선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 과거 1950년대에서부터 수행된 시추공사의 성능을 최적화하기 위한 관련 연구수행 내용을 살펴보면, 1950년대부터 1970년대까지는 대부분 주어진 조건에서 시추속도(rate of penetration; ROP)와 WOB(weight on bit), RPM(revolution per minute)과 같은 시추제어인자에 대한 성능을 예측/관리할 수 있는 기초연구를 수행하는데 목적이 있었다(Fig. 1). 그 중 대표적인 연구로써 Maurer(1962)는 WOB, RPM, 비트(bit) 직경 및 암석강도와 관련된 변수를 조절하여 암석을 천공하고, 이때 생성되는 시추잔해물의 양을 분석하여 롤러콘비트(roller-cone bit)의 시추속도를 최적화할 수 있는 이론적인 함수를 제시하였다.
- 따라서 본 연구에서는 라운드 트립이 발생할 수 있는 비트의 마모상태를 몇 가지 범주로 구분하고, 지열정을 시뮬레이션단위 구간으로 분할 할 수 있는 방법을 제시하여 시뮬레이션 수행단위를 생성하였다. 또한, 생성된 구간별 BYM을 활용하여 시추속도를 산정하고, 정의된 마모상태별 비트가용시간 산정함수를 응용하여 지정된 마모상태까지 굴착 가능한 깊이를 예측함으로써, 시뮬레이션단위 구간 내 라운드 트립이 발생할 수 있는 모든 시점을 시뮬레이션 할 수 있는 알고리즘과 시스템을 개발하는 것을 목표로 하였다. Fig.
- 본 적용 케이스는 짧은 시추구간에 시범적으로 적용한 사례이며, 여러 가정사항이 반영되어 있기 때문에 결과에서 나타난 예측성능에 대한 신뢰도를 논하기는 어렵다. 본 논문은 기존 연구와 새로운 개념의 도입을 통해 시추성능을 평가하기 위한 방법론을 제안하고자 하였다.
- 본 연구에서는 Bourgoyne and Young 모델을 활용하여 시추속도와 함께 비트의 마모도를 고려하여 라운드 트립의 발생지점을 예측할 수 있는 방법론을 개발하여 알고리즘을 설계하고 시스템의 개발을 목표로 연구를 수행하였으며, 이에 대한 연구내용을 요약하면 다음과 같다.
- 라운드 트립의 발생시점을 예측할 수 있는 시뮬레이터를 개발하기 위해서는 방법론을 개발하고 시스템화 하기 위한 논리적 알고리즘을 설계해야 한다. 본 연구에서는 라운드 트립이 발생되는 비트마모에 대한 시뮬레이션 케이스를 설정하고, 지열정 설계내용을 시뮬레이션 수행단위 구간으로 분할할 수 있는 방법을 개발하여 시뮬레이션 수행조건을 부여할 수 있도록 하였다. Fig.
가설 설정
- 시뮬레이션단위 구간 분할은 지열정 설계구간, 지반의 물성, 비트의 설계내용에 따라 분할이 수행되며, 분할된 구간별로 본 알고리즘의 연산에 필요한 정보가 입력되고, BYM에 따라 WOB, RPM 등의 필요한 항목의 값이 생성된다. ROP 산정의 경우, BYM의 시추속도 산정에 영향을 미치는 지반 물성, WOB, RPM, 시추공 하부의 압력차 등, 영향인자의 등급이 분할된 구간별로 동일하다고 가정하였다. 단, 심도가 깊어질수록 성능에 반비례하는 특성을 가지고 있기 때문에, 본 연구에서는 각 라운드 트립의 산정 횟수마다 시작점의 깊이를 기준으로 ROP를 산출하여 해당 시뮬레이션에 적용되도록 하였다.
제안 방법
- 1. 비트의 마모도에 따른 라운드 트립의 발생시점을 IADC의 비트 마모도 측정기준에 따라 8단계로 구분하여 시뮬레이션 케이스를 설정하였다.
- 2. 구간별 시추성능과 비트의 단위 마모량이 유사 또는 동일한 조건을 부여하여 시뮬레이션을 수행하기 위하여 지열정 설계내용, 지반의 물성, 비트의 설계내용을 참조하여 시뮬레이션단위 구간을 설정하는 방법론을 제시하였다.
- 3. Bourgoyne and Young의 모델을 활용하여 시뮬레이션 케이스 및 구간별 시추속도와 라운드 트립의 발생 정보를 예측할 수 있는 시뮬레이션 알고리즘을 설계하고 시스템을 개발하였다.
- 4. 국내의 EGS 프로젝트 현장 데이터를 개발된 시스템에 적용하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 실제 현장 데이터와 라운드 트립의 발생을 시뮬레이션 한 결과 중, 최적화된 케이스의 결과를 비교하여 분석해 보았다.
- TOSA 알고리즘은 Fig. 7의 내용과 같이 ① 시뮬레이션단위 구간 분할, ② 주어진 환경에서 시뮬레이션 케이스에 따른 굴착가능거리 산출, ③ 연속되는 시뮬레이션단위 구간의 경계면에서 시추수행의 유무 판단, ④ 연속되는 시뮬레이션단위 구간의 경계면에서 필연적으로 라운드 트립을 수행하지 않고 시추가 지속되어도 될 때, 앞의 구간에서 연속되는 비트 마모도 상태와 현재 구간에서 적용되는 시뮬레이션 케이스 조건과의 적합여부의 판단 및 처리의 크게 4가지의 논리적 구성으로 설계되었다.
- 굴착가능거리의 산출은 각 구간에서의 시뮬레이션 케이스에 따른 비트가용시간과 산정된 ROP의 값을 통해 산출되도록 하였는데, 산출된 값을 굴착 시작점의 깊이와 더하여 현재 시뮬레이션 조건에서 굴착가능수직깊이를 산출할 수 있도록 하였다. 방향정(directional well)을 대상으로 하였을 경우, 굴착가능거리는 실수직심도(TVD; true vertical depth)로 계산되지 않고 지열정의 측정심도(MD; measured depth)로 환산되어야 하나, 본 연구에서는 수직정(vertical well)에 적합한 BYM을 활용하였기 때문에 적용범위를 수직정에 한정하였다.
- 5의 분할된 2, 4의 지점은 지열정의 설계구간이 변경되는 부분이고, 2, 3, 4, 5 지점은 비트의 설계가 변경되는 부분으로서 필연적으로 라운드 트립이 발생하는 지점이라 할 수 있다. 그리고 시뮬레이션은 각 수행단위 구간별로 BYM을 적용하여 WOB와 RPM을 예측하고, 이를 활용하여 시추속도와 비트의 마모상태에 대한 시뮬레이션 케이스별 비트가용시간을 산정하여 굴착가능깊이를 판단한다. 따라서 각 시뮬레이션단위 구간은 WOB, RPM 등 시추성능이 동일 또는 유사할 수 있도록 조건을 부여하여야 하므로 성능에 가장 민감한 지반의 물성이 변하는 지점을 기준으로 2차 분할되도록 하였다.
- ROP 산정의 경우, BYM의 시추속도 산정에 영향을 미치는 지반 물성, WOB, RPM, 시추공 하부의 압력차 등, 영향인자의 등급이 분할된 구간별로 동일하다고 가정하였다. 단, 심도가 깊어질수록 성능에 반비례하는 특성을 가지고 있기 때문에, 본 연구에서는 각 라운드 트립의 산정 횟수마다 시작점의 깊이를 기준으로 ROP를 산출하여 해당 시뮬레이션에 적용되도록 하였다. 또한, 시추속도 산정과정에서 비트의 마모도에 대한 입력 값은 수행되고 있는 시뮬레이션 케이스 범주의 중간 값을 활용하여 평균 속도로 계산되도록 하였다(시뮬레이션 case 1의 경우 0∼0.
- 그리고 시뮬레이션은 각 수행단위 구간별로 BYM을 적용하여 WOB와 RPM을 예측하고, 이를 활용하여 시추속도와 비트의 마모상태에 대한 시뮬레이션 케이스별 비트가용시간을 산정하여 굴착가능깊이를 판단한다. 따라서 각 시뮬레이션단위 구간은 WOB, RPM 등 시추성능이 동일 또는 유사할 수 있도록 조건을 부여하여야 하므로 성능에 가장 민감한 지반의 물성이 변하는 지점을 기준으로 2차 분할되도록 하였다. Fig.
- 두 가지 기술 모두 비트의 마모도와 상관관계가 있는데, 비트의 마모가 진행될수록 시추속도는 저하되며(Bourgoyne and Young, 1974), 라운드 트립의 경우 비트의 마모 상태를 예측하여 교체기준을 마련함으로써 발생시점을 판단할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 라운드 트립이 발생할 수 있는 비트의 마모상태를 몇 가지 범주로 구분하고, 지열정을 시뮬레이션단위 구간으로 분할 할 수 있는 방법을 제시하여 시뮬레이션 수행단위를 생성하였다. 또한, 생성된 구간별 BYM을 활용하여 시추속도를 산정하고, 정의된 마모상태별 비트가용시간 산정함수를 응용하여 지정된 마모상태까지 굴착 가능한 깊이를 예측함으로써, 시뮬레이션단위 구간 내 라운드 트립이 발생할 수 있는 모든 시점을 시뮬레이션 할 수 있는 알고리즘과 시스템을 개발하는 것을 목표로 하였다.
- 마지막으로 본 연구의 최종목표인 라운드 트립 발생에 대한 시뮬레이션을 수행하여 최적화된 구간별 시뮬레이션 케이스를 도출하였다. 또한 실제 현장에서 비트의 마모로 인하여 발생한 라운드 트립의 발생지점을 비교하였으며, 분석결과는 Fig. 10과 같다.
- 라운드 트립은 공기에 직접적인 영향을 미치기 때문에 시추비용의 최소화라는 목표를 달성하기 위해서는 최적의 라운드 트립 시점을 결정하는 것이 매우 중요하다. 라운드 트립은 최적 비트 교체시점과 직접적으로 영향이 있기 때문에, 시추가 진행되면서 비트의 마모도에 따른 시추 속도의 변화를 지표로 한 성능평가를 기반으로 라운드 트립 발생 시점이 결정되도록 하였다. 실제 수 km 이상 시추심도가 발생할 때는 라운드 트립에 소요되는 시간이 수일이 걸리기도 하는 만큼 현장에서의 비트교체에 대한 시점을 결정하는 것은 전체 프로젝트의 경제성에 큰 영향을 미치게 된다.
- 이러한 원리를 바탕으로 사용자가 지열정에 대한 설계변수를 입력하면 시뮬레이션단위 구간을 분할하고, 적용된 비트의 마모에 대한 시뮬레이션 케이스와 단위 구간별 라운드 트립의 발생위치 및 시점을 능동적으로 시뮬레이션 할 수 있는 시스템을 개발하기 위하여 알고리즘을 설계하였으며, Visual Basic 프로그램 언어를 활용하여 인터페이스와 모듈을 작성하여 시스템을 완성하였다. 마지막으로 2010년 12월에 착수된 EGS 기반 포항 지열프로젝트 현장의 데이터를 활용하여 본 시스템에 적용해 보았으며, 시스템의 분석내용과 실제 현장에서의 수행데이터를 비교해 보았다.
- 마지막으로 본 연구의 최종목표인 라운드 트립 발생에 대한 시뮬레이션을 수행하여 최적화된 구간별 시뮬레이션 케이스를 도출하였다. 또한 실제 현장에서 비트의 마모로 인하여 발생한 라운드 트립의 발생지점을 비교하였으며, 분석결과는 Fig.
- 경계면의 속성이 필연적인 라운드 트립 발생지점이라면, 시스템은 굴착가능거리를 시뮬레이션 시점에서부터 경계면까지의 거리로 인식하게 된다. 만약, 경계면에서 연속적인 굴착이 가능하다고 판단되면, 경계면까지 굴착가능거리를 대상으로 비트의 마모량을 산정하고, Fig. 7의 (4)와 같이 다음 구간에 적용된 시뮬레이션 케이스의 비트마모한계(maximum bit wear; hm)값과 비교를 수행하여 2차적으로 연속굴착여부를 판단할 수 있도록 하였다(Fig. 6의 설명내용 참조).
- 먼저, 시뮬레이션을 통한 발생시점의 예측은 설계정보를 통해 필연적으로 라운드 트립이 발생하는 지점 사이를 형성하는 구간 내에서 수행될 수 있도록 지열정 설계구간 변경지점과 비트의 설계내용이 바뀌는 지점을 기준으로 선 분할 되도록 하였다. Fig.
- 굴착가능거리의 산출은 각 구간에서의 시뮬레이션 케이스에 따른 비트가용시간과 산정된 ROP의 값을 통해 산출되도록 하였는데, 산출된 값을 굴착 시작점의 깊이와 더하여 현재 시뮬레이션 조건에서 굴착가능수직깊이를 산출할 수 있도록 하였다. 방향정(directional well)을 대상으로 하였을 경우, 굴착가능거리는 실수직심도(TVD; true vertical depth)로 계산되지 않고 지열정의 측정심도(MD; measured depth)로 환산되어야 하나, 본 연구에서는 수직정(vertical well)에 적합한 BYM을 활용하였기 때문에 적용범위를 수직정에 한정하였다. 만약, 방향정에 BYM을 적용하기 위해서는 경사각을 고려한 WOB와 시추용액의 청소효율 등을 반영하여 모델을 적용하여야 할 것이다(Eren, 2010).
- 비교 구간은 surface hole (39∼330 m)과 intermediate hole의 일부 구간 (330∼1350 m)이며, TOSS를 통해 시뮬레이션단위 구간을 분할하고 소요정보를 입력하였다.
- Round trip occurrence simulation system(이하 TOSS)는 TOSA의 설계내용을 바탕으로 Visual basic 프로그래밍 언어를 활용하여 개발한 모듈이다. 시스템에 지열프로젝트 관련 정보를 입력하면 TOSA의 논리적 구성에 따라 시뮬레이션 단위구간을 자동으로 생성하고, 구간별 시뮬레이션 케이스에 따른 라운드 트립의 발생지점을 예측한다.
- 시추속도에 영향을 주는 인자는 지반의 강도(F1), 깊이에 따른 압밀도(F2), 압밀된 지층에서 공극압의 정도(F3), 시추공 하부에서의 유체압력과 공극압의 차(F4), WOB(F5), RPM(F6), 비트의 마모도(F7), 그리고 유체의 역학적 특성(F8)으로 정의하였다. F1~F8까지의 식을 구성하고 있는 a1~a8은 각 영향인자에 대한 중요도 계수로써 과거 누적된 시추데이터를 활용하여 다중회귀분석을 통해 산정한다.
- 또한 과거 유사환경에서의 시추 데이터를 기반으로 지반이 비트의 마모에 영향을 주는 정도를 상수화한 지반마모상수(formation abrasiveness constant, τH) 와 WOB, RPM의 시추제어변수와 비트의 마모도와의 상관관계를 나타내는 비트마모상수(tooth wear parameter, J2)를 산출해야 한다. 이러한 변수들은 지열정 설계구간, 지반의 물성, 비트의 물성 등에 따라 산출되는 값이 크게 달라지기 때문에 유사한 조건의 시뮬레이션단위 구간을 분할하여 분할된 구간별로 시뮬레이션 변수가 입력될 수 있도록 하였다.
- 이러한 원리를 바탕으로 사용자가 지열정에 대한 설계변수를 입력하면 시뮬레이션단위 구간을 분할하고, 적용된 비트의 마모에 대한 시뮬레이션 케이스와 단위 구간별 라운드 트립의 발생위치 및 시점을 능동적으로 시뮬레이션 할 수 있는 시스템을 개발하기 위하여 알고리즘을 설계하였으며, Visual Basic 프로그램 언어를 활용하여 인터페이스와 모듈을 작성하여 시스템을 완성하였다. 마지막으로 2010년 12월에 착수된 EGS 기반 포항 지열프로젝트 현장의 데이터를 활용하여 본 시스템에 적용해 보았으며, 시스템의 분석내용과 실제 현장에서의 수행데이터를 비교해 보았다.
- 이와 같은 내용을 바탕으로 시추공사에서 비트의 마모로 인한 라운드 트립의 발생지점을 시뮬레이션 할 수 있는 알고리즘(Round Trip Occurrence Simulation Algorithm (TOSA)을 설계하였으며, 다음 Fig. 7과 같다.
- 이와 같이 사전 정보를 통해 시뮬레이션단위 구간을 분할하면, 각 구간별로 라운드 트립의 발생시점을 예측하기 위하여 BYM을 활용하여 다음 Fig. 6의 개념에 따라 시뮬레이션 되도록 하였다.
대상 데이터
- 시뮬레이션을 위해서는 가장 먼저, 라운드 트립이 발생될 경우의 비트의 마모상태에 대하여 0∼100% 범주 내에서 시뮬레이션 케이스를 설정하여야 한다. IADC(International Association of Drilling Contractors)의 경우 사용된 비트에 관련된 마모상태(bit record)를 기록할 때 8단계 상태판단기준(IADC, 2007)을 활용하기 때문에 8개의 케이스를 설정하였다(Fig. 3).
- 본 연구를 통하여 설계된 알고리즘(TOSA)과 개발된 시스템(TOSS)의 기능과 신뢰성에 대한 검증을 수행하기 위하여 실제 시추현장의 설계내용과 시추데이터를 바탕으로 개발된 시스템을 활용하여 시뮬레이션을 수행하고 결과값을 비교·분석하였다. 활용된 현장데이터는 국내에서 2010년 12월에 포항에서 착수된 EGS 파일럿 프로젝트의 시추공사과정에서 기록된 비트 기록(bit record)과 성능기록표를 활용하였다. 비교 구간은 surface hole (39∼330 m)과 intermediate hole의 일부 구간 (330∼1350 m)이며, TOSS를 통해 시뮬레이션단위 구간을 분할하고 소요정보를 입력하였다.
데이터처리
- Bourgoyne and Young(1974)은 암반의 강도, 비트의 마모도, RPM, WOB, 지반의 압밀상태, 시추공 하부의 압력 차 등 총 8가지 영향인자를 고려하여 시추속도를 산정할 수 있는 수치적 모델을 개발하고, 주어진 시공조건에서 최적의 WOB, RPM, 비트의 예상 마모상태 등을 산정할 수 있는 방법론을 제시하였다. 또한, 8가지의 영향인자의 시추속도에 대한 영향정도는 과거 현장데이터를 기반으로 다중회귀분석(multiple regression method)을 실시하여 산출하였다. Bourgoyne and Young의 시추속도 산정 및 시추제어인자의 최적화 방법(이하 BYM)은 과거 연구된 수많은 내용 가운데 가장 신뢰성이 높은 방법으로 평가받고 있다(Bahari and Baradaran, 2007).
- 또한, 시추속도 산정과정에서 비트의 마모도에 대한 입력 값은 수행되고 있는 시뮬레이션 케이스 범주의 중간 값을 활용하여 평균 속도로 계산되도록 하였다(시뮬레이션 case 1의 경우 0∼0.125의 범주이므로 0.125/2).
- 본 연구를 통하여 설계된 알고리즘(TOSA)과 개발된 시스템(TOSS)의 기능과 신뢰성에 대한 검증을 수행하기 위하여 실제 시추현장의 설계내용과 시추데이터를 바탕으로 개발된 시스템을 활용하여 시뮬레이션을 수행하고 결과값을 비교·분석하였다.
이론/모형
- F1~F8까지의 식을 구성하고 있는 a1~a8은 각 영향인자에 대한 중요도 계수로써 과거 누적된 시추데이터를 활용하여 다중회귀분석을 통해 산정한다. 본 연구에서는 Bourgoyne and Young(1974)이 연구를 통하여 적정 값으로 제시한 영향인자 값(a1: 3.78, a2: 0.00017, a3: 0.0002, a4: 0.00043, a5: 0.43, a6: 0.21, a7: 0.41, a8: 0.16)을 활용하였다.
- 프로젝트정보 입력창은 시추공사가 수행되는 부지정보, 회사, 투입인력, 지열정의 위치, 리그정보, 지열발전형태 등 일반적인 정보가 입력되고, 지열정 설계정보 입력창은 수직정을 대상으로 conductor hole, surface hole, intermediate hole, production hole에 대한 각 구간의 직경, 깊이, 케이싱, 시추도구제원 등에 대한 내용을 입력한다. 지반물성정보 입력 창은 계측/탐사 혹은 기존의 시추 데이터로부터 분석된 내용에 따라 지반의 종류, 깊이정보, 비트의 설계(IADC Code), 비트의 제원, 그리고 WOB, RPM 및 ROP의 예측에 활용되는 비트의 제원에 따른 형상 및 물성에 대한 상수 값(H1, H2, H3 등)을 Bourgoyne and Young(1974)이 제시한 내용에 따라 입력하도록 하였다. 마지막으로 시뮬레이션단위 구간에 대한 정보입력 창에서는 앞선 세 가지의 정보입력 창에 입력된 정보에 따라 시뮬레이션단위 구간이 자동으로 분할되어 각 구간별 시작깊이와 종료깊이가 표시된다.
성능/효과
- 55 hr 덜 소요될 수 있는 것으로 분석되었다. 각 구간별 성능에 대한 변수를 산정하기 위한 통계데이터를 현장데이터로 입력하였기 때문에 큰 오차는 보이지 않았으나, 1, 2 구간에서는 예측된 시추성능이 높게 나타났고, 3, 4구간에서는 현장의 비트레코드에 비하여 높은 시뮬레이션 케이스가 적용되어 전반적인 시추성능이 낮게 도출되었다. 이는 Bourgoyne and Young(1974)이 적정값으로 제시한 a1~a8의 계수값을 적용하였고, 현장의 비트레코드와 시스템에서의 적용된 시뮬레이션 케이스가 상이함에 따라 발생된 결과라 할 수 있다.
- 그리고 필연적으로 라운드 트립이 수행되는 지점을 제외하고, 1구간과 2구간에서는 시뮬레이션 결과와 현장데이터 모두 라운드 트립이 발생되지 않고 시추공사가 진행되었다. 그러나 3구간과 4구간에서는 실제 현장의 경우 746 m와 1054 m 지점에서 비트의 마모에 따른 라운드 트립이 발생되었는데 시뮬레이션 결과에 따른 최적화된 케이스에서는 1034.05 m 지점에서만 라운드 트립 발생이 예측되었다. Thonhauser(2004)가 라운드 트립이 일반적으로 평균 5 m/min의 속도로 인입과 인발이 수행된다는 점을 고려하면, 시뮬레이션 결과에서는 6.
- 시뮬레이션 수행결과를 통해 최적화된 케이스를 도출한 결과, 전 구간의 비트가용시간만을 살펴보면, 예측된 성능이 464.68시간, 현장의 실제성능이 489.23시간으로서 본 연구방법을 통한 최적화된 예측성능이 24.55 hr 덜 소요될 수 있는 것으로 분석되었다. 각 구간별 성능에 대한 변수를 산정하기 위한 통계데이터를 현장데이터로 입력하였기 때문에 큰 오차는 보이지 않았으나, 1, 2 구간에서는 예측된 시추성능이 높게 나타났고, 3, 4구간에서는 현장의 비트레코드에 비하여 높은 시뮬레이션 케이스가 적용되어 전반적인 시추성능이 낮게 도출되었다.
- 시뮬레이션단위 구간은 총 4개의 구간으로 분할되었으며, 각 구간별 TOSS를 통해 WOB와 RPM을 예측한 결과, 실제 현장에서 시추를 제어하였던 범위를 크게 벗어나지 않았다. 입력하였던 현장 데이터가 예측된 결과를 비교하는 값으로 사용되기 때문으로 판단된다.
후속연구
- 개발된 알고리즘 및 시스템은 기존의 사례데이터를 기반으로 산정되는 영향계수와 사전에 조사/예측된 설계정보를 기반으로 시뮬레이션이 수행되기 때문에 앞으로 대심도 시추를 통해서 수많은 사례의 데이터의 누적을 통해 시스템을 검증하여 보완해 나가야 할 것이며, 이를 통해 보다 신뢰적인 결과를 산출할 수 있을 것이다. 마지막으로 시추 프로젝트의 기획단계에서의 성능 설계뿐만 아니라, 실시간 시추데이터 통신기술의 적용을 통해 라운드 트립을 고려한 최적의 시추성능이 발현될 수 있는 실시간 시추제어정보를 생산하여 경제적이고 효율적인 시공관리기술로 활용될 수 있다.
- 라운드 트립의 발생 빈도를 줄이기 위하여 비트의 마모를 최대한 많이 진행시킨다면, 시추속도가 감소할 수 있고, 시추속도를 최적화하기 위하여 비트의 마모가 적은 상태에서 라운드 트립을 수행한다면 심도가 깊은 지점의 경우 라운드 트립 과정에서 시간이 오래 걸리기 때문에 발생 빈도수의 증가로 오히려 공기 및 소요비용을 증가시킬 우려가 있다. 따라서 사전에 비트의 마모단계에 대한 시나리오에 따라 라운드 트립이 발생될 수 있는 모든 경우의 수를 산출할 수 있는 알고리즘을 설계하고, 분석을 능동적으로 수행할 수 있는 시뮬레이터를 개발하여 시스템화 할 수 있다면, 기획단계에서 성능을 최적화 할 수 있는 케이스로 공정과 비용을 설계할 수 있어 계획적이고 효율적인 시추공사를 수행할 수 있을 것이다.
- 이와 같이 시뮬레이션단위 구간별로 시추성능에 관련된 변수(WOB, RPM, 비트의 마모도)가 동일하게 적용되기 때문에 시뮬레이션단위 구간이 세분화될수록 보다 정확한 성능예측이 가능해질 것이다. 따라서 향후 계측/탐사기술의 발전과 충분한 지반시추DB의 축적을 통해 사전에 세분화된 지반의 물성정보를 확보하고 지열정 설계를 수행한다면, 본 알고리즘을 통해 보다 정확한 예측이 가능해 질 것이다.
- 그러나 일부 구간의 WOB와 RPM의 예측 값이 현장 데이터와 차이가 발생한 이유는 BYM이 Table 1에서 확인한 바와 같이 WOB와 RPM의 최적화 예측모델을 제시하면서, 과거 시추데이터의 다중회귀분석을 통해 산출하는 a1~a8까지의 영향계수 값을 반영하는 데, 본 연구에서는 Bourgoyne and Young(1974)이 제시된 값을 입력하였기 때문이다. 따라서 향후 국내 실정에 맞는 많은 시추데이터를 확보하고, 이를 통해 적정한 영향계수를 산정한다면, 최적화된 예측 값을 도출할 수 있을 것이다.
- 이러한 논리적 구성을 통해 설계된 TOSA 알고리즘은 시스템화를 통하여 분할된 시뮬레이션단위 구간과 사용자가 설정할 수 있는 8단계 시뮬레이션 케이스를 대상으로 생성될 수 있는 모든 경우의 수에 대하여 비트의 마모로 인한 라운드 트립의 발생지점을 예측할 수 있을 것이다. 또한, 해석된 각 시나리오별 라운드 트립 발생지점, 시추시간과 함께 발생지점에서 소요가 예측되는 라운드 트립 시간을 산정한다면, 최적화된 시추성능을 설계함으로써 경제적이고 효율적인 시추공사를 계획할 수 있을 것이다.
- 개발된 알고리즘 및 시스템은 기존의 사례데이터를 기반으로 산정되는 영향계수와 사전에 조사/예측된 설계정보를 기반으로 시뮬레이션이 수행되기 때문에 앞으로 대심도 시추를 통해서 수많은 사례의 데이터의 누적을 통해 시스템을 검증하여 보완해 나가야 할 것이며, 이를 통해 보다 신뢰적인 결과를 산출할 수 있을 것이다. 마지막으로 시추 프로젝트의 기획단계에서의 성능 설계뿐만 아니라, 실시간 시추데이터 통신기술의 적용을 통해 라운드 트립을 고려한 최적의 시추성능이 발현될 수 있는 실시간 시추제어정보를 생산하여 경제적이고 효율적인 시공관리기술로 활용될 수 있다.
- 본 연구를 통해 개발된 라운드 트립 발생 예측 시뮬레이터는 향후 시추공사의 성능을 보다 신뢰적으로 예측 가능하게 함으로써, 프로젝트 기획과정에서 타당성 분석은 물론, 신뢰적인 공정/비용 설계를 계획할 수 있어 효율적으로 진도관리하기 위함이다.
- 비트의 마모에 대한 시뮬레이션 케이스를 설정하고 분할된 시뮬레이션단위 구간별로 변수를 입력하면, BYM에 따라 WOB, RPM, 시추속도, 비트가용시간을 산정할 수 있는 데, 각 구간별 시추속도와 비트의 마모에 대한 시뮬레이션 케이스별 비트가용시간을 활용하여 라운드 트립이 발생되는 지점을 예측할 수 있는 비트의 굴착가능깊이를 산정할 수 있을 것이다.
- 이러한 논리적 구성을 통해 설계된 TOSA 알고리즘은 시스템화를 통하여 분할된 시뮬레이션단위 구간과 사용자가 설정할 수 있는 8단계 시뮬레이션 케이스를 대상으로 생성될 수 있는 모든 경우의 수에 대하여 비트의 마모로 인한 라운드 트립의 발생지점을 예측할 수 있을 것이다. 또한, 해석된 각 시나리오별 라운드 트립 발생지점, 시추시간과 함께 발생지점에서 소요가 예측되는 라운드 트립 시간을 산정한다면, 최적화된 시추성능을 설계함으로써 경제적이고 효율적인 시추공사를 계획할 수 있을 것이다.
- 대심도 시추기술이 부족한 국내 현실에서 시추데이터를 활용한 성능평가와 최적 운영 변수 결정 등에 대한 연구는 매우 중요하다. 특히 라운드 트립과 같이 전체 시추성능에 큰 영향을 미치는 요소는 사전에 최적화된 성능설계를 수행하여야만, 정확하고 신뢰적인 프로젝트의 타당성을 검토할 수 있을 뿐만 아니라, 시추과정에서 효율적인 진도관리를 수행할 수 있을 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.