我国天然气需求日益增长，2012年进口天然气425亿方，对外依存度超过29％，严重威胁我国能源安全。我国页岩气资源非常丰富，高效开发页岩气是我国充分利用资源、保障能源安全的重大战略需求。　　 由于页岩气藏储层低孔低渗，开发页岩气必须进行储层压裂和增渗。目前成功开采页岩气的美国主要采用水力压裂技术，但该技术需要消耗大量的水资源而且对地下水污染严重。而我国页岩气富集区大多处于缺水地区，必须探索适合我国地质条件的页岩气高效开采新理论与方法。　　 超临界二氧化碳既有气体的低粘度又有液体的高密度特点，可以代替清水作为压裂液。另我国页岩气富集区附近大多分布有大型的二氧化碳天然气源或者火电厂，且我国二氧化碳的捕集和液化已规模化。因此，本课题提出超临界二氧化碳强化页岩气高效开发的研究思路:利用超临界二氧化碳在页岩层中破碎、压裂页岩，增加页岩层渗透率。　　 目前缺乏系统的超临界二氧化碳强化页岩气高效开发的基础理论，亟需开展超临界二氧化碳射流破页岩损伤机理研究并取得突破。因此，本项目的研究具有前瞻性。　　 超临界二氧化碳射流破碎页岩效率由准静态及动态损伤两部分组成，本论文通过实验研究页岩压缩破坏特性与能量耗散理论分析，构建静态下损伤演化方程;基于断裂力学与损伤力学理论，构建岩石动态损伤演化方程;结合超临界二氧化碳射流破碎页岩损伤效率的影响规律实验研究与ANSYS/LS-DYNA数值模拟分析，研究超临界二氧化碳射流破碎页岩损伤机理及裂隙扩展时序演化规律。论文的主要成果包括:　　 ①建立了准静态下页岩单轴、三轴压缩损伤本构方程　　 借助于MTS-815岩石力学试验机，开展页岩单轴、三轴压缩、卸载实验，通过实验数据分析，得出页岩准静态下压缩破坏曲线;基于能量耗散原理理论，构建准静态下页岩压缩损伤破坏演化方程，所建的本构方程能充分描述页岩单轴应变软化及三轴应变硬化阶段变形特征，揭示页岩损伤破坏演化的内在机制。　　 ②应用线弹性断裂力学与损伤力学理论，构建冲击荷载下页岩尖端微裂纹损伤演化方程　　 鉴于岩石准静态下压缩损伤演化方程及破坏准则，构建冲击荷载下射流物理模型;基于线弹性断裂力学和连续损伤力学理论，建立冲击荷载下页岩尖端微裂纹动态损伤与已知物理量的演化方程，定量分析冲击荷载作用下微裂纹扩展速度，微裂纹尖端应力场分布，微裂缝端部允许损伤尺度及损伤断裂判据。　　 ③不同工况下超临界二氧化碳射流破碎页岩损伤效率的影响规律　　 借鉴中国石油大学（青岛校区）重质油国家重点实验室研发的超临界二氧化碳射流高效破岩模拟实验装置，开展不同射流参数组合下超临界二氧化碳射流冲击破岩试验。研究结果表明，岩石强度失效折减幅度与射流参数、岩石材料性能、结构特性等因素密切相关:射流时间越长，射流压力和温度越高，岩石孔隙和裂隙分布越多，其抗压强度降低幅度越大。　　 ④数值模拟分析射流荷载下页岩尖端裂纹起裂、扩展时序演化规律　　 基于数值模拟ANSYS/LS-DYNA动态模块分析软件和动态损伤力学，建立了超临界二氧化碳射流冲蚀页岩的三维有限元模型，并采用Ls-Dyna程序求解。根据冲蚀过程中的岩石裂隙时序演化损伤云图，分析影响射流破岩效果的多相因素，系统揭示超临界二氧化碳射流荷载在岩石尖端裂纹起裂、扩展演化规律。　　 ⑤超临界二氧化碳射流破碎页岩损伤机理　　 综上述室内实验、理论分析及数值模拟结果，借助于工业ICT扫描仪跟踪捕捉冲蚀前后页岩裂隙扩展、分布规律，构建岩石宏观断裂与微观损伤机制内在耦合联系，进一步分析超临界二氧化碳射流冲击荷载下破碎页岩损伤机理。理论分析和ANSYS/LS-DYNA动态数值模拟研究结果得到了实验结果的验证和支持，表明本文所建立的超临界二氧化碳射流破岩损伤机理分析体系合理，方法正确可行，从而探索出了研究复杂的超临界二氧化碳射流破岩机理的一条新途径。