플루트 블랭크 라이너는 어느 정도 깊이까지 설치해야 하나요?

블랭크 라이너 설치 깊이 PDF

목적

본 논문에서는 효과적인 밀봉을 위해 블랭크 라이너를 시추공 전체 깊이보다 얕은 위치까지 설치해야 하는 근거를 설명한다. 블랭크 라이너 설치에 소요되는 시간은 시추공 내 투과도 분포에 따라 크게 달라진다. 대부분의 시추공을 효과적으로 밀봉하는 데 걸리는 시간은 2시간 미만이며 , 또한 시추공이 충분히 밀봉된 시점에는 라이너가 시추공 바닥 근처에 위치하지 않을 수도 있다.

배경

A Solinst 플루트 블랭크 라이너 는 설치가 비교적 간편하며 필요한 부대 장비도 거의 없습니다. 직접 라이너를 설치하거나 필요에 따라 제거하고자 하는 분들을 위해 설치 절차가 담긴 DVD가 제공됩니다. 블랭크 라이너는 ‘이버전(eversion, 인버전(inversion)의 반대 과정)’이라고 하는 공정을 통해 설치되며, 라이너가 시추공을 따라 아래로 내려가면서 시추공 내의 물을 밀어냅니다. 이 물은 지층으로 이어지는 모든 가능한 유로로 이동하게 됩니다. 라이너가 하강함에 따라 상단부터 하단으로 유로가 차례로 차단되며, 각 유로가 라이너에 의해 차단될 때마다 시추공의 잔여 투수성은 감소합니다. 따라서 라이너의 초기 하강 속도는 상대적으로 빠르며, 이는 시추공의 총 투수성과 라이너 내의 과잉 수두에 따라 달라집니다. 라이너가 하강함에 따라 투수성이 감소하므로 라이너 설치 속도도 감소합니다. 결국, 라이너 하강 속도가 너무 느려져 실질적인 시간 내에 더 이상 설치를 진행할 수 없게 되거나, 라이너가 시추공 끝까지 도달하게 됩니다. 많은 경우, 라이너는 시추공 바닥까지 도달하지 못합니다.

현장 모니터링 지점에서 기술용 전개 릴 시스템에 감겨 있는 솔린스트 모델 405 블랭크 라이너의 근접 촬영 사진

배송 릴의 솔인스트 플루트 블랭크 라이너

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라이너 설치의 실질적인 한계

라이너가 시추공 내 가장 낮은 유로(flow path)를 차단하고, 나머지 시추공의 투과율이 0이라면, 라이너의 유속은 0이 되며, 당연히 시추공 내부로 더 이상 라이너를 설치할 필요가 없습니다.

실제로, 마지막 주요 유로가 차단된 후에는 라이너 속도가 0은 아니지만 매우 낮은 수준으로 떨어집니다. 라이너 속도는 라이너 아래 구멍을 통해 유출되는 유량을 나타내는 지표입니다. 유량 Q는 단순히 구멍의 단면적에 속도를 곱한 값이다. 구멍의 나머지 부분에 대한 투과율은 T = dz C = Q ln(_r/r0)/(2 π dH)로 주어지며, 여기서 dz는 개방 구멍의 길이, C는 전도도, Q는 라이너 유속과 구멍 단면적로부터 결정된 유량이며,_r/r0는 1000 정도이고, dH는 라이너 내의 구동 과잉 수두입니다. 라이너 하강이 유량 측정값이며 이를 통해 T를 계산할 수 있다는 사실은, 시추공의 전체 투과도 분포를 측정하는 또 다른 Solinst Flute 절차에 활용됩니다. (단, 해당 측정은 특수 장비와 Solinst Flute 전문 인력이 있는 경우에만 수행됩니다).

구멍의 나머지 부분에서 전도도가 무시할 수 있을 정도로 낮아질 만큼 라이너의 속도가 낮아지는 데는 얼마나 걸릴까요? 아니면, ‘충분히 낮은’ 속도란 정확히 어느 정도일까요? 그 답은 상황에 따라, 그리고 라이너가 구멍을 밀봉해야 하는 기간에 따라 다소 달라집니다. 하지만 다음과 같은 몇 가지 안심할 만한 사실들이 있습니다:

라이너가 물을 지층으로 밀어 넣고 있습니다. 이는 라이너 설치 과정에서 필수적인 단계입니다. 이후 시추공이 제대로 밀봉된다면, 지층으로 최대 시추공 한 개 분량의 물이 유입되더라도 일반적으로 문제가 되지 않습니다. 라이너가 시추공 바닥까지 내려가지 않는 경우, 지층으로 밀려 들어간 물의 양은 시추공 한 개 분량보다 적습니다.
라이너는 라이너 내부의 과잉 수두에 의해 구동됩니다. 라이너가 앵커 지점에 고정되어 더 이상 하강할 수 없는 경우, 물을 지층으로 밀어 넣는 구동 수두가 사실상 존재하지 않으므로 라이너 아래의 물은 시추공 내에 남아 있을 수 있습니다.
시추공의 가장 깊은 지점에서 측정된 라이너 속도는 개방된 시추공의 잔여 투수율을 나타내는 지표입니다. 따라서 아직 개방된 시추공의 길이와 관계없이, 라이너 아래 시추공의 투수율은 라이너 속도를 통해 측정됩니다.
투과성이 충분히 낮다면, 라이너를 결속한 후 남은 개방 시추공에 과압이 더 이상 존재하지 않으므로 시추공 밖으로 유체가 상당량 유출될 우려는 없습니다. 그렇다면 ‘충분히 낮은 투과성’이란 정확히 어느 정도를 말하는 것일까요?
라이너 아래에 개방된 구멍이 있는 경우, 구멍 밖으로 유체가 유출되려면 해당 구간 내 지층에 수직 방향의 경사가 존재해야 하며, 최악의 경우는 잔여 투과율의 절반이 나머지 절반보다 더 높은 수두에 위치하는 경우입니다. 이는 유입이 없으면 유출도 있을 수 없으며, 폐쇄된 공간에서는 유입과 유출이 서로 같다는 사실과 관련이 있습니다.

안타깝게도 시추공 내 수두 분포를 알 수 없기 때문에, 남아 있는 개방 구간에서의 수두 구배도 파악할 수 없습니다. 따라서 유속이 충분히 낮은지 여부에 대한 판단은 해당 지역의 수문학적 상황에 대한 전반적인 이해에 의존할 수밖에 없습니다. 그러나 다음과 같이 상당히 타당한 가정들이 몇 가지 있습니다:

라이너 아래 구멍에 남아 있는 모든 투수성이 수직 수두가 균일한 단일 구역에 집중되어 있다면, 그 남아 있는 구역에서 물을 밀어낼 수 있는 공급 구역이 존재하지 않습니다. 따라서 해당 구멍은 영구적으로 충분히 밀봉된 상태가 됩니다.
만약 구멍의 밀봉되지 않은 부분에서 유출되는 유량이 개방 구멍의 잔여 부피를 넘지 않는다면, 이는 라이너를 구멍 바닥까지 밀어 넣는 것과 다를 바가 없다. 그 정도의 유량이 발생할 수 있는 시간은 고려할 필요가 없다. 그 시간은 뒤에서 계산된다.
그 유동 시간이 지난 후, 유입 구역이 오염되고 유출 구역이 오염되지 않은 경우, 그 이후의 유동 상황이 우려될 수 있습니다.
라이너 하단의 구멍을 통해 유출되는 유량은, 해당 구멍의 개방 구간에서 발생하는 자연 구동 수두 차이와 라이너 설치 시의 구동 수두 간의 비율과 직접적인 관련이 있습니다. 우리는 설치 중의 유량을 알고 있습니다. 따라서 밀봉되지 않은 구간에서 어떤 수두 차이를 가정하더라도 유출량을 추정할 수 있습니다.
밀봉되지 않은 구간이 두 개의 불투수층을 가로지르지 않는 한, 라이너 아래 구간의 수두 차이는 비교적 작을 가능성이 높습니다.

위의 일반화를 통해 라이너 아래 구간에서 유출되는 유량을 추정할 수 있다.

시추공의 일반적인 수리전도도 프로파일링 작업을 수행할 때, 우리는 대개 라이너 속도가 0.001 ft/sec 또는 0.06 ft/min(구경이 작은 시추공의 경우 더 높은 값) 미만으로 떨어지면 측정을 중단합니다. 이는 테더/라이너가 그 속도의 두 배인 1.5″/min의 속도로 시추공 안으로 진입하고 있음을 의미합니다. 공칭 5인치 구멍의 경우, 일반적인 구동 수두 15~20피트에서 이는 약 0.06갤런/분에 해당합니다. 이는 구멍 내의 잔여 투수율이 약 0.02cm2/s임을 의미합니다. 이 시점에서 라이너 아래 20 ft의 시추공이 개방되어 있다면, 라이너 아래 시추공의 수두 차를 가정하여 라이너 아래 시추공에 있는 해당 부피의 물을 지층으로 배출하는 데 걸리는 시간을 추정할 수 있습니다. 20피트 구간에서 0.5피트의 수두 차이를 가정할 경우, 해당 20피트 구간 내의 구멍 용적이 지층으로 대체되는 데 18일이 소요될 것입니다. 이 결과는 투수율의 절반이 시추공으로 유입되고 절반이 유출되는 최악의 경우를 가정한 것입니다. 동일한 최종 속도에서 개방 구간이 더 길어질수록 소요 시간은 비례하여 늘어납니다.

수두 차이가 더 크거나 유속이 더 높을 경우, 소요 시간은 그에 비례하여 짧아집니다. 대부분의 경우, 구멍을 통해 유출되는 최대 유량은 구멍이 열린 상태에서의 유량의 1%보다 훨씬 적습니다. 주된 이유는 라이너가 투수성이 더 높은 구역을 밀봉하여, 일반적으로 남아 있는 개방 구멍의 수두 차를 급격히 줄이기 때문입니다. 프로파일링을 위한 설치 기준치는 일반적으로 임시 블랭크 라이너 설치 기준치보다 훨씬 낮습니다.

권장 설치 시기

당사의 전도도 프로파일링 경험에 따르면, 블랭크 라이너를 설치한 지 약 2시간 이내에 대부분의 구멍이 잘 밀봉되는 것으로 나타났습니다. 시추공 바닥 부근에 유속이 빠른 구역이 있다면, 훨씬 더 짧은 시간 내에 작업을 완료할 수 있습니다. 시추공의 총 투과율이 매우 낮고 그 대부분이 시추공 하부 구간에 집중되어 있는 경우, 2시간 이상 설치 작업을 진행하는 것이 실용적일 수 있습니다. 권장 설치 테더 속도를 적용하면 라이너 아래에 약 0.2^cm²/s의 투과 구역이 남게 됩니다. 설치 종료 시점은 테더/라이너가 다음 속도 이하로 구멍 안으로 이동할 때입니다:

최소 테더/라이너 속도 = 20인치/분 × (dH/15피트) × (3인치/r)^²

여기서 dH는 피트 단위로 표시된 구동 수두(일반적으로 지하수면까지의 깊이 또는 20피트 미만)이며, r은 구멍의 반지름입니다. 직경 6인치, 구동 수두 15피트인 구멍의 경우, 테더 속도 한계값은 분당 20인치입니다. 15피트의 구동 수두의 경우, 이는 대개 약 2시간 이내의 설치 시간을 의미합니다. 이로 인해 라이너 아래의 잔여 투수율은 0.2^cm²/s가 됩니다.

속도는 테더에 약 5 lb의 장력을 가한 상태에서 측정하는 것이 가장 좋습니다. 이 절단 속도는 구멍의 길이와 무관합니다. 6인치 구멍에 구동 헤드가 5피트만 들어간 경우, 이 기준 속도는 약 7인치/분으로 감소합니다. 구동 헤드가 5피트보다 길면 속도가 더 빨라지는 것은 당연합니다. 다행히도, 라이너가 마지막 주요 유로를 통과할 때 이 기준 속도를 매우 급격하게 파악할 수 있습니다.

만약 더 낮은 투과율 가 필요한 경우(예: 0.1 대 0.2^cm²/s), 최소 속도를 그에 비례하여 낮출 수 있습니다. 그러면 설치 및 제거에 더 많은 시간이 소요됩니다.

라이너를 단 몇 주 동안만 설치해 둘 예정이라면, 장기간 설치할 때만큼 구멍을 꼼꼼하게 밀봉할 필요는 없습니다. 테더의 속도는 케이싱 상단에서 20인치 떨어진 지점에 표시를 하고, 그 표시가 케이싱에 닿기까지 걸리는 시간을 측정하여 확인할 수 있습니다. 약 1분이 소요된다면, 테더와 라이너를 묶어 고정할 시점이 된 것입니다. 라이너를 길이의 절반 이상까지 설치하여 테더만 구멍 바깥에 남도록 하는 것이 종종 유용합니다. 하지만 이는 편의상의 조치일 뿐, 필수적인 것은 아닙니다.

실무상 중요한 고려 사항 중 하나는 라이너를 제거하는 데 소요되는 시간이 라이너를 설치하는 데 걸리는 시간과 비슷하다는 점입니다. 유속이 매우 낮아진 상태에서 라이너가 하강하지 않도록 유정 헤드의 앵커에 고정하지 않은 채 라이너를 채우면, 라이너 내부의 과잉 수두가 소진될 때까지 라이너는 시추공을 따라 계속 하강하게 됩니다. 이는 라이너 전체에 충분한 여압이 확보되지 않아 밀봉이 제대로 이루어지지 않을 수 있다는 점과, 역전법을 통해 라이너를 제거하는 데 매우 오랜 시간이 소요될 수 있다는 두 가지 단점이 있습니다. 따라서 라이너에 물을 다시 채우지 않은 상태에서 여압이 소진될 때까지 라이너가 하강하도록 방치하지 않는 것이 강력히 권장됩니다.

라이너의 설치 및 제거 작업은 두 과정 모두에 대한 절차를 충분히 숙지한 상태에서 수행해야 합니다. 해당 절차(
)는 Solinst Flute 웹사이트([email protected])에서 확인하거나, +1 (505)-852-0128로 전화하여 문의할 수 있습니다.