다중회귀 분석기법을 활용한 최적의 대심도 시추효율성 평가 연구

Abstract

시추효율은 굴진율과 직접적인 연관성을 가진다. 그러나 시추매개변수에 대한 고려를 하지 않고 단지 굴진율만을 빠르게 증가시킬 경우 장비의 고장 및 비트교체 등 비효율적인 시간의 발생이 불가피하며, 이는 비용의 증가 또는 사고의 발생으로 이어지게 된다. 시추효율에 영향을 미칠 수 있는 매개변수는 RPM(Revolution per Minute), WOB(Weight on Bit), SPM(Stroke per Minute) 등의 제어 가능한 인자와 비트마모도 등 지반조건 따라 제어 불가능한 인자로 구분되어지며, 특히 제어 가능한 인자의 최적 조합이 중요하게 작용한다. 그러므로 시추과정에서 시추매개변수를 기반으로 한 시추효율성 평가가 수행되어질 필요성이 있다. 시추효율을 평가하기 위해 가장 일반적으로 활용되고 있는 수학적인 ROP 예측 모델은 Bourgoyne과 Young의 방법(BYM)이 대표적이라 할 수 있다. BYM은 롤러콘 타입의 비트를 활용하는 시추에서는 가장 완성도 높은 시추효율성 평가 모델로 활용되고 있으며, 지반 형성층의 강도, 지층의 심도, 지반의 압밀도, 공저의 압력차, 비트 직경과 하중, 회전속도, 비트 마모도 및 비트 분사압의 영향을 모두 고려하여 현장 적용에 유리한 방법이다. 각 영향인자를 구성하는 다양한 독립변수의 상호 상관성 및 시추효율에 미치는 영향의 크기에 따라 가중치를 적용하기 위하여 현장에서 취득된 자료를 기반으로 다중회귀 분석방법을 시추효율 평가에 활용하였다. 본 연구에서는 국내에서 최초로 수행된 4 km 이상의 육상시추 현장에서 취득한 시추자료를 심도별, 암종별로 구분하고, 지구통계적 방법으로 시추매개변수 취득값을 재정리한 후, 다중회귀 분석기법인 BYM에 적용하여 시추효율을 평가하고 그 결과를 실제 시추성능과 비교·검토하였다. 그 결과, 시추효율에 큰 영향을 미치는 요소는 RPM과 WOB인 것을 확인하였으며, 높은 값을 적용하더라도 최적조합을 벗어나는 시점에서 시추효율은 떨어짐을 알 수 있었다. 또한 현장에서 장비의 운용, 지반조건에 따라 발생할 수 있는 에러값을 필터링하여 분석에 적정한 필터링 강도를 정하여 평가 조건을 나타내었다. 현장에서 취득된 자료에 다중회귀 분석을 바탕으로 한 BYM 기법을 적용하여 시추효율을 평가한 결과, 실제값과 유사한 ROP 패턴을 나타내는 것으로 확인되었다. 그러나 강하고 약한 구간이 교호하는 복합지반 굴진 환경 및 현장이벤트에 따른 실시간 데이터 기록 시스템의 오류 등으로 인해 BYM 분석 결과와 일부 차이를 보이는 구간을 확인하였고 이에 대한 부분도 결과에 반영하였다. 따라서 시추과정에서 RPM, WOB의 최적 조합을 찾고 굴진율 향상을 위한 시추효율성 평가가 수행된다면 시간과 비용 대비 효율성을 높일 수 가이드로 활용할 수 있을 것이다. 특히, 시추 엔지니어는 현장에서 더욱 정확한 평가를 위해서 이론적인 측면뿐만 아니라 현장 굴진환경 및 이벤트 등 전반의 상황을 이해하고 있어야 양질의 평가결과를 도출할 수 있을 것으로 판단된다.