陳立超 王生維 張典坤 孟祥凱

(1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市，010051；2.晉煤集團(tuán)煤與煤層氣共采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西省晉城市，048204；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北省武漢市，430074)

與常規(guī)儲(chǔ)層相比，煤儲(chǔ)層壓裂液濾失由于天然孔裂隙系統(tǒng)極其發(fā)育且這些天然缺陷后期主導(dǎo)了壓裂液濾失的路徑和空間，因而煤儲(chǔ)層壓裂液濾失表現(xiàn)出濾失液量大、液體濾失空間非均質(zhì)性極強(qiáng)的特征，查明不同損傷程度煤巖壓裂液濾失動(dòng)力學(xué)方式及濾失速率變化規(guī)律，尤其是獲得壓裂液靜態(tài)濾失路徑、流量及流速等參數(shù)對(duì)于壓裂液降濾失劑選擇、尺寸優(yōu)化及降濾工藝改進(jìn)具有實(shí)際意義[1-2]。

長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于壓裂液濾失特征機(jī)理、降濾失材料與工藝優(yōu)化一直是業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。在壓裂液濾失動(dòng)力學(xué)方面，郭建春等研究人員構(gòu)建了天然裂縫儲(chǔ)層壓裂液濾失數(shù)學(xué)模型，提出在裂縫面高分形維數(shù)條件下壓裂液濾失速度增大，且提升壓裂液溫度會(huì)顯著增大濾失程度的結(jié)論[3]；韓金軒等研究人員將裂縫動(dòng)態(tài)滲透率和煤儲(chǔ)層裂縫-孔隙型雙重介質(zhì)特性結(jié)合，建立煤儲(chǔ)層壓裂液濾失模型，模型擬合結(jié)果表明裂縫滲透率的動(dòng)態(tài)變化導(dǎo)致天然裂縫中濾失量幾十倍的增加[4]；李愛芬等研究人員建立了計(jì)算壓裂液濾失深度及濾失速度的新模型，運(yùn)用預(yù)處理共軛梯度法求解壓裂液濾失深度、濾失速度，應(yīng)用該模型計(jì)算了濾失壓差、壓裂液粘度及界面張力對(duì)二者的影響[5]；游先勇等研究人員建立了基于滲透率張量的裂縫性儲(chǔ)層壓裂液濾失模型，認(rèn)為天然裂縫發(fā)育帶的走向在宏觀上決定了壓裂液的濾失方向和壓力波的傳播方向，壓裂液會(huì)沿著長(zhǎng)裂縫進(jìn)行濾失[6]；Amir Ghaderi等研究人員利用內(nèi)聚單元法和擴(kuò)展有限元法研究了天然裂縫及誘導(dǎo)裂縫對(duì)壓裂液濾失程度的影響[7]；在壓裂液濾失試驗(yàn)研究方面，呂其超等研究人員設(shè)計(jì)了壓裂液動(dòng)態(tài)濾失及巖心傷害測(cè)試裝置，研究了剪切速率、濾失壓降、巖心滲透率這3種因素對(duì)壓裂液濾失量、濾失系數(shù)及巖心傷害率的影響，并與常規(guī)胍膠壓裂液進(jìn)行了對(duì)比分析[8]；AymenAl-Ameri等研究人員利用自吸試驗(yàn)、穩(wěn)態(tài)滲透試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究了非常規(guī)儲(chǔ)層壓裂裂縫兩側(cè)儲(chǔ)層傷害的特征規(guī)律，提出高分子聚合物吸附導(dǎo)致后續(xù)壓裂液濾失速度減緩的結(jié)論[9]；在壓裂液濾液控制技術(shù)及儲(chǔ)層傷害方面，林波通過(guò)對(duì)GRF壓裂液濾失影響因素的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液測(cè)滲透率高于0.01 μm2時(shí)，壓裂液濾失系數(shù)增大速率較快，要考慮輔助的濾失控制措施(如氮?dú)獍樽?[10]；郭建春等研究人員針對(duì)壓裂液破膠過(guò)程微觀傷害機(jī)制進(jìn)行了深入研究[11]；周同等研究人員分析了頁(yè)巖儲(chǔ)層因壓裂液自吸作用而導(dǎo)致的壓裂裂縫壁面軟化過(guò)程及其對(duì)儲(chǔ)層整體導(dǎo)流能力的影響，并利用核磁共振手段研究了壓裂液自吸后水巖反應(yīng)[12]。從上述文獻(xiàn)不難發(fā)現(xiàn)，目前針對(duì)不同損傷程度煤體在不同壓裂液體系下的宏觀濾失路徑、壓裂液濾失動(dòng)力學(xué)方式以及濾失微觀機(jī)理影響因素等有待系統(tǒng)研究，尤其是基于滲水試驗(yàn)的煤巖靜濾失特征研究工作尚未見報(bào)道。

因此，筆者基于路面滲水試驗(yàn)思路，設(shè)計(jì)開展了3組大尺寸(350 cm3)長(zhǎng)方體煤巖試樣靜態(tài)滲水試驗(yàn)，對(duì)煤儲(chǔ)層水力壓裂中常規(guī)活性水(清潔)壓裂液、凍膠壓裂液介質(zhì)通過(guò)原生結(jié)構(gòu)煤樣、構(gòu)造煤樣條件下的靜態(tài)濾失特征參數(shù)(累積濾失量、滲水系數(shù)、滲透速率等)等進(jìn)行試驗(yàn)研究，構(gòu)建了清潔、凍膠壓裂液靜態(tài)濾失過(guò)程中滲水系數(shù)、滲透速度與壓裂液累計(jì)濾失量間的定量關(guān)系，探討了活性水、凍膠壓裂液通過(guò)原生結(jié)構(gòu)煤樣、構(gòu)造煤樣過(guò)程中滲水系數(shù)、滲透速度參數(shù)特征變化規(guī)律及微觀影響機(jī)理，以期為煤儲(chǔ)層壓裂液濾失機(jī)理深化、降濾失材料優(yōu)選及工藝優(yōu)化提供科學(xué)參考。

1 試驗(yàn)材料特征

1.1 煤巖樣品特征

本次滲水試驗(yàn)煤巖樣品采自內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤田6#煤層，煤階為長(zhǎng)焰煤(Ro,max=0.73)，煤巖宏觀類型為半亮-半暗煤，條帶狀結(jié)構(gòu)清晰，按照裂隙發(fā)育程度分為原生結(jié)構(gòu)煤和構(gòu)造煤。其中原生結(jié)構(gòu)煤樣整體裂隙發(fā)育密度較低，節(jié)理線密度在10條/5 cm以下，裂隙類型主要為卸荷張裂隙及煤巖因脫水形成的干濕循環(huán)型裂隙，煤巖整體剛度較大，彈性模量較高，煤樣橫向非均質(zhì)性不顯著，但垂直層理方向?yàn)橹旅苊簬r分層與裂隙發(fā)育煤巖分層互層，非均質(zhì)性較強(qiáng)；構(gòu)造煤樣裂隙發(fā)育密度較高，節(jié)理線密度在12條/5 cm以上，而且煤巖因卸荷作用后期節(jié)理張開度增大，節(jié)理將煤巖分層切割成若干厘米級(jí)的煤基巖塊，形成了多個(gè)煤基巖塊的堆砌結(jié)構(gòu)。宏觀上煤巖非均質(zhì)性顯著，主干節(jié)理縫對(duì)煤巖整體滲透性能和滲流途徑具有關(guān)鍵控制作用。煤樣節(jié)理縫內(nèi)煤粉顆粒含量較多，屬于內(nèi)生裂隙型分散煤粉源[13]。

1.2 壓裂液配制

本次滲水試驗(yàn)采用清潔壓裂液和凍膠壓裂液作為介質(zhì)，2種壓裂液按照50 mL的體積進(jìn)行配比。試驗(yàn)所用壓裂液配比參數(shù)見表1。

表1 試驗(yàn)所用壓裂液配比參數(shù)

2 煤巖滲水試驗(yàn)

由于煤樣內(nèi)孔裂隙缺陷極度發(fā)育，導(dǎo)致材料具有無(wú)序性、層次復(fù)雜性且空間非均質(zhì)性極強(qiáng)的結(jié)構(gòu)特征。筆者利用靜態(tài)常壓滲入法對(duì)大尺寸(長(zhǎng)×寬×高為10 cm×7 cm×5 cm)的長(zhǎng)方體原生結(jié)構(gòu)煤、構(gòu)造煤煤樣壓裂液靜態(tài)濾失特征進(jìn)行試驗(yàn)研究，由于所用煤樣大小涵蓋煤儲(chǔ)層內(nèi)生裂隙、氣脹節(jié)理及小型構(gòu)造節(jié)理[14-15]的尺度范圍，因此能夠獲取不同損傷程度的煤巖壓裂液濾失非均質(zhì)性及液體濾失靜態(tài)參數(shù)特征的變化規(guī)律。大尺寸煤樣滲水試驗(yàn)原理如圖1所示。

圖1 大尺寸煤樣滲水試驗(yàn)原理

試驗(yàn)過(guò)程中利用量筒內(nèi)壓裂液液柱自重作為工作液濾失動(dòng)力，在液體自然下滲過(guò)程中記錄量筒內(nèi)的液面變化，換算壓裂液滲入壓力、壓裂液滲水系數(shù)和滲透速度等參數(shù)，同時(shí)觀測(cè)壓裂液濾失滲入路徑和分布空間等現(xiàn)象。

為避免在滲水過(guò)程中出現(xiàn)諸如水-巖作用等對(duì)滲入特征參數(shù)干擾的可能性，本次試驗(yàn)作如下假設(shè)：

(1)煤樣為彈性材料，裂縫撐寬將導(dǎo)致兩側(cè)煤巖基質(zhì)彈性形變；

(2)壓裂液滲流過(guò)程不考慮水-巖熱交換等，熱效應(yīng)暫不考慮；

(3)暫不考慮煤巖-壓裂液間的水-巖化學(xué)反應(yīng)；

(4)滲流過(guò)程壓裂液的粘度和流變性無(wú)變化，液體連續(xù)下滲；

(5)滲入過(guò)程暫不考慮外邊界條件。

由于本次試驗(yàn)介質(zhì)滲入動(dòng)力為液柱自重，驅(qū)動(dòng)壓差較低，因此本次共進(jìn)行3大類試驗(yàn)，即清潔壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤試驗(yàn)、凍膠壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤試驗(yàn)及清潔壓裂液滲入構(gòu)造煤試驗(yàn)，而未設(shè)置凍膠壓裂液滲入構(gòu)造煤試驗(yàn)。每類試驗(yàn)共進(jìn)行4組，期間向4塊煤樣中分別滲入50 mL體積的壓裂液，后期記錄量筒內(nèi)液柱下降特征及煤巖試樣的滲水特征現(xiàn)象，包括：壓裂液濾失滲入的通道路徑、壓裂液固相顆粒濾餅分布特征、滲水系數(shù)、滲水速度隨時(shí)間變化規(guī)律等。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 清潔壓裂液滲入煤巖壓裂液濾失試驗(yàn)現(xiàn)象

清潔壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤樣主要通過(guò)煤巖內(nèi)生裂隙滲流和煤基巖塊致密基質(zhì)擴(kuò)散滲透的形式進(jìn)行，其中內(nèi)生裂縫部位壓裂液快速推進(jìn)形成指進(jìn)，該位置壓裂液侵入深度較大；相對(duì)而言，清潔壓裂液滲入構(gòu)造煤樣方式則主要通過(guò)溝槽流和竄流形式，壓裂液優(yōu)先沿構(gòu)造裂縫部位突進(jìn)，整體上液體濾失速度較快，屬于裂縫型濾失。

3.2 凍膠壓裂液滲入煤巖壓裂液濾失試驗(yàn)現(xiàn)象

凍膠壓裂液滲入大尺寸煤樣壓裂液濾失試驗(yàn)特征現(xiàn)象如圖2所示。

圖2 凍膠壓裂液滲入大尺寸煤樣壓裂液濾失試驗(yàn)特征現(xiàn)象

由圖2(a)可以看出，凍膠壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤樣基質(zhì)部位的動(dòng)力學(xué)方式主要為基質(zhì)滲透，液體主要沿煤巖基質(zhì)表面擠滲并形成薄層瓜爾膠濾餅，壓裂液滲流的路徑主要是沿煤基巖塊的基質(zhì)部位的開放性孔隙、微裂隙，少量壓裂液通過(guò)原生層理面和內(nèi)生裂隙縫損失，期間量筒液面下降速度較慢，表明此類型壓裂液濾失的速度慢、濾失程度較輕；由圖2(b)可以看出，凍膠壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤樣中小裂隙部位的動(dòng)力學(xué)方式主要為滲流(或溝槽流)，壓裂液多沿煤樣水平層理及大裂隙(虛線)方向快速推進(jìn)，期間量筒液面下降很快，在煤樣基質(zhì)部位可見大量瓜爾膠聚合物濾餅，而在裂隙部位則未發(fā)現(xiàn)瓜膠，這說(shuō)明瓜膠已侵入煤樣內(nèi)部形成深層傷害；由圖2(c)可以看出，凍膠壓裂液滲入煤樣大裂隙部位的動(dòng)力學(xué)方式則是通過(guò)裂縫濾(漏)失形式，壓裂液沿構(gòu)造煤樣密集的垂向裂縫推進(jìn)，液體滲濾推進(jìn)速度較慢，但由于煤樣該部位裂隙張開程度高且瓜膠分子侵入深度較大，表明該情況下壓裂液濾失傷害程度更嚴(yán)重。后期隨著煤樣大裂隙內(nèi)聚合物積聚將裂縫堵塞，壓裂液濾失速度逐漸減緩[16]。

3.3 煤巖滲水系數(shù)、滲透速度計(jì)算結(jié)果

借鑒路面滲水研究理論[17-18]，提出煤巖壓裂液濾失滲水系數(shù)及滲透速度的概念。其中煤巖壓裂液滲水系數(shù)為單位時(shí)間內(nèi)向煤巖內(nèi)部濾失滲入的液體總量，由于該體積量同樣受滲濾截面積的影響，因此單位滲濾截面積下的滲水系數(shù)也稱為滲入率；煤巖壓裂液濾失滲透速度是指壓裂液向煤巖滲入中單位時(shí)間內(nèi)侵入的深度，僅與壓裂液粘度、煤巖孔滲性等因素有關(guān)。滲水系數(shù)及滲透速度計(jì)算方法見式(1)和式(2)：

(1)

式中：C——壓裂液滲水系數(shù)，mL/min；

V2、V1——分別為滲水過(guò)程中量筒先后讀到的體積刻度，mL；

t1、t2——分別為滲水過(guò)程先后讀取刻度的時(shí)間點(diǎn)，s。

(2)

式中：V——滲透速度，cm/s；

S——試驗(yàn)中的滲濾截面積，cm2。

基于煤巖滲水試驗(yàn)記錄，分別計(jì)算了12組試驗(yàn)中不同累計(jì)濾失量下的滲水系數(shù)及滲透速度的值，壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤、構(gòu)造煤樣滲水系數(shù)及滲透速度參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2。

由表2計(jì)算結(jié)果可知，隨著累計(jì)濾失量的增加，滲水系數(shù)及滲透速度逐漸減小，相對(duì)凍膠壓裂液體系，清潔壓裂液體系的初濾失現(xiàn)象更為顯著。

3.4 清潔壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤濾失參數(shù)變化

當(dāng)清潔壓裂液通過(guò)原生結(jié)構(gòu)煤樣時(shí)，其滲水系數(shù)與液體滲透速度隨著累計(jì)濾失量(濾失時(shí)間)的增加均呈冪函數(shù)形式下降。其中滲水系數(shù)與壓裂液累計(jì)濾失量的數(shù)學(xué)關(guān)系可用y= 663.63x-2.088描述，二者相關(guān)性較好(R2=0.871)；滲透速度與累計(jì)濾失量的數(shù)學(xué)關(guān)系為y=2.2804x-2.092，表明隨著壓裂液濾失作用過(guò)程的進(jìn)行，煤巖內(nèi)部孔隙流體內(nèi)壓逐漸升高，而量筒內(nèi)液柱壓力則逐漸降低，導(dǎo)致工作液下滲的壓差動(dòng)力減弱，加之隨著工作液的不斷滲入，帶動(dòng)煤巖內(nèi)煤粉顆粒啟動(dòng)運(yùn)移將孔裂隙滲水通道堵塞，導(dǎo)致隨著累計(jì)濾失量的增大，壓裂液滲水系數(shù)及滲透速度呈冪函數(shù)逐漸降低。清潔壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤濾失參數(shù)隨累計(jì)濾失量變化規(guī)律如圖3所示。

表2 壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤、構(gòu)造煤樣滲水系數(shù)及滲透速度參數(shù)計(jì)算結(jié)果

由圖3可以看出，壓裂液濾失初期滲水系數(shù)和滲透速度均較大，而且濾失初期二者的衰減速度也最快，這說(shuō)明對(duì)于煤巖試樣其初期濾失程度最高，推測(cè)為煤巖干燥性及孔裂隙吸水能力較強(qiáng)導(dǎo)致，后期隨著壓裂液的不斷滲入，煤巖內(nèi)部孔裂隙水趨于飽和狀態(tài)，滲水系數(shù)及滲透速度的衰減速度和幅度與初期相比逐漸減弱。

3.5 凍膠壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤濾失參數(shù)變化

凍膠壓裂液通過(guò)原生結(jié)構(gòu)煤樣其滲水系數(shù)與滲透速度與清潔壓裂液相比較低，隨著累計(jì)濾失量的增加二者同樣呈冪函數(shù)形式降低。其中滲水系數(shù)與累計(jì)濾失量的數(shù)學(xué)關(guān)系可用y=34.67x-1.299表達(dá)，滲透速度與累計(jì)濾失量的數(shù)學(xué)關(guān)系為y=0.1212x-1.309，二者相關(guān)性良好(R2≈0.995)，表明滲水系數(shù)和滲透速度與累計(jì)濾失量間關(guān)系密切，主要是隨著凍膠壓裂液的不斷滲入，煤巖內(nèi)部孔裂隙的導(dǎo)流通道被凍膠壓裂液中的聚合物分子堵塞，導(dǎo)致導(dǎo)流能力衰減，而且隨著壓裂液的不斷滲入煤巖孔裂隙缺陷空間內(nèi)流體壓力逐漸升高，導(dǎo)致凍膠壓裂液滲入的驅(qū)動(dòng)壓差降低，滲入能力下降。凍膠壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤濾失參數(shù)隨累計(jì)濾失量變化規(guī)律如圖4所示。

圖3 清潔壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤濾失參數(shù)隨累計(jì)濾失量變化規(guī)律

圖4 凍膠壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤濾失參數(shù)隨累計(jì)濾失量變化規(guī)律

由圖4可以看出，凍膠壓裂液滲入初期其滲水系數(shù)和滲透速度衰減幅度和速度較明顯，滲入后期其衰減幅度和速度相對(duì)較為緩和。與清潔壓裂液相比，凍膠壓裂液滲水系數(shù)和滲透速度衰減幅度較小，推測(cè)與凍膠壓裂液的粘度高和流變性顯著有關(guān)。

3.6 清潔壓裂液滲入構(gòu)造煤濾失參數(shù)變化

清潔壓裂液通過(guò)構(gòu)造煤樣其滲水系數(shù)和滲透速度較大，其中初期滲水系數(shù)最高可達(dá)60 mL/min，這說(shuō)明清潔壓裂液在構(gòu)造煤中的濾失程度非常高。與前2種試驗(yàn)條件相比，隨著累計(jì)濾失量增加滲水系數(shù)和滲透速度均呈冪函數(shù)形式遞減。其中滲水系數(shù)、滲透速度與累計(jì)濾失量數(shù)學(xué)關(guān)系可分別用y=4464.3x-1.857、y=15.179x-1.858表達(dá)，相關(guān)性非常好(R2≈0.995)。清潔壓裂液滲入構(gòu)造煤樣過(guò)程中滲水系數(shù)和滲透速度的衰減速度、幅度相對(duì)比較穩(wěn)定，即初期的衰減強(qiáng)度與后期基本一致，表明清潔壓裂液介質(zhì)通過(guò)構(gòu)造煤樣過(guò)程中，由于構(gòu)造煤樣內(nèi)部導(dǎo)流通道張開度較大不至于被啟動(dòng)運(yùn)移的煤粉顆粒完全堵塞[19]，而且說(shuō)明構(gòu)造煤內(nèi)部的導(dǎo)流通道其堵塞過(guò)程是漸進(jìn)式的，這與前2種試驗(yàn)中煤樣內(nèi)部發(fā)生明顯的速敏效應(yīng)不同。清潔壓裂液滲入構(gòu)造煤濾失參數(shù)隨累計(jì)濾失量變化規(guī)律如圖5所示。

圖5 清潔壓裂液滲入構(gòu)造煤濾失參數(shù)隨累計(jì)濾失量變化規(guī)律

4 煤巖壓裂液濾失微觀影響機(jī)制

煤巖壓裂液靜態(tài)濾失侵入微觀模式及濾失參數(shù)衰變規(guī)律如圖6所示。

由圖6(a)可以看出，當(dāng)清潔壓裂液在原生結(jié)構(gòu)煤中滲濾時(shí)，壓裂液滲流主要路徑包括壓裂液中的水分子在毛細(xì)管力和干濕循環(huán)應(yīng)力作用下侵入煤樣表面的開放性孔隙內(nèi)，該部分濾失液量較少；大部分壓裂液沿著煤樣節(jié)理縫隙侵入煤巖內(nèi)部，并在裂縫面上形成擠壓面應(yīng)力(Pw)，該力作用下裂縫被撐開并造成裂縫面兩側(cè)煤巖基質(zhì)形變，導(dǎo)致遠(yuǎn)處封閉性孔隙內(nèi)產(chǎn)生彈性響應(yīng)(即儲(chǔ)層孔隙流體壓力)；圖6(b)反映了該效應(yīng)致使壓裂液侵入驅(qū)動(dòng)壓差(Pw-Pi)逐漸降低，壓裂液向煤巖濾失的滲透速度快速下降，后期衰減至滯流；由圖6(c)可以看出，清潔壓裂液在原生結(jié)構(gòu)煤巖中濾失初濾失現(xiàn)象較為明顯，初濾失量和初始濾失滲透速度較大，清潔壓裂液粘度小流動(dòng)速度較快，然后快速遞減至穩(wěn)定狀態(tài)。

圖6 煤巖壓裂液靜態(tài)濾失侵入微觀模式及濾失參數(shù)衰變規(guī)律

由6(d)可以看出，凍膠壓裂液在原生結(jié)構(gòu)煤樣濾失路徑包括煤巖表面的開放性孔隙及節(jié)理縫，由于凍膠壓裂液粘度大、分子直徑大，大部分液體優(yōu)先沿節(jié)理縫隙進(jìn)行滲濾，但滲水系數(shù)和滲透速度較低，后期由于凍膠壓裂液剪切應(yīng)力大拓寬了液體滲濾縫隙，導(dǎo)致裂縫面兩側(cè)煤巖基質(zhì)封閉性孔隙產(chǎn)生回彈效應(yīng)；圖6(e)反映了凍膠壓裂液濾失驅(qū)動(dòng)壓差(Pw-Pi)初期下降緩慢而后期快速降低；由圖6(f)可以看出，壓裂液濾失滲透速度呈現(xiàn)了初期快速下降后期緩慢降低的規(guī)律，這與驅(qū)動(dòng)壓差變化規(guī)律相吻合。

由6(g)可以看出，當(dāng)清潔壓裂液在構(gòu)造煤巖試樣濾失時(shí)，液體濾失路徑包括煤巖表面開放性孔隙及大量節(jié)理縫，壓裂液中水分子在毛細(xì)管力作用下就近侵入裂縫面上開放性孔隙內(nèi)，并置換出部分甲烷氣體分子，后期游移到節(jié)理縫端部形成氣頂效應(yīng)，導(dǎo)致壓裂液濾失中阻力增大，濾失滲透速度降低；由圖6(h)所可以看出，由于壓裂液在構(gòu)造節(jié)理縫隙內(nèi)的“水楔”作用，導(dǎo)致壓裂液在濾失過(guò)程中出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)壓差(Pw-Pi)的反復(fù)；由圖6(i)可以看出，清潔壓裂液在構(gòu)造煤中濾失滲透速度整體平穩(wěn)遞減，與煤巖整體滲透性好、節(jié)理縫隙較寬難以發(fā)生速敏效應(yīng)有關(guān)。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)煤巖滲水試驗(yàn)顯示，壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤樣基質(zhì)部位與裂隙部位的動(dòng)力學(xué)方式分別為基質(zhì)滲透和滲流(溝槽流)；而壓裂液滲入構(gòu)造煤樣的主要?jiǎng)恿W(xué)形式為裂縫型濾失，壓裂液主要沿構(gòu)造煤樣垂向裂縫推進(jìn)，液體侵入較深。

(2)筆者計(jì)算了三大類清潔壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤、凍膠壓裂液滲入原生結(jié)構(gòu)煤及清潔壓裂液滲入碎裂構(gòu)造煤共12組濾失特征參數(shù)——滲水系數(shù)和滲透速度的值，回歸顯示隨著累計(jì)濾失量的增加，滲水系數(shù)和滲透速度呈負(fù)冪指數(shù)形式下降，其中清潔壓裂液通過(guò)構(gòu)造煤試驗(yàn)條件下，滲水系數(shù)和滲透速度與累計(jì)濾失量間數(shù)學(xué)關(guān)系可分別用y=4464.3x-1.857、y= 15.179x-1.858表達(dá)，相關(guān)性良好(R2≈0.995)。

(3)筆者認(rèn)為宏觀上煤巖濾失特征參數(shù)滲水系數(shù)和滲透速度主要受液體驅(qū)動(dòng)壓差、壓裂液類型、煤巖破碎程度的綜合影響，微觀層次上煤巖彈性形變產(chǎn)生的孔隙流體壓力效應(yīng)、液體置換甲烷分子形成裂縫端部的氣頂效應(yīng)較為關(guān)鍵，建議在水力壓裂中適當(dāng)提升裂縫內(nèi)凈壓力，通過(guò)拓寬主干壓裂裂縫激勵(lì)裂縫壁面兩側(cè)基質(zhì)的彈性形變，減小次級(jí)裂隙的開度，有利于控制壓裂液濾失。