Stability Analysis for the Pohang Deep Geothermal Borehole

This paper presents the analysis about the stability of the Pohang deep geothermal borehole drilled in 2006. Severe wellhole instability problems such as collapse and tight hole occurred in weak rocks while drilling. Optimal mud pressure (mud window) required to prevent instability problems during drilling is obtained from analysis on in-situ stress and rock strength. The window is bounded by vertical stress in its upper limit and by either collapse pressure or pore pressure in its lower limit. Mud window varies with different types of rocks. In the top-most semi-consolidated mudstone formation, no mud window can secure borehole stability. In some weak rock types (basic dyke and crystal tuff), the borehole pressure needs to be higher by $50{\sim}60%$ than hydrostatic pressure. That means a mud density of 1.5 g/$cm^3$ or higher should be applied during drilling in order to prevent excessive collapse around the borehole.

포항 심부 지열 시추공의 안정성 분석 연구

2006년 시추되었으며 굴착 시 연약층 붕괴 및 공경수축 등의 잦은 시추공 불안정을 보인 포항 심부 지열 시추공(BH-4, 최종심도: 2,383m)의 안정성에 대해 분석하였다. 안정성 분석을 위해 현장응력과 암석강도를 고려하여 최적이 수압력을 산정한 결과 최적이수압력의 상한은 연직응력으로, 하한은 붕괴압력 또는 공극수압으로 나타났으며, 암종에 따라 매우 다른 범위를 보였다. 시추공 최상부의 반고결 이암 구간은 이수압력의 조절만으로는 공의 붕괴를 방지할 수 없는 조건으로 나타났으며 그 하부의 일부 암종(염기성 암맥, 결정질 응회암)에서는 붕괴압력이 정수압보다 $50{\sim}60%$ 높게 나타났다. 즉 이러한 구간에서는 정수압에 해당하는 이수밀도(0.98 g/$cm^3$)를 사용 시 과도한 공벽 붕괴가 발생할 수 있기 때문에 이수밀도를 1.5 g/$cm^3$ 이상으로 증가시켜 굴착해야 시추공 안정성을 확보할 수 있다.