• 터널과지하공간
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• 제23권6호
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• pp.538-546
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• 2013

본 보고에서는 석유산업에서 석유 및 가스의 생산성과 회수율을 극대화시키기 위한 방안의 하나인 수압파쇄기술에 대하여 다루고 있다. 수압파쇄기술은 인위적으로 저류층에 균열을 발생시켜 발생된 균열을 통해 저류층 유체의 유정 내 유입을 용이하게 하는 방법으로, 최근 셰일가스나 오일셰일과 같은 비전통석유가스 개발에서 널리 사용되고 있다. 수압파쇄는 크게 세 가지 단계의 과정을 통해 이루어지며, 효율적인 수압파쇄 설계를 위해 제안된 모델과 수압파쇄 후 결과를 분석, 평가하는 방법에 대해 소개하고 있다. 또한 수압파쇄과정에서 발생하는 다양한 문제점과 이를 해결하는 데 필요한 저류층 암반역학에 대해서도 간략하게 다루고 있다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제14권6호
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• pp.581-588
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• 2018

In order to explore the comprehensive evaluation means of the extent of hydraulic fracturing region in coal seams, we analyzed the feasibility of detecting the response of coal rock direct current (DC) apparent resistivity to hydraulic-fracturing using Archie's theory, and conducted experimental researches on the response of DC resistivity in the hydraulic fracturing process using small-scale coal rock samples. The results show that porosity and water saturation are the two factors affecting the apparent resistivity of coal rock while hydraulic fracturing. Water has a dominant effect on the apparent resistivity of coal rock samples. The apparent resistivity in the area where water flows through is reduced more than 50%, which can be considered as a core affect region of hydraulic fracturing. Stress indirectly impacts the apparent resistivity by changing porosity. Before hydraulic fracturing, the greater axial load applied, the more serious the rupture in the samples, resulting in the greater apparent resistivity. Apparent resistivity testing is a potential regional method to evaluate the influence range of hydraulic fracturing in coal seams.

• 터널과지하공간
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• 제23권6호
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• pp.470-479
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• 2013

수압파쇄는 암반에서 유체의 흐름을 촉진시키기 위한 방법으로 사용되며 지열개발, 세일가스의 개발 등 최근 에너지 분야에서 그 어느 때 보다 활발한 연구가 이루어지고 있다. 수압파쇄의 대상이 되는 암반은 등방성을 갖지 않는 경우가 대부분이며 일부 퇴적암층에서는 횡등방성 암반에서 수압파쇄가 이루어진다. 횡등방성 암반에서는 수압파쇄에서 발생하는 균열의 성장 방향이 반드시 최대주응력 방향과 일치하지 않으며 이방성 구조에 따라 변화하게 된다. 그러므로 이 연구에서는 입자결합모델을 이용하여 횡등방성 암석에서의 수압파쇄 특성을 고찰하고 분석하고자 하였다. 또한 실험실 규모의 수압파쇄 실험을 실시하여 수치해석 결과의 타당성을 분석하고자 하였다. 본 연구에서는 가압되는 유체의 점도 및 층리면의 각도 그리고 이방성에 의한 영향으로 균열의 성장 및 균열 패턴에 큰 차이를 보였으며, 횡등방성 모델의 경우 전단균열에 의한 수압파쇄 균열의 성장이 우세한 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제31권1호
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• pp.41-51
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• 2021

치밀 저류층의 투과도 증진을 위해 개발된 수압파쇄 기술은 셰일가스와 같은 비전통자원과 심부지열 개발에 필수적인 기술 중 하나이다. 파쇄형태가 단순하고 파쇄효율이 좋지 않은 수압파쇄를 개선하기 위해 다양한 파쇄유체를 이용한 실험적 연구가 진행되었다. 물, N2, CO2 가스를 파쇄유체로 사용하여 치밀 암석에 대한 파쇄형태와 효율성을 분석하였다. 파쇄유체로 물을 일정 주입속도로 주입한 경우 순간적으로 압력이 상승하여 파쇄가 발생하였으나, 파쇄유체로 가스를 주입한 경우 서서히 압력이 증가되면서 물보다 낮은 파쇄압력을 보였다. 3D 단층촬영 기법을 이용하여 물과 가스 주입으로 생성된 균열을 관찰한 결과는 기존 공극부피 대비 파쇄 자극부피가 각각 5.71%(물), 12.72%(N2), 43.82%(CO2) 증가되었다. 또한 파쇄유체의 파쇄 효율성을 검정하기 위한 파쇄 전후 투과도 변화 실험에서는 가스 파쇄에 의해 증가되는 투과도 증가 값이 물을 이용한 파쇄보다 훨씬 높게 측정되었다. 파쇄 이후 인공균열의 생성과 주변응력에 의해 다시 균열이 닫히는 현상을 고려하여 생성된 인공균열에 구속압을 단계별로 증가시켜 투과도 변화를 측정하였다. 구속압이 2MPa에서 10MPa로 증가시켰을 경우 초기 투과도 대비 각각 89%(N2), 50%(CO2) 감소하였다. 본 연구는 가스파쇄기술이 수압파쇄보다 투과도 증진 효과가 크고 이후 주변 응력에 의한 투과도 감소가 적은 것으로 나타났다.

• 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.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제20권7호
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• pp.34-42
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• 2015

Feasibility tests for the hydraulic fracturing were conducted in order to secure additional saline groundwater for irrigating to the land-based aquaculture farm. Two boreholes were placed to the aquaculture farm A and B, respectively. A hydraulic fracturing using single packer was applied to major fracture zones within two boreholes. To identify effects of hydraulic fracturing on securing additional saline groundwater, some selective methods including well logging methods, pumping tests, and groundwater quality analysis were commonly applied to the boreholes before and after the hydraulic fracturing. Enlarging/creating fracture zones, increasing water contents in bedrock near boreholes, and increasing transmissivity were observed after the hydraulic fracturing. Even though the hydraulic fracturing could be an alternative to secure additional saline groundwater to the land-based aquaculture farm, salinity of the groundwater did not meet optimal thresholds for each fingerling in two farms: Fresh submarine groundwater discharge flowed the more into borehole of the farm A that resulted in decreasing a salinity value. Increased saline groundwater quantity in the borehole of the farm B rarely affect to the salinity. Although salinity problem of groundwater limited its direct use for the farms, the mixing with seawater could be effectively used for the fingerlings during the early stage. A horizontal radial collector well placed in the alluvial layer could be an alternative for the farms as well.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 1994년도 연약지반처리위원회 봄 학술발표회 논문집 연약지반처리
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• pp.3-12
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• 1994

Based on the shear failure mechanism, hydraulic fracturing criteria are extended to three dimensional stress state. According to the situation of the directions of borehole and major principal stress axes, three equations can be derived for three dimensional hydraulic fracturing problems. By comparing these equations, a single criterion is selected for hydraulic fracturing pressure in cohesive soils. The criterion is a function of maximum principal stress, minimum principal stress and soil parameters in UU conditions. The equation indicates that with any increase in maximim principal stress, hydraulic fracturing pressure decreases. In order to prove the integrity of the criteria, laboratory tests are performed on compacted cubical specimens using true a triaxial apparatus. The shape and direction of fractures are determined by injecting colored water after fracture initiation. It is found that the direction of fractures are perpendicular to the o1 plane.

• Geomechanics and Engineering
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• 제17권6호
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• pp.535-541
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• 2019

Combining the radial well drilling and hydraulic fracturing technique, the production capacity of the reservoirs with low-permeability can be improved effectively. Due to the existence of radial holes, the stress around the well is redistributed, and the initiation and propagation of hydraulic fractures are different with those in traditional hydraulic fracturing. Therefore, it is necessary to study the influences of radial horizontal wells on hydraulic fracturing. The laboratory experiment was conducted to simulate the hydraulic fracturing on the physical model with radial holes. The experimental results showed that, compared with the borehole without radial holes, the sample with radial hole in the direction of maximum horizontal stress was fractured with significantly lower pressure. As the angle between direction of the horizontal hole and the maximum horizontal stress increased, the breakdown pressure grew. While when the radial hole was drilled towards the direction of the minimum horizontal stress, the breakdown pressure increased to that needed in the borehole without radial holes. When the angle between the radial hole and the maximum horizontal stress increase, the pressure required to propagate the fractures grew apparently, and the fracture become complex. Meanwhile, the deeper the radial hole drilled, the less the pressure was needed for fracturing.

• 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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• 한국지구물리탐사학회 2003년도 Proceedings of the international symposium on the fusion technology
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• pp.272-280
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• 2003

A definite shut-in pressure in hydraulic fracturing techniques is needed for obtaining the correct information on the in-situ stress regimes in rock masses. The relation between the behaviour of hydraulically induced fractures and the condition of remote stress is considered to be major reasons of an ambiguous shut-in pressure in hydraulic fracturing pressure-time history curves. This paper describes the results of a series of numerical analyses carried out using UDEC(Universal Distinct Element Code, Itasca), which is based on the discrete element method, to compare several methods for determining the shut-in pressure during hydraulic fracturing. The fully coupling of hydraulic and mechanical analysis was applied, and the effects of four different discontinuity geometries in numerical modelling have been investigated for this purpose. The effects of different remote stress regimes and different physical properties on hydraulic fracture propagation have been also analyzed. Several methods for obtaining shut-in pressure from the ambiguous shut-in curves have been applied to all the numerical models. The graphical intersection methods, such as (P vs. t) method, (P vs. log(t)) method, (log(P) vs. log(t)) method, give smaller values of the shut-in pressure than the statistical method, (dP/dt vs. P). Care should be taken in selecting a method for shut-in pressure, because there can be existed a stress anomaly around the wellbore and fracturing from the wellbore by a constant flow rate may have a more complicate mechanism.