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人工裂缝沟通天然裂缝形成复杂裂缝结构是提高页岩气产量关键,人工裂缝扩展受天然裂缝干扰显著,形成不同扩展模式。有效应力是反映地应力和孔隙压力的物理量。基于此,采用理论推导与室内试验结合的方式,首先从起裂压力机理入手,推导出考虑有效应力的起裂压力公式。后进行水力压裂室内试验,试验中考虑有效应力作用,水力压裂前采用低压注水的方法实现。确定注水压力和地应力两个因素,探究天然裂缝干扰下人工裂缝扩展模式。以清水为压裂液,试验过程利用声发射对裂缝信息进行检测。通过对注水压力曲线分析,将起裂压力理论值与试验值进行对比。通过对声发射频域和时域分析,给出起裂阶段进入扩展阶段的依据,利用不同声发射信号特征提出天然裂缝干扰下人工裂缝扩展模式判断指标。试验结果表明:(1)通过对推导的理论公式分析发现随着井筒方位角和钻孔倾斜角的增加,井筒存在不同的应力主导阶段。起裂压力的变化程度受最小水平地应力影响明显。在天然裂缝干扰下人工裂缝沿裂缝面扩展会发生穿透、受阻、转向行为。形成的裂缝模式主要有:单一横切裂缝、“次生裂缝+横切裂缝”简单裂缝扩展模式;“T”形裂缝和“十”字形复杂裂缝扩展模式。(2)分析声发射频域发现有效应力改造阶段形成微裂缝,压裂阶段形成宏观裂缝。在天然裂缝干扰下,考虑注水压力和地应力共同作用,发现当有效应力改造阶段主频在60KHz-110KHz,压裂阶段主频在20KHz-25KHz,易形成单一横切裂缝扩展模式。当有效应力改造阶段主频在130KHz-135Hz,压裂阶段主频在14KHz-25KHz,易形成“T”形、“十”字形复杂裂缝扩展模式。(3)在试验条件下,注水压力为3.0MPa,地应力为?_v=5.5 MPa、?_H=4.3 MPa、?_h=3.7MPa是在天然裂缝干扰下人工裂缝可形成复杂扩展模式的最优值。根据声发射能量信号特征定义平均声发射能量k,在天然裂缝干扰下,注水压力和地应力共同影响时,平均声发射能量k降幅超过35.09%,人工裂缝从起裂阶段进入扩展阶段,平均声发射能量k降幅在40%-42.47%时,易形成“T”形、“十”字形复杂裂缝扩展模式。该论文由图47幅,表7个,参考文献71篇