煤系页岩储层采用纵向一体化穿层压裂改造时,水力裂缝垂向扩展形态复杂及延伸穿层规律不清,亟待进行实验探寻裂缝缝高扩展机理并指导现场压裂施工。本文通过储层岩石力学实验,获取岩石力学特征和变形特征,通过制备煤岩、页岩及灰岩组合的压裂试样并开展真三轴物模试验,嵌入岩性界面并建立三维水力裂缝缝高扩展有限元模型,研究多因素对裂缝纵向起裂和扩展行为的综合影响,优化了压裂选层、压裂液排量和粘度等施工参数。主要工作及结论如下:（1）通过井下岩心观察和力学测试可知,煤系页岩储层在纵向上多层叠置,层间非均质强且天然裂缝特征差异显著,岩石抗压强度由小到大排序为煤岩、页岩、泥岩和灰岩,煤岩和页岩在高单轴压力下和高围压条件下均表现出明显塑性特征,层间最小水平地应力差达到7MPa。（2）煤系页岩储层压后裂缝形态复杂,在纵向上往往呈现非对称扩展特征。根据水力裂缝与界面作用方式不同,扩展至界面时可发生停止、转向、分叉或穿透界面行为。直井压裂时,水力裂缝以“十”型为主裂缝,并充分沟通煤岩割理,水平井压裂时,裂缝扩展至天然弱面时易发生转向,限制缝高扩展。（3）当垂向应力系数和压裂液排量增大时,裂缝纵向扩展能力随之提高。天然弱面系统可诱导水力裂缝转向、分叉,提高缝网复杂程度,但亦也可损失压裂液,耗散水力能量。建议现场压裂避免选择在天然裂缝极其发育的页岩层与煤层实施压裂作业。当裂缝穿透岩性界面时,泵压曲线呈现出增-降-增特点,沟通割理系统时泵压曲线持续小幅度波动,可定性地划分多岩性组合层状储层压裂阶段。（4）根据水力裂缝与岩性界面接触作用方式的不同,总结出四类典型裂缝形态:T型缝、穿层缝、钝化缝和十字缝。随着煤岩与页岩的渗透率差异和水平最小主应力差的增大,裂缝扩展形态呈单一化,穿层能力不断降低。当层间渗透率差异系数大于5时或层间地应力差高于4MPa时,水力裂缝难以穿透岩性界面,无法沟通相邻产层。工程模型的数值模拟结果表明最佳压裂施工层位为第11层,最优排量和粘度分别为12m~3/min,25m Pas。