自改革开放以来,我国的国民经济就踏上高速增长的快车道,坚实的能源保障无疑是经济快速持续稳定增长的基础。然而,以煤炭为主要能源的能源结构短期内不易改变,巨大的能源进口就成了能源消耗增长量的主要补充渠道。但是,纵观全球,尤其是产油区与石油进口的运输通道附近区域并不太平,所以,寻找一种在我国储量可观,前景较好的化石能源就成了保证我国能源安全的必由之路。我国的油页岩储量大,分布广,完全可以在借鉴美国等发达国家对页岩气等类似能源的先进开发技术,来发展我国的油页岩原位开采方法,以提高能源自给与安全程度。油页岩的原位改性开采技术在国内已经有所发展并取得了一些成果,技术主要包括储层改造与油气抽采两大环节。本文主要关注储层改造环节的相关问题。油页岩属于典型的沉积岩种,层理分明并且预存有大量的天然孔裂隙,宏观上具有明显的横观各向同性,其力学性能受水与温度的影响较为明显。因此,深入地研究温度与层理对油页岩断裂特性的影响无疑将会对油页岩的原位改性开采具有重要的指导意义。本文在总结前人研究成果的基础上,考虑到影响油页岩力学特性的因素与分段压裂-多水平注热开采油页岩的技术要求,主要进行了以下研究:(1)油页岩的三点弯曲(SCB)试验。选取三种不同层理方向的试件,在20℃-500℃之间热解后进行断裂韧度测试,得出了各试件的载荷-位移曲线斜率的变化规律,并综合研究了水、有机质和矿物成分在不同温度作用下对断裂韧度的影响规律。结果表明:热损伤与热破裂是油页岩宏观断裂韧度发生急剧下降的根本原因。(2)抚顺油页岩的断裂韧度存在明显的各向异性。由scb实验得出,crack-arrester型与crack-divider型试件断裂韧度的最大值相近,crack-splitter型试件只有其最大值的1%-2%左右。crack-arrester型与crack-divider型试件存在不同的“门槛温度”tc,这与岩体的层理方向及热加工后的矿物成分和微观结构的变化有关,并得出crack-arrester型与crack-divider型试件断裂韧度变化趋势及大小关系的规律。(3)油页岩岩体的破坏特征研究。对油页岩块体在热-力耦合作用下的热破裂与损伤的原因进行了分析,并对scb实验过程中层理与温度对试件的断裂方式与断裂形态的影响进行了研究,得出了温度与层理对断裂特征的影响规律。(4)水力压裂数值模拟实验。裂缝开始失稳扩展时需要较大的水力压力,并且伴有较多的压裂液的滤失,其压力峰值与滤失率峰值均达到了裂缝稳定扩展时期值2倍左右;断裂韧度作为判定裂缝扩展方向的依据有效且易用;模拟水力裂缝扩展的过程与结果和工程施工数据比较吻合。(5)通过对温度场、应力场与位移场的研究,得出分段压裂后多层注热热解油页岩的专利方法对于原位开采油页岩在加热效率与热解效果上具有明显优势;在生产过程中目标层两翼存在利于跨层理裂缝产生的有利力学条件;间歇注热生产再次开泵所需的压力较大,井筒强度极易受到热应力的威胁,应加强安全维护。以上研究对油页岩原位改性开采油气的储层改造阶段与后期蒸汽热解阶段的工程实践有一定的借鉴与指导作用。