고준위방사성폐기물 처분부지연구를 위한 심부 시추공 공곡 측정 및 공곡도 향상 방안
Measurement and Mitigation Strategies of Borehole Deviation in Deep Drilling for High-Level Radioactive Waste Disposal Site Study
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초록
공곡은 수직, 수평, 경사 등을 포함하는 시추 방향 기준으로 실제 굴진할 때 시추공의 휜 정도를 뜻하며, 고준위방사성폐기물 심층 처분시설 설계의 정확도에 영향을 주기 때문에 정밀한 측정과 적절한 공곡 관 리가 요구된다. 본 보고에서는 국내·외 공곡 측정에서 활용되는 장비의 종류와 원리를 소개하고, 핀란드와 스웨덴의 공곡 측정 사례와 공곡 발생 원인, 공곡의 재산정 등에 대해 소개하였다. 또한 국내에서 고준 위방사성폐기물 처분장의 부지연구에서 수행되었던 약 750 m 심도의 암종별 시추공에서 획득한 공곡 결 과를 제시하였다. 대부분 심부 시추공에서 1° 전후의 공곡이 발생하였으며, 층리와 엽리, 편리 등이 있는 암종에서 공곡이 상대적으로 약간 크게 발생하는 것을 알 수 있었다. 그러나 시추장비가 위치한 지반 상태 가 열악하고, 시추 중 다수의 연약대와 만났던 편마암반의 시추공에서는 7°를 넘는 공곡이 발생하였고, 공곡 초과 발생 원인은 시추장비가 위치한 지반 내 존재했던 큰 규모의 전석들과 시추 과정에서 자주 나타 난 연약대와 파쇄대 등에 의해 영향을 받은 것으로 파악되었다. 국내 심부 시추 경험과 국외 사례 조사에 기반하여 심부 시추공의 공곡 완화 및 향상 방안으로 다단식 시추와 보호 케이싱 설치, 시추장비 위치의 콘크리트 패드 설치, 시추 시작 또는 시추 중 시추장비에 대한 수평, 수직계를 이용한 측정 및 관리, 적절 한 시추 속도 유지, 시추 중 드릴칼라나 스테빌라이져의 이용 등을 제시하였다.
Abstract
Borehole deviation refers to the degree of curvature that occurs during actual drilling relative to the intended drilling direction. Since borehole deviation affects the accuracy of deep geological repository design for high-level radioactive waste, precise measurement and proper management are required. This article introduces the types and principles of instruments used for borehole deviation measurement both domestically and internationally, presents case studies from Finland and Sweden, and discusses the causes of borehole deviation and methods for its reassessment. In addition, borehole deviation results obtained from boreholes drilled at depths of approximately 750 m in various rock types during site study for a domestic high-level radioactive waste repository are presented. Most deep boreholes exhibited deviations of around 1°, with relatively larger deviations observed in rock types with stratification, foliation, or schistosity. However, in gneissic rock boreholes where drilling equipment was set on poor ground conditions and multiple weak zones were encountered during drilling, deviations exceeding 7° occurred. The excessive deviation was attributed to the influence of large boulders in the ground where drilling equipment was installed and to frequent weak and fractured zones encountered during drilling. Based on domestic deep drilling experience and international case studies, potential strategies for mitigating and improving borehole deviation include multi-stage drilling, installation of protective casing, placement of concrete pads for drill rig positioning, use of horizontal and vertical measurement devices for drill rig alignment at the start or during drilling, maintaining appropriate drilling rates, and employing drill collars or stabilizers during drilling.