KR101814020B1 - Current Hydraulic Fracturing System for Applying Differential Stress - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이방성 삼축 압축 상태 모사가 가능한 수압파쇄 성능 평가 실험장치 및 이를 이용한 원통형 시편의 수압파쇄 성능 평가 실험방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 이방성을 갖는 지중의 고압 구속응력 상태를 실제와 가깝게 정밀하게 모사하여 지열발전이나 세일가스 생산을 위한 인공 균열 생성 작업을 원활하게 수행할 수 있도록 하는 변환젠더가 구비된 이방성 삼축 압축 상태 모사가 가능한 수압파쇄 성능 평가 실험장치 및 이를 이용한 원통형 시편의 수압파쇄 성능 평가 실험방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for evaluating hydraulic fracturing performance capable of simulating an anisotropic triaxial compression state, and to an experimental method for evaluating hydraulic fracturing performance of a cylindrical specimen using the same. More particularly, the present invention relates to an anisotropic triaxial compression state having an anisotropic three-axis compression state in which a high-pressure confining stress state in the ground is accurately simulated to accurately perform an artificial crack generation work for generating geothermal power and sale gas, And to an experimental method for evaluating hydraulic fracturing performance of cylindrical specimens using the same.
지열발전이나 세일가스 생산을 위해 지반 굴착하고 지중에 수압에 의한 인공 균열을 발생시키는 시공을 수행하여야 한다. Construction should be carried out to excavate the ground for geothermal power generation or sale gas production and to cause artificial cracking due to water pressure in the ground.
이러한 수압파쇄 시공을 위해서는 지반의 물리적인 특성 파악이 선행될 것이 요구된다. 이를 위해 지반에 시추공을 천공하고 이를 통하여 시편을 채취한 후, 지중에서의 시편에 대한 3축 압축 응력 상태를 모사한 상태에서 시편에 대한 수압파쇄 성능을 평가하는 시험을 수행하게 된다. For such hydraulic fracturing construction, it is required that the physical characterization of the ground should be preceded. For this purpose, a borehole is drilled through the borehole, and a specimen is sampled therefrom. Then, a test is performed to evaluate the hydraulic fracture performance of the specimen in a state where the three-axis compressive stress state of the specimen in the ground is simulated.
일본 공개특허공보 특개2007-309712호(일본 특허출원 제2006-137201호)에는 삼축셀을 이용한 삼축압축시험에 대한 종래 기술의 일예가 개시되어 있지만, 이러한 종래 기술에 의한 삼축압축시험에서는 단순히 지반의 시편에 대한 투수성을 평가하기 위한 투수계수를 측정하는데에 초점이 맞추어져 있을 뿐이므로, 종래 기술에 개시된 삼축셀은 높은 압력이 시편에 작용하는 대심도의 시추공 상태를 모사하기에 부적합하다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-309712 (Japanese Patent Application No. 2006-137201) discloses an example of a conventional technique for a triaxial compression test using a triaxial cell. However, in such a triaxial compression test according to the prior art, The triaxial cell disclosed in the prior art is unsuitable for simulating a large depth borehole acting on a specimen because it is only focused on measuring the permeability coefficient for evaluating the permeability to the specimen.
최근에는 시추공에서 채취한 시편이 압축력에 의해 파괴되는 "압축파괴"에 대한 물리적인 특성을 파악하는 것 이외에도, 시편이 인장력을 받을 때에 어떻게 거동하고 인장파괴 양상은 어떠한지 등과 같은 인장파괴에 관련한 물리적인 특성을 파악할 필요가 많이 발생하고 있다.In recent years, in addition to identifying the physical properties of "compression fracture" that a specimen taken from a borehole is destroyed by compressive force, physical properties related to tensile fracture such as how the specimen behaves when it is subjected to tensile force, There is a great need to grasp the characteristics.
특히, EGS 방식의 지열발전이나 셰일가스 생산의 경우, 고압의 유체를 이용하여 인공적인 균열망을 생성하는 수압파쇄를 수행함으로써 인공적인 저류층을 생성해야 하는데, 정확한 암반의 균열을 예측하여 설계하기 위해서는, 이러한 균열생성 메커니즘 및 균열파괴형상을 모사하여 재현할 수 있는 실험이 필요하다. Especially, in the case of EGS geothermal power generation and shale gas production, it is necessary to produce an artificial reservoir layer by performing hydrofracturing to generate an artificial crack net using a high-pressure fluid. In order to predict and design an accurate rock crack , It is necessary to carry out an experiment to simulate and reproduce such crack generation mechanism and crack fracture shape.
즉, 매우 낮은 투수계수와 고압력의 구속응력상태를 가지는 암반의 조건을 대상으로 수압파쇄(hydraulic fracturing)를 통해 균열망을 생성시켜 인공저류층을 생성시키는 메커니즘을 정밀하게 모사하기 위해, 지중의 깊은 곳에 위치하는 암반 내의 고압 조건을 구현한 상태에서 시편에 고압의 유체를 주입하여 인공 균열이 발생되도록 함으로써 수압파쇄를 유도할 수 있는 삼축압축실험이 가능해야 하며 이를 위한 실험장치가 절실히 필요한 것이다.In order to precisely simulate the mechanism of creating a crack net through hydraulic fracturing of rock masses with very low permeability and high pressure, It is necessary to test the triaxial compression which can induce hydraulic fracturing by injecting a high pressure fluid into the specimen by generating artificial cracks in the state of implementing the high pressure condition in the rock bed where it is located.
그러나 종래의 수압파쇄 성능 평가 실험장치는 원형 시편에 대한 균일한 3축 압력이 제공된 상태로 모사하는 것에 그쳐, 이방성을 갖는 실제 압력 조건과 차이가 있었다. However, the conventional hydraulic fracture performance evaluation apparatus is different from the actual pressure condition having anisotropy by simulating a uniform three-axis pressure for the circular specimen.
따라서, 실제의 지중 압력 조건을 모사할 수 있는 수압파쇄 성능 평가 실험장치의 개발이 시급한 실정이다. Therefore, it is urgent to develop an experimental apparatus for evaluating hydraulic fracturing performance, which can simulate actual underground pressure conditions.
본 발명은 상술된 종래의 수압파쇄 성능 평가 실험장치의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 원통형 시편에 대해 이방성을 갖는 지중의 고압의 압력 상황을 모사할 수 있는 변환젠더가 구비된 이방성 삼축 압축 상태 모사가 가능한 수압파쇄 성능 평가 실험장치 및 이를 이용한 원통형 시편의 수압파쇄 성능 평가 실험방법을 제공하는 것에 있다. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems of the conventional hydraulic fracturing performance evaluation apparatus, and it is an object of the present invention to provide a cylindrical Which is capable of simulating an anisotropic triaxial compression state, and an experimental method for evaluating the hydraulic fracturing performance of a cylindrical specimen using the same.
본 발명의 다른 목적은 실제 압력 조건과 가까운 지중 압력 상황을 모사함에 따라 정확한 실험결과를 도출함으로써, 지열발전 등의 시공의 예측 가능성을 높일 수 있는 변환젠더가 구비된 이방성 삼축 압축 상태 모사가 가능한 수압파쇄 성능 평가 실험장치 및 이를 이용한 원통형 시편의 수압파쇄 성능 평가 실험방법을 제공함에 있다. It is another object of the present invention to provide a water pressure control system capable of simulating an anisotropic triaxial compression state having a conversion gender capable of enhancing the predictability of construction such as geothermal power generation by deriving accurate experimental results by simulating underground pressure conditions close to actual pressure conditions, And an experimental method for evaluating hydraulic fracturing performance of a cylindrical specimen using the same.
본 발명에 따르면 중공(1)이 형성된 원통형 시편(10)에 대한 수직 방향(a) 압력을 가압하는 수직 가압부(100); 및 상기 원통형 시편(10)에 대한 수평 방향(b) 압력을 가압하는 수평 가압부(200);를 포함하되, 상기 수평 가압부(200)는 상기 원통형 시편(10)을 중심으로 하여 사면에 설치되며, 상기 원통형 시편(10)의 심부를 향해 상기 원통형 시편(10)의 측면을 가압하는 측면 가압부재(210); 및 일단은 상기 원통형 시편(10)에 접촉되며, 타단은 상기 측면 가압부재(210)에 대응된 위치에 설치되는 중간부재(220);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수압파쇄 성능 평가 실험장치가 제공된다. According to the present invention, there are provided a vertical pressing
이 경우 상기 중간부재(220)의 상기 일단은 상기 원통형 시편(10)의 측면의 형상과 대응되도록 만곡진 형상으로 함몰된 접촉부(221)가 형성되며, 상기 중간부재(220)의 상기 타단은 상기 측면 가압부재(210)의 가압면(211)의 형상과 대응되는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 수압파쇄 성능 평가 실험장치일 수 있다. In this case, the one end of the
또한, 상기 수평 가압부(200)는, 상기 가압면(211)에서 돌출되어 형성된 돌부(212); 및 상기 돌부(212)에 대응되어 상기 중간부재(220)의 상기 타단에 함몰되어 형성된 요홈(222);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수압파쇄 성능 평가 실험 장치일 수 있다. The horizontal
또한, 하부 몸체(1100)의 상단에 형성됨과 아울러 상기 원통형 시편(10)의 하면과 접촉되는 하부 지지부(410); 및 상부 몸체(1200)의 하단에 형성됨과 아울러 상기 원통형 시편(10)의 상면과 접촉되는 상부 지지부(420);를 더 포함하며, 상기 하부 지지부(410)는, 상기 중간부재(220)의 하면을 지지하는 하부 프레임(710);을 포함하는 것을 특징으로 하는 수압파쇄 성능 평가 실험 장치일 수 있다. A
또한, 상기 중공(1) 내부의 압력을 가압하는 내부 가압부(500);를 더 포함하되, 상기 내부 가압부(500)는 상기 중공(1) 내부에 내부 가압용 유체(520)를 주입하는 유체 공급부(510);를 포함하고, 상기 중공(1)의 양단은 상기 하부 지지부(410) 및 상기 상부 지지부(420)에 의해 폐쇄되고, 상기 유체 공급부(510)는 상기 하부 지지부(410) 또는 상기 상부 지지부(420)를 관통하여 상기 중공(1)과 연결되는 것을 특징으로 하는 수압파쇄 성능 평가 실험장치일 수 있다. The
또한, 상기 하부 지지부(410) 및 상기 상부 지지부(420)에는 상기 중공(1)으로 인입되는 돌부(411, 412)가 형성되며, 상기 유체 공급부(510)는 상기 돌부(411, 412)를 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 수압파쇄 성능 평가 실험장치일 수 있다. The lower supporting
또한, 상기 하부 몸체(1100) 및 상기 상부 몸체(1200)를 연결하는 지지봉(600);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수압파쇄 성능 평가 실험장치일 수 있다. The apparatus may further include a
또한, 상기 수직 가압부(100)는 상기 상부 지지부(420)에 하향력을 제공하는 압축부재(110); 및 유압을 이용하여 상기 압축부재(110)를 하향 이동시키는 실린더(120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수압파쇄 성능 평가 실험장치일 수 있다. The vertical
본 발명의 다른 일 측면에 따르면 수압파쇄 성능 평가 실험장치를 이용한 원통형 시편의 수압파쇄 성능 평가 실험방법에 있어서, 상기 하부 지지부(410)에 상기 원통형 시편(10)과 상기 중간부재(220) 결합체를 거치하는 제1 단계(S100); 상기 측면 가압부재(210)를 이용하여 상기 중간부재(220)에 수평 방향 압력을 제공함과 아울러 상기 수직 가압부(100)를 이용하여 상기 원통형 시편(10)에 수직 방향 압력을 제공하는 제2 단계(S200); 및 상기 유체 공급부(510)를 이용하여 상기 중공(1) 내부에 상기 내부 가압용 유체(520)를 공급하여, 상기 중공(1) 내부에 팽창 압력을 제공하는 제3 단계(S300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 시편의 수압파쇄 성능 평가 실험방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided an experimental method for evaluating the hydraulic fracturing performance of a cylindrical specimen using an apparatus for evaluating hydraulic fracturing performance, wherein the
이 경우 상기 원통형 시편(10)이 인장 파괴되는 경우의 팽창 압력 값, 수평 방향 압력값, 수직 방향 압력 값을 취득하는 제4 단계(S400);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수압파쇄 성능 평가 실험방법일 수 있다. (S400) of acquiring the expansion pressure value, the horizontal pressure value, and the vertical pressure value when the
본 발명에 따르면 원통형 시편에 대해 이방성을 갖는 지중의 고압의 압력 상황을 모사할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to simulate a high-pressure state of the earth having anisotropy with respect to the cylindrical specimen.
본 발명에 따르면 실제 압력 조건과 가까운 지중 압력 상황을 모사함에 따라 정확한 실험결과를 도출함으로써, 지열발전 등의 시공의 예측 가능성을 높일 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to increase the predictability of construction such as geothermal power generation by deriving accurate experimental results by simulating underground pressure conditions close to actual pressure conditions.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험장치의 전체적인 형상을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험장치의 횡단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험장치의 측면 가압부재에 의한 가압 상태에서의 횡단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험장치에 원통형 시편, 하부 지지부 및 상부 지지부의 분해도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험장치에 원통형 시편이 하부 지지부 및 상부 지지부와 결합된 상태의 횡단면도.
도 6은 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험장치를 이용한 원통형 시편의 수압파쇄 성능 평가 실험방법을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험 장치를 이용하여 원통형 시편에 이방성 압축력을 제공한 상태의 수치해석 결과를 나타낸 데이터.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 측면 가압부재와 중간부재의 연결부를 나타내는 도면. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing the overall shape of a hydraulic fracturing performance evaluating apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a cross-sectional view of an apparatus for evaluating hydraulic fracturing performance according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view in a pressurized state by a side pressing member of a hydraulic fracturing performance evaluation experimental apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is an exploded view of a cylindrical specimen, a lower support, and an upper support in an experimental apparatus for evaluating hydraulic fracturing performance according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a cylindrical specimen coupled to a lower support and an upper support in an apparatus for evaluating hydraulic fracturing performance according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 and FIG. 8 are diagrams illustrating an experimental method for evaluating the hydraulic fracturing performance of a cylindrical specimen using an experimental apparatus for evaluating hydraulic fracturing performance according to an embodiment of the present invention. FIG.
9 is a graph showing a numerical analysis result of a cylindrical specimen provided with an anisotropic compressive force by using an apparatus for evaluating hydraulic fracturing performance according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing a connecting portion of a side pressing member and an intermediate member according to another embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 이방성 삼축 압축 상태 모사가 가능한 수압파쇄 성능 평가 실험장치 및 이를 이용한 원통형 시편의 수압파쇄 성능 평가 실험방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부된 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.An embodiment of a hydraulic fracturing performance evaluation apparatus capable of simulating an anisotropic triaxial compression state according to the present invention and an experimental method for evaluating the hydraulic fracturing performance of a cylindrical specimen using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings, In the following description, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.It is also to be understood that the terms first, second, etc. used hereinafter are merely reference numerals for distinguishing between identical or corresponding components, and the same or corresponding components are defined by terms such as first, second, no.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.In addition, the term " coupled " is used not only in the case of direct physical contact between the respective constituent elements in the contact relation between the constituent elements, but also means that other constituent elements are interposed between the constituent elements, Use them as a concept to cover each contact.
또한, 본 발명에서 사용되는 유체의 개념은 액체 및 기체를 포함한다. In addition, the concept of fluids used in the present invention includes liquids and gases.
본 발명의 일 실시예에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험장치는 실제 지중의 압력 제공 상황에 가깝도록 이방성을 갖는 삼축 압축 상태 모사가 가능한 특징이 있다. The apparatus for evaluating the hydraulic fracturing performance according to an embodiment of the present invention is characterized in that it is possible to simulate an anisotropic triaxial compression state so as to be close to a pressure providing condition in the ground.
여기서 이방성이란 방향에 따라 다른 크기의 압력이 제공되는 것을 의미한다. Here, anisotropy means that a different sized pressure is provided depending on the direction.
종래의 3축 압축 실험장치는 원통형 시편에 대한 압축 시험 수행시 수평방향에 대한 균일한 크기의 압력을 제공하는 것에 그쳤음과 비교하여 본 발명에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험장치는 방향에 따라 서로 다른 크기의 3축 압축 압력을 제공할 수 있는 장점이 있다. The conventional three-axis compression testing apparatus provides a uniform size pressure in the horizontal direction when performing the compression test on the cylindrical specimen. In contrast, the hydraulic breaking performance evaluation experimental apparatus according to the present invention, Sized three-axis compression pressure can be provided.
발명의 목적 달성을 위해 본 발명에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험장치는 중공(1)이 형성된 원통형 시편(10)에 대한 수직 방향(a) 압력을 가압하는 수직 가압부(100) 및 원통형 시편(10)에 대한 수평 방향(b) 압력을 가압하는 수평 가압부(200) 및 중공(1) 내부의 압력을 가압하는 내부 가압부(500)를 포함한다(도 1, 도 2). To achieve the object of the present invention, an apparatus for evaluating a hydraulic fracturing performance according to the present invention comprises a vertical
여기서, 수평 가압부(200)는 원통형 시편(10)을 중심으로 하여 사면에 설치되며, 원통형 시편(10)의 심부를 향해 원통형 시편(10)의 측면을 가압하는 측면 가압부재(210) 및 일단은 원통형 시편(10)에 접촉되며, 타단은 측면 가압부재(210)에 대응된 위치에 설치되는 중간부재(220)를 포함할 수 있다(도 1, 도 2 도 11) The horizontal
즉, 원통형 시편(10)의 측면부에 각기 다른 측면 가압부재(210)를 이용하여 이방성 압력 형성을 가능토록 함과 아울러, 측면부에 대한 안정적인 가압 작용의 수행을 위해 중간부재(220)를 통한 가압을 수행토록 구성한 것이다. That is, an anisotropic pressure can be formed on the side surface of the
즉, 중간부재(220)가 원통형 시편(10)과 측면 가압부재(210)의 형태 불일치를 보정하는 변환젠더로서의 역할을 수행한다. That is, the
이를 위해 중간부재(220)는 원통형 시편(10)의 측면부 및 측면 가압부재(210)의 표면에 밀착하여 설치될 것이 요구된다. To this end, the
따라서, 중간부재(220)의 일단은 원통형 시편(10)의 측면의 형상과 대응되도록 만곡진 형상으로 함몰된 접촉부(221)가 형성되며, 중간부재(220)의 타단은 측면 가압부재(210)의 가압면(211)의 형상과 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. One end of the
더하여, 수평 가압부(200)는 가압면(211)에서 돌출되어 형성된 돌부(212) 및 돌부(212)에 대응되어 중간부재(220)의 타단에 함몰되어 형성된 요홈(222)을 더 포함할 수 있다(도 10).The horizontal
이 경우 수평 가압부(200)와 중간부재(200)가 안정적으로 결합되어 원통형 시편(10)의 측면부에 압력을 제공할 수 있는 효과를 갖는다. In this case, the horizontal
본 발명에 따른 수평 가압부(200)는 원통형 시편(10)의 사방에 형성되어 있으므로 2 방향의 압력이 각기 상이한 이방성 압력상태를 모사하는 것이 가능하다(도 9). Since the horizontal
본 발명의 일 실시예에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험장치는 하부 몸체(1100)의 상단에 형성됨과 아울러 원통형 시편(10)의 하면과 접촉되는 하부 지지부(410) 및 상부 몸체(1200)의 하단에 형성됨과 아울러 원통형 시편(10)의 상면과 접촉되는 상부 지지부(420)를 더 포함할 수 있다(도 1, 도 2). The apparatus for evaluating the hydraulic fracturing performance according to an embodiment of the present invention includes a
더하여, 하부 지지부(410)는 중간부재(220)의 하면을 지지하는 하부 프레임(710)을 더 포함할 수 있다. In addition, the
본 발명의 일 실시예에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험장치는 중공(1) 내부의 압력을 가압하는 내부 가압부(500)를 더 포함할 수 있다(도 2). The apparatus for evaluating the hydraulic fracturing performance according to an embodiment of the present invention may further include an internal pressurizing
이 경우 내부 가압부(500)는 중공(1) 내부에 내부 가압용 유체(520)를 주입하는 유체 공급부(510)를 포함하고, 중공(1)의 양단은 하부 지지부(410) 및 상부 지지부(420)에 의해 폐쇄되고, 유체 공급부(510)는 하부 지지부(410) 또는 상부 지지부(420)를 관통하여 중공(1)과 연결될 수 있다. In this case, the internal
내부 가압용 유체(520)는 물일 수 있다.The internal pressurizing
본 발명의 일 실시예에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험장치의 하부 지지부(410) 및 상부 지지부(420)에는 중공(1)으로 인입되는 돌부(411, 412)가 형성될 수 있다. The lower supporting
이 경우 유체 공급부(510)는 돌부(411, 412)를 관통하여 형성될 수 있다. In this case, the
돌부(411, 412)의 구성으로 인하여, 실험 시 원통형 시편(10)의 정위치를 특정하는 것이 용이한 장점이 있으며, 수평 압력의 제공에도 불구하고 원통형 시편(10)이 정위치에서 이탈되는 것을 방지할 수 있는 효과를 갖는다. Due to the configuration of the
유체 공급부(510)를 통해 중공(1) 내부로 내부 가압용 유체(520)가 주입되는 경우 중공(1) 내부가 폐쇄될 것이 전제된다. It is presumed that the inside of the hollow 1 is closed when the fluid 520 for internal pressurization is injected into the hollow 1 through the
이에 따라 중공(1)의 양단은 중공(1)의 양단은 하부 지지부(410) 및 상부 지지부(420)에 의해 폐쇄된다. Both ends of the hollow 1 are closed by the lower supporting
본 발명의 일 실시예에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험장치의 수직 가압부(100)는 상부 지지부(420)에 하향력을 제공하는 압축부재(110) 및 유압을 이용하여 압축부재(110)를 하향 이동시키는 실린더(120)를 포함할 수 있다(도 2, 도 6). The vertical
본 발명의 일 실시예에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험장치는 하부 몸체(1100) 및 상부 몸체(1200)를 연결하는 지지봉(600)을 더 포함할 수 있다(도 1, 도 2). The apparatus for evaluating hydraulic fracturing performance according to an embodiment of the present invention may further include a
지지봉(600)은 하부 지지부(410)와 상부 지지부(420)를 구속함으로써, 원통형 시편(10)에 대한 수직 압력 또는 수평 압력의 제공에도 불구하고 실험장치가 뒤틀리거나 파단되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻는다. The
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 수압파쇄 성능 실험장치를 이용한 원통형 시편에 대한 수압파쇄 성능 평가 실험방법에 대해 설명한다. Hereinafter, an experimental method for evaluating the hydraulic fracturing performance of a cylindrical specimen using the hydraulic fracturing performance testing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명에 따른 수압파쇄 성능 평가 실험방법은 하부 지지부(410)에 원통형 시편(10)과 중간부재(220) 결합체를 거치하는 제1 단계(S100), 측면 가압부재(210)를 이용하여 중간부재(220)에 수평 방향 압력을 제공함과 아울러 수직 가압부(100)를 이용하여 원통형 시편(10)에 수직 방향 압력을 제공하는 제2 단계(S200) 및 유체 공급부(510)를 이용하여 중공(1) 내부에 내부 가압용 유체(520)를 공급하여, 중공(1) 내부에 팽창 압력을 제공하는 제3 단계(S300)를 포함할 수 있다. The hydraulic fracturing performance evaluating method according to the present invention includes a first step (S100) of mounting a cylindrical specimen (10) and an intermediate member (220) on a lower support (410) A second step S200 of providing a horizontal pressure to the
더하여, 원통형 시편(10)이 인장 파괴되는 경우의 팽창 압력 값, 수평 방향 압력값, 수직 방향 압력 값을 취득하는 제4 단계(S400)를 더 포함할 수 있다. In addition, the method may further include a fourth step (S400) of obtaining the expansion pressure value, the horizontal pressure value, and the vertical pressure value when the
본 발명에 따르면 원통형 시편(10)에도 이방성 삼축 압력 상황을 모사할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, there is an advantage that the
이에 따라 실제 작업 환경에 가까운 3축 압축 환경을 모사하여 실제와 가까운 수압파쇄 성능 평가 실험 데이터를 도출할 수 있는 효과를 얻는다. Therefore, the three-axis compression environment close to the actual working environment is simulated, and the experimental data of hydraulic fracture performance evaluation close to the actual one can be obtained.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It is to be understood that both the technical idea and the technical spirit of the invention are included in the scope of the present invention.
1 : 중공
10 : 원통형 시편
100 : 수직 가압부
200 : 수평 가압부
300 : 완충부
400 : 지지부
500 : 내부 가압부
600 : 지지봉1: hollow
10: Cylindrical Specimen
100: vertical pressing portion
200: Horizontal pressing portion
300: buffer
400: Support
500: inner pressing portion
600:
Claims (10)
상기 원통형 시편(10)에 대한 수평 방향(b) 압력을 가압하는 수평 가압부(200);를 포함하되,
상기 수평 가압부(200)는
상기 원통형 시편(10)을 중심으로 하여 사면에 설치되며, 상기 원통형 시편(10)의 심부를 향해 상기 원통형 시편(10)의 측면을 가압하는 측면 가압부재(210); 및
일단은 상기 원통형 시편(10)에 접촉되며, 타단은 상기 측면 가압부재(210)에 대응된 위치에 설치되는 중간부재(220);를 포함하되,
상기 중간부재(220)의 상기 일단은 상기 원통형 시편(10)의 측면의 형상과 대응되도록 만곡진 형상으로 함몰된 접촉부(221)가 형성되며,
상기 중간부재(220)의 상기 타단은 상기 측면 가압부재(210)의 가압면(211)의 형상과 대응되는 형상으로 형성되고,
상기 수평 가압부(200)는,
상기 가압면(211)에서 돌출되어 형성된 돌부(212); 및
상기 돌부(212)에 대응되어 상기 중간부재(220)의 상기 타단에 함몰되어 형성된 요홈(222);을
더 포함하며,
하부 몸체(1100)의 상단에 형성됨과 아울러, 상기 원통형 시편(10)의 하면과 접촉되는 하부 지지부(410); 및
상부 몸체(1200)의 하단에 형성됨과 아울러 상기 원통형 시편(10)의 상면과 접촉되는 상부 지지부(420);를 더 포함하며,
상기 하부 지지부(410)는,
상기 중간부재(220)의 하면을 지지하는 하부 프레임(710);을 포함하는 것을 특징으로 하는 수압파쇄 성능 평가 실험 장치.
A vertical pressing portion 100 for pressing a pressure in the vertical direction (a) with respect to the cylindrical specimen 10 in which the hollow 1 is formed; And
And a horizontal pressing part (200) for pressing the pressure in the horizontal direction (b) with respect to the cylindrical specimen (10)
The horizontal pressing portion 200
A side pressure member (210) installed on a slope with the cylindrical specimen (10) as a center, for pressing the side surface of the cylindrical specimen (10) toward the deep part of the cylindrical specimen (10); And
And an intermediate member 220, one end of which is in contact with the cylindrical specimen 10 and the other end thereof is installed at a position corresponding to the side pressing member 210,
The one end of the intermediate member 220 is formed with a contact portion 221 recessed in a curved shape corresponding to the shape of the side surface of the cylindrical specimen 10,
The other end of the intermediate member 220 is formed in a shape corresponding to the shape of the pressing surface 211 of the side pressing member 210,
The horizontal pressing portion 200 may be formed of,
A protrusion 212 protruding from the pressing surface 211; And
A groove 222 corresponding to the protrusion 212 and recessed at the other end of the intermediate member 220;
Further,
A lower support 410 formed at the upper end of the lower body 1100 and in contact with the lower surface of the cylindrical specimen 10; And
And an upper support 420 formed at the lower end of the upper body 1200 and in contact with the upper surface of the cylindrical specimen 10,
The lower support 410 may be formed,
And a lower frame (710) for supporting a lower surface of the intermediate member (220).
상기 중공(1) 내부의 압력을 가압하는 내부 가압부(500);를 더 포함하되,
상기 내부 가압부(500)는
상기 중공(1) 내부에 내부 가압용 유체(520)를 주입하는 유체 공급부(510);를 포함하고,
상기 중공(1)의 양단은 상기 하부 지지부(410) 및 상기 상부 지지부(420)에 의해 폐쇄되고,
상기 유체 공급부(510)는 상기 하부 지지부(410) 또는 상기 상부 지지부(420)를 관통하여 상기 중공(1)과 연결되는 것을 특징으로 하는 수압파쇄 성능 평가 실험장치.
The method of claim 1, wherein
And an internal pressurizing part (500) for pressurizing the pressure inside the hollow (1)
The inner pressing portion 500
And a fluid supply part (510) for injecting an internal pressurizing fluid (520) into the hollow (1)
Both ends of the hollow 1 are closed by the lower support part 410 and the upper support part 420,
Wherein the fluid supply part (510) is connected to the hollow (1) through the lower support part (410) or the upper support part (420).
상기 하부 지지부(410) 및 상기 상부 지지부(420)에는 상기 중공(1)으로 인입되는 돌부(411, 412)가 형성되며,
상기 유체 공급부(510)는 상기 돌부(411, 412)를 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 수압파쇄 성능 평가 실험장치.
6. The method of claim 5,
The lower supporting part 410 and the upper supporting part 420 are provided with protrusions 411 and 412 which are inserted into the hollow 1,
Wherein the fluid supply part (510) is formed through the protrusions (411, 412).
상기 하부 몸체(1100) 및 상기 상부 몸체(1200)를 연결하는 지지봉(600);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수압파쇄 성능 평가 실험장치.
The method according to claim 6,
Further comprising a support rod (600) connecting the lower body (1100) and the upper body (1200) to each other.
상기 수직 가압부(100)는
상기 상부 지지부(420)에 하향력을 제공하는 압축부재(110); 및
유압을 이용하여 상기 압축부재(110)를 하향 이동시키는 실린더(120);를
포함하는 것을 특징으로 하는 수압파쇄 성능 평가 실험장치.
8. The method of claim 7,
The vertical pressing portion 100
A compression member (110) for providing a downward force to the upper support part (420); And
A cylinder 120 for moving the compression member 110 downward by using hydraulic pressure;
Wherein the hydraulic fracturing performance evaluating apparatus comprises:
상기 하부 지지부(410)에 상기 원통형 시편(10)과 상기 중간부재(220) 결합체를 거치하는 제1 단계(S100);
상기 측면 가압부재(210)를 이용하여 상기 중간부재(220)에 수평 방향 압력을 제공함과 아울러 상기 수직 가압부(100)를 이용하여 상기 원통형 시편(10)에 수직 방향 압력을 제공하는 제2 단계(S200); 및
상기 유체 공급부(510)를 이용하여 상기 중공(1) 내부에 상기 내부 가압용 유체(520)를 공급하여, 상기 중공(1) 내부에 팽창 압력을 제공하는 제3 단계(S300);를
포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 시편의 수압파쇄 성능 평가 실험방법.
The hydraulic fracturing performance evaluating method of the cylindrical specimen using the hydraulic fracturing performance evaluating apparatus of claim 8,
A first step (S100) of mounting the combined body of the cylindrical specimen (10) and the intermediate member (220) on the lower support part (410);
A second step of providing a horizontal pressure to the intermediate member 220 using the side pressing member 210 and a vertical pressure to the cylindrical specimen 10 using the vertical pressing part 100, (S200); And
A third step S300 of supplying the internal pressurizing fluid 520 into the hollow 1 using the fluid supply unit 510 to provide an expansion pressure to the hollow 1;
Wherein the method comprises the steps of:
상기 원통형 시편(10)이 인장 파괴되는 경우의 팽창 압력 값, 수평 방향 압력값, 수직 방향 압력 값을 취득하는 제4 단계(S400);를
더 포함하는 것을 특징으로 하는 수압파쇄 성능 평가 실험방법.
10. The method of claim 9,
A fourth step (S400) of obtaining an expansion pressure value, a horizontal pressure value, and a vertical pressure value when the cylindrical specimen 10 is tensile-broken;
Wherein the hydraulic fracturing performance evaluation test method further comprises:
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