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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 소병달
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수7
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인위적인 유체 주입은 지진을 유발할 수 있다. 따라서 안전한 유체 주입을 위해서는 기술을 수행하기 전 공극압 및 지중응력 변화에 대한 수치 모사가 필수적이다. 다공탄성은 다공성 매체 내의 공극유체의 흐름과 고체의 탄성 변형 사이의 상호 작용에 대해 설명하므로, 두 상태의 변화를 동시에 수치 모사 할 수 있어 주입-유발 지진에 대한 지구 물리학적 연구에 널리 사용되었다.
본 연구는 유한요소 상용 소프트웨어인 COMSOL Multiphysics®을 사용하여 유체 주입 수치 모형의 공극압과 지중응력, 표면에서의 수직 변위를 계산하고 단층에 가해지는 쿨롱 파괴 응력 변화를 시간에 따라 탐색하였다. 쿨롱 파괴 응력 변화량이 사전에 정의한 임계값(0.1 MPa)을 초과할 경우, 모형의 정보(형태, 물성, 응력 정보 등)를 PyLith로 이동시켰다. PyLith를 통해 단층 미끄러짐을 모사하며, 변위장을 획득한다. 우리는 이러한 유체 주입-유발지진 다공탄성 수치 모사를 통해 주입 기간 중/후 주입정의 근거리와 원거리에서의 수직변위 및 공극압과 쿨롱 파괴 응력 변화 양상을 관찰하였다. 또한 단층과 주입층의 물성이 쿨롱 파괴 응력 변화량의 임계점에 도달하는 시간에 미치는 영향을 정량화하였다.
본 연구는 유한요소 상용 소프트웨어인 COMSOL Multiphysics®을 사용하여 유체 주입 수치 모형의 공극압과 지중응력, 표면에서의 수직 변위를 계산하고 단층에 가해지는 쿨롱 파괴 응력 변화를 시간에 따라 탐색하였다. 쿨롱 파괴 응력 변화량이 사전에 정의한 임계값(0.1 MPa)을 초과할 경우, 모형의 정보(형태, 물성, 응력 정보 등)를 PyLith로 이동시켰다. PyLith를 통해 단층 미끄러짐을 모사하며, 변위장을 획득한다. 우리는 이러한 유체 주입-유발지진 다공탄성 수치 모사를 통해 주입 기간 중/후 주입정의 근거리와 원거리에서의 수직변위 및 공극압과 쿨롱 파괴 응력 변화 양상을 관찰하였다. 또한 단층과 주입층의 물성이 쿨롱 파괴 응력 변화량의 임계점에 도달하는 시간에 미치는 영향을 정량화하였다.
목차
Ⅰ. 서론 1Ⅱ. 연구배경 31. 지중 유체 주입의 종류 3(1) 셰일가스의 수압파쇄 3(2) 인공 저류층 생성기술 3(3) 이산화탄소 포집, 활용 및 저장 기술 32. 주입-유발 지진 53. 지중 유체 주입과 사회적 수용성 6Ⅲ. 연구 방법 71. 유한요소법(Finite element method, FEM) 72. 지배방정식 8(1) 다공탄성(Poroelasticity) 8(2) 쿨롱 파괴 응력(Coulomb Failure Stress, CFS) 113. 수치모형 및 수치 모사 알고리즘 124. 소프트웨어 16Ⅳ. 연구결과 171. 적절 시간 간격(Time step) 탐색 172. 유체 주입에 의한 공극압의 확산 203. 단층 미끌림에 의한 변화 33Ⅴ. 토의 및 결론 36□ 참고문헌 38□ Abstract 46
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