深层页岩气储层岩石力学特性及对压裂改造的影响

李庆辉，李少轩，刘伟洲

(1.前海港湾能源科技发展(深圳)有限公司，广东 深圳 518000； 2.西安电子科技大学，陕西 西安 710126； 3.中国石油新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834000)

0 引 言

深层页岩油气藏的勘探开发已经逐渐成为非常规能源研究的热点。由于特殊的地质力学条件，深层页岩在理化性能、岩石力学特性方面具有特异性，给油气开发带来极大挑战[1-2]。以往的研究大多针对页岩露头或浅层样品开展实验分析[3-6]，相关实验方法及测试标准大多集中在常规岩石力学参数的评价方面[3-4]。浅层页岩具有显著的脆性，岩石裂缝相对发育，具有较好的压裂改造基础[5，7-10]。由于浅层页岩强度适中，天然裂缝发育较好，大多数裂缝处于半开启(开启)状态，岩心饼化现象显著，层理性更好，成岩胶结对岩石力学性质的影响并不明显[6]。然而，深层页岩的弹性模量、抗压强度、抗拉强度、泊松比等力学参数与浅层页岩具有明显的不同[8-12]，这方面尚存在研究空白[4，13-14]。随着国内外深层页岩的不断开发[10]，迫切需要针对深层页岩的岩石力学性质开展系统的实验研究及分析工作，掌握其力学及形变特性，获得关键力学参数及随深度的变化规律，为井壁稳定性分析、压裂工艺设计、油藏数值模拟及生产开发提供重要数据基础和参考依据[4，8-11]。

1 深层页岩岩石力学实验方法

实验岩心样品取自四川盆地东南缘下志留统五峰组—龙马溪组地层，构造上位于川黔鄂褶皱带结合部。该地区页岩气藏保存条件较好，地质年代久，埋藏深，台内坳陷控制优质页岩的形成分布，页岩厚度大，有机质含量高，页岩气层段压力系数高，页岩气富集程度高。实验采用的是同一地质年代地层取样的岩心，为兼顾层理面的影响，抗压强度和抗拉强度测试时取样方向应保证最后施加的最小主应力与层理面方向垂直，同时遵循“压为正、拉为负”的力学原则。

单轴及三轴岩石力学实验岩样为沿层理面方向钻取的标准圆柱形岩样，尺寸为Φ25.00 mm×50.00 mm，误差不超过±0.50 mm，端面平行度误差小于±0.02 mm。设备为刚性伺服控制的岩石力学测试系统，刚度为40 MN/mm，加载能力为2000 kN，围压上限为200 MPa。三轴实验时，先将围压以3 MPa/min的速率加载至预定值，再轴向加载直至破坏。

采用巴西劈裂实验法测试页岩岩样的抗拉强度。沿垂直于层理面方向钻取直径为50 mm的圆柱体岩心，切割加工成高径比为1∶2的圆饼岩样。按照国际岩石力学学会标准，将其表面打磨光滑，上下表面平行度控制在0.50 mm，平整度控制在0.02 mm以内，以满足实验要求。采用直剪实验法测试页岩的抗剪强度、内摩擦角及内聚力。

按照国际岩石力学学会直剪实验标准制备页岩样品。由于实验所用岩样尺寸较其他实验更大，需要采用露头样品完成。取样时选择深度超过风化层3 m以上、保存完整的页岩样品，岩样尺寸为50 cm×50 cm×50 cm。取样时确保层理面与一组表面平行，用于测量结构层理面抗剪强度。控制剪应力方向载荷的加载速度，岩样相对位移不高于2.0 mm/min，位移达到0.2～0.5 mm记录一次相应的剪应力值和位移量，当剪切位移稳定增加而剪应力降至某一常值或剪力向位移量超过10.0 mm时，当次测量即可停止。

深层页岩的脆性评价采用全应力应变曲线分析法[8，10]，实验数据基于三轴压缩实验，施加围压参考井下实际应力环境。为与浅层页岩进行对比分析，取固定围压值为0、15、30、45、60、75、90 MPa进行实验并对结果进行分析。

2 深层页岩岩石力学实验及形变特性研究

2.1 深层页岩强度特性

2.1.1 抗压强度

通过施加不同围压模拟页岩在不同深度的抗压强度(图1，σc为围压，MPa)。由图1a可知：页岩的屈服强度(曲线偏离弹性直线段处的应力)[13]、膨胀点强度(非稳定破裂阶段起点处的应力)[14]、抗压强度(峰值应力)、残余强度(宏观破裂发生后的残余应力台阶)[10]均随围压的升高而升高。围压为60 MPa以上时，抗压强度不太稳定，σc为60、70 MPa的2条曲线更加接近。此时，围压对天然裂缝及层理面的限制作用比较明显，深层页岩本身矿物结构及不均一程度扰乱了抗压强度随围压升高的规律性。因此，针对埋深较深、围压较高的页岩，建议按照目的层应力环境开展抗压破坏实验，获取特定埋深及矿物组成的页岩的抗压性能。

图1 页岩抗压强度随围压变化曲线Fig.1 The curve of shale crushing strength versus confining pressure

在分析全应力应变曲线时，重点关注屈服强度、膨胀点强度、抗压强度、残余强度等几个特征点之间的变化及与实际破裂过程的对应关系。

(1) 屈服强度。由图1b可知：随围压的升高，屈服强度稳定升高。屈服强度对应的应变量代表主弹性形变阶段结束的时刻。屈服强度逐渐升高代表页岩在破坏前储备弹性能的水平不断升高，围压越高，岩石变得越硬，越不容易破坏。

(2) 膨胀点强度。屈服强度和膨胀点强度分别代表岩样发生稳定破裂和非稳定破裂的起始点[15]。随着围压升高，这2个数值也明显升高，这表明页岩岩样在围压升高时，发生稳定破裂和非稳定破裂的难度均显著提高(图1b)。可见，随着页岩储层赋存深度变深、围压增加，地层被压开并形成裂缝网络的难度变大。

(3) 峰后应力跌落幅度。抗压强度与残余强度间的差值为峰后应力跌落幅度[13]，在图1b中以线段顶底间长度表示。跌落幅度主要用来表征页岩岩样达到破裂点后，在内部剩余能量作用下自行发生多维破裂形成自由表面的能力，可以部分代表脆性的大小[10]。总体而言，随着围压升高，峰后应力跌落幅度显著变小，代表页岩岩样在高围压条件下，自行维持脆性破裂及形成多维裂缝面的能力显著降低。

(4) 抗压强度。抗压强度和残余强度类似，均随围压的增大而近似线性增大。但抗压强度对围压的敏感性不如残余强度高，因此，图1b中的黄色虚线较平，绿色虚线较陡，这也是深层页岩破坏后残余应力平台较高，脆性相对变弱、延性逐渐增强的客观表现。

2.1.2 抗拉强度

通过力学实验得到不同赋存深度对页岩抗拉强度、抗剪强度的影响规律(图2)。由图2a可知：随着埋深的增加，10组页岩岩样的抗拉强度逐渐增加，整体规律性比较明显；5组深层页岩岩样的抗拉强度显著高于其他相对浅层页岩岩样的抗拉强度，以4 500～5 000 m为分界点；埋深最深的页岩岩样的抗拉强度较其他页岩岩样的抗拉强度有突变式增加。分析认为，埋深增加后，页岩的层理及纹理处的胶结效果变得更好，该岩样尤其完整，因此，抗拉强度也更高。

图2 赋存深度对页岩抗拉、抗剪强度的影响Fig.2 The effect of occurrence depth on shale tensile and shear strength

页岩储层水力压裂过程中主裂缝的形成和扩展主要以拉张型为主，抗拉强度升高后，若需要形成裂缝，则要求井筒和缝内静压力同时升高。这也是现场压裂改造时，深层页岩储层压裂时往往难以压开、持续蹩压的原因，同时也造成所需的泵压和排量更高[1]。

2.1.3 抗剪强度

通过施加法向应力，模拟地层条件下埋深增加时剪切应力增加的情况(图2b)。由图2b可知：随法向应力的增加，剪切应力呈整体升高的趋势；浅层页岩抗剪强度随法向应力增加而升高的速度(蓝色虚线斜率为0.399 8)低于深层页岩抗剪强度随法向应力增加而升高的速度(红色虚线斜率为0.650 3)，后者的变化速率约为前者的2倍。这表明，随着页岩埋深的增加，法向应力超过25 MPa后，抗剪强度将不能简单依靠浅层页岩实验得到的相关关系外推获得，否则将带来较大误差。此外，不施加正应力和施加最大正应力的岩样，其抗剪强度差异接近4倍。因此，在评价深层页岩剪切应力时必须考虑原位正应力的影响。

在浅层页岩压裂过程中，除了主裂缝还会形成更多次级扩展的裂缝(Ⅱ型剪切滑移裂缝)，这些裂缝共同构成水力压裂改造后的复杂缝网结构。次级裂缝、分支裂缝和连通性裂缝大多具有不沿最大主应力扩展的特点[6]。偏离最大应力方向的分支裂缝除了需要承受垂直裂缝壁面施加的正应力，同时会受到沿裂缝壁面施加的剪切应力影响，当达到抗剪强度时，裂缝开始发生错动、滑移，从而形成上述几类次生裂缝，进而改善压裂效果[6,8,13]。

但从实验结果看，赋存更深的页岩其法向应力也相应增加，抗剪强度得到显著提高，导致次级裂缝的起裂和扩展难度加大。这种难度将限制裂缝转向和分叉行为的发生，导致最大主应力方向的主裂缝重新获得扩展优先权，从而形成形状更加单一的裂缝，较难形成复杂裂缝和缝网结构，不利于压裂改造体积的增加。

同时，图2b也反映出深层页岩的抗剪强度参数(内聚力和内摩擦角)与浅层页岩存在差异。内聚力(截距)和内摩擦角(斜率)除了可以表征页岩的剪切形变能力外，还能反映不同深度页岩颗粒大小、咬合及成岩胶结强度等方面的重要信息，是评价深层页岩完整性、抵抗裂缝形变能力、抗剪能力的重要指标。由图2b可知：深层页岩与浅层页岩的内聚力差异并不显著，而前者内摩擦角却显著大于后者。因为岩样取自于同年代同地层，页岩矿物组成基本相同，矿物颗粒体积也基本相似，不同分子间引力无较大差别，因此，内聚力虽有增加但差异不大；内摩擦角差异主要是因为不同深度页岩的密度、颗粒形状及孔隙度有变化，深层页岩的密度较浅层页岩一般相对更大，颗粒在较高有效应力作用下产生进一步的形变，孔隙度也相对更低，这些都进一步增大内摩擦角，进而影响页岩抗剪性能。

2.2 深层页岩的形变特性

根据实验结果计算页岩各形变参数随围压的变化情况(图3)。由图3可知：随围压升高，变化趋势最显著的是弹性模量和泊松比，弹性模量随围压升高而显著升高，泊松比则随之降低。根据国外学者的研究[11]，弹性模量越高、泊松比数值越小，页岩脆性越好。若仅从图3分析，随着围压升高页岩脆性似乎变得更好。

图3 不同围压对页岩形变模量的影响Fig.3 The influence of different confining pressures on shale deformation modulus

但实际上这并不符合真实情况[10，12-14]，除了说明这种脆性评价方法存在缺陷外[10]，从能量演变的角度看，深层页岩全应力应变过程中共有3个比较重要的弹性蓄能三角形，分别是弹性阶段弹性蓄能E1、破坏前累积弹性能E2及破坏后残余弹性能E3(图4a，σy为屈服强度，σs为膨胀点强度，σp为抗压强度，σr为残余强度，α为弹性斜率)。在应力达到峰值点后，页岩开始发生脆性破裂，裂缝的扩展是在累积弹性能E2驱动下发生的，弹性模量越高相应的弹性蓄能能力也越高，一般而言脆性也更好。但对于深层页岩，由于页岩破坏完成后残余弹性能E3普遍随深度增加而升高，因此，真正用于促进裂缝自发生长的弹性驱动能(E2-E3)反而随埋深和围压增加逐渐降低，这与图1b中跌落幅度逐渐减小代表的含义一致，说明更大比例的能量被页岩内的塑性形变消耗，脆性已然变差。

页岩的破坏过程伴随着弹性能的累积与释放，同时也是总能量向弹性能和塑性能的转化过程，如图4b所示。在图4b中，页岩破坏阶段的弹性驱动能和塑性形变能用气泡图进行表征，气泡大小代表2种能量各自的数值大小，气泡位置代表两者之间的相对比例。由图4b可知，在不考虑其他能量损耗的情况下，页岩岩样破坏过程中，99.18%的弹性驱动能[13]是为裂缝扩展提供能量，而在围压为90 MPa的深层页岩中这一比例降至36.56%，减少的能量都消耗在不可逆的塑性变形中；深层页岩在压裂变形时获得的绝大多数能量不再用于有效裂缝的形成，而是消耗在了塑性形变上，这种变化不利于深部页岩的压裂改造，改造后的有效裂缝体积也将大大低于浅层页岩，从而影响单井产能。

图4 页岩形变过程中弹性能变化规律及能量分配比例

此外，尽管深层页岩与浅层页岩相比其塑性表现更加明显，但评价其形变恢复能力的剪切模量、体积恢复能力的体积模量和横纵向应变差异的拉梅常数均无明显变化。这表明，深度并未对页岩形变后的恢复能力产生显著影响。对应于压裂改造现场应用，施工时形成的压裂裂缝在长期开采过程中会逐渐变化并恢复闭合，而深层页岩这一裂缝形变恢复能力与浅层页岩相当。长期开采时，深层页岩在同等应力作用下，具有浅层页岩类似的裂缝闭合能力，而考虑到深层页岩实际闭合应力又远高于浅层页岩，其人造裂缝发生闭合的速度和程度必将超过浅层页岩，不利于生产工作的持续进行。

2.3 深层页岩破坏形式及脆性演变

通过三轴抗压及抗拉强度实验，可以得到页岩破坏形式和裂缝扩展结果(图5、6)。由图5可知，在轴向压缩作用下，低围压浅层页岩受力达到断裂极限后，主要以劈裂式拉张缝为主[4]，裂缝发育的数量与尺寸均较为明显，由于受侧向压力限制的作用较小，不同尺寸的裂缝遍布岩样，形成比较充分的裂缝体(图5a—e)。深层页岩处于较高的围压环境，受力后以双剪裂缝和单剪裂缝为主，此外由于侧限压力较高，裂缝法向应力分量较大，部分微细裂缝起裂及扩展困难，只沿部分薄弱点形成较短扩展(图5f、g)。

图5 页岩三轴抗压实验裂缝扩展效果

由图6可知，在无侧限压力作用下，从不同深度取得的页岩样品，巴西劈裂实验中裂缝破坏形态和劈裂效果整体差异不大。由于加载时上下加压点连线与页岩层理方向大致相同，实验后形成的破坏都以拉张型裂缝为主，纵向贯通截面(图6a、b)，部分页岩岩样会出现1～2条分支裂缝，主要为层理面剥离发育的次生裂缝(图6c—e)。

图6 页岩劈裂实验裂缝扩展效果

通过分析实验结果可以看到，页岩在无侧限压力作用下，取自不同深度处的样品其拉张型裂缝形成的效果没有太大差异，之所以在井下形成张性缝的结果和形式有所差异，主要来自于赋存环境的外在影响，地应力状态、地层流体压力等都显著影响了页岩张性裂缝的形成和扩展，进而带来井下人工造缝难度上的较大差异。通常来讲，地应力越大，张性缝形成越困难；流体压力越大，岩石脆性相对越好。

通过全应力应变曲线法，计算页岩岩样在不同围压下受力破坏全过程的脆性指数，得到结果如表1所示。由表1可知：埋深越大的页岩，其所受的围压相应也越高，高围压能显著影响页岩的脆性，围压达到60 MPa时，页岩已经开始由拉张型脆断破坏逐渐向剪切滑移型双剪切破坏转变，围压达到75 MPa时，剪切滑移型裂缝成为主要的破坏形式；继续增加围压至90 MPa时，深层页岩已经呈现出单剪裂缝型破坏模式。脆性指数计算的结果与图1、4的分析结果相吻合，三者相互佐证，显示页岩在赋存深度较深的环境下将逐渐由弹-脆性向塑-延性力学状态过渡。

表1 页岩岩样抗压破坏脆性指数计算结果Table 1 The calculating results of compressive failure brittleness index of shale rock sample

限于篇幅，不深入探讨温度对页岩强度和脆性的影响。但据前人研究成果[12-14]可知，赋存深度越深的岩石在高温作用下，内部胶结物质和本身矿物组织结构会发生内在变化，这将促使岩石由浅层的脆性向深层的延性转变，转变温度大约在200 ℃以上。众多学者认为[12-18]，四川东部至湖北西部下志留统页岩的脆性底界为1 940～2 763 m，因此，埋深为4 500～5 000 m处的温度、应力环境，虽然不会让页岩由脆性彻底转变成延性，但已显著影响页岩的力学表现，使其开始接近脆性—延性的转变范围，这与文中的研究结论一致。

3 深层页岩力学特性的变化对压裂改造的影响

3.1 压裂改造效果的敏感性分析

上述分析表明，深层页岩力学特性的变化对其本体破裂形式、形变造缝能力都有显著影响。采用Weng等提出的非常规裂缝模型(UFM)，考虑深层页岩力学参数变化对裂缝沟通、应力阴影及缝间干扰的影响，建立岩石力学因素对储层改造体积的敏感性模型[17-19]，计算结果见表2。

由表2可知：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、弹性模量增加时，储层SRV会随之降低；泊松比、脆性指数减小时，储层SRV也会降低。抗拉强度的增加，能够最为显著地影响SRV结果，敏感性最高，主要由于有效裂缝大多以拉张型裂缝为主，抗拉强度的增加显著提高了裂缝生成的难度；其次是脆性指数，作为页岩变形破坏的综合指数，其综合反映了其他力学参数的整体变化，参考意义较大；再次是抗压强度、泊松比、抗剪强度和弹性模量。尽管SRV对各参数的敏感性不同，但都反映出随赋存深度的增加，各参数都较为显著地影响了储层改造的结果，甚至大大降低了改造效果。

表2 深层页岩储层改造体积的敏感性分析Table 2 The sensitivity analysis of stimulated volume of deep shale reservoir

3.2 人工裂缝起裂压力升高

由于页岩属于水化效应比较明显的岩石，采用考虑水化应力的破裂压力计算模型，分析赋存深度对起裂压力的影响[18]。

结合前人研究成果及现场压裂经验[10，18]，开展单因素变量分析后可以看到，页岩地层起裂压力随埋深的增加呈显著升高趋势。通过计算可以得到埋深为3 000 m和5 000 m的页岩的起裂压力数值(表3)。由表3可知：页岩在埋深为3 000 m时的起裂压力约为57 MPa；埋深为5 000 m时，起裂压力达到110 MPa左右。埋深的增加通过影响地应力水平、抗拉强度及泊松比等力学参数，显著提升了地层起裂压力，为压裂施工的开展带来更高的难度。

表3 深层页岩与浅层页岩天然裂缝激活参数对比Table 3 The comparison of natural fracture activation parameters between deep shale and shallow shale

3.3 天然裂缝激活难度变大

在浅层页岩中，人工裂缝在起裂位置或扩展路径中遇到相对薄弱的天然裂缝时会将其激活。深层页岩由于地应力更大，作用在天然裂缝壁面的正应力更大，发生剪切和拉张型开启的效率都更低，加上岩石在漫长的地质年代过程中经由地下流体携带的矿物质填充，裂缝本身胶结状态改变，压裂液自人工裂缝进入后，并不容易引起天然裂缝的激活效应。

采用水力裂缝沿天然裂缝转向扩展的压力公式[16]计算深层页岩裂缝转向条件。结果表明：浅层裂缝发生转向相对更容易，转向压力比起裂压力高3 MPa左右即可满足转向条件；深层页岩发生裂缝转向时的难度更大，比起裂压力约高6 MPa(表3)，难度增加一倍。

3.4 裂缝发生分叉难度增加

页岩气储层产生裂缝网络的关键在于裂缝扩展时产生转向和分支裂缝，从而提高人造裂缝的复杂程度，增大改造体积。关于页岩裂缝转向的研究较多，但针对其分叉现象的讨论较少，根据动态断裂力学及能量守恒理论，水力裂缝发生分叉时的条件主要有2个：必要条件用来判断外界供能是否能够驱动多条裂缝分支共同扩展；充分条件用来判断裂缝分叉后张开角度是否足够大，从而避免裂缝再次合并[17]。

必要条件为：

(1)

充分条件为：

(2)

实际分析时，裂缝分叉扩展的必要条件可作为压裂过程中裂缝分叉行为发生与否的力学判断准则，求得裂缝分叉角度后代入充分条件可判断裂缝是否满足分支缝独立扩展的条件。

采用ANSYS数模软件，模拟不同深度水力压裂时裂缝的扩展形态。从数值模拟结果看，浅层页岩在压裂过程中，主裂缝易在扩展到一定长度后产生更高的能量累积，从而驱动更多分支裂缝的扩展，次生分支缝部分能够独立扩展，部分则由于主缝优势和应力主导重新并入主裂缝，最终形成类似于网状的裂缝体，压裂效果相对较好[16]。

结果表明，深层页岩压裂时主裂缝起裂、延伸、转向及分叉受到更高法向应力及剪切摩擦力的影响，虽然能量积累也可以产生大角度分支裂缝，但受到高法向应力影响，大多无法与主缝竞争，扩展较短距离后则停止生长。从力学角度分析，由于页岩在深层应力环境影响下具有塑性增强的特点，微分支缝在裂缝尖端形成后，其长度常小于裂缝尖端塑性变形区的尺寸，当主裂缝继续向前延伸时，微分支缝即停止扩展[17]。有些分支缝则在分叉时受到最大主应力的显著影响，只能形成较小角度分叉，分支缝扩展较短距离后会被主裂缝吸收、合并，最终沿主裂缝扩展路径留下短毛刺状的整体裂缝形态，裂缝数量及缝网体积较浅层页岩显著降低。

3.5 压裂液体系及流程变化

深层页岩压裂后，储层裂缝数量的减少和裂缝形式的改变(由张性缝过渡为剪切滑移缝)，必然会影响压裂液体系的设计和支撑剂的选择[19]。深层页岩压裂时将逐渐减少滑溜水的用量，转而采用凝胶+滑溜水+凝胶的配合形式，前后2段凝胶可适当选择不同黏度配方，同时在支撑剂选择上，需要加大100目及40(70)目覆膜陶粒用量，尾端追加30(50)目覆膜粉陶，以适应高闭合压力、低裂缝宽度下的支撑剂受力情况。

在埋深超过5 000 m的页岩地层压裂时，应选择段塞式、高砂液比、中等规模改造为主的方式进行施工。同时，也要精细控制砂液比和压裂作业流程，避免施工压力过快上升，部分情况下需要适当降低预期压裂规模，必要时可以根据需要改变浅层页岩改造常用的大规模加砂压裂设计思路。此外，在高闭合应力作用下，为了保持裂缝长期导流能力，可以尝试不同浓度、段塞式加砂及复合型支撑剂优选的思路，探索通道压裂的可行性，研究多类型支撑剂配型组合与加砂方式变化，进而获得高应力环境人造缝长期高导流能力。

4 结论及建议

(1) 基于系统的岩石力学测试实验，研究了深层页岩单轴及三轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、脆性指数及压裂效果等岩石力学特性与浅层页岩的差异。深层页岩的关键强度、形变及造缝力学参数中，屈服强度、膨胀点强度、抗压强度、残余强度、抗拉强度、抗剪强度、内摩擦角、弹性模量、剪切模量、残余弹性能、裂缝起裂压力、转向压力、分叉难度等均随埋深(围压)的升高而显著提升；泊松比、脆性指数、弹性形变能等随深度(围压)的升高而降低；取决于岩石自身矿物组成及咬合特性的力学参数，如无侧限内聚力等变化不显著。

(2) 浅层页岩岩样在低围压作用下大多表现出显著的拉张型脆断破坏特征，深层页岩在高围压的侧限作用下，逐渐由拉张型破坏向双剪破坏及单剪破坏转变。由浅及深，页岩的破坏形式变得更加单一，破坏后产生的裂缝数量、缝网规模逐渐降低，裂缝类型也由张性缝转变成剪切缝占优，从而带来裂缝缝宽及长期导流能力方面的显著改变。

(3) 深层页岩的脆性及压裂改造能力随深度的增加而降低，主要原因来自3个方面：一是应力环境的改变限制了张性裂缝的产生及扩展能力；二是裂缝壁面法向正应力的增加带来了抗剪强度的提升，影响了剪切滑移缝的产生及扩展；三是深层赋存带来的页岩物性改变(颗粒密度、形状等)及最大主应力的主导作用，限制了裂缝的转向及分叉扩展能力。赋存深度限制了深层页岩在破裂过程中形成复杂裂缝网络的能力，进而影响页岩的脆性和压裂效果。