针对我国煤层气单井产量低、常规水力压裂增产效果差等难题,提出了“径向井与脉动水力压裂联作”的增产技术思路,即在径向水平井完井的基础上实施脉动水力压裂改造。本文以煤层应力响应与扰动规律为研究目标,建立了煤层动静态应力响应数值模型,提出了应力扰动效果评价方法,分析了径向井-脉动水力压裂工程参数与煤层地质力学参数对应力扰动效果的影响规律,设计并开展了径向井-脉动水力压裂室内实验,最终得到了初步的工程及地质力学参数优选原则。本文主要的研究成果如下:1.基于连续介质力学、岩石动力学及裂隙线性滑移理论,采用交错网格高阶有限差分方法,建立了径向井-脉动水力压裂条件下的煤层动静态应力响应数值模型,并自行编译了Matlab数值程序进行了求解。具体内容包括:推导了裂缝性煤层一阶速度-应力波动方程组,采用预加载地应力法与完全匹配层技术模拟了无限大地层原地应力场,利用动、静力学两个算例验证了模型的准确性,提出“有效应力扰动区”及“有效应力扰动节点比”概念作为模型目标函数,直观表征了径向井-脉动水力压裂应力扰动效果。凭借该数值模型,可开展相关的工程与地质力学参数对煤岩应力扰动效果的影响规律研究。2.采用动静态应力响应数值模型,研究了工程参数对应力扰动效果的影响规律,发现:整体上,径向井井眼长度、分支数、动载频率与振幅都与应力扰动效果成正相关,但各工程参数的影响规律存在差异:径向井井眼长度存在临界值(10~15 m),超过临界值后,有效应力扰动区将大范围发育;非对称展布的三分支径向井在低振幅模式(5 MPa)下,可以克服应力阴影干扰,产生最佳的应力扰动效果;频率受振幅影响存在阈值(40 Hz),超过阈值后,应力扰动效果不再显著增强。上述参数的影响力强弱顺序为:动载振幅>径向井分支数>井眼长度>动载频率。因此,在施工设计中,首先应尽可能提高动载振幅,其次可尽量增加分支数与井眼长度,而不必追求过高的动载频率。3.采用动静态应力响应数值模型,研究了地质力学参数对应力扰动效果的影响规律,发现:低杨氏模量与高泊松比有助于提升井筒趾端的切应力强度,促进应力扰动效果,径向井-脉动水力压裂可以利用上述特点在高压缩性煤层实现大范围的卸压增透区;较高的原地水平主应力将抑制应力扰动幅值,降低应力扰动效果,其中最小水平主应力起主导作用;较高的煤岩裂隙密度,会一定程度阻碍应力波的传播,从而降低应力扰动效果,但整体而言,其影响微弱。上述参数的影响力强弱顺序为:最小水平主应力>杨氏模量>泊松比>最大水平主应力>煤岩裂隙密度。因此,在施工层位选择中,首先应选择最小水平主应力较小的层位,其次可考虑杨氏模量较低、泊松比较高的区域,最后考虑最大水平主应力与煤岩裂隙密度的影响。4.采用脉冲伺服疲劳试验机与声发射仪等设备,针对型煤试样,设计并开展了径向井-脉动水力压裂室内实验研究,发现:在本文实验条件下,径向井井眼长度越长、频率越高,声发射信号响应越强烈,压裂效果越好;压裂效果最佳的径向井分支数为三分支;低振幅有助于促进微裂缝充分发育,而高振幅有助于促使主裂缝快速扩展;与径向井-准静态水力压裂相比,径向井-脉动水力压裂可以更低的峰值压力(0.27~0.36倍)产生更多的声发射事件(1.38~7.07倍)。因此,相同工况条件下,径向井-脉动水力压裂更易形成大范围的体积缝网,达到更好的压裂效果。本文研究成果可望为径向井-脉动水力压裂增产机理分析、工艺参数优化、煤层地质条件优选提供理论参考和依据。