叶功勤等：充填型单缝煤岩水力脉动解堵试验研究 351· 粉充填，模拟裂隙被煤粉充填受堵的状态，最后完 匀，将煤粉分三次充填.充填过程中先用细刷和1mm 成预制裂缝一侧贯通面密封（图3）.煤岩通过粉碎 直径钢丝将煤粉沿裂隙长轴均匀送至孔内，然后采 机打成粉末，并采用土工筛进行筛选以保证煤粉 用厚度l.5mm带刻度钢尺进行压实，确保每次煤 粒径≤0.5mm.为了保证煤粉在缝内充填紧实均 份压实深度为4cm.如此三次后，完成煤粉充填 Stop plate 40 Coal 120 Fissure cuttings 1.5 Output tube Output J tube 300 120 Top view Side view 图3煤粉充填后的试样和示意图（单位：mm) Fig.3 Sample with coal filling and its schematic diagram (unit:mm) 1.3试验方案 本次实验采用可调频脉动注液系统对试样开 展脉动压力解堵试验.选择清洁压裂液体系作为 水力解堵介质，压裂液黏度为l5mPas,注液速度 控制在10mLs,解堵总时间为60s:据前期研究 和同课题组人员论证8-20，选择适于该煤岩储层 的3组低频脉冲频率(1,3和5Hz)和1组定常液 图4煤粉收集(a)和烘干(b) 注液(0Hz),相关参数见表2 Fig.4 Coal cutting collection (a)and drying (b) 表2解堵试验参数设置 2试验结果及分析 Table 2 Unblocking test scheme 2.1解堵压力曲线分析 Number Frequency/ Vertical sealing Horizontal lateral Test Hz pressure/MPa pressure /MPa groups 如图5(a)所示，定常流解堵压力曲线的特点 1 0 1.5 0.5 1 为曲线随时间变化分为三个阶段.压力上升阶段： 2 1.5 0.5 压裂液持续输入煤粉充填的裂隙中，由于煤粉碎 3 3 1.5 0.5 2 屑的充填阻碍了压裂液的渗透，使压力持续上升， 1.5 0.5 2 当上升压力克服煤粉碎屑阻力时，压力曲线进入 第二阶段.压力阶梯下降阶段：在流体压力的持续 在设置相关参数后，进行试验.将试件装入试 推动下，碎屑物沿裂隙向远端导流孔逐渐运移，形 验台，在导流管后接软管通入烧杯中，用以盛放解 成主要渗流通路后缝内压力衰落.第三个阶段：形 堵试验过程中运移的煤粉.在试验开始前调整注 成稳定的渗流路径，压力波动稳定 液系统的平均输出流量为10mLs,开始试验时 图5(b)~图5(d)为解堵试验进行60s的脉动 同时采集流体的压力数据，并控制解堵注液时间 解堵压力曲线.从图中可以看出，脉动解堵压力随 为60s. 时间的变化也可分为三个阶段：压力上升阶段、压 试验完成后，取出烧杯，记录下质量.然后将 力下降阶段和压力波动稳定阶段.其对应解堵过 烧杯放在加热炉上先进行初次蒸干，再放入烘箱 程的三个阶段：流体充满但未形成通路，在裂隙中 在105℃条件下烘干4h,称量解堵运移出的煤粉 憋压：形成渗流通路，煤粉随压裂液流出，压力快 质量.并且在试验完成的同时，取下试验台上的试 速下降：脉冲流体形成稳定渗流通路，脉动压力波 件，对其缝内煤粉运移状态进行记录（图4）. 动稳定.这与定常流下压力变化趋势相似，但脉动粉充填，模拟裂隙被煤粉充填受堵的状态，最后完 成预制裂缝一侧贯通面密封（图 3）. 煤岩通过粉碎 机打成粉末，并采用土工筛进行筛选以保证煤粉 粒径≦0.5 mm. 为了保证煤粉在缝内充填紧实均 匀，将煤粉分三次充填. 充填过程中先用细刷和 1 mm 直径钢丝将煤粉沿裂隙长轴均匀送至孔内，然后采 用厚度 1.5 mm 带刻度钢尺进行压实，确保每次煤 份压实深度为 4 cm. 如此三次后，完成煤粉充填. Flow direction 1.5 Fissure Output tube Output tube Coal cuttings Stop plate 40 120 120 120 300 Top view Side view 300 图 3    煤粉充填后的试样和示意图（单位：mm） Fig.3    Sample with coal filling and its schematic diagram (unit: mm) 1.3    试验方案 本次实验采用可调频脉动注液系统对试样开 展脉动压力解堵试验. 选择清洁压裂液体系作为 水力解堵介质，压裂液黏度为 15 mPa·s，注液速度 控制在 10 mL·s−1，解堵总时间为 60 s；据前期研究 和同课题组人员论证[18−20] ，选择适于该煤岩储层 的 3 组低频脉冲频率（1，3 和 5 Hz）和 1 组定常液 注液（0 Hz），相关参数见表 2. 表 2 解堵试验参数设置 Table 2   Unblocking test scheme Number Frequency/ Hz Vertical sealing pressure/MPa Horizontal lateral pressure /MPa Test groups 1 0 1.5 0.5 1 2 1 1.5 0.5 2 3 3 1.5 0.5 2 4 5 1.5 0.5 2 在设置相关参数后，进行试验. 将试件装入试 验台，在导流管后接软管通入烧杯中，用以盛放解 堵试验过程中运移的煤粉. 在试验开始前调整注 液系统的平均输出流量为 10 mL·s−1，开始试验时 同时采集流体的压力数据，并控制解堵注液时间 为 60 s. 试验完成后，取出烧杯，记录下质量. 然后将 烧杯放在加热炉上先进行初次蒸干，再放入烘箱 在 105 ℃ 条件下烘干 4 h，称量解堵运移出的煤粉 质量. 并且在试验完成的同时，取下试验台上的试 件，对其缝内煤粉运移状态进行记录（图 4）. 2    试验结果及分析 2.1    解堵压力曲线分析 如图 5（a）所示，定常流解堵压力曲线的特点 为曲线随时间变化分为三个阶段. 压力上升阶段： 压裂液持续输入煤粉充填的裂隙中，由于煤粉碎 屑的充填阻碍了压裂液的渗透，使压力持续上升， 当上升压力克服煤粉碎屑阻力时，压力曲线进入 第二阶段. 压力阶梯下降阶段：在流体压力的持续 推动下，碎屑物沿裂隙向远端导流孔逐渐运移，形 成主要渗流通路后缝内压力衰落. 第三个阶段：形 成稳定的渗流路径，压力波动稳定. 图 5（b）～图 5（d）为解堵试验进行 60 s 的脉动 解堵压力曲线. 从图中可以看出，脉动解堵压力随 时间的变化也可分为三个阶段：压力上升阶段、压 力下降阶段和压力波动稳定阶段. 其对应解堵过 程的三个阶段：流体充满但未形成通路，在裂隙中 憋压；形成渗流通路，煤粉随压裂液流出，压力快 速下降；脉冲流体形成稳定渗流通路，脉动压力波 动稳定. 这与定常流下压力变化趋势相似，但脉动 (a) (b) 图 4    煤粉收集（a）和烘干（b） Fig.4    Coal cutting collection (a) and drying (b) 叶功勤等： 充填型单缝煤岩水力脉动解堵试验研究 · 351 ·