첫째, 국제 과학 시추 프로그램 개요
국제 대륙과학시추기구 (ICDP) 의 틀 아래 20 여 개의 주요 국제 시추 프로젝트를 실시했다. ICDP 는 대륙역학과 자연재해, 화산시스템과 열상태, 지구역사와 기후변화, 구조충돌, 비전통에너지, 심층생물 등 지구과학과 국제사회경제문제에서 도전적인 연구과제에 초점을 맞추고 있다. 이 가운데 눈에 띄는 연구결과는 미국 캘리포니아 세인트안데스 산, 중국 대만성 체렌부르크, 그리스 콜린스만 등에서 암심을 뚫고 지진주기를 연구하는 기본 과정이다. 일본 운선화산, 하와이, 아이슬란드의 화산활동 과정 연구 초임계 화산유체: 카카 호, 말라위, 보솜트 평화 청해호의 고지지질과 기후진화 연구; 다양한 크기의 운석이 충돌하는 히크술루버, 보수무트 평화 체사피크 베이 운석 구덩이의 형성 과정과 주변 환경에 미치는 영향. ICDP 의 향후 연구 과제로는 기후역학과 지구 환경, 운석구덩이와 그 형성 과정, 지하 생물, 활동 단층, 판 수렴 가장자리와 충돌대, 천연자원 등이 있다. 향후 대륙과학 시추의 도전에 대응하기 위해 시추 기술은 구멍 내 안전 시추 시스템, 복잡한 지층 무손실 오염취심, 심부 열악한 환경 장기 관측 설비를 개선하는 장치다.
2004 년부터 2008 년까지의 4 년 동안 국제대양 시추기구 (IODP) 는 55 년 동안 북극 로몬노소프 해령에서 온실에서 빙실까지의 역사를 완성했다. 버카해령에 세 개의 관측 우물을 세워 산변의 해저 해류를 조사하였다. 멕시코만 깊은 물속의 초고압 및 해류 과정을 조사하다. Cox 판 해저의 기초암 데이터는 시추를 통해 다시 얻은 것이다.
단단한 얼음 위에서 깊은 물 시추를 하는 시추 설비는 인류가 극지 고찰활동을 효율적으로 전개하는 데 필요한 조건이다. 과거에는 전문 쇄빙시추선이 부족해 많은 과학시험 활동이 더디고 심지어 진행되지 못했다. 예를 들어, ODP 항공 15 1 예르마크 고지에서 시추를 시작한 지 55 년 뒤인 2004 년까지 IODP ACEX 탐사대는 북위 87 55'16 에 있지 않았다. 최근 세계에서 가장 선진적인 극지 고찰시설인 쇄빙선' 북극광' (그림 1) 이 성공적으로 건설되었다. 그 시추 깊이는 수심 80-5000m 의 영구 얼음으로 덮인 극지 해양면 쇄빙과 장기 국제 다학과 북극 시추 조사에도 사용될 수 있다. 이 선체는 설계가 참신하여 위성 항법, 방위 추진 시스템, 얼음 처리 지원을 갖추고 있다. 동력 위치 확인 시스템은 두께가 2.5 미터가 넘는 얼음 위에서 작동할 수 있다. 맞춤형 고산 심층 시추기, 완전 밀폐된 시추 플랫폼, 예비 연구 스튜디오로 극지 조건 하에서 하루 종일 일할 수 있습니다.
대륙과학 시추의 특수한 요구 사항을 더 잘 충족하기 위해 ICDP 는 독일 PFZ(Geo-Forsechungs Zentrum) 에 새로운 유형의 시추기인 ——Innovalig 를 개발하도록 의뢰했다 (그림 2). 이 드릴은 표준 석유 드릴에 비해 회전 드릴링, 일반 코어 링, 로프 코어 링, 가스 리프트 등의 다양한 기술을 사용하여 시추할 수 있습니다. 모듈식 시추 설계는 높은 안전 표준과 높은 자동화, 종합적인 동력 개념, 큰 밧줄 유압 상승 및 이송 시스템 없음, 환경 오염 및 소음 강도 감소, 장소 및 지상 감소, 시추 비용 절감 등의 이점을 제공합니다. 시추기는 또한 측량 기기 저장 장치를 사전 설정하고, 측량 케이블 디플렉터를 갖추고 있어 빠른 측량을 가능하게 한다. 스펙트럼 원리에 기반한 드릴 샘플 수집기와 진흙 가스 분석기를 통해 현장 연구를 제자리에서 수행할 수 있습니다. 시추 정보 시스템은 이미 ICDP 시추 정보 시스템과 통합되었다. 시추기 기술 매개변수는 발전기 용량 3× 1540 kVA, 구동력 4000 kW, 진흙 펌프 동력 3× 1000 kW, 깊이 5000m, 공칭 훅 하중 3,500 kN
그림 1 "북극광" 호 연구 쇄빙선
그림 2 독일 혁신 장비
아이슬란드 심층 드릴 프로젝트 (IDDP) 는 시추를 통해 지하에너지를 직접 얻는 데 있어 상당히 눈길을 끈다. 아이슬란드는 화산이 많은 나라이다. 화산 센터에서는 고온 열원이 개발되어 증기나 수발전에 사용되어 국부 열량을 제공한다. 이 지역에서는 2000 ~ 3000 미터 깊이의 우물, 바닥 온도 300 C, 상단 온도 200 C, 단일 우물은 500 ~ 2000 킬로와트를 생산할 수 있다. 2002 년 이후 지열 자원 조사를 위해 4000 ~ 5000 미터 깊이까지 시추하는 준비 작업이 계속되고 있다. 이 작업의 목표는 담수온도와 압력의 임계점 (374.15 C, 22. 12 MPa) 이상 조건에서 에너지와 화학액체를 추출하는 것이 기술적으로나 경제적으로 가능한지 여부를 결정하는 것이다. 2008 년 8 월, 첫 번째 깊은 우물은 아이슬란드 북동부의 클라블라 지열 밭에서 시추될 것이다. 이 우물이 예정된 깊이에 도달하면 우물 바닥 온도는 400 ~ 600 C 에 달하고 증기가 생성하는 전력은 4 ~ 50W 에 달할 것으로 예상된다. IDDP 의 이 예측이 증명된다면 아이슬란드와 다른 지역의 고온 지열 자원 경제가 크게 발전할 것이다. 첫 번째 깊은 우물의 자금은 이미 시행되었고, 시추공사는 4 ~ 5 개월 이내에 완공될 계획이며, 2009 년에는 우물 순환실험을 진행할 예정이다.
둘째, 중국 백악기 대륙과학 시추 송크일정 (베이징) 시추 공사.
송크 1 우물은 국가 973 프로그램 프로젝트인' 백악기 지표 시스템 중대 지질 사건과 온실기후 변화' 이다. 백악기 지층의 물성 데이터를 얻기 위해 지학 연구에 쓰이는 것은 우리나라 동북송요분지에 배치된 환경과학 시추 프로젝트다. 이 프로젝트는 각각 18 10 m 및 19 10 m 의 깊이로 구성된 남정과 북정 (주 우물) 으로 구성되며 코어가 필요합니다 그 중에서도 남정이 완성되면 채유 우물로 바꿀 수 있는데, 이 우물은 대경 유전이 석유 시추 절차에 따라 건설한 것이다. 북정은 암석 샘플만 채집하고, 중국 지질조사국 탐사기술연구소가 부담하며, 중국 지질대학과 하남지광공학회사가 합작시공을 조직한다. 그 우물은 연속 시추를 위한 요구로 일반 석유 시추와는 다르다. 시추에서 만나는 지층은 호수 분지 퇴적, 완성 지름 156 mm 으로 유정에 우물 내 압력 제어 시스템을 설치해야 하는데, 이는 지질암심 시추와는 다르다. 따라서 북정 시공의 설비와 공예는 각각 특색이 있다.
1. 장비 및 파이프-2000m 수원 시추 장비
우물 깊이, 우물 지름 및 우물 내 안전 시추의 요구 사항으로 인해 이 우물에 사용되는 드릴 파이프의 지름은 73mm 미만이어서는 안 되지만, 국산 코어 드릴은 이 드릴을 사용하면 거의 2000m 의 시추 깊이에 도달할 수 없으므로 2000m 수원 시추 장비를 사용합니다. 같은 우물 깊이를 드릴하는 석유 시추기에 비해 무게가 가볍고, 부피가 작고, 전력 소비량이 낮고, 점유 면적이 작고, 운영유지비가 낮다는 장점이 있다. 카드에는 드릴 기둥을 들어 올리고, 드릴 턴테이블을 돌리고, 조작이 간단하고, 콤팩트를 배합한다. 단점은 유관의 강도가 낮아 석유 시추와는 달리 강력하게 공급할 수 있다는 것이다. 드릴링 리그 속도가 낮고, 단단한 암석을 드릴링 할 때 기계 드릴링 속도가 낮습니다. 드릴링 리그 리프팅 높이는 제한적이며 드릴링 보조 시간은 길다.
2. 고가 시추 플랫폼-우물 제어 장비의 설치 요구 사항을 충족합니다.
2000 미터 수원 시추기의 시추 플랫폼은 지면에 직접 위치해 있다. 유정에 스프레이 방지기를 설치하기 위해 강철 기초 프레임이 설계되었으며 플랫폼 높이가 2. 1m 증가했습니다 (그림 3). 드릴이 끝나면 랙은 200 kn 장비 정적 하중, 400 kn 현중 드릴 기둥 드릴링 하중 및 레벨 7 이상의 강풍 하중을 견딜 수 있습니다. 안전의 징후는 없습니다.
그림 3 드릴링 리그 프레임 효과 설계
코어 드릴링-코어 드릴링 기술
드릴 사양 및 구조:
드릴 외부 지름:156mm.
일반 이중 튜브 드릴 코어 직경: 96mm.
충실도 드릴 (트리플 튜브) 코어 직경: 82mm.
최대 코어 클램핑 길이: 9m.
충실도 드릴의 꼬리관은 PC 유기 재료관으로 투명성이 좋고 강성이 좋고 화학적 성질이 안정적이며, 느슨한 샘플을 시추하는 동안 방해받지 않도록 보호하고, 심심심할 때 샘플을 파이프와 함께 추출할 수 있으며, 손상되지 않습니다. 샘플은 보존하고 운송하기 쉬우므로 시험관에서 냉동한 후 절단과 연구를 할 수 있다.
(1) 모래층 수밀진 샘플링:162 ~ 21/KLOC-0 설계된 드릴을 사용하여 모래층에서 거의 50m 에 도달하고 샘플 비율은 82% 입니다 (그림 4).
그림 4 안티 액체 충실도 드릴 샘플링 효과
(2) 소프트-중경지층에 적용되는 블록형 합금 드릴: 245-950m 우물 구간은 긴 연토암과 바삭하거나 촘촘한 이암 및 사암과의 상호 층이다. 기존 드릴 구조를 사용하면 부드러운 진흙암에서 쉽게 파고들고, 치밀한 지층에서는 기계 드릴 속도가 낮다. 또한 합금 공구의 내붕괴성과 내마모성이 약하기 때문에 자주 교체해야 하며 드릴의 강성체가 비싸다. 강체에서 도구를 직접 교체하면 강체의 수명이 짧아지고 비용도 늘어납니다. 그림 5a 에 표시된 배수 부스러기 공간이 큰 내장 구조는 부드러운 진흙암에서 펄프를 파는 현상을 없애고 지층의 부드러운 변화에 적응한다. 900 미터 입척, 강성 드릴링 190 회, 순수 드릴은 700 시간 가까이, 여전히 5 개의 드릴을 사용할 수 있다. 드릴이 만나는 암층은 그림 5b 에 나와 있다.
(3) 조밀한 이암에서 회전으로 나사 파고들기: 우물 깊이 1250m 후 지층이 검은 조밀한 이암으로 들어간다. 합금 드릴이든 PDC 드릴이든, WOB 는 45kN 으로 올라가고, 펌핑 능력은 950L/min 이지만, 기계 드릴 속도는 0.2 ~ 0.3m/h 에 불과하며, 임신 다이아몬드 드릴이 박힌 턴테이블로 기계 드릴 속도는 약 0.5m/h 에 불과합니다. 임신 드릴은 부서진 바위의 고속 연삭에 의존하고 있지만, 장비 Wainai 로 인해 작업 시 턴테이블의 최대 회전 속도는 90 rpm 에 불과합니다. 드릴 속도와 기계 드릴 속도를 높이기 위해 나사 모터를 시작하여 바닥을 구동하고 저속 (37 회전/분) 으로 턴테이블을 시작하여 드릴 기둥과 샤프트 벽 사이의 정적 마찰을 제거하여 웹을 균일하게 전달합니다. 이 조치의 시추 효과는 아래 표에서 비교할 수 있습니다.
그림 5 상감 합금 드릴 및 드릴링 효과
당대 지구과학의 발전 추세: 제 33 회 국제 지질대회의 초점
(4) 수력추출기: 일반 드릴의 코어는 내부 파이프에서 직접 꺼내야 합니다. 대구경 드릴의 경우, 기존의 취심 방법은 노동 강도가 높고, 취심 시간이 길며, 막힘, 기계적 진동, 암심의 자유 낙하 등으로 인해 가소성 바삭성 암심 변형과 바삭성 암심 손상이 발생하며, 지층 원시 정보는 인위적으로 파괴된다. 이 우물에서 개발한 수력취심장치는 송장관을 드릴에 연결한 다음, 안팎 파이프 하단의 고리 틈새를 밀봉하고, 수압을 이용하여 암심을 내관으로 밀어내며, 기존의 심심방법의 모든 부분을 없애고, 실제로 기존 드릴의 심심의 무손실 심심을 실현하였다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 성공명언) 장치의 원리와 현장 작업은 그림 5 에 나와 있습니다.
(5) 진흙 보호벽 성과: 지층을 열자마자 느슨한 유사층과 연진암으로, 진흙 공예가 표준에 미치지 못해, 카드 드릴, 매설 등 우물 아래 사고가 발생하기 쉬우며, 장정단 붕괴로 인해 드릴을 포기할 수도 있다. 시추를 마치는 데 53 일 동안 유사층과 연진암층에서 1 10 회를 뚫는 것은 결코 우물 안의 위험을 초래한 적이 없을 뿐만 아니라, 우물 경로 규칙, 침전량이 적다. 접합 중 우물 내 유체 주입은 이 우물의 초과 지름 계수가 1.08 보다 작음을 나타냅니다. 이개정단 총 길이1.566m, 윗부분은 연수민암암 클램프 바삭한 사암과 자갈, 850 ~1.500m 에는 다단 쉬운 지층이 포함되어 있습니다. 2 부터 벌거벗은 눈까지 드릴을 마칠 때 193 달력 일, 총 295 회 드릴을 들어 올립니다. 수민 지층의 팽창 수축과 바삭한 지층의 탈락으로 카드 드릴 사고가 발생하지 않았다.
4. 종합 검토
(1) 코어 드릴링 기술 지표 (다음 페이지 표 참조).
(2) 남북정 기술 경제 대비: 북정은 수원 시추 설비와 암심 시추 기술을 채택하여 8 개월 동안 깊이 18 1 1 m, 심진척1M 을 뚫었다 남정은 석유 시추 설비와 기술을 채택하여 3 개월이 걸렸다. 드릴링 깊이 19 15 미터, 965 미터, 코어 수확률 98%. 두 우물의 객관적 조건을 비교해 보면 북정은 심취가 어렵지만 마주친 지층은 복잡하며 50 미터의 느슨한 유사층과 500 미터의 극미암암이 있어 시공측이 입장할 때 지층의 성질에 대해 아무것도 알지 못하며, 전반적으로 두 방법의 암심 수확률은 모두 과학 연구 요구를 만족시킬 수 있다. 석유 시추 장비의 시추 효율은 수상 시추 장비보다 훨씬 높다. 석유 시추 설비의 공사 비용은 수상 시추 설비의 3 배 이상이다. 따라서, 프로젝트 진도가 과학 연구 진도를 충족한다는 전제하에, 조합 시추 기술을 선택하여 환경과학 시추 프로젝트를 실시하는 것은 과학 연구 비용을 효과적으로 낮출 수 있는 방법이다.
당대 지구과학의 발전 추세: 제 33 회 국제 지질대회의 초점
(작가 주영이)