Abstract
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.
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 비교 등을 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.