水压致裂技术是在非常规油气资源开采中用于石油和天然气增产的一种方法,其原理是:将高压流体注入目标岩层,利用流体自身能传递压力的特性,使岩石产生沿着一定方向或者一定范围扩展的裂隙,进而达到对非常规油气资源增产的目的。随着科学技术的不断发展和进步,近年来水压致裂技术也被广泛应用于例如三维地应力测量、煤层气开采、地热能利用等其他领域,广阔的应用前景使该技术的机理研究充满意义。本文采用课题组自主研发的水压致裂设备,以含有单一裂隙的类岩石材料立方体试件为研究对象,用预先设置在井筒周边的既有裂隙来模拟天然裂隙,进行了室内水压致裂试验,研究了井筒周边天然裂隙几何尺寸对水力裂缝扩展过程的影响。根据既有裂隙距离井筒的不同距离将试验分为三组,研究天然裂隙在不同位置条件下其几何尺寸对水力裂缝扩展行为的影响规律;本研究中每组试验设置三种不同既有裂隙几何尺寸和两种不同围压参数,探究了不同既有裂隙几何尺寸和围压差对水力裂缝扩展行为的影响;在相同条件分析了下水压致裂试验中最大水压力值与井筒周边既有裂隙几何尺寸、位置之间的关系。同时,通过有限元模拟对典型试验工况进行了弹性应变能密度的计算,将数值模拟结果与试验结果进行了对比,从能量角度对水力裂缝扩展行为进行分析,对试验结果进行解释。同时在计算结果中提取了井壁周围最大弹性应变能密度和最大环向应力,与试验结果进行了比较。试验结果表明:一定条件下井筒边既有裂隙几何尺寸对水力裂缝扩展具有显著影响,在既有裂隙靠近井筒位置的情况下(本研究中L/D=2,4),既有裂隙几何尺寸越大,其尖端对水力裂缝扩展路径的吸引能力越强;在井筒边既有裂隙距离井筒位置很远的情况下(本研究中L/D=6),既有裂隙几何尺寸和裂纹尖端对水力裂缝扩展路径的影响不再显著,水力裂缝扩展方向都不再是朝向既有裂隙裂尖位置,而是转向既有裂隙的中部;水力裂缝扩展路径被井筒边既有裂隙吸引后有向垂直于最小主应力方向偏转的趋势;在相同条件下随着井筒边既有裂隙几何尺寸的增大,试验中最大水压力值减小;相同条件下随着既有裂隙距离井筒距离的增加,试验中最大水压力值增大。数值模拟结果表明在既有裂隙距离井筒位置较近时,井筒边既有裂隙尺寸越大,其裂尖区域的弹性应变能密度越大,表明该区域积累的能量越多,水力裂缝越容易向该区域扩展,说明井筒边既有裂隙尺寸越大其裂尖对水力裂缝扩展的吸引能力越强。