KR102279806B1 - 시추공내 원위치 수압 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시추공내의 일정 시험구간 내의 수압을 측정하기 위한 것으로서, 소정 길이로 이루어져 하부에 다수의 유공(有孔)이 길이 방향을 따라 형성되고, 상기 다수의 유공 상측과 하측에 각각 제1패커와 제2패커가 설치된 상태로 시추공내에 투입되는 주수관; 및 소정 길이로 이루어져 일부가 상기 시추공내에 투입되되, 상기 제1패커와 제2패커 사이의 공간에 일단부가 위치하도록 상기 제1패커에 결합되는 압력 측정관;을 포함하고, 지상에 위치하는 상기 압력 측정관의 타단부에는 압력계와 공기배기용 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는, 시추공내 원위치 수압 측정 장치를 제공한다.

Description

시추공내 원위치 수압 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING IN-SITU WATER PRESSURE IN THE BOREHOLE}

본 발명은 시추공내 원위치 수압 측정 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 주수관을 통해 시추공내로 주입된 물의 압력을 정확하게 측정할 수 있는 시추공내 원위치 수압 측정 장치에 관한 것이다.

지반의 투수성 판단을 위한 현장시험은 대부분 시험대상 지점에 시추공을 형성하고, 시추공내 지하수의 유입 또는 유출 상태를 관찰함으로써 진행되는데, 도 1에서와 같이, 투수성이 상대적으로 낮은 암반(12)의 경우 시험시간을 단축하기 위하여 펌프와 주수관(40) 등을 이용한 물의 강제주입을 통하여 암반(12)내 물의 유출입을 관찰하게 된다.

통상의 지반 수압시험 과정을 약술하면 다음과 같다.

우선 시험지점에 시추공을 형성하는데, 토사층인 자유수면대수층(11)의 경우 공벽유지가 어려우므로 도 1에서와 같이, 케이싱(49)을 설치할 수도 있으며, 이후 지상에 주수펌프(21), 유량계(22), 지상수압계(23), 밸브(24) 및 공기펌프(31) 등을 설치하고, 시추공 안으로 선단부에 패커(41)가 설치된 주수관(40)을 삽입한다.

주수관(40) 선단부에 설치된 패커(41)는 지상의 공기펌프(31)와 공기호스(32)를 통하여 연결되며, 공기펌프(31)가 작동함에 따라 압축공기가 인가되어 팽창함으로써 시추공 종단상의 시험구간 상단을 밀폐하게 된다.

도 2에서와 같이, 패커(41)의 팽창이 완료되어 시험구간의 밀폐가 완성되면, 주수펌프(21)에 의하여 물의 강제주입이 시작되고, 이후 세부 시험법에 따라 주입압이 단계적으로 변화하는 소정의 절차에 따라 시험이 진행된다.

지반 수압시험의 기본 개념은 시험구간 지반에 특정한 압력으로 물을 주입했을때 단위 면적당 침투되는 유량을 측정하여 루젼(lugeon)값을 산정하는 것으로서, 이때 루젼값 산정에 기초가 되는 것은 단계적으로 증감되어 적용되는 유효 주입압(P)으로 대표될 수 있다.

이러한 유효 주입압(P)은, 주수펌프(21)에 의하여 인가되는 수압으로서 지상수압계(23)에 의하여 측정되는 주수압(P0)과, 도 2에서와 같이, 지상수압계(23)와 시험구간 중간점의 표고차(h1), 시추공내 자유수면과 시험구간 중간점의 표고차(h2)에 의하여 다음과 같은 산식에 의하여 결정된다.

P = P0 + γ(h1-h2-hL)/10

여기서, γ와 hL은 각각 물의 단위중량(kg중/㎤)과 주수관(40)내 손실수두(損失水頭, m)이며, 압력 및 길이의 단위는 각각 kg중/㎠ 및 m이다.

즉, 유효 주입압(P)이란 실제로 시험구간에 침투하는 물의 압력을 나타낸다고 할 수 있으며, 이는 시험조건에 따라 주수펌프(21)에 의하여 인가되는 주수압(P0)과 상당한 차이를 가질 수 있으므로, 정확한 시험을 위해서는 시추공내 수위의 면밀한 관찰은 물론 주수펌프(21)의 출력 또는 밸브(24) 등의 조정을 통한 압력의 세심한 조절이 필요하다.

아울러, 종래 기술에 따른 지반 수압시험은 주수펌프(21)에 의해 인가된 주수압으로 주수관(40)으로 물이 강제 주입되는 경우, 주수관(40) 내면과 물의 마찰로 인한 압력손실을 고려하지 않아 정확한 수압을 측정하는 것에 한계가 있는 문제점이 있다.

이에 따라, 시추공 내부에 센서를 장착하여 상기 센서가 시추공 내부의 시험구간 수압을 측정하여 시추공 외부의 출력장치로 신호를 전송하도록 하는 기술이 제안된 바 있는데, 이러한 기술은 고가의 센서를 사용해야 하므로 설치비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.

KR 10-0687630 (2007.02.27.공고)

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 여러 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 주수관으로 물이 강제 주입되는 경우, 주수관 내면과 물의 마찰로 인한 압력손실의 영향을 받지 않고 정확하게 시추공내의 압력을 측정할 수 있는 시추공내 원위치 수압 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 고가의 센서를 사용하지 않아도 되기 때문에 설치비용을 절감할 수 있는 시추공내 원위치 수압 측정 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 시추공내의 일정 시험구간 내의 수압을 측정하기 위한 것으로서, 소정 길이로 이루어져 하부에 다수의 유공(有孔)이 길이 방향을 따라 형성되고, 상기 다수의 유공 상측과 하측에 각각 제1패커와 제2패커가 설치된 상태로 시추공내에 투입되는 주수관; 및 소정 길이로 이루어져 일부가 상기 시추공내에 투입되되, 상기 제1패커와 제2패커 사이의 공간에 일단부가 위치하도록 상기 제1패커에 결합되는 압력 측정관;을 포함하고, 지상에 위치하는 상기 압력 측정관의 타단부에는 압력계와 공기배기용 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는, 시추공내 원위치 수압 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 주수관에 연결되어 지상에 위치하는 지상관; 상기 지상관에 연결되어 물을 주입하는 주수펌프; 상기 지상관에 설치되어 상기 주수펌프로부터 주입되는 물의 양을 측량하는 유량계; 및 상기 지상관에 설치되어 상기 지상관을 통해 주수관으로 투입되는 물의 양을 조절하는 유량 조절 밸브;를 더 포함할 수 있다.

아울러, 상기 제1패커와 제2패커 사이의 구간이 수압 측정 시험 구간으로 정의되고, 상기 압력 측정관의 일단부 끝단은 상기 제1패커와 제2패커 사이의 구간에서 중간 지점에 위치하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제1패커에는 상하 관통되어 상기 주수관이 끼워지는 제1끼움공과, 상하 관통되어 압력 측정관이 끼워지는 제2끼움공이 형성된다.

또한, 상기 제1패커와 제2패커는 팽창 또는 축소 가능하게 이루어지고, 지상의 공기펌프 또는 물펌프와 연결되어 상기 제1패커와 제2패커에 공기 또는 물을 주입하거나 배출하는 공기 유통관 또는 물 유통관이 상기 제1패커와 제2패커에 각각 연결되는 것이 바람직하다.

기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.

전술한 과제의 해결수단에 의하면 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은 주수관과 별도로 시추공내의 수압을 측정하기 위한 압력 측정관을 마련함으로써, 주수관으로 물이 강제 주입되는 경우, 주수관 내면과 물의 마찰로 인한 압력손실의 영향을 받지 않고 정확하게 시추공내의 압력을 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은, 고가의 센서를 사용하지 않아도 되기 때문에 설치비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 지반 수압시험 진행과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 지반 수압시험 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 시추공내 원위치 수압 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 시추공내 원위치 수압 측정 장치에서 주수관과 압력 측정관이 끼워진 제1패커를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.

본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.

더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.

본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 시추공내 원위치 수압 측정 장치를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 시추공내 원위치 수압 측정 장치에서 주수관과 압력 측정관이 끼워진 제1패커를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 시추공내 원위치 수압 측정 장치는 시추공(H) 내의 일정 시험구간(A) 내의 수압을 측정하기 위한 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 주수관(5)과 압력 측정관(6)을 포함하여 구성된다.

주수관(5)은 소정 길이로 이루어져 하부에 다수의 유공(有孔)(5a)이 길이 방향을 따라 형성되고, 상기 다수의 유공(5a) 상측과 하측에 각각 제1패커(P1)와 제2패커(P2)가 설치된 상태로 시추공(H) 내에 투입된다.

이때, 제1패커(P1)와 제2패커(P2) 사이의 구간이 수압 측정 시험 구간(A)으로 정의되고, 후술할 압력 측정관(6)의 일단부(6a) 끝단은 제1패커(P1)와 제2패커(P2) 사이의 구간에서 중간 지점에 위치한다.

즉, 압력 측정관(6)의 일단부(6a) 끝단에서 제1패커(P1)까지의 길이(a)와 압력 측정관(6)의 일단부(6a) 끝단에서 제2패커(P2)까지의 길이(a)는 동일한 것이 바람직하다.

한편, 시추공내 수압 측정 시험 구간(A)은 전술한 바와 같이 제1패커(P1)와 제2패커(P2) 사이의 구간으로 정의되었으나, 주수관(5)에 하나의 패커가 설치되고 이 패커와 시추공(H)의 저면까지를 시험 구간으로 정의할 수도 있다.

이러한 경우에도 압력 측정관(6)의 일단부(6a) 끝단은 패커와 시추공 저면까지의 구간에서 중간 지점에 위치하는 것이 바람직하다.

이때, 제1패커(P1)에는 도 4에 도시된 바와 같이 상하 관통되어 주수관(5)이 끼워지는 제1끼움공(C1)과, 상하 관통되어 압력 측정관(6)이 끼워지는 제2끼움공(C2)이 형성된다.

또한, 제1패커(P1)와 제2패커(P2)는 팽창 또는 축소 가능하게 이루어지고, 지상의 공기펌프(미도시) 또는 물펌프(미도시)와 연결되어 제1패커(P1)와 제2패커(P2)에 공기 또는 물을 주입하거나 배출하는 공기 유통관(미도시) 또는 물 유통관(미도시)이 제1패커(P1)와 제2패커(P2)에 각각 연결된다.

본 명세서에서는 제1패커(P1)와 제2패커(P2)를 팽창 또는 축소 가능한 형태에 대해서 설명하였지만, 시추공(H) 내의 일정 구간을 밀폐할 수 있으면 어떠한 형태의 패커를 사용하여도 무방하다.

압력 측정관(6)은 소정 길이로 이루어져 일부가 시추공(H) 내에 투입되는데, 제1패커(P1)와 제2패커(P2) 사이의 공간에 일단부(6a)가 위치하도록 제1패커(P1)에 결합된다.

이때, 지상에 위치하는 압력 측정관(6)의 타단부(6b)에는 압력계(7)와 공기배기용 밸브(8)가 설치된다.

주수관(5)을 통해 시추공(H) 내의 시험 구간(A)으로 투입된 물의 압력은 압력 측정관(6)의 타단부(6b)를 통해 압력 측정관(6)으로 유입된 물의 압력을 압력계(7)에 의해 측정이 되어 환산되고, 공기배기용 밸브(8)를 이용하여 시험초기에 있을 수 있는 압력 측정관(6) 내에 남아 있는 불필요한 공기 등을 배출할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 시추공내 원위치 수압 측정 장치는, 주수관(5)에 연결되어 지상에 위치하는 지상관(1)과, 지상관(1)에 연결되어 물을 주입하는 주수펌프(2)와, 지상관(1)에 설치되어 주수펌프(2)로부터 주입되는 물의 양을 측량하는 유량계(3)와, 지상관(1)에 설치되어 지상관(1)을 통해 주수관(5)으로 투입되는 물의 양을 조절하는 유량 조절 밸브(4)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

주수관(5)과 지상관(1)을 연결하기 위한 커플러가 포함될 수 있는데, 이러한 커플러는 주지관용기술이므로 여기에서 이에 대한 설명은 생략한다.

전술한 바와 같이 본 발명은 주수관(5)과 별도로 시추공(H) 내의 수압을 측정하기 위한 압력 측정관(6)을 마련함으로써, 주수관(5)으로 물이 강제 주입되는 경우, 주수관(5) 내면과 물의 마찰로 인한 압력손실의 영향을 받지 않고 정확하게 시추공(H) 내의 압력을 측정할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 시추공내 원위치 수압 측정 장치는 고가의 센서를 사용하지 않아도 되기 때문에 설치비용을 절감할 수 있게 된다.

이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.

또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.

1 : 지상관
2 : 주수펌프
3 : 유량계
4 : 유량조절밸브
5 : 주수관
6 : 압력 측정관
7 : 압력계
8 : 공기배기용 밸브
P1 : 제1패커
C1 : 제1끼움공
C2 : 제2끼움공
P2 : 제2패커
A : 시험구간
H : 시추공

Claims (5)

1. 시추공내의 일정 시험구간 내의 수압을 측정하기 위한 장치로서,
   소정 길이로 이루어져 하부에 다수의 유공(有孔)이 길이 방향을 따라 형성되고, 상기 다수의 유공 상측과 하측에 각각 팽창 또는 축소 가능하게 이루어진 제1패커와 제2패커가 설치된 상태로 시추공 내에 투입되는 주수관; 및
   소정 길이로 이루어져 상기 주수관과 이격된 상태로 상기 주수관과 평행하게 일부가 상기 시추공 내에 투입되되, 상기 제1패커와 제2패커 사이의 공간에 일단부가 위치하도록 상기 제1패커에 결합되는 압력 측정관;을 포함하며,
   상기 제1패커에는 상하 관통되어 상기 주수관이 끼워지는 제1끼움공과, 상하 관통되어 상기 압력 측정관이 끼워지는 제2끼움공이 형성되고,
   상기 제1패커와 제2패커 사이의 구간이 수압 측정 시험 구간으로 정의되며,
   상기 압력 측정관의 일단부 끝단은 상기 제1패커와 제2패커 사이의 구간에서 중간 지점에 위치하고,
   지상에 위치하는 상기 압력 측정관의 타단부에는 압력계와 공기배기용 밸브가 설치되며,
   상기 주수관을 통해 시추공 내의 수압 측정 시험 구간으로 투입된 물의 압력은 상기 압력 측정관으로 유입된 물의 압력이 상기 압력계에 의해 측정이 되어 환산됨으로써 상기 주수관 내면과 물의 마찰로 인한 압력 손실의 영향을 받지 않고, 상기 공기배기용 밸브를 이용하여 시험초기에 상기 압력 측정관 내에 남아 있는 불필요한 공기를 배출하도록 이루어진 것을 특징으로 하는,
   시추공내 원위치 수압 측정 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 주수관에 연결되어 지상에 위치하는 지상관;
   상기 지상관에 연결되어 물을 주입하는 주수펌프;
   상기 지상관에 설치되어 상기 주수펌프로부터 주입되는 물의 양을 측량하는 유량계; 및
   상기 지상관에 설치되어 상기 지상관을 통해 주수관으로 투입되는 물의 양을 조절하는 유량 조절 밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   시추공내 원위치 수압 측정 장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   지상의 공기펌프 또는 물펌프와 연결되어 상기 제1패커와 제2패커에 공기 또는 물을 주입하거나 배출하는 공기 유통관 또는 물 유통관이 상기 제1패커와 제2패커에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는,
   시추공내 원위치 수압 측정 장치.

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