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水力压裂裂缝扩展形态问题已成为当前水力压裂研究领域亟待解决的基础性课题。为了系统分析水力裂缝转向、多裂缝等现象，深刻认识水力裂缝起裂与扩展的控制机理，运用“裂缝不平衡扩展”的概念来阐释水力裂缝扩展的非直线性、不对称性及内在原因，遵循实验研究、控制机理研究、数值模拟方法研究、扩展规律研究的总体思路，注重从体系上对水力裂缝扩展开展研究。
采用实验研究和理论研究相结合、解析方法与数值方法相结合、裂缝起裂与裂缝扩展分别研究的技术方法，研究了水平井压裂裂缝起裂机理、水力压裂裂缝扩展控制机理、裂缝扩展的影响因素及规律等内容。(1)在进行实验参数相似性分析的基础上，利用大尺寸真三轴水力压裂模拟系统，首次设计开展了水平井多缝压裂缝间干扰实验和天然裂缝对水力裂缝扩展影响实验，并从实验的材料配置、参数选择等方面入手提高模拟压裂实验的可参考价值，总结了水力裂缝的扩展规律和各种因素的影响，并为裂缝扩展机理研究和数值模拟研究奠定了基础；(2)水力压裂裂缝的扩展是张拉作用和剪切作用共同存在的复合型破裂模式，裂缝尖端具有奇异性的应力集中对其扩展具有决定性的影响，从断裂力学理论出发，以裂缝尖端应力位移状态的分析为线索，系统阐述了水力裂缝扩展的控制机理；(3)建立了平面应变条件下水力裂缝扩展有限元模拟方法，研究了水力裂缝、天然裂缝、水平主应力分布等因素对水力裂缝扩展的影响机理和影响规律；(4)水力裂缝的起裂是张性破裂，综合考虑了原始地应力分布、井筒内压、压裂液渗流等因素，进行了水平井筒周围应力分布、射孔孔眼应力分布研究，分析了水平井分段压裂时先压水力裂缝对地层应力分布的影响，建立了预测水平井压裂破裂压力、起裂方位的解析计算方法。
研究成果对于正确认识水力裂缝的扩展机理、加快裂缝扩展数值模拟方法研究具有重要的推动作用，对于进一步开展水力压裂裂缝形态的研究、推进水力压裂理论的持续发展、促进低渗透油气田的经济高效开发具有重要的理论和现实意义。