煤層脈動(dòng)水力壓裂壓力波沿裂隙傳播規(guī)律和解堵機(jī)理研究.pdf

1、煤層水力壓裂技術(shù)用于突出防治、頂板管理和強(qiáng)化瓦斯抽采，在煤礦井下得到了廣泛的應(yīng)用。煤層脈動(dòng)水力壓裂是一種新型的壓裂技術(shù)，與傳統(tǒng)的恒壓水力壓裂相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，并在工業(yè)應(yīng)用中取得了顯著的效果。為了進(jìn)一步揭示煤層脈動(dòng)水力壓裂的壓裂機(jī)制，有效的提高脈動(dòng)水力壓裂效果，本文以實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法，研究脈動(dòng)水力壓裂動(dòng)壓力波傳播和作用規(guī)律以及脈動(dòng)壓力解除裂隙堵塞的機(jī)理，在此基礎(chǔ)上研究了不同脈動(dòng)壓裂參數(shù)下脈動(dòng)壓力的變化和對(duì)壓裂效果的影響。

2、
　　文章從煤層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征為切入點(diǎn)，分析了煤層中裂隙和孔隙特征對(duì)脈動(dòng)水力壓裂的影響，為裂隙的實(shí)驗(yàn)物理模型的建立奠定基礎(chǔ)；然后對(duì)比分析了脈動(dòng)水力壓裂的發(fā)生方式，與普通水力壓裂技術(shù)的發(fā)生設(shè)備相比，脈動(dòng)水力壓裂設(shè)備能夠產(chǎn)生周期性變化的流量而非恒定流量，在煤層內(nèi)部表現(xiàn)為周期性變化的脈動(dòng)壓力。通過(guò)理論分析建立了脈動(dòng)壓力發(fā)生的數(shù)學(xué)表達(dá)式，根據(jù)目前裂隙中脈動(dòng)壓力波傳播理論模型，分析了脈動(dòng)水力壓裂壓力的傳播規(guī)律，分別從應(yīng)力和能量的角度進(jìn)行了計(jì)

3、算，得到了壓力傳播和能量傳播方程，說(shuō)明了脈動(dòng)壓力的大小受到水流速度的影響，同時(shí)脈動(dòng)壓力的衰減值與入口距離大小相關(guān)。
　　在脈動(dòng)水力壓裂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研究了水平直裂隙中脈動(dòng)壓力波傳播規(guī)律和壓裂機(jī)理分析，從脈動(dòng)水流流動(dòng)過(guò)程和煤體裂隙簡(jiǎn)化建立了實(shí)驗(yàn)的裂隙物理模型，結(jié)合脈動(dòng)壓力發(fā)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)了脈動(dòng)壓力波傳播實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)從相同頻率不同開(kāi)口和不同測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)壓力曲線變化，同時(shí)分了脈動(dòng)壓力沿程變化，對(duì)脈動(dòng)水力壓裂的機(jī)理進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上探

4、究了脈動(dòng)壓力在裂隙網(wǎng)絡(luò)中的傳播和作用機(jī)制，從裂隙網(wǎng)絡(luò)中不同角度的分叉裂隙進(jìn)行研究，建立了不同分叉夾角的裂隙模型（實(shí)驗(yàn)中選擇了30°、45°、60°、90°、120°、135°和150°），研究不同脈動(dòng)頻率、分叉夾角等不同參量條件下脈動(dòng)壓力波的傳播，將所得到結(jié)果進(jìn)行推廣討論了裂隙網(wǎng)絡(luò)中脈動(dòng)壓力波傳播規(guī)律，并結(jié)合前人的研究成果驗(yàn)證了結(jié)果的正確性。
　　最后，在第五章研究了脈動(dòng)壓力的解堵機(jī)理，前人研究認(rèn)為脈沖壓力有利于裂隙中堵塞物的解除