Numerical Analysis for Geomechanical Deformation of Sea Bed due to Gas Hydrate Dissociation

가스하이드레이트 해리에 따른 해저지반의 역학적 변형 해석

김형목¹⁾*

Numerical Analysis for Geomechanical Deformation of Sea Bed due to Gas Hydrate Dissociation

Hyung-Mok Kim*

(Received 9 March 2015; Final version Received 15 April 2015; Accepted 17 April 2015)

Abstract : In this study, we examined the influence of in-situ stress and bottom hole pressure on dissociation-induced geomechanical deformation of hydrate-bearing formation in a numerical manner. The sequentially coupled analysis of TOUGH+Hydrate and FLAC3D was employed for the simulation of hydrate dissociation and subsequent dissociated gas flow as well as stress/deformation analysis of the surrounding formations, respectively. The simulation model was constructed using the information of the Ulleung basin from the recently published work (Lim, 2013; Moridis et al., 2013). We could observe that subsidence may occur in a homogeneous way and was sensitive to stiffness properties of sea beds. The subsidence was more substantial when initial stress condition is anisotropic, but depressurization level at the bottom hole was more influential to the subsidence rather than the initial stress condition. The potential for shear failure in hydrate-bearing formation and surrounding ground induced by effective stress change was predicted to be little.

Key words : Hydrate bearing sediments, Sea bed, Gas hydrate, Geomechanical deformation, Dissociation 요 약 : 본 연구에서는 수치해석을 통해 가스하이드레이트 함유층 내 초기응력분포 및 가스 생산을 위한 감압 압력이 해저 지반의 역학적 변형에 미치는 영향을 살펴보았다. 해석기법으로는 가스하이드레이트의 해리 및 해리 가스와 공극 유체의 열유동뿐만 아니라 주변 지반 내 응력 및 변형을 동시에 시뮬레이션할 수 있는 TOUGH+Hydrate와 FLAC3D를 순차해석하는 방식을 사용하였다. 동해 울릉분지 시추조사 결과에 근거한 기존 해석사례(Lim, 2013; Moridis et al., 2013)를 이용한 모델 해석 결과, 침하는 균등한 양상으로 발생하였으며, 침하량은 해저 지반의 강성 특성에 매우 민감한 반응을 보였다. 수평응력에 비해 수직응력이 우세한 이방성 응력조건에서 침하량이 다소 증가하는 결과를 보였으며 초기응력분포보다 감압 시 공저 압력 수준에 상대적으로 민감한 결과를 보였다. 가스하이드레이트 해리에 따른 상부 지층 및 주변 해저 지반의 유효 응력 변화에 의한 전단파괴는 일어나지 않는 것으로 예측되었다.

주요어 : 하이드레이트 함유퇴적층, 해저지반, 가스하이드레이트, 역학적 변형, 해리

1) 세종대학교 에너지자원공학과

*Corresponding Author(김형목) E-mail; [email protected]

Address; Department of Energy and Mineral Resources Engineering, Sejong University

ISSN 2288-2790(online) Vol. 52, No. 2 (2015) pp. 148-157, http://dx.doi.org/10.12972/ksmer.2015.52.2.148

서 론

천연가스(CH4)가 저온고압조건에서 물분자와 물리적 결합을 통해 고체상태로 형성된 가스하이드레이트는 미 래에너지자원으로 많은 주목을 받고 있다. 가스하이드레 이트 형태로 존재하는 천연가스 매장량은 전 세계 에너 지수요를 약 350년간 공급가능할 정도의 막대한 양으로

대부분 심해저 지반환경에 부존하고 육상 영구동토에도 일부 존재하는 것으로 알려져 있다. 국내에서도 동해 울 릉분지에 연간 천연가스 사용량 2,000만톤의 30년 사용 분에 해당하는 약 6 억톤의 가스하이드레이트가 매장되어 있음을 탐사와 시추를 통해 확인한 바 있다(Huh, 2005).

가스하이드레이트로 부터의 천연가스 생산은 고체 형 태의 하이드레이트의 직접 회수방식이 아닌 주변 온도 및 압력 조건 변화를 유발하여 발생하는 해리(dissociation) 가스를 시추공을 통해 생산하게 된다. 가스하이드레이트 생산 방식으로는 열수주입(thermal stimulation), 감압 (depressurization), 억제제주입(inhibitor injection)을 통 한 해리유발 방식이 제안되어 감압법에 의한 가스 생산 연구논문

Fig. 1. Sequentially coupled analysis of TOUGH+Hydrate and FLAC3D for geomecanical deformation of gas hydrate bearing subsea bed (Rutqvist & Moridis, 2007).

이 가장 상업적 생산에 적합한 것으로 알려져 있다(Lee, 2009). 가스하이드레이트 해리 과정에서는 단위 부피의 하이드레이트로부터 약 170 m³의 천연가스를 회수할 수 있으나, 고체에서 기체로의 상변화에 따른 가스하이드레 이트 함유 지층의 강도 및 강성도(stiffness)저하를 수반 하는 것으로 알려져 있다(Matsui et al., 2005; Kwon &

Cho, 2008; Park, 2008; Song et al., 2014; Hyodo et al., 2014).

가스하이드레이트 함유 지층의 강도 및 강성도 저하는 해저지반의 침하를 유발하여 상부 생산 시설 및 시추공 에 심각한 피해를 일으킬 수 있을 뿐만 아니라, 해저 사 면의 붕괴 및 해리 과정에서 발생한 천연가스가 대기 중 으로 누출될 경우 이산화탄소의 약 20여 배에 해당하는 온실가스효과를 초래할 수 있다. 따라서, 해리 천연가스 의 주된 누출 경로를 제공하는 시추공벽과 주변 퇴적층 사이의 간극 및 해저 지반 내 유효응력의 변화로 인해 형성되는 미끄러짐면을 통한 누출 발생 가능성을 사전에 예측할 필요가 있다.

가스 생산 과정에서 발생하는 해저 지반 내 역학적 변 형 거동은 가스하이드레이트의 상변화 과정에서의 온도 및 압력 변화, 해리 천연가스 및 공극수의 유체 유동과 연계된 복합 거동의 형태로 발생한다. 이러한 열-수리-역 학적 복합거동의 시뮬레이션을 위해 TOUGH+Hydrate (Moridis et al., 2008)와 FLAC3D(Itasca, 2009)를 연계 한 해석기법이 제안되어 캐나다 Malik project와 미국 Alaska 지역을 대상으로 한 시험해석에 적용된 바 있다 (Rutqvist et al., 2012). 일본에서는 2013년 세계 최초로 해양 가스하이드레이트층으로부터 감압법에 의한 시험 생산을 실시하여 가스 생산가능성 및 생산 시추공의 건 전성 등을 확인한 바 있다(Yamamoto, 2014). 국내에서

도 2004년 6월 ‘가스하이드레이트 자원개발 사업 기본 계획’ 수립 이후 동해 울릉분지에서의 시험 생산을 위한 실험적 연구와 시뮬레이션 기법을 통한 실험 결과의 재 현 및 예측 연구가 활발히 추진되어 왔다(Lee et al., 2011; Moridis et al., 2013; Lim, 2013; Kim & Rutqvist, 2014; Kim J.S. et al., 2014; Kim A.R. et al., 2014).

본 연구에서는 열-수리-역학적 연계 수치해석기법을 이용하여 동해 울릉분지 시추를 통해 획득한 물성을 반영 한 가스하이드레이트 생산 해석을 수행하고, 초기응력 등 의 불확실성 변수와 생산정 공저압력(bottom hole pressure) 등과 같은 주요 설계변수가 해저지반의 침하량 및 응력 변화 등과 같은 역학적 변형 양상에 미치는 영향을 살펴 보았다.

해석방법, 해석모델 및 해석조건

해석방법

가스하이드레이트 회수 생산과정에서 발생하는 해리, 해리 가스를 포함한 다상다성분 공극 유체 유동, 공극압력 변화, 주변 해저지반의 역학적 변화는 TOUGH+Hydrate 와 FLAC3D의 해석코드를 순차적으로 반복하는 연계해 석 기법을 사용하여 시뮬레이션하였다(Fig. 1). 해리 과 정에서 발생하는 가스 압력 상승과 유효응력의 변화, 이 에 따른 공극구조 및 투과특성 변화, 해리에 따른 해저지 반의 강도 및 강성 특성 변화는 FLAC3D의 FISH 함수 를 사용한 연계모듈(coupling module)을 통해 계산결과 를 상호 참조하는 방식(Rutqvist and Moridis, 2007)에 해당한다. 이러한 순차연계해석기법은 각각의 해석코드 의 특징을 그대로 활용할 수 있는 장점이 있어 하이드레 이트의 생성 및 해리과정에서의 복잡한 상변화와 주변

(a) Model geometry (b) Analysis mesh

Fig. 2. Axi-symmetric model geometry and analysis conditions for geomechanical deformation of gas hydrate bearing subsea bed induced by gas production (mbsl: meter below sea level, mbsf: meter below sea floor)

해저지반의 탄소성거동 및 크립(creep) 등과 같은 다양 한 거동 뿐만 아니라 추가적인 기능 개발이 용이하여 향 후의 시험 및 상업용 생산 해석에 효과적으로 활용할 수 있다.

해석모델

본 연구에서는 국내 가스하이드레이트 시험생산 유력 후보지인 동해 울릉분지를 대상으로 해석을 실시하였으 며 해석모델 및 해석조건은 Lim(2013)과 동일하게 설정 하였다(Fig. 2). 본 해석모델은 KIGAM(2011) 및 Shin et al.(2012)에 제시된 정보에 기초한다. 해석모델은 해 수면 아래 2,150 m 심도에 위치하고 가스하이드레이트 함유 퇴적층(Hydrate Bearing Sediments, HBS)은 해저 지반 아래 140 m 심도에 20 m의 두께로 형성된 것으로 가정하였다. HBS 상부와 하부에는 두께 140 m와 20 m 의 퇴적층이 존재하고 직경 10 cm의 수직시추공을 이용 한 감압법을 적용하여 해리 가스를 생산하는 것으로 가 정하였다. 감압은 해저지반 아래 145에서 155 m의 10 m 구간을 대상으로 30일 동안 유지하여 생산하는 것으 로 하였다.

해석조건

초기조건 및 경계조건

해석모델 상부의 압력 및 온도조건은 22.2 MPa 및 0.7℃

이고(Lim, 2013), 해저 지반 내 온도구배는 동일 지역의 해석 사례를 참고하여 112℃/km를 설정하였다(Moridis

et al., 2013). 다만, 본 해석에 사용한 온도구배는 일반 적인 값에 비해 상당히 큰 값으로 향후 시험생산 예비해 석에서는 현장측정치를 이용한 해석이 수행되어야 할 것 이다. 따라서, 가스 생산을 위한 감압 구간 심도에서의 초기 압력 및 온도는 각각 23.7 MPa 및 17.5℃와 같다.

생산정 공저압력은 설계 최종 목표에 해당하는 7 MPa로 일정하게 유지하는 것을 기본조건으로 하였으며, 본 연 구지역에서의 해리 과정에서 흡열반응으로 인한 얼음 형 성을 피하기 위한 최저 압력에 해당하는 3 MPa(Moridis et al., 2013)까지 감압하는 경우를 비교 해석대상으로 하였다.

축대칭 해석모델의 좌우경계와 하부는 각각 수평방형 과 수직방향으로의 변위만 구속하고, 해석모델 상부는 수심에 해당하는 수압이 일정하게 작용하는 것으로 설정 하였다. 해저지반 내 수평 및 수직응력이 동일한 등방성 지압조건을 기본 조건(K = 수평응력/수직응력 = 1)으로 하여, 기존 해석 사례에서 사용한 이방성 초기응력 조건 (K = 0.8, 1.3, Rutqvist et al., 2012)의 경우와 비교 해석 을 실시하였다.

본 해석에서 사용한 주요 물성은 Table 1 및 2와 같다.

Table 1의 물성은 Lim(2013)의 연구에서 사용한 값으로 동해 울릉분지의 2차 시추지역 자료로부터 계산한 평균 값에 해당한다. Lim(2013)의 연구에서는 가스하이드레 이트의 해리에 수반되는 상변화 및 다상다성분 유체유동 은 실제 시뮬레이션하지 않고 FLAC2D를 이용한 역학적 변형 해석에서 계산된 공극 압력을 사용하여 해리 반응을

Table 1. Thermodynamic properties in the analysis

Parameter Value

Initial pressure at sea bed floor (MPa) 22.2

Intial temperature at sea bed floor (℃) 0.7

Water salinity (mass fraction) 0.003

Initial saturations in the HBS 0.5

Intrinsic permeability (m²) HBS Upper Lower

1.75 × 10^-13 9.9 × 10^-18 9.99 × 10^-18

Porosity (-) 0.67 0.76 0.63

Bottom-hole pressure at the well (MPa) 7

Dry thermal conductivity (W/m/K) 0.5

Wet thermal conductivity (W/m/K) 3.1

Specific heat (J/kg/K) 1,000

Relative permeability model (Moridis et. al., 2008)

_ _^^

_ _^^

_^ __ _

_^ __ _

HBS Upper and Lower layers

n 3.5 5.0

m 2.5 3.0

_ 0.01 0.05

_ 0.20 0.50

Capillary pressure model (van Genuchten, 1980)

_{ }_^^{ } ^{ }

^_{ }

__

__

HBS Upper and Lower layers

 0.45 0.15

_ 1

_ 10^-4 10^-5

_ 1.0

Table 2. Geomechanical properties in the analysis

Lim (2013) Moridis et al.(2013)

Layers HBS Upper Lower HBS Upper Lower

Bulk density (kg/m³) 2630 2620 2660 2600

Bulk modulus (MPa) 166.67 (10.34)

20.52 (11.19)

17.76 (8.25)

667

(95) 233 667

Shear modulus (MPa) 100 (6.20)

12.31 (6.71)

10.66 (4.95)

609

(87) 24 69

Cohesion (MPa) 1.25 0.075 0.075 0.5

Friction angle (°) 30°

*( )는 하이드레이트 포화도(SH) = 0일 때의 강성을 나타내고, 그 외는 (SH) = 1일 때의 값에 해당함.

(a) Pressure (after 30 days) (b) Temperature (after 30 days)

(c) Hydrate saturation (after 5 days) (d) Hydrate saturation (after 30 days) Fig. 3. Thermodynamic state of hydrate bearing subsea bed after gas (CH4) production.

간접적으로 모사하고 있기 때문에 TOUGH+Hydrate를 이용한 해리 및 유체 유동 해석을 위해서는 동일 지역의 해석 사례인 Moridis et al.(2013)의 입력 물성을 참조하 였다. Table 2는 응력-변형 해석을 위한 역학적 물성으 로 동일 지역 해석 사례임에도 체적변형(bulk modulus) 및 전단변형계수(shear modulus) 값에는 상당한 차이가 있음을 알 수 있다. 이는 Lim(2013)의 해석에서는 울릉 분지 내 다수의 시추조사 결과의 평균치를 사용하고 있 고, Moridis(2013)의 연구에서는 특정 시추자료에 해당 하기 때문으로 향후 시험생산 예비해석에서는 선정된 생 산정 부근 추정결과를 참조해야 할 것이다. 이들 변형계 수는 가스하이드레이트 포화도의 함수로 표현되어 해리 가 진행됨에 따라 선형적으로 감소하는 것으로 가정하였

다(Kim & Rutqvist, 2014). 또한, 기존 실내실험 결과를 참조하여(Matsui et al., 2005; Hyodo et al., 2014) 점착 력은 해리 진행에 따라 선형적으로 감소하여 완전 해리 후(SH= 0) 소멸되고, 내부마찰각은 포화도에 무관하게 일정한 것으로 가정하였다.

해석결과 및 결과토의

기본해석결과

Fig. 3은 본 해석을 통해 얻을 수 있는 주요 결과로, 30 일간의 가스 생산 해석 결과인 압력, 온도, 가스하이 드레이트 포화도 분포에 해당한다. 감압에 의한 압력 저 하(Fig. 3a) 및 흡열(endothermic)반응인 하이드레이트

(a) Contour of subsidence (after 30 days) (b) Subsidence evolution on top of HBS and at sea floor Fig. 4. Gas production-induced subsea bed subsidence.

(a) Effective stress evolution around the bottom hole at the well in HBS

(b) Stress path around the bottom hole at the well in HBS

Fig. 5. Gas production-induced stress evolution in sea bed.

해리에 의한 온도 감소(Fig. 3b)는 HBS층 내부에 균등 하게 발생함을 알 수 있다. Fig. 3c 와 3d는 생산 개시 5일 및 30일 후의 하이드레이트 포화도를 나타낸 것으 로 생산정 인근에서 초기 포화도 0.5보다 작은 값을 보 이는 해리 영역이 집중되고 있음을 알 수 있다. 생산 개 시 5일 이후 해리 범위는 생산정으로부터 약 3.5 m(Fig.

3c), 30일 이후에는 6.5 m까지 전파되는 결과를 보였다 (Fig. 3d). 생산 개시 30일 이후 해리 범위는 동일한 모 델 해석 결과인 Lim(2013)의 예측 결과인 9.3 m와 차이 를 보인다. 이는 앞서 언급한 대로 기존해석에서는 가스 하이드레이트 해리 속도가 충분히 완만하여 온도 변화가 없다는 가정하에 공극 압력 변화만을 가지고 간접적으로

추정한데서 기인하는 것으로 판단된다.

Fig. 4는 감압에 따른 공극 압력 감소와 이에 따른 유 효 응력의 증가로 인해 발생하는 압밀에 의한 침하량 예 측 결과를 나타낸다. 균등한 공극 압력 변화로 인해 수직 방향의 침하 역시 매우 균질하게 발생함을 알 수 있다 (Fig. 4a). 30일 이후 HBS층 상부 및 해저면의 침하량은 각각 3.7 m 및 6.9 m로 예측되었다(Fig. 4b). 이러한 침하 량은 기존 하이드레이트 해석사례(Rutqvist et al., 2012;

Moridis et al., 2013)에서 보고된 3∼4 m 수준에 해당 하는 값이나, 동일한 해석모델을 이용한 Lim(2013)의 예측값 0.484 m와는 큰 차이를 보였다. 이는 해리 가스와 공극 유체의 다상다성분(multi-phases and multi-components)

(a) On top of HBS (b) Around the bottom hole at the well Fig. 6. Stress evolutions under anisotropic in-situ stress conditions.

유동의 고려 유무, 흡열반응인 해리에 따른 온도 감소에 따른 열응력의 영향, 하이드레이트 포화도 및 이에 대한 선형함수로 표현된 변형계수 변화의 오차와 같은 복합적 인 요인으로 인해 침하량 예측값에 차이를 가져온 것으 로 보인다. 비교를 위해 Moridis et al.(2013)에서의 체적 및 전단 변형률을 이용한 해석의 경우, 생산 개시 30일 이후 침하량은 0.78 m 수준으로 예측되었다. 본 비교해 석을 통해 가스하이드레이트 함유층의 강성(stiffness) 특성이 침하량 예측에 큰 영향을 미침을 알 수 있으며, 시험 및 상업용 생산 해석 적용을 위해서는 해저지반 변 형계수의 정밀도 높은 측정과 실내 실험을 통한 해리 진 행에 강성도의 감소를 정확히 파악하여 반영할 필요가 있다.

앞서 기술한대로 하이드레이트 생산 과정에서의 위험 요인 중 하나는 가스 누출에 따른 온실가스효과 유발로 하이드레이트층 상부의 파괴는 해리 가스의 유력한 누출 경로를 제공할 수 있다. Fig. 5은 감압에 의한 공극 압력 의 변화에 따른 하이드레이트층 직상부 덮개암층에서의 유효 응력의 변화 양상을 나타낸 것이다. 생산 개시 이후 최대 및 최소주응력의 차이에 해당하는 전단응력이 점진 적으로 증가함을 알 수 있다(Fig. 5a). 그러나, Fig. 5b와 같은 응력경로 확인 결과, Mohr-Coulomb 파괴기준(점 착력은 없고 내부마찰각은 30°로 가정)에 의한 전단 파 괴 가능성은 없는 것으로 예측되었다.

초기응력분포의 영향

초기응력 분포가 감압에 의한 가스생산 과정에서 해저 지반의 역학적 변형 거동에 미치는 영향을 살펴보았다.

기본해석의 경우, 수평 및 수직 방향의 초기 응력 크기가 동일한 등방성 응력 분포(수평응력대 수직응력비, K = 1.0)를 가정한데 반해, Fig. 6은 K = 0.8과 1.3인 이방성 초기응력분포 조건에서의 유효응력 변화를 나타낸다. 수 평응력과 수직응력의 차이가 증가함에 따라 감압 실시 이전(t = 0)에는 등방성 초기응력 조건에 비해 파괴기준 식에 근접한 상태이나 가스 생산이 진행됨에 따라 유효 응력의 증가와 함께 파괴조건에서 점점 멀어져 안전측으 로 진행하는 결과를 볼 수 있다. HBS 상부(Fig. 6a)에 비해 생산정 공저 부근에서의 유효 응력 상태(Fig. 6b)는 해리 현상의 직접적 영향으로 인해 상이한 양상을 보이 나 전단파괴를 유발하는 수준에는 도달하지 않는 것으로 예측되었다. 해저면 침하량의 경우, K = 0.8 조건에서 30 일 생산 후 약 80 cm로 예측되어, 등방성 및 K = 1.3 조 건의 78 cm에 비해 큰 차이를 보이지는 않았다(Fig. 7).

생산정 공저 압력의 영향

Fig. 7 및 8은 등방성 초기응력 조건에서 생산정 공저 압력(bottom hole pressure, BHP)을 3 MPa까지 감압할 때의 침하량 및 응력 변화 양상을 나타낸다. 3 MPa은 울릉 분지에서의 시추 조사를 통한 초기 조건을 사용하 여 해리 과정에서의 가스하이드레이트의 재생성을 방지 할 수 있는 최저압력 수준에 해당한다(Moridis et al., 2013). 하이드레이트 재생성은 공저 압력의 감압속도에 도 영향을 받는 것으로 보고되고 있으나(Lim, 2013), 본 연구에서는 감압수준만을 검토하였다. Fig. 7에서 공저 압력 3 MPa 조건에서의 30일 생산 후 침하량은 약 85 cm로, 기본 조건의 BHP = 7 MP에 비해 9% 정도 증가

Fig. 7. Sea bed flow subsidence under different conditions.

Fig. 8. Stress evolution when bottom hole pressure is reduced to 3 MPa from 7 MPa.

하여 초기응력 이방성의 영향보다 공저 압력 감소에 따 른 침하량 변화가 상대적으로 큼을 알 수 있다. Fig. 8은 공저 압력 3 MPa로 감압 생산할 경우의 응력 변화로 기 본 조건에서의 해석 결과와 유사한 양상으로 전단파괴 가능성은 없는 것으로 예측되었다. 따라서, 감압을 통한 가스하이드레이트 생산 과정에서의 해저지반의 역학적 안정성 향상을 위해서는 적절한 공저 압력 설계를 통한 침하량 관리가 중요할 것으로 보인다.

요약 및 결론

본 연구에서는 가스하이드레이트의 해리과정에서 발 생하는 해저지반의 역학적 변형에 관한 수치해석을 실시 하고 가스하이드레이트 함유층 내 초기응력분포 및 가스 생산을 위한 감압 압력 수준이 지반 침하 및 전단파괴와 같은 역학적 변형에 미치는 영향을 살펴보았다. 이를 위 해 가스하이드레이트의 해리 및 해리 가스와 공극 유체 의 열유동과 주변 지반 내 응력 및 변형을 동시에 시뮬 레이션할 수 있는 TOUGH+Hydrate와 FLAC3D를 순차 해석하는 방식을 채택하였다. 해석모델 및 입력변수 선 정을 위해서는 동해 울릉분지 시추조사 결과에 근거한 기존 해석사례(Lim, 2013; Moridis et al., 2013)를 참고 하였다.

수직 시추공을 통한 감압법에 의한 가스 생산 해석결 과, 가스하이드레이트 함유층 및 상부 해저 지반을 포함 한 광범위한 지역에 균등한 침하가 발생할 수 있음을 확 인하였다. 침하량은 해저 지반의 강성 특성에 상당히 민 감한 반응을 보였다. 따라서, 가스 생산 과정에서의 침하 량 예측 정밀도 향상을 위해서는 해저 지반의 체적 및 전단강성률과 이들 강성의 가스하이드레이트 포화도에 따른 변화 양상을 정확히 파악해야 할 필요가 있다. 수평 응력에 비해 수직응력이 우세한 이방성 응력조건에서 침 하량이 다소 증가하였으나, 침하량은 초기응력분포보다 는 감압시 공저 압력에 상대적으로 민감하게 반응하였 다. 따라서, 생산 시설 및 시추공의 안전성 확보를 위해 서는 감압 압력의 적정 설계를 통한 침하량 조절이 요구 된다.

가스하이드레이트 해리에 따른 상부 지층 및 주변 해 저 지반의 유효 응력 변화에 의한 전단파괴는 일어나지 않는 것으로 예측되었다. 그러나, 본 연구는 해저 지반 구조를 매우 단순화한 해석모델로 실제 현장에서 비균질 한 지질 구조 등으로 인한 불규칙한 공극 압력 전파 및 국부적인 유효 응력의 집중이 발생할 경우, 대규모 변형 의 발생 및 지반 파괴로 인한 시추공 손상 및 해리 가스 의 누출이 발생할 수 있으므로 시험 및 상업용 생산을 위해서는 이들 지질 구조를 반영한 사전 검토가 반드시 이루어져야 한다. 시추 조사를 통해 동해 울릉분지의 가 스하이드레이트 함유층은 이암과 사암이 교대로 분포하 는 호층구조로 형성되어 있음이 확인된 바 있다. 향후 해 당지역의 상세 지질구조적 특징 및 해저 지반 물성의 정 밀 조사 결과를 반영한 추가 해석을 실시함으로써 가스 시험생산과정에서의 안전성 향상에 유용한 정보를 제공 할 수 있을 것으로 기대된다.

감사의글

이 논문은 2014년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연 구재단의 기초연구사업 지원을 받아 수행된 결과입니다 (과제번호 2013R1A1A2004605). 해석 수행에 도움을 주신 미국 버클리국립연구소의 Jonny Rutqvist 박사님께 감사 드립니다.

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김 형 목

현재 세종대학교 에너지자원공학과 부교수 (本 學會誌 第51券 第6号 參照)

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