煤层脉动水力压裂动静态响应数值模型及求解

煤层脉动水力压裂是一项大范围提高煤层渗透率的新技术,但针对脉动应力波在实际地层的传播、扰动规律研究较少。采用交错网格数高阶有限差分法,结合完全匹配层和准静态围压加载两种边界条件,建立了含围压无限大弹性地层脉动水力压裂动静态响应数值模型,并研究了不同加载方式、频率、振幅、围压条件下煤层最小主应力峰值分布规律。研究表明：由于应力波传播及干涉效应,相同围压、振幅条件下脉动压裂增透扰动区域远大于准静态压裂;煤层增透面积随震源频率和振幅的增加而增大,振幅需要克服由围压控制的启动压力才能产生增透区;增透面积与地层主应力成反相关且最小主应力起主导作用,其由3.5 MPa下降至2.0 MPa时,增透面积最高可提升600%。模型可模拟准静态和脉动加载下煤层的力学响应,其结果可为优化脉动水力压裂工艺参数提供指导。