为了研究含有天然微裂隙和层理的页岩储层在压裂液产生的滤失和附加应力场共同作用下的开裂机理,采用复变函数保角变换方法修正了传统附加应力场解析解,基于最大拉应力强度理论,通过解析分析比较储层基质、天然裂隙和层理的复杂应力状态及相应的强度,得出水力压裂主裂纹遇天然裂隙或层理后的开裂机理和扩展方向.基于莫尔强度理论分析讨论被裂纹穿过后的储层次裂纹形成机理.结果表明:水力压裂主裂纹尖端拉应力集中,发生张性破坏;被主裂纹穿过的天然裂隙或层理在附加应力场和压裂液产生的滤失作用下发生剪切破坏,形成滑动次裂纹;附加应力场增大裂纹附近的最小地应力、降低裂纹附近的最大地应力,不利于储层次裂纹的形成;降低排量、增加压裂作用时间,提高裂纹附近储层孔隙压力,降低有效应力,可促进储层次裂纹的形成.

1 压裂裂纹周围及裂尖应力状态
1.1 附加应力场
1.2 压裂裂纹尖端应力集中
1.3 滤失引起的压裂裂纹附近储层孔隙压力改变
2 页岩储层水力压裂损伤开裂机理
2.1 含天然裂缝或层理页岩储层主裂纹损伤开裂机理分析
2.2 含天然裂缝或层理页岩储层次裂纹形成机理分析
3 结论