非常规油气储层孔渗条件差、基质供给能力弱,需要经过压裂改造才能形成工业油气流。压裂改造受到应力状态、储层物性等诸多因素的影响,水力裂缝的形成过程尤为复杂。应力场的非均匀分布是非常规油气储层的基本特征,而非均匀应力状态下水力裂缝的扩展将变得更加复杂。水力裂缝的扩展情况与压裂改造效果密切相关,因此针对非均匀应力状态下水力裂缝扩展规律的研究至关重要。基于ABAQUS有限元软件,首先分析了天然裂缝附近地层的应力分布特征,随后以此为基础研究了非均匀应力状态下水力裂缝的扩展规律,最后通过室内物模实验进行了验证。首先,研究了天然裂缝与最大水平主应力方向的夹角、天然裂缝长度、应力差对应力场分布特征的影响,定量分析了天然裂缝对应力场的扰动范围。结果表明:（1）天然裂缝和最大水平主应力的夹角与应力（最大主应力、最小主应力）干扰范围具有二项式拟合关系,夹角越接近45°,应力干扰范围越大;天然裂缝长度与应力干扰范围呈线性正相关。（2）在特定取值方向上,天然裂缝对最小水平主应力的干扰距离与其长度呈1:1关系。（3）天然裂缝对应力方向的干扰主要与其夹角有关;应力差和天然裂缝长度不影响应力方向的分布特征。（4）最后对实际区块的应力场进行了反演,反演结果与现场实测结果一致,从侧面验证了上述结论。随后,以天然裂缝附近地层应力分布特征为依据建立了非均匀应力模型,研究了水力裂缝在非均匀应力状态下的扩展规律。结果表明:（1）水力裂缝扩展速率与最小水平主应力的大小有关,当水力裂缝扩展至最小水平主应力减小的区域时,其扩展速率增加,注入点缝宽和压力均不同程度下降;当水力裂缝扩展至最小水平主应力增大的区域时,变化规律相反。（2）水力裂缝扩展速率与不同应力区域的相对宽度及应力大小差异有关,最小水平主应力较大区域的相对宽度越大、应力大小差异越大,水力裂缝扩展速率增长持续时间越长。（3）水力裂缝扩展方向受最大水平主应力方向控制,在天然裂缝干扰作用下,水力裂缝逼近天然裂缝下部时,其扩展路径会向下偏移;逼近天然裂缝上部时,其扩展路径会向上偏移,且扩展路径越靠近天然裂缝上部,越容易绕开天然裂缝。（4）最后通过团队设计研发的压裂装置进行了全直径岩芯水力裂缝扩展实验,验证了数值模拟结果的准确性。