非常规天然气中的页岩气是一种清洁高效的能源,在我国其储量位居世界首位,水力压裂技术是页岩气开发的有效手段。页岩气储层存在着丰富的层理,储层的各向异性和非均质性明显,同时我国页岩气资源埋深多在3500米左右,压入储层的常温压裂液与初始地温形成的温差引起的温度应力与层理特性直接影响裂纹扩展路径和裂纹形态,论文采用实验、理论和模拟相结合的方法开展考虑页岩气藏初始温度和层理特性影响的页岩水力压裂规律研究,主要研究工作和取得的结论总结如下:实验方面,基于现有的压裂设备,设计了页岩加热和监测压裂过程中温度信息变化的实验系统。首先对页岩原岩进行了力学特性及力学参数实验测定:实验结果表明页岩在垂直层理与平行层理方向上力学特性差异较大,垂直层理方向抗拉压强度较大,平行层理方向抗拉压强度较小。在垂直面层理方向,页岩的弹性模量较小,抗压强度较大,抗拉强度较小,线膨胀系数变化范围较大,平行层理方向力学性质差异较小,页岩是一种近似横观各向同性的材料。在力学参数与线膨胀系数测定实验基础上,进行了页岩原岩在温度影响下的大尺寸真三轴水力压裂实验和考虑层理特征的页岩相似试件水力压裂实验。实验得到了注水压力和页岩试件监测点温度随压裂时间变化的规律;当垂直最小主应力稳定扩展的主裂缝遇到层理后,层理面同主裂缝扩展初始方向之间的夹角越小,主水力裂缝越容易沿着层理面的方向扩展,层理面同主裂缝扩展的初始方向之间夹角越大,主裂缝遇层理面后越容易穿过层理面沿原方向扩展;层理方位、地应力和基岩的抗拉强度差异较小时,层理的抗拉强度和基质抗拉强度差异越大,主水力裂缝和层理面相遇时越容易沿着层理扩展,二者差异越小,主裂缝越易穿过层理沿原向扩展;层理方位和强度差异较小时,最大地应力及应力差越大,主水力裂缝遇层理时易穿过层理沿原向扩展。理论方面,基于传热学及热应力弹性理论,给出了页岩储层初始地温的计算方法,建立了页岩储层传热模型和热应力场模型,基于上述模型可获得初始温度场分布及注入压裂液过程中温度场及热应力场信息基础上,建立了裂纹启裂及扩展判据和压裂模型。模拟计算方面,采用扩展有限元方法,基于实验数据和理论模型,模拟计算不同页岩初始温度、不同层理倾角、不同层理强度和不同最大主应力对水力压裂规律的影响。储层初始温度越大,启裂压力和扩展压力越小。层理倾角与水力裂缝初始扩展方向夹角越大、层理与基岩的强度差异越小、最大主应力越大,水力裂缝越易贯穿层理。该论文有图62幅,表13个,参考文献85篇。