叶功勤等：充填型单缝煤岩水力脉动解堵试验研究 355· 渗流能力更强、速度也更快2-2测从而脉动压裂过 [4]Huang B X,Liu C Y,Fu J H,et al.Hydraulic fracturing after water 程其渗透所造成的储层伤害也相对较小. pressure control blasting for increased fracturing.Int/Rock Mech Min Sci,.2011,48(6):976 3结论 [5] Kabir M A,Khan MM K,Bhuiyan M A.Flow phenomena in a channel with different shaped obstructions at the entrance.Fluid 本文通过对充填型煤岩单缝水力脉动解堵过 Dyn Res,2004,35(6:391 程的注液压力、煤粉运移、解堵路径和径向渗透 [6J Yu X.Research on Propagation Law of Hydraulic Fracture 半径的分析，得出以下结论： Pressure Wave in Coal Fissures and Blockings Removal (1)脉动流体解堵压力曲线随时间的变化分 Mechanism [Dissertation].China University of Mining and 为三个阶段：压力上升阶段、压力下降阶段和压力 Technology,2016 波动稳定阶段.与定常流液体解堵相比脉动流体 (余旭.煤层脉动水力压裂压力波沿裂隙传播规律和解堵机理 研究学位论文]，北京：中国矿业大学，2016) 的解堵阀值更低，且随频率的增加解堵阀值降低， [7]He P,Xiong J Y,Lu Z H,et al.Study of pulse wave transmission 压降幅度变小，压降时间变短.同时，脉动波的疲 mechanism based on high pulse hydraulic fracturing.Chin J 劳损伤作用和振荡作用是脉动解堵的主导因素， Hydrodyn,2017,32(1):117 并能很好的解释压力曲线的变化特征 (贺培，熊继有，陆朝晖，等.基于高压脉动水力压裂的脉动波传 (2)裂隙中煤粉的运移，均主要发生在压力下 播机理研究.水动力学研究与进展(A辑)，2017,32(1)：117) 降阶段，但在压力波动稳定阶段仍有少量煤粉运 [8]Li Q G,Lin B Q,Zhai C,et al.Experimental study on action characteristic of pulsating parameters in coal seam pulse hydraulic 移.煤粉运移质量与压降时间存在良好的正相关 fracturing.J China Coal Soc,2013,38(7):1185 关系.在本试验条件下，最终煤粉的运移量，两种 (李全贵，林柏泉，翟成，等.煤层脉动水力压裂中脉动参量作用 方式运移结果相当 特性的实验研究.煤炭学报，2013,38(7)：1185) (3)相对定常流，脉动作用下压裂液携带煤粉 [9] Li A H,Liu P Q.Study on mechanism of pulsating pressure 的运移路径更为简单平直.且由于应力波的相互干 propagation disintegration in joints of bottom slab.Water Resour 涉，使脉动作用下的液流路径宽度变化十分剧烈， Hydropower Eng,2006,37(9):33 应力增大位置渗流液流路径变宽，应力降低位置 (李爱华，刘沛清.脉动压力在板块缝隙中传播衰变机理研究 路径变窄，定常流作用下渗流路径宽度变化较小 水利水电技术，2006,37(9)：33) [10]Liu P Q,Deng X Y.Numerical investigation of pressure (4)在裂隙的解堵过程中，压裂液的径向渗透 fluctuations within crack layers of lower surfaces of slabs.ChinJ 主要发生在压力升高至峰值阶段，对比于定常流 Theoret Appl Mech,1998,30(6):662 解堵，脉冲解堵渗流通路的形成时间短，渗透半径 (刘沛清，邓学蓥.多级板块缝隙中脉动压力传播过程数值研究 小，从而使得脉动作用下压裂液渗透所造成的储 力学学报，1998,30(6)：662) 层伤害也较小.综合考虑解堵压力、煤粉运移、解 [11]Teyssedou A,Onder E N,Tye P.Air-water counter-current slug 堵渗透路径和解堵渗流深度，在3Hz条件下解堵 flow data in vertical-to-horizontal pipes containing orifice type obstructions.Int J Multiphase Flow,2005,31(7):771 效果最好 [12]Li A H,Liu P Q,Xu WL.Numerical study of fluctuating pressure 参考文献 propagation within complicated fracture network due to impinging jet.J Sichuan Univ Eng Sci Ed,2009,41(5):36 [Qian B Z,Zhu J F.New progress in coal seam gas development (李爱华，刘沛清，许唯临.复杂裂隙网路内冲击射流脉动压力 and utilization.Nar Gas Oil,2010,28(4):29 传播过程数值研究.四川大学学报工程科学版)，2009,41(5)： (钱伯章，朱建芳.煤层气开发与利用新进展.天然气与石油， 36) 2010.28(4):29) [13]Zhao Z B.Study of technology of variable-frequency pulse water [2]Ge Z L.Mechanism and Experimental Study of Perforation infusion into coal seam.JMin SafEng,008,25(4):48 Increasing Production in Low Permeability Gas Reservoir with (赵振保.变颜脉冲式煤层注水技术研究.采矿与安全工程学报， Pulsed Abrasive Water Jets [Dissertation].Chongqing:Chongqing 2008,25(4):486) University,2011 [14]Zhai C,Li X Z,Li Q G.Research and application of coal seam (葛兆龙.低渗气藏脉冲磨料射流射孔增产机理及实验研究学 pulse hydraulic fracturing technology.J China Coal Soc,2011. 位论文].重庆：重庆大学，2011) 36(12):1996 [3]Li Q G,Lin B Q,Zhai C.The effect of pulse frequency on the (翟成，李贤忠，李全贵.煤层脉动水力压裂卸压增透技术研究 fracture extension during hydraulic fracturing.Nat Gas Sci Eng. 与应用.煤炭学报，2011,36(12)：1996) 2014.2:296 [15]Li X Z,Lin B Q,Zhai C,et al.The mechanism of breaking coal渗流能力更强、速度也更快[27−28] ，从而脉动压裂过 程其渗透所造成的储层伤害也相对较小. 3    结论 本文通过对充填型煤岩单缝水力脉动解堵过 程的注液压力、煤粉运移、解堵路径和径向渗透 半径的分析，得出以下结论： （1）脉动流体解堵压力曲线随时间的变化分 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. 与定常流液体解堵相比脉动流体 的解堵阀值更低，且随频率的增加解堵阀值降低， 压降幅度变小，压降时间变短. 同时，脉动波的疲 劳损伤作用和振荡作用是脉动解堵的主导因素， 并能很好的解释压力曲线的变化特征. （2）裂隙中煤粉的运移，均主要发生在压力下 降阶段，但在压力波动稳定阶段仍有少量煤粉运 移. 煤粉运移质量与压降时间存在良好的正相关 关系. 在本试验条件下，最终煤粉的运移量，两种 方式运移结果相当. （3）相对定常流，脉动作用下压裂液携带煤粉 的运移路径更为简单平直. 且由于应力波的相互干 涉，使脉动作用下的液流路径宽度变化十分剧烈， 应力增大位置渗流液流路径变宽，应力降低位置 路径变窄，定常流作用下渗流路径宽度变化较小. （4）在裂隙的解堵过程中，压裂液的径向渗透 主要发生在压力升高至峰值阶段，对比于定常流 解堵，脉冲解堵渗流通路的形成时间短，渗透半径 小，从而使得脉动作用下压裂液渗透所造成的储 层伤害也较小. 综合考虑解堵压力、煤粉运移、解 堵渗透路径和解堵渗流深度，在 3 Hz 条件下解堵 效果最好. 参    考    文    献 Qian B Z, Zhu J F. New progress in coal seam gas development and utilization. Nat Gas Oil, 2010, 28（4）: 29 （钱伯章, 朱建芳. 煤层气开发与利用新进展. 天然气与石油, 2010, 28（4）：29） [1] Ge  Z  L. Mechanism and Experimental Study of Perforation Increasing Production in Low Permeability Gas Reservoir with Pulsed Abrasive Water Jets [Dissertation]. Chongqing: Chongqing University, 2011 （ 葛兆龙. 低渗气藏脉冲磨料射流射孔增产机理及实验研究[学 位论文]. 重庆: 重庆大学, 2011） [2] Li  Q  G,  Lin  B  Q,  Zhai  C.  The  effect  of  pulse  frequency  on  the fracture extension during hydraulic fracturing. J Nat Gas Sci Eng, 2014, 21: 296 [3] Huang B X, Liu C Y, Fu J H, et al. Hydraulic fracturing after water pressure control blasting for increased fracturing. Int J Rock Mech Min Sci, 2011, 48（6）: 976 [4] Kabir M A, Khan M M K, Bhuiyan M A. Flow phenomena in a channel  with  different  shaped  obstructions  at  the  entrance. Fluid Dyn Res, 2004, 35（6）: 391 [5] Yu  X. Research on Propagation Law of Hydraulic Fracture Pressure Wave in Coal Fissures and Blockings Removal Mechanism [Dissertation].  China  University  of  Mining  and Technology, 2016 （ 余旭. 煤层脉动水力压裂压力波沿裂隙传播规律和解堵机理 研究[学位论文]. 北京: 中国矿业大学, 2016） [6] He P, Xiong J Y, Lu Z H, et al. Study of pulse wave transmission mechanism  based  on  high  pulse  hydraulic  fracturing. Chin J Hydrodyn, 2017, 32（1）: 117 （贺培, 熊继有, 陆朝晖, 等. 基于高压脉动水力压裂的脉动波传 播机理研究. 水动力学研究与进展(A辑), 2017, 32（1）：117） [7] Li  Q  G,  Lin  B  Q,  Zhai  C,  et  al.  Experimental  study  on  action characteristic of pulsating parameters in coal seam pulse hydraulic fracturing. J China Coal Soc, 2013, 38（7）: 1185 （李全贵, 林柏泉, 翟成, 等. 煤层脉动水力压裂中脉动参量作用 特性的实验研究. 煤炭学报, 2013, 38（7）：1185） [8] Li  A  H,  Liu  P  Q.  Study  on  mechanism  of  pulsating  pressure propagation disintegration in joints of bottom slab. Water Resour Hydropower Eng, 2006, 37（9）: 33 （李爱华, 刘沛清. 脉动压力在板块缝隙中传播衰变机理研究. 水利水电技术, 2006, 37（9）：33） [9] Liu  P  Q,  Deng  X  Y.  Numerical  investigation  of  pressure fluctuations within crack layers of lower surfaces of slabs. Chin J Theoret Appl Mech, 1998, 30（6）: 662 （刘沛清, 邓学蓥. 多级板块缝隙中脉动压力传播过程数值研究. 力学学报, 1998, 30（6）：662） [10] Teyssedou  A,  Önder  E  N,  Tye  P.  Air-water  counter-current  slug flow  data  in  vertical-to-horizontal  pipes  containing  orifice  type obstructions. Int J Multiphase Flow, 2005, 31（7）: 771 [11] Li A H, Liu P Q, Xu W L. Numerical study of fluctuating pressure propagation within complicated fracture network due to impinging jet. J Sichuan Univ Eng Sci Ed, 2009, 41（5）: 36 （李爱华, 刘沛清, 许唯临. 复杂裂隙网络内冲击射流脉动压力 传播过程数值研究. 四川大学学报(工程科学版), 2009, 41（5）： 36） [12] Zhao Z B. Study of technology of variable-frequency pulse water infusion into coal seam. 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