层状页岩力学特性及其破坏模式研究

›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (S2): 57-61.

层状页岩力学特性及其破坏模式研究

贾长贵¹，陈军海¹，郭印同²，杨春和²，徐敬宾²，王磊²

1. 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，北京 100101；2. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071

收稿日期:2013-03-23 出版日期:2013-11-11 发布日期:2013-11-19
作者简介:贾长贵，男，1973年生，博士，高级工程师，主要从事页岩气等非常规储层压裂开发研究与应用工作
基金资助:
中石化科技部项目“页岩气网络压裂机制及设计方法研究”（No.P11015）；国家自然科学基金资助项目（No. 51104144）；国家重点基础研究发展规划(973)（No.2010CB226701）；国家十二五重大专项示范工程项目3000型成套压裂装备研制及应用示范工程（No.2011ZX05048-006-002）

Research on mechanical behaviors and failure modes of layer shale

JIA Chang-gui¹，CHEN Jun-hai¹，GUO Yin-tong²，YANG Chun-he²，XU Jing-bin²，WANG Lei²

1. Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering, Beijing 100101, China; 2.State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China

Received:2013-03-23 Online:2013-11-11 Published:2013-11-19

摘要/Abstract

摘要： 采用MTS815型岩石力学试验机进行了页岩层理面不同角度取芯的力学试验，获得了其力学参数及破坏模式特征。试验表明：层理面不同角度试样力学性质存在较大差异性，平行层理面试样其抗压强度最高，与层理面夹角为30°时抗压强度最低，弹性模量随取芯角度的增加逐渐降低。单轴压缩，夹角为0°时破坏模式主要为沿多个平行层理面竖向劈裂，夹角为30°时沿层理弱面剪切破坏，夹角为60°时为大角度剪切破坏并贯穿60°弱层理面，夹角为90°时主要为层状拉张破坏。三轴压缩，夹角为0°时试样有多条破裂面，呈劈裂与剪切破坏共同作用；夹角为30°时，沿层理面剪切破坏；夹角为60°时，呈现剪切破坏，剪切破裂面与水平面夹角在45°~50°之间；夹角为90°时，以剪切破坏为主，有多条平行开裂层面。页岩层理面表现出明显的弱面特征，研究结果为水力压裂施工设计提供了技术参数。

关键词: 层状页岩, 层理面, 力学特性, 破坏模式

Abstract: The mechanical characteristics of shale with different beddings coring were investigated by MTS815 rock mechanical test system. The failure modes，deformation and strength characteristics are obtained. The results indicate that: (1) It shows significantly different properties, when the sample paralleled to bedding plane; it has maximum value of compressive strength and minimum value when the sample has a angle of 30° with bedding plane. The elastic modulus deceases with the increase of the coring angle. (2) Under the condition of uniaxial compression, the angle of 0°, the main failure mode is split failure along the beddings; the angle of 30°, it is shear failure along the weakness plane, the angle of 60°, it is wide-angle shear failure along the weakness plane; the angle of 90°, it is stretch-draw failure. (3) Under the condition of triaxial compression, angle of 0°, it shows several failure surfaces, combined split and shear failure actions; the angle of 30°,it shows shear failure along to the beddings; the angle of 60°, it shows shear failure and the angle of failure surface is 45° to 50°; the angle of 90°, it shows shear failure and it has several parallel failure surfaces. The results can provide an important way for fracture optimization design.

Key words: layer shale, bed plane, mechanical characteristics, failure mode

中图分类号:

TU 45

贾长贵，陈军海，郭印同，杨春和，徐敬宾，王磊 . 层状页岩力学特性及其破坏模式研究[J]. , 2013, 34(S2): 57-61.

JIA Chang-gui ，CHEN Jun-hai ，GUO Yin-tong ，YANG Chun-he ，XU Jing-bin ，WANG Lei . Research on mechanical behaviors and failure modes of layer shale[J]. , 2013, 34(S2): 57-61.

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