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Development of the hybrid rotary steerable system and embedded drilling system for the shallow depth drilling = 하이브리드 방식의 방향성 시추 시스템과 천부시추를 위한 임베디드 시추 시스템 개발
서명 / 저자 Development of the hybrid rotary steerable system and embedded drilling system for the shallow depth drilling = 하이브리드 방식의 방향성 시추 시스템과 천부시추를 위한 임베디드 시추 시스템 개발 / Jongheon Kim.
저자명 Kim, Jongheon ; 김종헌
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2018].
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초록정보

Recently, the portion of unconventional resources in natural-gas is constantly increasing compared to conventional resources. To exploit unconventional resources such as shale gas and coal bed methane (CBM), directional drilling and hydraulic fracturing technologies are required. For directional drilling, the steering angle per 100ft is one of the major issues due to the drilling period and its costs. In this thesis, I briefly review different types of directional drilling methods and propose a new hybrid-type rotary steerable system (RSS). The hybrid RSS mechanism shows better performance in steerability by virtue of hybridizing two different conventional RSS types. This is made possible by designing the hybrid pad using hydraulic cylinders. The advantages of the designed system are demonstrated by a prototype test and a geo-block drilling test. In addition, existing drilling equipment has a limit in that large equipment such as the rig or mud circulation system must be accompanied, making it difficult to apply in space environment or polar region where large equipment can not accompanied. With focus on mobility, we have developed a drilling system which can be drilled by itself without any additional mud circulation system, rig, or pipelines. The system was constructed by mimicking the digging pattern of African mole-rat, and a neck mechanism for direction control and a leg mechanism for walking and removing soil particles were proposed. The drilling performance is demonstrated on Autoclaved Lightweight Concrete (ALC) blocks with compressive strength of 4 MPa. In addition, the system is partially fixed in the borehole during excavation, and a friction model for the system is proposed to obtain the force and requirements for the locking mechanism.

비전통 자원 중 하나인 셰일 가스는 풍부한 매장량에도 높은 개발 비용으로 경쟁력이 떨어져 외면 받았으나, 90년대 말부터 수압파쇄 기술과 방향성 시추 기술의 도입으로 인해 개발에 박차를 가하고 있다. 셰일 가스는 셰일 층의 널리 분포되어 있어 기존의 수직 시추로는 경제성이 떨어지며, 이를 방향성 시추를 통해 해결하고 있다. 방향성 시추의 방법에는 여러 가지가 있으나 그 중 Rotary Steerble System (RSS)은 선도 기술로 지하에서 굴진과 동시에 방향 전환이 가능하다는 특징을 갖고 있다. RSS는 크게 시추공벽을 밀어주어 방향성을 제공하는 push-the bit 방식과 비트의 방향을 전환하여 굴진하는 point-the bit 방식으로 나뉘며, 최근에는 이 두 방식을 융합한 hybrid 방식 또한 사용되고 있다. 본 논문에서는 두 가지 RSS의 구동 방식을 이용한 새로운 hybrid 방식의 RSS 구조와 기존의 RSS와의 성능 평가를 방향성 시추의 주요 성능 중 하나인 Dogleg Severity (DLS)를 산출하는 방식을 제안하고, 이를 이용하여 두 종류의 실험을 진행하였다. 또한 기존 시추 장비의 경우 리그나 이수 순환 시스템과 같은 거대 장비가 동반되어야하는 한계점이 있어 이로 인해 거대 장비가 동반되기 힘든 우주 환경이나 극지에서의 시추는 적용이 힘들다. 이러한 이동성에 초점을 둬 별도의 이수 순환 시스템, 리그, 파이프 라인 없이 자체 동력을 이용하여 굴진이 가능한 시추 시스템을 두더지의 굴착 방식을 접목시킨 자체 굴진 시스템을 제안하고 진흙, 모레, 물로 구성된 토양에서의 원할한 시추를 위해 압축강도 4 MPa의 ALC 블록에서의 굴진 실험을 통해 자체 굴진 시스템의 굴진 성능을 확인하였다. 또한 굴진 시 시스템을 부분적으로 시추공 내에 고정을 시키는데 이 때 시스템 고정을 위한 힘을 구하기 위해 마찰력 모델을 구상하고 이에 따른 조건을 제안하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCE 18013
형태사항 v, 64 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 김종헌
지도교수의 영문표기 : Hyun Myung
지도교수의 한글표기 : 명현
수록잡지명 : "Development of a Novel Hybrid-type Rotary Steerable System for Directional Drilling". IEEE Access, 5, pp.24678-24687(2017)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 건설및환경공학과,
서지주기 References : p. 56-60
주제 unconventional gas
shale gas
rotary Steerable Sytem (RSS)
dogleg Severity (DLS)
embedded drilling system
비전통 가스
셰일 가스
방향성 시추
Rotary Steerable System (RSS)
자체 굴진 시스템
dogleg Severity (DLS)
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