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심영종(Sim Young-Jong) 한국지반환경공학회 2009 한국지반환경공학회논문집 Vol.10 No.6
수압파쇄기술은 주로 지열, 석유, 가스 추출 시 지반의 투수성을 증가시키기 위해 사용되는 공법으로 자연에서 생성된 수압파쇄균열의 원리를 적용함으로써 실제 설계기법을 발전시켜 나아가고 있다. 본 논문에서는 균열간 거리가 아주 근접한 다중으로 분할 생성된 자연 수압파쇄균열을 대상으로 균열간 기계적 상호작용의 영향을 평가하였다. 균열의 수는 71개이며 여기에 사용된 균열폭 자료는 3,339개로 균열간 아주 근접하여 생성 당시 상당한 기계적 상호작용이 예상되었던 균열이다. 이러한 상호작용을 정량적으로 평가하기 위해서 경계병치법을 사용하였으며 측정된 균열폭에 가까운 형상을 얻기 위해 최소자승법을 통한 압력(net pressure)을 계산하였다. 그 결과 상호작용을 고려한 경우 단 2개의 압력변수만으로도 측정치에 가까운 균열폭을 얻을 수 있음을 증명하였다. Fracturing technique using fluid injection into the borehole is widely used technology in the industry for the geothermal heat, oil, and gas extraction. Dealing with fluid-driven natural fractures such as dike and vein indirectly, design technology would be improved by adapting their principles. In this paper, mechanical interaction between the segments is evaluated by modeling highly segmented and closely spaced fluid-driven natural fractures. The number of segments is 71 with 3,339 measured apertures in which the interaction is considerably predicted. To evaluate mechanical interaction, boundary collocation method is used and the net pressure is calculated by using least square method to fit measured apertures. As a result, in case that mechanical interaction is considered, two pressures as fitting parameters are sufficient to capture measured apertures.
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Sim Young-Jong(심영종) 한국지반환경공학회 2009 한국지반환경공학회논문집 Vol.10 No.4
수압파쇄기술은 가스나 석유, 지열 등 자원추출을 하기 위해 다양한 분야에서 전세계적으로 응용되고 있는 기술이다. 이러한 수압파쇄 작업 시 복수의 균열이 필수적으로 발생하여 균열간 기계적인 상호작용을 유발하는데 이러한 상호작용은 수압파쇄시 얻어질 수 있는 결과(균열 폭, 균열 길이, 보어홀 내 압력)에 큰 영향을 끼치게 된다. 수치해석기법인 경계병치법은 이러한 균열간의 역학적 상호작용을 고려하는데 유효한 수치해석적 기법으로 개발이 되고 있으나 응력확대계수를 계산하는 해석식과의 비교등을 통한 검증이 필요하다. 이를 위해 무한평면에 일축 인장 응력과 전단응력이 작용하는 단일균열의 경우 및 임의의 두 균열이 존재하는 경우의 응력확대계수 및 균열폭 해석식과 본 수치해석기법을 통해 얻은 값을 비교하였다. 그 결과, 본 연구에서 제시한 경계병치법은 해석식과 상당히 근접한 결과를 나타내어, 균열간의 기계적인 상호작용을 고려하는데 유효함을 검증하였으며, 추후 수압파쇄 시 설계에 필요한 균열폭 등의 변수를 계산하는데 사용할 수 있음을 나타내었다. Hydraulic fracturing technology has been widely applied in the industry for the recovery of the natural resources such as gas, oil and geothermal heat from hot dry rock. During hydraulic fracturing stimulation, multiple cracks are created resulting in mechanical interaction between cracks. Such an interaction influences obtaining hydraulic fracturing key parameters (crack opening, length, and borehole net pressure). The boundary collocation method (BCM) has been proved to be very effective in considering mechanical interaction. However, for better confidence, it needs to be verified by comparison with analytical solutions such as stress intensity factors. In this paper, three cases, single fracture in remote uniaxial tension, single fracture in remote shear stress field and two arbitrary segments in an infinite plane loaded at infinity are considered. As a result, the BCM is proved to be valid technique to consider mechanical interaction between cracks and can be used to estimate the hydraulic fracturing parameters such as opening of the fracture, and so on.
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