层理方向对高变质煤体压裂破坏特征影响研究

水力压裂期间煤储层裂缝壁面煤体变形及破坏特征是压裂液滤失路径分析及伤害评价的关键。通过单轴压缩实验对层理与加载方位夹角0°、30°、45°、60°和90°高变质煤岩圆柱试样实施加载，获得不同层理方向煤岩试样应变-应力关系及岩石力学参数，基于应变能理论对不同层理方向上煤岩脆性进行评价，并初步构建水力压裂高变质煤岩裂缝壁面煤体破坏模式进行研究。结果表明：高变质煤岩单轴压缩加载下呈现“阶段”破坏特征，随着夹角a增加煤岩脆性先增强后减弱，单轴抗压强度、弹性模量、泊松比等岩石力学参数先升高后降低，在30°时最大；夹角a为0°、60°和90°时，单轴压缩下煤岩试样发生张性劈裂破坏，而夹角a在30°和45°时，试样发生剪切断裂破坏，整体上张性破裂破坏形式断裂能量耗散远低于剪切破坏。基于煤岩破坏特征，认为煤储层层理面与压裂裂缝面法向夹角0°、60°和90°时，压裂期间压裂液易沿张性裂缝滤失且深度较大；而30°和45°时煤储层压裂裂缝壁面煤体形成闭合剪切裂缝，可延缓压裂液滤失速率。