• 터널과지하공간
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• 제5권4호
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• pp.323-335
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• 1995

지열에너지 개발의 기본적 개념은 지하 심부의 고온건조암체에 시추공을 이용한 수압파쇄를 실시하여 고온건조암체내에 인공파쇄대를 형성함으로써 유체의 유동회로를 구축하여 지열에너지의 회수를 도모하는 것이다. 본 논문에서는 수압파쇄균열의 발전방향 조절문제와 관련하여, 초고압수 절삭장치를 이용, 수압파쇄공 내에 인공슬롯을 형성하여 수압파쇄를 실시함으로써 균열의 발전방향을 조사하였으며, 수압파쇄에 의한 파쇄대내로의 유체순환실험을 통해 지열수의 유동특성을 규명하였다. 이를 위해 모델에 종균열과 횡균열을 형성시키고 균열내에 주입되는 물의 주입률, 정상류압력, 흐름저항을 조사하고, 이 결과를 이용하여 전산모델링을 수행하였다. 인공절리면에 대한 투수시험에서는 10$0^{\circ}C$까지의 온도변화에 따라 투수계수가 증가하였으며, 봉압 증가에 따라 증가율이 현저히 감소하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권4호
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• pp.65-71
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• 2009

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.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권6호
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• pp.135-141
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• 2009

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.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제7권2호
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• pp.43-53
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• 2006

수압파쇄(hydraulic fracturing)는 자연환경에서 흔히 일어나는 현상이며 산업현장에서도 많이 응용되는 방법 중의 하나이다. 수압파쇄는 다양한 암반과 응력 상태에서 균열이 생성되어 전파하며 지극히 작은 축척에서부터 수 킬로미터에 이르는 대규모 축척까지 다양한 형태로 나타난다. 그 결과 균열은 복잡한 형태의 기하를 나타내며 그 거동 또한 복잡한 양상을 띠게 된다. 특히 다중으로 분할된 형태의 균열은 흔히 모든 축척과 지반재료에서 나타나며 이러한 복잡한 거동의 한 부분을 차지한다. 특히 이러한 균열간의 기계적 상호작용은 거의 모든 수압파쇄 과정에 영향을 끼친다. 따라서 이 논문에서는 수압파쇄에 의해 암반에서 생성되는 균열의 변형을 경계병치법을 사용하여 정량화하였으며 기계적 상호작용을 고려치 않은 단균열의 경우와 비교하였다.

• 터널과지하공간
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• 제24권6호
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• pp.440-448
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• 2014

수압파쇄 기술은 가스나 석유, 지열 등 에너지자원의 회수율을 향상시키기 위해 다양한 분야에서 응용되고 있으며 수압파쇄 메커니즘 규명 및 응용분야에 대한 연구는 꾸준히 진행되어 왔다. 본 연구에서는 효과적인 수압파쇄를 위하여 실제 현장과 유사한 상황을 구현할 수 있는 축소모형실험을 통해 유도홈의 개수에 따른 수압파쇄시 균열발생 압력을 분석하기 위하여 수압파쇄 시험 장치를 구축하여 수압파쇄 시험을 실시하였다. 또한 그 결과를 토대로 물성과 역학적인 특성을 취득하여 3차원 개별 요소 프로그램인 3DEC을 이용한 수치해석적 모델링 값과 비교 분석함으로써 신뢰성 있는 결과를 도출하고자 하였다. 그 결과 유도홈을 이용할 경우 효과적인 균열 발생이 가능할 것으로 사료된다.

• 터널과지하공간
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• 제32권1호
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• pp.1-19
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• 2022

본고에서는 수압파쇄를 이용한 초기응력 측정결과의 정밀도 제고 방안으로 최근 제안된 일본 지반공학회 표준시험법 개정안의 검토 결과를 수록하였다. 개정안에서는 수압파쇄에 의해 형성된 암석 균열 표면의 거칠기와 잔류 간극을 고려한 균열재개압력의 수정식을 제안하였다. 또한, 수압파쇄시스템 컴플라이언스가 초기응력 추정 결과에 미치는 영향을 파악하고 주변 암반의 탄성계수가 클수록 수압파쇄시스템 컴플라이언스가 충분히 낮아야함을 보였다.

• 터널과지하공간
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• 제26권5호
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• pp.409-417
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• 2016

본 전통석유자원을 대체할 수 있는 석유자원으로 부상하고 있는 셰일가스가 부존된 셰일층은 낮은 투과성을 가지고 있어 생산성을 향상시키기 위해 수압파쇄법이 적용된다. 본 연구는 일반 시추공과 나선형 홈을 가지는 시추공을 모사한 축소 모형 시험체에 대해 실내수압파쇄 시험을 실행하고 초기파쇄압과 유체접촉상태를 비교 분석하여 공벽형상에 따른 수압파쇄결과를 알아보았다. 또 그 결과를 3차원 개별요소 프로그램인 3DEC을 이용한 수치해석 모델링 값과 비교하였으며, 선행연구 자료와 비교하여 신뢰성 있는 결과를 도출하고자 하였다. 실험결과 고압수의 접촉면적보다는 유도홈의 형태에 의한 응력집중의 효과가 수압파쇄에 더욱 효율적이였다. 따라서 고압수의 응력집중을 높일 수 있는 인공적인 유도홈을 만들 시 적은 수압으로 큰 파쇄효과를 나타낼 수 있을것으로 생각된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권9호
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• pp.45-52
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• 2005

최근 지질학적 증거, 실내 및 현장 실험을 통해 복잡한 형태의 분할된 수압파쇄균열이 암반에서 자주 관찰되고 있다. 이러한 수압파쇄균열의 분할은 균열간의 기계적 상호작용을 유발하며 균열의 폭이나 측정되는 압력에 상당한 영향을 미칠 것으로 예상된다. 따라서 본 연구는 균열간의 상호작용을 정량화하기 위하여 수압파쇄에 의해 다중으로 분할된 총변위를 경계병치법을 사용하여 계산하였다. 또한 기존의 경계병치법을 보정하여 정확한 균열의 상단과 하단 변위를 평가하였으며 유한요소법과의 비교를 통해 제시된 기법의 신뢰성을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제29권3호
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• pp.157-171
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• 2019

액체 이산화탄소 파쇄법은 기존 수압 파쇄법에서 물 사용으로 발생하는 환경 문제를 완화시키기 위한 차세대 해결책으로 제안되어 왔으며, 액체 이산화탄소의 낮은 점성도를 이용하여 암석 공극 내 유체 주입을 수월하게 할 수 있다. 본 연구에서는 액체 이산화탄소의 공극 내 주입이 파쇄 과정 중에 발생하는 파쇄 압력, 음향 방출, 균열 형상에 어떻게 영향을 미치는지에 대해 초점을 맞추었다. 이를 위해 점성도가 다른 액체 이산화탄소, 물, 오일을 파쇄 유체로 사용하여 주입 속도를 다르게 하며 인공적으로 제작한 다공성 모르타르 시편을 대상으로 실내실험을 수행하였다. 또한 기존 수압 파쇄법의 주 대상 암종인 셰일 시편의 실험에서 액체 이산화탄소 파쇄법에 의한 셰일의 파괴 특징들을 분석하였다. 실험 결과 이산화탄소 주입 시 균열이 더 비틀린 물결 형상을 띄었으며 특히, 셰일 시편에서는 그 균열 부피가 물 주입에 비해 더 발달하였다. 반면, 파쇄 유체와 파쇄 압력의 관계는 두 시편의 실험에서 반대의 경향을 보였다.

• 터널과지하공간
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• 제23권5호
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• pp.362-371
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• 2013

수압파쇄법으로 최대수평주응력 크기 규명에 필요한 요소 중 하나인 암반의 인장강도를 측정하는 방법에 대해 연구하였다. 석모도 시추공에서 회수한 화강암 시료에 대해 두 가지 실내시험(중공원통 인장시험 및 압열인장시험)으로 인장강도를 측정하고 두 결과가 차이를 보이는지 비교하였다. 중공원통 인장시험에서는 높은 수압증가율 상태에서 더 높은 인장강도를 보여, 현장의 수압파쇄시험에서 보인 수압 증가율 상태에서 측정된 인장강도나 그 증가율로 보정된 인장강도를 이용해야한다는 점을 보였다. 인장강도에 대한 수압 증가율 효과와 크기효과를 보정하면 중공원통 인장시험 결과는 압열인장시험 결과와 유사하게 나타났으며 이는 수압파쇄 인장강도를 위해 압열인장강도를 이용할 수도 있다는 점을 시사한다.