초록 ▼

□ 연구개요
본 연구의 목표는 이산화탄소를 주입유체로 사용하여 암석의 공압파쇄시 발생하는 균열발생 매커니즘에 대한 규명 및 균열망 생성 최적화임. 차세대 에너지원임에도 불구하고 물 부족으로 인해 개발되지 못한 세계최대 셰일가스 매장지역인 중국 내 자원 개발 및 셰일 가스 생산을 위한 기존 수압파쇄법의 문제점 (과도한 물 사용과 지반환경 오염)을 원천적으로 극복할 수 있는 breakthrough 형 연구임. 실험 연구를 위주로 균열발생 시스템을 구축하여 실시간 균열발생 모니터링, 통제인자 분석을 실시하고, 다양한 지중 조건을 고

□ 연구개요
본 연구의 목표는 이산화탄소를 주입유체로 사용하여 암석의 공압파쇄시 발생하는 균열발생 매커니즘에 대한 규명 및 균열망 생성 최적화임. 차세대 에너지원임에도 불구하고 물 부족으로 인해 개발되지 못한 세계최대 셰일가스 매장지역인 중국 내 자원 개발 및 셰일 가스 생산을 위한 기존 수압파쇄법의 문제점 (과도한 물 사용과 지반환경 오염)을 원천적으로 극복할 수 있는 breakthrough 형 연구임. 실험 연구를 위주로 균열발생 시스템을 구축하여 실시간 균열발생 모니터링, 통제인자 분석을 실시하고, 다양한 지중 조건을 고려한 수치해석을 통해 셰일가스 생산 최대화를 위한 기초 및 응용기술개발을 목표로 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
1차년도(2016): 다기능성 공압파쇄 실내실험 시스템을 구축 및 검증하였고 전체 연구기간 동안 실내파쇄실험에 적용함으로써 이산화탄소 파쇄(이후, ‘CO2 파쇄’로 통일)에서의 균열 형상 특징(파쇄 압력, 유체 침투량, 미소 진동, 1차 및 2차 균열 형상)을 도출하는데 적극 활용함.
2차년도(2017): 등방성 재료(시멘트계 재료)를 이용해 CO2 파쇄에서의 파쇄 압력-유체 침투량 관계, 가압 효율, 1차 균열 형상, 구속조건 효과에 대한 연구를 수행하여 CO2 파쇄 메커니즘을 규명함. 또한, X-ray 이미징 기반의 균열 형상의 분석 기법을 새롭게 개발함.
3차년도(2018): 셰일, 화강암을 이용해 암석 이방성과 CO2 파쇄에 의한 1차 및 2차 균열 발생 평가하였고 유체 종류별 파쇄의 메커니즘을 규명함. 균열 발생 조건 규명을 위해 개발한 수치해석 코드는 CO2 파쇄와 불연속면 상호작용의 모사가 가능하였으며 수치해석연구를 통해 2-3차년도 파쇄실험에서 도출한 CO2 파쇄에서의 균열 발생 및 전파 양상 분석을 수행함.
4차년도(2019): CO2 파쇄간 미소 진동 발생 특징을 규명함.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구에서 제안하는 이산화탄소를 이용한 공압파쇄 최적화 기술개발은 셰일가스 에너지 회수의 패러다임을 수압파쇄로부터 공압파쇄로 바꿀 수 잇는 breakthrough형 연구로서 국제적으로 이슈화된 기후변화대응과 차세대에너지 회수, 2가지 모두를 해결할 수 있는 핵심 기술로 적용이 가능함. 원천 기술을 확보하여 우선적 입지를 다지고 공압파쇄 실험적 데이터 베이스 구축을 통해 정량적 분석 및 현장 적용성 향상에 기여함. 지열개발과 같은 타 에너지개발 사업에도 확장 적용가능하며 이를 통해 차후 국내 지열 에너지 생산에 기여할 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 연구 필요성 ... 4
• 1-2. 연구의 목표 및 내용 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 2-1. 1차년도 ... 6
• 2-2. 2차년도 ... 7
• 2-3. 3차년도 ... 9
• 2-4. 4차년도 ... 13
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 15
• 대표적 연구실적 ... 20
• 끝페이지 ... 36