我国页岩区块具有非均质性强、压裂裂缝扩展可控性差、缝网形成机理复杂形态多样等特点,采用常规均匀分簇射孔方式进行压裂时,不同压裂段改造效果差异明显,部分井段未能充分改造,严重制约了我国页岩油气资源的高效开发。因此亟需开展非均质页岩储层特性评价研究和非均匀分簇射孔方法研究。本论文采用室内实验、理论分析和数学建模相结合的方法。首先,通过建立页岩特性参数评价模型、近井裂缝指数模型、长水平段甜度评价模型,对非均质页岩储层特性、长水平段近井裂缝发育情况、射孔压裂改造潜力进行了定量评价。然后,在此基础上开展了页岩实弹射孔实验,揭示了岩石物性参数变化和射孔参数变化对射孔穿深和孔径的影响规律;开展了非均质层理性页岩裂缝扩展实验,揭示了页岩层理、近井裂缝、岩性改变、孔周裂缝等因素对压裂裂缝扩展的影响规律。最后,基于促进近井筒裂缝有序生成和扩展的目的,提出了交错定面射孔的概念,并通过大尺度页岩靶实弹射孔物模实验,研究了交错定面射孔近井筒裂缝生成机理、不同定面夹角与交错角组合下的裂缝形态和扩展规律,最终形成了页岩非均匀分簇射孔优化方法。研究结果表明:（1）非均质页岩由于层理结构发育,其特性参数如抗压强度、弹性模量、硬度、内摩擦角、粘聚力等呈现出明显各向异性特征。通过建立非均质页岩储层长水平段近井裂缝指数模型和甜度评价模型,可对长井段近井裂缝发育情况进行预测,并对优质井段进行识别,从而更好的指导非均匀分簇射孔优化设计。（2）射孔弹穿深随弹药量、岩石强度、孔隙度等因素变化关系密切,弹药量越小、有效应力越大、岩石强度越大、孔隙度越小、纵波速度越大,则射孔弹穿深越小,反之射孔弹穿深越大。射孔孔径随弹药量变化关系密切,弹药量越大孔径越大,受岩石强度、孔隙度等物性参数改变的影响较小。射孔方位角、相位夹角、轴向间距对射孔穿深影响较大且存在最优值,以DP44RDX38-1深穿透射孔弹为例,其最优参数范围是:射孔方位角小于20°、相位夹角60°～90°、轴向间距100mm～150mm。（3）页岩压裂裂缝扩展时,会不断挤压各页岩层,不同页岩层之间因岩壁所受压力大小和方向存在差异,会发生剪切错动而形成与主缝扩展方向成角度相交的裂缝,这有利于增加压裂缝网的复杂性。页岩层理对裂缝扩展有显著影响,当压裂裂缝穿过层理面时会以类似“阶梯状”的形态向前扩展。当页岩中天然裂缝的尺度较大时,会引起压裂裂缝发生扭曲转向。平行射孔轴线的孔周微裂缝存在,有助于增强压裂主缝穿过天然裂缝的能力。（4）交错定面射孔是在常规定面射孔基础上引入定面交错角这一新参数,使相邻3个射孔所构成的定面形成交错。同一定面内及相邻定面间联系更加紧密,射孔孔道间相互作用更强,易形成连通裂缝并有序扩展。不同类型射孔弹存在最优定面夹角和交错角组合,可根据页岩储层特点进行优化设计,实现非均质页岩非均匀分簇射孔,促进形成所需的近井筒裂缝,增强裂缝形态及扩展的控制能力。研究成果可为我国非均质页岩非均匀分簇射孔设计及参数优化提供参考和依据,进一步促进我国页岩油气资源的高效开发。