역 중앙부 지점 주입하며, 다중방향으로 주입

- 영향반경을 근거로 주입지점 수 조절

본원 발명은 다음의 방법을 제공한다.

1) 압축파쇄가 고상 또는 액상 메디아의 압축주입과 함께 사용되는 방법,

2) 압축파쇄가 고상 또는 액상 메디아의 압축 주입과 함께 사용되지 않을 경우의 방법(즉 압축파쇄만 행해질 경우),

3) 압축파쇄 + 고상 또는 액상 메디아 주입만으로 행해질 경우의 방법(압축 메디아 주입이 아님).

위의 방법에는 90° 또는 그보다 작은 각도로 주입 가능한 방향성 노즐 또는 360° 범위로 주입할 수 있는 방사상 노즐 또는 다중 포트를 가진 주입 노즐(20)을 사용한다.

경계부 지점에서 시작하여 중앙부 지점까지 모든 지점에서 위의 노즐을 사용한다.

영향 반경을 극대화하고 더 나은 주입 메디아 또는 압축가스의 수직분포를 만들기 위해 이 방법이 사용된다. 도 2에서처럼 교차 주입 지점(이 생기도록 연속적으로 주입하고, 상기 교차 주입 지점)에서 같은 깊이가 되도록 압축가스를 주입한다.

모든 교차 주입 지점에서 압축가스의 주입을 끝내고 뒤이어 인접한 지점의 주입을 이행하는데 처음 주입 지점에서 다른 깊이로 주입한다. 가능하다면 노즐의 방향을 변경함으로써 그리고 인근 주입지점에서 주입 깊이를 다르게 함으로서 세로로 오버랩(중복)을 만든다.

요약하면,

1) 압축파쇄 + 압축주입(액상 또는 고상 메디아)

2) 압축파쇄

3) 압축파쇄 + 고상 또는 액상 메디아 주입

- 90° 이하의 노즐 또는 360°노즐 또는 다중포트 주입노즐 사용

- 교차주입지점이 생기도록(두 주입점에서 주입깊이는 동일하게 그러나 각 주입 높이를 달리해서 주입한다.

본원 발명은 다음을 사용하는 방법을 제공한다.

90° 또는 이보다 작은 각도로 주입가능한 노즐의 사용방법, 360°로 주입 가능한 방사형 노즐을 사용하여 압축파쇄와 고상 또는 액상 메디아의 압축 주입을 함께 진행하는 방법이며, 이때 파쇄와 주입 공정을 동시에 수행하는 것이 아니라 교대로 진행한다.

압축파쇄와 메디아의 주입을 교대로 진행하는 방법은 토양 내로 주입되는 압축가스의 양을 최소로 줄일 수 있다. 이 방법의 장점은 단락류가 일어날 수 있는 깊이가 얕은 주로 단단한 점토층 지점에 적용시 발휘된다.

파쇄가 얕은 깊이에 적용될 때 토양 내로 주입되는 압축가스의 양을 감소시켜 지표로 방출되는 잠재적인 가스의 누출을 줄일 수 있다. 이와 같은 방법을 사용하면, 주입되는 메디아의 영향반경이 증가하며, 토양으로 주입되는 압축가스 양을 감소시켜 전체비용을 최소화한다.

상기 방법은 다음의 단계들이 포함된다.

가능하다면 지하 정화활동 또는 주입되는 메디아를 고려한 압축가스를 사용하여 미리 결정된 방향과 높이로 토양층을 압축파쇄한다. 이후 즉시 운반 유체로 어떠한 압축가스를 사용하지 않고 액상 메디아를 주입하거나 또는 압축 가스를 사용하여 고상 메디아를 파쇄된 망 속으로 주입한다.

주입 중 주입 활동을 멈추고 토양에서 하향공의 압력(downhole pressure)을 관찰하고 통로(균열)를 다시 만들기 위해 그리고 영향 반경을 확대하기 위해 토양을 다시 파쇄한다. 또한, 고상 또는 액상 메디아를 예정된 양 또는 무게에 도달할 때까지 주입한다.

요약하면, 90°이하의 각도 노즐, 360°노즐, 다중포트 주입노즐을 사용하여 압축파쇄 및 압축주입(액상 또는 고상 메디아 사용)하는 방법이다. 파쇄와 주입이 교대로 진행될 수 있고, 점토층, 깊이가 얕은 지반에 적용된다. 즉, 이방법은 메디아나 정화활동을 고려한 압축가스 사용하여 파쇄 -> 액상메디아 주입 또는 고상메디아 압축주입 -> 하향공 압력체크 -> 파쇄 -> 메디아 주입의 순서로 행할 수 있다.

본원 발명은 다음의 방법을 제공한다.

90°또는 이보다 작은 각도로 주입 가능한 노즐 또는 360°로 주입가능한 노즐 또는 다중포트 주입노즐을 사용하여 압축파쇄와 액상메디아의 압축주입을 함께 진행하는 방법이며, 이때, 압축가스를 사용하여 액상메디아를 펄스형태로 주입한다.

이 방법은 액상 메디아가 전단 변형 가능성이 있고 주입하기에 민감한 물질(유화된 영가철 또는 미생물)일 경우에 사용된다. 이 방법의 단계는 다음과 같다. 만일 가능하다면 주입되는 메디아 또는 지하정화활동을 고려한 압축가스를 사용하여 미리 정해진 깊이와 방향으로 토양을 압축파쇄 또는 유동화시킨다. 이후 즉시 액상 메디아를 어떠한 압축가스 없이 처음 통로로 주입한다. 액상 메디아의 주입펌프가 최대압력에 도달할 때, 펌프를 멈추고 압축 가스 압력을 펌프 압력 가까이 증가시켜 압축 가스가 주입된 물질 또는 메디아와 순환되도록 한다(70은 압축가스 공급장치). 예정된 양(volume)의 대략 5~10%가 주입되었을 때 압축가스 주입을 멈춘다. 그리고, 예정한 액상 메디아 주입 양에 도달하면 주입이 완료된다.

본원 발명은 장치에 있다. 장치를 도 3에 개략적으로 나타내었다. 장치는 내부 이송파이프(72), 세 부분으로 된 패커 어셈블리 (패커 3개, 40, 50, 60) 및 고속 유량 주입 노즐(20, 30)을 포함한다. 고속유량 주입노즐(20, 30)은 단일 포트(32) 또는 이중 포트(22)가 될 수 있다.

단일 포트는 도 3a과 도3b에 나타낸 바대로,

90°의 각도, 90°보다 작은 각, 또는 90°보다 큰 각으로 구성되고 다중 포트(22)는 도 3a와 3b에 나타낸 바대로 두 개의 90° 또는 360°로 구성된다.

이 주입 노즐(20, 30)은 팽창성 있는 풍선모양의 상부 패커(50) 및 팽창성 있는 풍선모양의 하부 패커(40) 사이에 연결된다. 양 패커(40, 50)는 토양을 뚫는 부분을 둘러싸서 연결되어있다. 패커(40, 50)의 간격은 프로젝트의 설계에 따라 달라진다.

세 번째 패커(60)는 상부 패커(50) 위에 두는데, 임시 정(well) 케이싱(74)의 위치 또는 정에 연결된 라이저(riser) 위치를 근거로, 미리 계산된 간격에 둔다. 상기 패커(60)가 정의 스크린 간격 내 또는 개방된 시추공과 연결된 더 큰 직경의 정 내에 설치되는 경우 패커(60)는 팽창하며, 정 내의 패커들 사이에 밀봉 면적을 만들기 위해 정의 벽과 견고히 밀착한다.

세 번째 패커(60)가 임시 정 케이싱과 연결되어 있는 개방된 시추공에서 만일 제일 하부의 패커(40)가 수축하거나 또는 밀착이 끊어질 경우 세 번째 패커(60) 어셈블리 또는 제일 위에 있는 패커 어셈블리는 주입물질 또는 압축가스의 잠재적인 측면누출을 최소화한다.

또는 만일 고리모양의 공간이 스크린 된 정의 바깥에 존재하거나 제일 하부 패커가 스크린 된 간격 내에서 수축하거나 끊어질 경우, 주입된 물질이나 압축가스의 잠재적 측면 누출을 최소화한다(여기서 세 번째 패커가 스크린 된 간격 위의 라이저와 연결되어있다).

본원 발명은 장치에 있다. 장치를 도 4에 나타내었다. 장치에는 단일 포트(32)가 달린 방향성 노즐(30, 90°또는 90°보다 작거나 90°보다 큰 단일 포트)을 포함한다.

상기 노즐(30)은 기존의 고안을 향상시켰는데 이는 노즐의 치수(도 4에 1~6까지)들을 상당히 변경하여 주입 압축가스 양 또는 주입 메디아 양을 감소시킨 점이다.

이 치수변화는 주입 포트 위 또는 아래로 주입된 메디아 및 압축가스 누출을 최소화시킨다.

도 5는 새로운 고안을 나타낸 것으로 여기에 다중 포트(22)가 각기 다른 포트의 반대편에 있거나 각 포트로부터 중심에서 180°로 놓여있다.

선호 통로의 염려(일정한 방향으로만 흐름이 일어나는 것)가 없는 균일한 지층에 이 노즐을 사용한다. 이 노즐의 사용을 통해 복원 작업 중 현장 작업을 줄일 수 있다.

본원 발명은 액상 메디아 주입 장치 구성에 있다. 장치를 도 6에 나타내었다. 장치는 파이프로 함께 연결된 분리된 탱크(6-1), 수동조작 밸브(6-2) 그리고 세 대의 펌프(6-3, 6-4, 6-5)를 포함한다.

이 장치를 통해 액상 메디아 주입이 단독으로 수행되거나 압축파쇄 또는 압축주입과 함께 수행된다. 탱크에는 다양한 액상 메디아(즉 영양물, 유화된 오일류, 오일, 화학적 산화물, 접종물 그리고 다른 메디아)를 저장할 수 있다.

이러한 메디아들은 탱크에 있는 밸브에 의해 주입되는 양이 체크된다. 따라서 사용될 이러한 메디아들의 양 또는 어떠한 조합이 허용된다. 두 대의 펌프가 스키드의 주입 측에 있다. 한 대(6-3)는 고압주입용이고 한 대(6-4)는 저압주입용이다. 세 번째 펌프(6-5)는 스키드의 뒤쪽에 있는데 이는 액상 메디아의 연속주입을 위해서이다. 이를 통해 하강 시간(down-time)을 최소화할 수 있다.

주입 스키드는 연속 펌핑 능력을 가지고 있다. 연속적인 주입은 하강 시간을 줄일 수 있다. 현장 활동 단계는 다음과 같다.

주입 스키드 뒤편에 있는 펌프(6-5)는 액상 메디아를 뒤쪽 탱크 밸브 안으로 장입시키고 장입된 물질이 스키드 앞쪽으로 펌핑되도록 한다. 주입이 시작되면 둘 중 한 펌프를 사용하여 스키드의 앞쪽에서부터 펌핑이 연속적으로 되도록 한다. 토양의 지질적 특성에 따라, 먼저 중앙 탱크들에 장입되는 물질이 일시적으로 채워지는데 이는 주입 활동에 방해 없이 주입을 하거나 또는 오프로딩(off-loading) 하기 위해서이다. 이 구성의 결과 주입물질 공급 및 주입활동이 연속적으로 일어날 수 있는 것이다.

본원 발명은 고상 메디아 주입 장치 구성에 있다. 장치를 도 7에 나타내었다. 장치는 파이프로 함께 연결되어 있는 각각의 탱크를 포함한다. 각각의 탱크들은 수동밸브(7-1), 자동밸브(7-2), 저울 그리고 파쇄만을 위한 분리된 배관(7-3)을 포함한다.

주입 스키드는 기존의 고상 메디아 주입 스키드보다 향상된 것이다. 이 장치를 통해 고상 메디아가 단독으로 주입되거나 압축파쇄 또는 압축주입과 함께 주입된다. 탱크에는 다양한 고상 메디아, 즉 프랙 샌드(frac sand), 세라믹 비드, 흑연/유리 프릿(glass frit, 유리 원료의 혼합물; 유리질 도자기 원료), 영가 금속(zero valent metals) 또는 다른 메디아들이 들어있다. 그리고 이러한 메디아들은 밸브(7-1)에 의해 주입되는 양이 체크된다.

따라서 사용될 이러한 메디아들의 양 또는 어떠한 조합이 허용된다. 두 개의 탱크(7-4)가 스키드의 한쪽 편에 있고 주입을 하기 위해 일반 파이프로 서로 연결되어있다. 또한 메디아의 부유를 위해 바이패스 파이프가 연결되어있다. 분리된 파이프(7-3, 7-5)가 있고, 이 파이프는 병렬로 일반파이프에 되어있다. 이는 주입파이프와는 별개로 파쇄를 실행하기 위해서이다. 이를 통해 파쇄망 및/또는 영향반경을 최대화시킨다.

현장 활동 단계는 다음과 같다. 파쇄 파이프에 있는 밸브(7-6)를 열어서 초기파쇄를 하거나 이미 만들어진 통로를 파쇄한다. 통로가 만들어지면 파쇄 파이프 위의 밸브(7-6)는 닫고 주입 스키드의 일반 파이프에 달려있는 밸브를 동시에 연다. 압축가스가 파이프를 통해 토양 내로 들어간다. 자동밸브를 사용하여 압축가스를 바이패스 파이프를 통해 나가게 한다. 그리고, 고상 메디아를 가스 흐름 속으로 주입시킨다. 설정한 무게가 주입되면 고상 메디아 주입을 멈춘다. 그리고 압축가스를 일반 파이프 속으로 주입시켜 파이프 또는 호스 안에 남아있는 물질을 씻어낸다.

본원 발명은 액상 메디아를 단독으로 주입하거나 또는 압축파쇄와 함께 주입하는 방법과 장치 구성에 있다. 이것은 단지 생물복원만을 다루었던 이전의 발명보다 향상된 것이다. 오염된 지역에서 오염물과 화학적으로 반응하거나 오염물을 감소, 분해할 수 있는 다른 메디아가 이 방법에 사용한다. 이용된 장치는 액상 메디아 주입시스템(도 6), 방향성 노즐 또는 방사형 노즐(도 4 및 도 5) 및 위에 설명한 패커 어셈블리이다.

도 8에 도시된 바와 같이 현재의 발명은 방향성 노즐을 예정된 깊이 또는 높이에 설치하는 방법을 제공한다. 이 방법은 노즐 설치시간을 줄여준다. 그러므로 정화비용을 줄일 수 있다. 본원 발명의 방법은 다음과 같이 실시될 수 있다. 주입노즐의 직경보다 작은 직경을 가지는 오거를 사용하여 임시로 구멍을 파쇄 최대 깊이까지 또는 주입 깊이까지 뚫는다.

오거를 제거하고 양쪽 작업을 할 수 있는 드릴 리그를 사용하여 오거가 들어간 깊이까지 노즐을 햄머로 타격하거나 밀어서 넣는다. 본원 발명 중 다른 대안은 노즐보다 큰 직경을 가진 임시 케이싱을 정해진 깊이까지 즉, 최소한의 처리깊이보다 위에 설치하는 것이다.

그 다음 노즐을 햄머로 타격하거나 밀어서 미리 정해진 처리 최대 깊이까지 넣는다. 팽창한 점토일 경우 본원 발명의 다른 방법은 다음과 같다. 임시로, 방향성 주입노즐보다 작은 직경을 가지고 있는 오거로 미리 정한 깊이까지 구멍을 뚫는다. 이때 진흙 회전 드릴(mud rotary drilling)과 복합체(polymer)를 사용한다. 최대깊이에 도달하면 오거를 뽑는다. 그리고 노즐을 햄머로 타격하거나 밀어 넣는다. 그리고 케이싱을 오거가 도달한 깊이까지 넣는다.

본원 발명은 도 3에 나타낸 장치를 포함한다. 여기서 호기성 조건을 유지시키는 동안 고상 또는 액상 메디아가 주입된다. 이 장치는 많은 유량(a high flow volume)을 주입할 수 있는 압축기와 보조장비를 포함한다. 보조장비는 금속의 녹, 오일 등의 미립자를 담을 수 있는 장비, 건조기, 그리고 많은 양의 고압 압축공기를 담을 수 있는 저장탱크들이다.

본원 발명은 압축파쇄, 고상 메디아 압축주입 및/또는 액상 메디아 압축주입이 구조물 또는 유틸리티 설비 근처 또는 밑으로 적용되는 방법을 제공한다. 이러한 조건 하에서 기술수행은 다음 단계를 따른다. 존재하는 모든 구조물 또는 시설물을 확인한다. 이는 기존의 준공도면(built drawings)을 검토함으로써 가능하다. 그 다음 모든 구조물 또는 시설물을 방문하여 확인한다. 그리고 기초평가보고서를 마무리한다. 이와 같은 기초평가보고서 내용은 구조물에 미칠 잠재적 영향 평가, 모니터링에 사용될 장치, 최대 허용가능 이동 거리들로 이루어진다. 그리고 사진과 비디오를 포함하여 존재하는 구조물(또는 시설물)의 사전 조건조사를 한다. 기초평가보고서에 상술된 모니터링과 함께 파쇄 및/또는 주입 같은 현장활동을 실행한다. 파쇄 및/또는 주입활동이 완료된 후 사후 조건 조사를 실시한다. 사전조건 조사와 유사하다. 사전 및 사후 조건 조사 사진들과 보고서에 제시된 모든 모니터링 자료를 비교분석한다. 이 방법론은 파쇄 및/또는 주입 활동시 잠재적으로 구조물 또는 시설물에 미칠 불리한 영향을 최소화시켜준다.

10: 주입지점 20, 30: 고속 유량 주입 노즐
22: 이중 포트 32: 단일 포트
40, 50, 60: 패커 어셈블리 P: 경계부
D: 오염지역 C: 비오염지역

Claims (6)

1. 압축파쇄를 위한 압축 가스 혹은, 액상 또는 고상 메디아의 주입에 사용될 주입지점에 90°이하의 각도로 주입하게 주입지점에 방향성 노즐 또는 방사형 노즐을 사용하여 오염물을 제거하거나 감소시키는 방법에 있어서, 상기 주입은,
   a. 오염물의 이동이나 분산을 최소화하기 위해 오염지역 경계부로 주입지점들을 설정하고,
   b. 오염물의 이동 및 분산을 방지하고 오염지역 주변의 처리 장벽을 만들도록, 오염지역 경계부의 한 주입지점에서 상기 오염지역의 중심부로 한 방향 또는 여러 방향으로 압축가스 혹은 액상 또는 고상 메디아를 주입하고,
   c. 오염 지역의 다른 경계부 주입 지점에서의 압축가스 혹은 액상 또는 고상 메디아의 주입을 완료하고,
   d. 다른 경계부 주입 지점에서 한 방향 또는 다중 방향으로 압축가스 혹은 액상 또는 고상 메디아의 주입을 완료한 다음, 영향 반경을 최대화하기 위해 남은 경계부 주입 지점에서 한 방향 또는 다중 방향으로 압축가스 혹은 액상 또는 고상 메디아를 주입하고,
   e. 모든 경계부 주입 지점에서 압축가스 혹은 액상 또는 고상 메디아의 주입을 완료한 후, 오염지역 내에 있는 중앙부 주입 지점이 경계부 주입 지점과 360°를 이루는 다중 방향으로 상호 연결하도록 압축가스 혹은 액상 또는 고상 메디아를 주입하는,
   단계를 포함하는 방향성 또는 방사형 노즐을 사용하여 오염물을 제거하거나 감소시키는 방법.
2. 압축파쇄를 위한 압축 가스 혹은, 액상 또는 고상 메디아의 주입에 사용될 주입지점에 90°이하의 각도로 주입하도록 하는 방향성 노즐 또는 360°로 주입하도록 하는 방사형 노즐을 사용하여 오염물을 제거하거나 감소시키는 방법으로, 상기 주입은,
   a. 오염지역 내에 다중의 깊이 또는 높이에서 수직방향으로의 분포를 제공하도록 압축 가스 혹은 액상 또는 고상 메디아를 주입하며,
   b. 오염지역의 투과성을 향상시키거나 또는 주입된 메디아의 중복을 제공하여 전반적인 처리비용을 절약하도록 주입 지점에 주입하는 압축 가스 혹은 액상 또는 고상 메디아를 인접한 주입 지점과 다른 깊이로 주입하여, 인접한 주입 지점과 깊이 또는 높이를 달리하여 압축 가스 혹은 액상 또는 고상 메디아를 주입하는,
   단계를 포함하는 방향성 또는 방사형 노즐을 사용하여 오염물을 제거하거나 감소시키는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 주입은 액상 메디아와 고상 메디아를 함께 주입하며,
   a. 압축가스를 주입하여 파쇄망을 만들고,
   b. 지층 아래의 오염지역의 정화를 위해 액상 메디아를 상기 파쇄망으로 주입하고,
   c. 상기 주입지점의 하향공 내 배압(downhole injection point backpressure)을 측정하고 이를 근거로, 상기 메디아의 영향 반경 또는 상기 파쇄망을 넓히고, 얕은 깊이에 있어 지표로 방출되는 잠재적인 가스의 단락류를 줄이기 위해 상기 압축가스와 액상 메디아를 주입하고,
   d. 상기 주입지점의 하향공의 배압을 측정하고 이를 근거로, 상기 메디아의 영향 반경 또는 상기 파쇄망을 넓히도록 상기 압축파쇄와 압축가스를 이용한 고상 메디아를 주입하는 방향성 또는 방사형 노즐을 사용하여 오염물을 제거하거나 감소시키는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 주입은 액상 메디아의 주입이며,
   상기 액상 메디아의 주입은,
   a. 파쇄망 또는 주입되는 메디아의 초기 통로를 만들기 위해 압축가스를 주입하고,
   b. 상기 압축가스 주입을 멈추고 상기 파쇄망으로 상기 액상 메디아의 주입하고,
   c. 상기 액상 메디아의 주입펌프가 최대압력에 도달할 때, 액상 메디아의 주입을 멈추고 상기 주입펌프의 압력 이하의 압력으로 압축가스를 재주입하되, 상기 주입펌프 가동 중, 주입되는 압축가스는 상기 파쇄망 내의 메디아를 파쇄망 내의 더 먼곳으로 이동시켜 오염지역에 발생된 균열속으로 액상 메디아를 채우며,
   상기 액상 메디아는 유화된 영가철(zero valent iron) 또는 미생물(microorganism)과 같은 분리 또는 분해시키는 능력을 가지는 액상 메디아인 것을 특징으로 하는 방향성 또는 방사형 노즐을 사용하여 오염물을 제거하거나 감소시키는 방법.
5. 삭제
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   빌딩이 세워져 있거나, 매설된 설비가 있는 하나 이상의 지층으로 압축파쇄를 위한 압축 가스 혹은 액상 또는 고상 메디아를 주입하는 방향성 또는 방사형 노즐을 사용하여 오염물을 제거하거나 감소시키는 방법.

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