页岩气储层低孔隙度和低渗透的物性特征限制了内部气体的流动,采用水力压裂技术在页岩储层内部压裂形成缝网,是实现页岩气成功开发的关键。由于我国富含有机质的页岩储层地质构造条件较为复杂,不同区块页岩物性差异较大,且其力学参数表现出明显的各向异性特性,常规页岩储层水力压裂裂缝扩展机制不能完全适用。因此,对页岩基质的各向异性特性和水力压裂裂缝扩展机制开展试验研究,掌握页岩储层力学性质探究水力压裂裂缝的起裂条件、扩展规律和影响因素对页岩气的成功开发具有重要的现实意义。本文以四川盆地龙马溪组露头页岩为研究对象,采用室内试验的方法对页岩各向异性特性进行探究,然后利用自主研制大尺寸真三轴水力压裂模拟试验装置对页岩水力压裂过程中裂缝起裂方式、扩展规律和影响因素展开试验研究,结果表明:(1)层理处微观结构差异是导致页岩存在各向异性特性的本质原因,层理处微观孔隙度达到13.63%而非层理处微观孔隙度仅为8.93%~9.57%。(2)页岩各向异性具体表现在超声波传播速度和弹性模量随层理角的增加逐渐降低;抗压强度和泊松比随层理角度改变呈U型变化规律,在0°和90°值较高,在30°存在最低值;抗拉强度随层理劈裂角增大而增大;破坏模式随层理角增大由竖向劈裂型张拉破坏演变成穿切层理面的劈裂型层状剪切破坏。(3)水力裂缝易沿最大主应力的方向起裂和扩展且具有滞后性和高速性特点,扩展时两侧位移影响区域呈半椭圆状非对称式分布,以裂缝为中心向两侧依次为高拉应变区域、拉应变区域和压应变区域。(4)泵压曲线随着压裂液的注入可分为持续增压、井壁起裂、裂缝扩展和裂缝穿透四个阶段,这四个阶段分别对应裂缝发育的四个过程,分别为裂纹萌生过程、裂缝形成过程、缝网形成过程和缝网平衡过程,此外水力裂缝与层理弱面相互作用,共有六种不同的扩展方式。(5)压裂效果随层理角变化存在各向异性,随着层理角增加泵压波动愈加剧烈且破裂压力逐渐增高,压裂后新生水力裂缝形态更加复杂。(6)压裂效果的各向异性与页岩力学参数的各向异性特性相对应,弹性模量大、抗拉强度小的天然页岩在水力压裂过程中更容易起裂。该论文有图61幅,表6个,参考文献66篇。