煤炭科学技术

作者：李全贵, 王明杰, 余旭, 倪冠华, 宋明洋, 程志恒, 孙万杰, 陈亮, 赵政舵,

关键词：脉动水力压裂, 流量控制, 脉动载荷特征值, 能量响应, 裂缝断裂类型,

脉动水力压裂技术在瓦斯抽采、页岩气开发及地热开发等储层改造领域中展现出起裂压力低、缝网复杂等优势。目前，通过控制流量实现脉动水力载荷输出是工程中的常用方法，但其裂缝扩展机制还不够明确。为此，以砂岩试件为对象，开展了真三轴流量控制式脉动水力压裂试验，分析了泵注频率和泵注速率对泵注压力、声发射能量、裂缝断裂类型及宏观破裂形态特征的影响。结果表明：流量控制式脉动水力压裂的起裂压力、跌落压力及起裂瞬态能量随泵注频率及泵注速率的增加而增大，裂缝扩展面积随泵注频率的增大而减小，随泵注速率的增大而先增大再减小。相较于常规水力压裂，其声发射能量更密集，起裂压力更低，起裂压力最大降低了21.9%，剪切裂纹占比增加5.6%～17.8%，裂缝扩展面积最大增加2.3倍。其脉动水力载荷变化复杂，起裂阶段表现为固定频率、升压力均值和幅值的坡形载荷，裂缝扩展时为固定压力上限、频率和幅值的水平循环形载荷；压力上限、下限和均值与泵注频率及泵注速率呈正相关，压力幅值与泵注频率呈负相关，随泵注频率的增大而先增大再减小。输出的脉动水力载荷类型不同，压裂产生的裂缝扩展特征差异明显。为了提高压裂效果，压裂参数设计要保证输出的脉动水力载荷具有足够的强度和幅值。

来源：2025年第2期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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