석유비축기지 공동주변의 단열망 구축 및 지하수유동모델링을 통한 공동의 기밀성 조건 타당성 검토 :Numerical study on criteria for secure oil storage around underground cavern using site descriptive fracture networks

문지원

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자료유형: 학위논문

저자정보: 문지원 (전남대학교, 전남대학교 대학원)

지도교수: 여인욱

발행연도: 2013

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2013

석유비축기지 공동주변의 단열망 구축 및 지하수유동모델링을 통한 공동의 기밀성 조건 타당성 검토

문지원 , 여인욱 대한지질학회 학술대회 2013.10 학술대회자료

석유비축기지 공동주변의 단열망 구축 및 지하수유동모델링을 통한 공동의 기밀성 조건 타당성 검토

문지원 지구환경 2013.01 학위논문

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원유나 석유제품을 효율적으로 비축하기위해 지하암반단열 내에 대규모 저장 공동을 건설하여 운영되는 경우가 많다. 지하공동에 저장된 석유의 유출을 막고 안전하게 저장하기위해서는 수리 동력학적 개념을 이용하고 있으며, 이는 공동 주변의 지하수압이 공동 운영압보다 항상 크게 작용함으로써 공동으로부터 가스가 새어나가지 않게 기밀성을 확보하는 개념이다. 기밀성 확보를 위한 보조적 수단으로서 공동 벽면에 그라우팅 공법을 적용하여 암반투수성을 저감하는 방법과 지하저장공동 상부에 인위적인 수벽시스템을 설치하여 추가적인 안정성을 확보하는 방법이 있다. 기밀성 확보를 위해 가장 흔히 이용되는 기밀기준으로 ？berg 이론이 있으며, 이는 지하저장공동 주변의 연직방향 수리경사가 1.0 보다 커야한다는 이론이다. ？berg 이론은 하나의 균질 등방의 단열면을 가정하여 유도되었다. 따라서 본 연구에서는 실제 암반단열을 반영하는 불균질 이방의 암반단열 조건에서도 기밀성 조건이 만족되는지를 연구하고자 하였다. 지하수 유동은 지하저장공동 주변의 단열을 통하여 발생하기 때문에, 본 연구에서는 불연속 단열망 모델을 적용할 필요가 있다. 본 연구에서는 한국석유공사에서 운영하는 여수 추가비축기지(U1-3)의 단열자료를 이용하여 지하저장공동에 대한 불균질 이방의 단열망 모델을 구축하였다. 여수 비축기지의 현장조사단계에서 굴착된 시추공으로부터 단열자료를 얻었으며, 3차원 단열망을 형성하기 위하여 단열의 방향과 강도에 대한 통계적 분석을 수행하였다. 이후 구축된 단열망을 토대로 지하수 유동 모델링을 수행하였으며, 단열면의 거칠기, 공동 상부의 단열대 존재, 그라우팅 효과 또한 고려해주었다. 본 연구에서는 공동 상부와 수벽공사이의 연결된 단열망을 통한 지하수 유동 체계를 파악하였으며, 공동 주변의 기밀성 유지를 위해 요구되는 수리경사와 압력수두가 국지적으로도 만족하는지 조사하였다. 그 결과 ？berg 이론을 적용하여 공동 상부와 수벽공사이의 수직 수리경사가 1.0 을 만족하더라도, 국지적으로 수리경사가 1.0 미만으로 떨어졌으며 압력수두 역시 운영압인 10 m 보다 작은 구간이 상당 구간 예측되었다. 수직 수리경사를 1.0 에서 1.2 로 증가 시켜주었을 때, 국지적으로 공동 주변의 기밀성 조건을 만족하였다. Order 3등급의 단열대로 추정되는 단열빈도가 큰 EL. 80 ~ 60 m 구간에 대해서는 수직 수리경사가 1.0 이여도 기밀성 조건을 만족하였다. 단열면의 간극이 불규칙적으로 변하는 경우는 기밀성 조건에 거의 영향을 미치지 않았다. 한편, 그라우팅 효과를 고려한 경우, 그라우팅으로 인한 공동 주변의 투수량계수 감소로 인하여 공동 주변에서 수리경사가 급격히 증가하여 기밀성 확보에 도움이 되는 것으로 나타났다. 그러나 그라우팅이 없는 경우의 수두 분포는 그라우팅 처리를 한 경우에 비해 동일지점에서 3 ~ 4 m 정도 감소하였다. 이는 그라우팅 처리는 초기에 효과가 있지만, 장기적 공동 운영으로 인하여 그라우트재가 풍화에 의해 손상될 경우 지하수위를 전반적으로 강하시키는 현상을 유발할 수 있다.

#석유비축 #단열망 구축 #지하수유동모델링

1. 서론 1
2. 연구지역 지형 및 관정 현황 6
2.1. 연구지역의 지형 및 지질 6
2.2. 연구지역 내 관정 현황 11
3. 3차원 단열망 구축 13
3.1. 단열강도 (fracture intensity) 13
3.1.1. 심도별 단열빈도 (fracture intersection frequency) 13
3.1.2. 단열밀도 및 강도 해석 16
3.1.3. 단열강도의 보정 (calibration) 19
3.2. 단열방향 (fracture orientation) 21
3.2.1. 공동 내 시추공의 단열방향 23
3.2.2. 지하공동에서의 단열방향 해석 25
3.2.3. 단열방향 보정 26
3.3. 3차원 단열망 재현 29
4. 지하수 유동 모델링 30
4.1. 블록 수리전도도(block permeability)를 이용한 단열의 투수량계수 보정 31
4.2. 수벽공과 지하공동 주변의 수리경사 및 압력수두 변화 33
4.2.1. 균일 단열면(parallel-walled fracture)에서의 수리경사 및 압력수두 변화 34
4.2.2. 거친 단열면(rough-walled fracture)에서의 수리경사 및 압력수두 변화 38
4.2.3. 그라우팅의 영향 (grouting effect) 44
4.3. 투수성이 큰 영역을 반영한 지하수 유동 모델링 46
4.3.1. 블록 수리전도도(block permeability)를 이용한 단열의 투수량 계수 보정 46
4.3.2. 수벽공과 지하공동 주변의 수리경사 및 압력수두 변화 47
5. 결론 52
참고문헌 54
Abstract 59

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