관정 시멘팅 재료의 물리역학물성 및 시멘트층의 안정성 분석 (Physical and Mechanical Properties of Cements for Borehole and Stability Analysis of Cement Sheath)

서지정보

· 발행기관 : 대한지질공학회
· 수록지 정보 : 지질공학 / 26권 / 1호 / 101 ~ 115페이지
· 저자명 : 김기덕, 이희권, 김태희, 김교원

초록

관정의 시멘팅 재료로 사용될 수 있는 두 시멘트 물질(KS-1 보통 포틀랜드, Class G)의 물/고체(고체=시멘트) 중량비와 첨가제인 비산재의 부피함량 변화에 따른 이들 물질들의 물리역학적 물성 변화를 파악하기 위해 실내물리역학실험을 실시하였다.
KS-1 보통 포틀랜드 시멘트의 경우 물/고체(고체=시멘트) 중량비를 변화시키며, Class G 시멘트의 경우 물/고체(고체=비산재+ 시멘트)을 고정한 채 비산재:시멘트의 부피비를 변화시키며 시료를 제작하였다. KS-1 보통 포틀랜드 시멘트의 경우 물/고체 중량비가 증가할수록, Class G 시멘트의 경우 비산재의 함량이 증가할수록, 공극률 증가, 밀도감소, 음파속도(P, S파) 감소. 탄성상수(영율, 포아송비) 감소, 압축 및 인장강도 저하, 열전도도 감소, 비열 증가의 경향을 보였다. 또한 구속압(σ3)의 증가와 비산재 함량의 증가는 재료의 소성파괴거동을 초래하였다. 이 실내실험결과를 이용하여, 여러 주입공 페라미터(케이싱, 시멘트층의두께, 주입압, 주입공 경사방향 및 경사각, 주입공 심도)등을 변화 시키면서, 시멘트층의 안정성 분석을 실시하였다. 분석결과낮은 주입압과 경사정 혹은 수평정에서는 시멘트층이 안정하였으나, 다른 조건에서는 시멘트층에서 주로 인장파괴가 관찰 되었다.

영어초록

We carried out laboratory material tests on two cements (KS-1 ordinary Portland and Class G) with changing W/S (Water/ Solid) and the content of fly ash in order to evaluate their physical and mechanical properties. The specimens of KS-1 ordinary Portland cement were prepared with varying W/S (Solid=cement) in weight, while those of Class G cement were prepared with changing the content of fly ash in volume but maintaining W/S (Solid=cement+fly ash). The results of the material tests show that as the W/S in KS-1 ordinary Portland cement and the content of fly ash in Class G cement increase, the properties (density, sonic wave velocity, elastic constants, compressive and tensile strengths, thermal conductivity) decrease, but porosity and specific heat increase. In addition, an increase in confining pressure and in the content of fly ash leads to plastic failure behavior of the cements. The laboratory data were then used in a stability analysis of cement sheath for which an analytical solution for computing the stress distribution induced around a cased, cemented well was employed. The analysis was carried out with varying the injection well parameters such as thickness of casing and cement, injection pressure, dip and dip direction of injection well, and depth of injection well. The analysis results show that cement sheath is stable in the cases of relatively lower injection pressures and inclined and horizontal wells. However, in the other cases, it is damaged by mainly tensile failure.

참고자료

· 없음