页岩油气资源作为一种重要的非常规能源,须经水力压裂技术才能获得商业产能。不同于常规储层,页岩作为层状沉积岩石,具有显著的非均质性特征。常规的水力压裂裂缝扩展规律并不能完全适用于对页岩储层的开发。对于不同页岩储层地区,页岩的层理发育程度不同,裂缝的扩展规律差别较大。由大庆某区块页岩开发的试采井中发现,水平井体积压裂后水力裂缝无法形成预期效果,油井产量低、递减快。因此,需要深化认识非均质页岩储层的水力裂缝扩展机理及多裂缝均衡扩展优化方法,对于页岩储层的高效开发具有重要意义,本文从页岩储层的非均质力学特征出发研究裂缝扩展机理,主要工作如下:（1）将非均质有效应力、各向异性弹性及渗透参数矩阵引入岩石水力压裂的应力-渗流耦合方程,构建了页岩水平井多裂缝扩展模型的非均质数值模型。通过有限元二次开发,形成了页岩水平井多裂缝扩展模型模拟的数值模拟方法。（2）基于相似理论,配制不同相似材料配比下的页岩试件,开展了单轴压缩和巴西圆盘试验,给出了各向异性特征下的相似页岩配制方案,通过真三轴水力压裂试验,得到页岩储层的裂缝高度扩展规律。试验结果表明:各向异性度数值越大,非均质性越强,水力裂缝沿高度方向越不易扩展,强非均质性是导致大庆某区块页岩裂缝高度扩展受限的主要原因。（3）建立页岩单簇裂缝的水力裂缝扩展模型,研究了不同各向异性度、流量、粘度、应力差下的页岩储层裂缝扩展机理。研究结果表明:页岩储层的各向异性度数值越大,非均质性越强,越易于形成矮、长、宽的裂缝。非均质性引起裂缝沿高、长、宽方向的诱导应力不均衡是导致裂缝沿三个方向上差异化扩展的主要原因。同时,对于强非均质性页岩储层,在高流量、高粘度、高应力差下,会增加非均质页岩储层的裂缝高度,但当流量、粘度、应力差增加到一定程度,裂缝高度增长趋势会逐渐变缓,增高效果逐渐变弱。（4）建立页岩水平井三维多裂缝扩展模型,通过探索射孔摩阻与诱导应力间的作用规律,提出了一种对页岩水平井多裂缝均衡扩展的控制方法,基于响应面优化方法,构建了对大庆某区块页岩储层多因素影响下的裂缝体积和射孔摩阻预测模型,形成了对大庆某区块页岩储层全局响应参数范围内的寻优方法。研究结果表明:通过调节射孔摩阻平衡诱导应力的干扰作用,可促使多裂缝实现均衡扩展;基于F值的大小判断,对裂缝体积影响的主次顺序依次为流量大于簇间距大于段长大于应力差;以射孔摩阻为评价指标时,基于F值的大小判断,对射孔摩阻影响的主次顺序依次为簇间距大于段长大于应力差大于流量。以裂缝体积最大为最高权重优化目标,射孔摩阻最小为第二权重优化目标,对四种参数进行全局响应寻优,获得了段长、簇间距、流量和应力差的最优数值解;根据大庆某区块页岩水平实例井的电位监测结果发现,多簇裂缝扩展时,减小射孔数量,提高射孔摩阻,可促使多裂缝均衡扩展。通过理论分析、试验研究、数值模拟和现场监测相结合的方式,揭示了页岩储层裂缝的扩展机理和多裂缝的均衡扩展优化方法,同时,本课题的研究为大庆某区块页岩油储层的高效开发提供了一定的理论基础和参考依据。