주입액 점성과 주입속도 변화가 수압파쇄 거동에 미치는 영향에 관한 실험적 고찰

Abstract

암반공학에서 수압파쇄법은 현지암반응력의 측정과 지열에너지 및 석유, 가스 개발 등에서 수리자극을 위한 방법으로 널리 사용되고 있다. 수압파쇄 실험의 결과로 얻어지는 일차파쇄압력, 균열개구압력, 균열폐쇄압력 등은 현지암반 응력측정에 중요한 자료이기에 이에 대한 정확한 평가가 중요하다. 현재 수압파쇄 시 수리자극의 효과를 증진시키기 위한 목적으로 다양한 주입액과 주입속도가 사용되고 있는데, 이는 일차파쇄압력, 균열개구압력, 균열폐쇄압력 값에 영향을 준다. 또한 주입액 점성과 주입속도는 수압파쇄 시 생성되는 균열의 거동에도 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서는 암석의 강도범위에 속하며 역학적으로 취성거동을 보이는 시멘트 모르타르 시험편을 사용하여 네 가지 주입액 점도 (1, 100, 500, 1000 cst) 와 세 가지 주입속도 (2, 10, 50 ml/min)를 사용하여 수압파쇄 실내시험을 수행하였으며 이로부터 주입액 점도와 주입속도가 수압파쇄 거동에 미치는 영향을 고찰하였다. 주입액 점도와 주입속도가 증가할수록 일차파쇄압력은 증가하는 경향을 보였으며, 이는 주입 유체의 시편 내 침투와 관련된 것으로 판단된다. 균열개구압력은 주입액 점도와 비례관계에 있었으며, 압력증가 속도 및 감소속도는 주입액 점도와는 무관하며 주입속도와 비례관계를 보였다. 균열폐쇄압력은 주입액 점도와 주입속도와 무관한 것으로 판단되었으며, 균열폐쇄압력 감소속도는 주입속도와 비례관계에 있고, 균열의 길이와 관련된 것으로 판단된다. 일차파쇄압력과 균열개시압력을 주입액 점도와 주입속도에 따라 비교하였으며, 이를 사용하여 수압파쇄 인장강도를 산정하고 그 값을 비교하였다. 인장강도는 주입액 점도와는 무관한 경향을 보였으며, 일차파쇄압력을 이용한 인장강도는 빠른 주입속도에서 높게 평가되어, 균열개구압력을 이용한 인장강도 산정을 제시하였다. 이와 더불어 미소파괴음 누적개수를 통한 균열평가를 실시하였고, 모멘트텐서 해석을 통해 각 시험의 균열전파형태를 고찰하였다. 또한 벤토나이트 주입액을 사용한 수압파쇄 실내시험을 수행하여 일차파쇄압력이 나타나지 않는 수압파쇄거동을 관찰 하였다.