近日，WilliamHill中文官方网站非常规油气安全开采及灾害防治团队在煤层气开发（瓦斯高效抽采）研究领域取得重要成果。相关研究成果“Mechanism of gas drainage enhancement of pulsating hydraulic fracturing in the deep soft-hard heterogeneous coal seam with low permeability and it's application”(深部软硬不均煤层脉动水力压裂强化瓦斯抽采机制及工程应用)发表于《Geoenergy Science and Engineering》期刊。《Geoenergy Science and Engineering》是能源开发科学领域的国际权威期刊，在2025年中科院分区中位于SCI二区行列。论文第一作者为王超杰副教授，通讯作者为王超杰副教授，WilliamHill中文官方网站为第一署名单位，江苏海洋大学与中国矿业大学为联合单位。该研究得到了国家自然科学基金C类（青年科学基金项目）、中国博士后面上项目、山东省高等学校青创科技支持计划和校自主创新科研计划项目（优秀青年人才培育基金）项目的联合资助。
图1 论文首页
目前，脉动水力压裂技术（PHF）因钻孔压力低、安全性高、压裂裂缝发育更为复杂，已成为近年学者研究的热点。然而，以往学者虽开展了大量的数值模拟，但模拟结果与实验结果仍难以实现高度吻合，甚至在起裂压力演化规律方面，出现了迥然不一的特点。同时针对低透且地质结构复杂煤层，脉动水力压裂的适用性如何，仍尚待解答。为此，本文首先开展脉动水力压裂数值模型的优化，即引入疲劳损伤理论，改进流固耦合算法，并进行验证；而后，考虑煤体软硬不均，开展不同力学强度、不同软分层分布条件下深部煤层水力裂缝扩展的影响机制研究，获得钻孔压力、起裂压力、裂缝形态和压裂时间等参数演化规律，揭示软硬不均煤层脉动水力压裂增透机制。最后基于模拟结果，在河南薛湖煤矿（千米采深）开展具体工程实践，考察了脉动水力压裂在深部软硬不均煤层增透中的效果。
图2 脉动水力压裂流固耦合流程
图3 脉动水力压裂过程钻孔压力特点
研究得出，随脉动频率的增加，煤体起裂压力呈先降低而后逐步升高趋势，压裂裂缝复杂程度呈先增加后减少趋势，尤其是分支裂缝的扩展距离也在减小，且煤体裂缝扩展先难后易。随煤体力学强度增加，起裂压力增加，且压裂裂缝形态越简单，但在低强度煤体中裂缝扩展更为困难。软分层水平分布时，起裂压力最小，其次是无软分层煤层，最大为软分层垂直分布煤层。煤层存在软分层时，煤体中的压裂裂缝更为复杂，裂缝分支更多，尤其在软分层区域会发育出多条裂缝分支。
图4 不同力学强度煤体压裂裂缝形态
图5 不同软分层分布煤体压裂裂缝形态
进一步得出，力学强度低的煤体更适用于中频压裂，而强度越高的煤体越适用于低频压裂。煤层存在软分层时，更适用于低频压裂。通过在河南神火集团的薛湖煤矿（千米采深）开展实际的压裂增透实验，得出薛湖煤矿二2煤层瓦斯抽采半径平均提高了115.98%，单孔瓦斯抽采纯量平均增加50%。表明了脉动水力压裂增透技术对深部高应力低透煤层具有良好的增透效果。
图6 脉动水力压裂钻孔与有效抽采半径观察钻孔布局示意图
图7 薛湖煤矿二2煤层瓦斯抽采半径与单孔瓦斯抽采纯流量测定数据
该研究成果为深部低透煤层增透强化瓦斯高效抽采提供一定的理论与现实指导价值。目前，团队已取得脉动水力压裂相应发明专利，并与中国中煤能源集团等单位开展了技术攻关合作。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.geoen.2026.214829
