层状岩石断裂能各向异性对水力裂缝扩展路径影响研究

作为一种横观各向同性材料,层状岩石在沿层理和垂直层理方向上其断裂能差异明显。基于能量分析方法,提出考虑断裂能各向异性的水力裂缝扩展路径判定准则,该准则在线弹性条件下可转化为断裂韧性、弹性参数和应力强度因子之比组合的三参数模型。通过包含该准则的Cohesive有限元计算,讨论断裂能各向异性对层状岩石中水力裂缝扩展路径的影响。研究发现,断裂能各向异性是限制水力裂缝扩展的控制因素,且不同岩石存在垂直层理与沿层理2个方向断裂能比的极限值。当垂直层理和沿层理2个方向的断裂能比值小于该极限值时,裂缝穿层扩展;当这个比值在该极限值附近时,裂缝穿层伴有部分偏转扩展;当这个比值大于该极限值时,裂缝仅沿岩层界面扩展。研究结果对优选射孔位置和施工排量、提高压裂的增产效果具有参考意义。