在控制水力压裂裂缝高度增长的各种方法中，人工应力遮挡控制缝高技术效果较好，应用广泛。鉴于目前人工应力遮挡控制缝高技术的研究主要是其基本原理的定性分析和现场工艺优化，而没有进行系统的理论分析，所以有必要对其进行系统的实验研究、机理分析和设计方法研究。 论文从断裂力学和渗流力学角度对常规水力压裂缝高控制及设计方法进行了分析，主要涉及水力压裂裂缝模型、水力压裂裂缝开裂准则、缝内流体流动规律、裂缝扩展方程等；同时从岩石物质特性、施工参数和地层应力几个方面对影响压裂缝高的因素和控制方法进行了分析，对论文的研究有重要的指导和借鉴作用。 鉴于目前充填转向剂形成人工隔层的实验研究，主要集中在是压裂施工的现场监控分析上，室内实验模拟主要集中在携带液和导向剂的最优组合、转向剂的物化性能、阻流性能、导流能力的研究方面，而对于一定浓度的转向剂对裂缝扩展应力的影响，携带液在地层中渗流量及与地层压差的经时变化对裂缝扩展能力的影响还存在空白。 由于目前测试手段的局限性，直接测试裂缝尖端的受力状态非常困难，论文采用实验与有限元计算相结合的方法，首次系统地分析了转向剂建立人工应力遮挡的作用过程与作用效果：在转向剂浓度一定的条件下，渗流量越大裂缝处应力值变化越大，但随着渗流量的继续增加，裂缝应力值的变化越来越小，应有-合理渗流量；裂缝处应力随压差增加而增加，基本为线性关系，压差越大转向剂对裂缝处应力值影响越大；采用转向剂可以建立3～4MPa的人工应力遮档；采用人工应力遮挡进行压裂施工时，还应注意优化压裂设计，合理确定转向剂携带液的浓度、排量、施工泵压等参数。 论文实验方法可应用于对转向剂材料的筛选、评价及转向剂与岩石的适应性分析，指导转向剂材料的研究与生产。 由于目前还没有系统的人工隔层形成机理，而人工隔层形成机理是研究转向剂控缝高机理、现场操作程序、转向剂控缝高效果预测的基础，论文考虑压裂液在裂缝中运移的相对有序性，描述了充填转向剂形成人工隔层的基本过程，在考虑原地应力和地层滤失剖面变化的基础上，通过耦合计算，确定了转向剂浓度、粒径大小、转向剂密度、流体粘度、注入速率、泵注排量等设计参数对人工遮挡效果的影响；提出了实际水力压裂中人工隔层控制缝高技术中转向剂的性能要求、施工要点及基本工艺过程。 根据料浆沉降原理，建立了转向剂的沉降-成层数学模型，实际生产中可以结合实验计算转向剂的实际沉降速度，确定转向剂的沉降成层规律，更好的控制加液时间，为保证形成有效、密实的低渗透遮挡层提供理论依据。在人工隔层控缝高线弹性断裂力学分析中，改进了Simonson的线弹性断裂力学模型，得到了缝内压力与裂缝延伸进入隔层深度的关系式，计算分析认为：随着隔层与产层水平地应力差的增大，水力裂缝延伸进入隔层同样的深度所需的缝内液压越来越大；在隔层与产层水平地应力差一定的情况下，通过控制缝内液压，可控制裂缝延伸进入隔层的深度；如果隔层与产层的水平地应力差较小，只需稍微增加缝内压差，就可能导致裂缝延伸进入隔层深度的急剧增大；人工隔层产生的压降，可减小裂缝尖端处的裂缝延伸压力，达到控制裂缝高度的目的。 在人工隔层控缝高渗流力学分析中，借鉴了脱砂压裂技术的相关思想、方法，通过对水力裂缝端部区域的渗流场分析，认为人工隔层对裂缝扩展的控制作用主要体现在其对缝内压裂液的阻流作用上，这种阻流作用的大小和人工隔层的物性及压裂液性能有密切关系。 根据Darcy定律、流体流动的连续性方程结合转向剂沉降-成层数学表达式，提出了转向剂形成人工应力遮挡的数学表达式：即遮挡层形成的压力降与携带液的滤失速度、遮挡层厚度、携带液的粘度成正比，与遮挡层的渗透率成反比，并且随着缝内压力的增大，遮挡层形成的压力降变的更大。该表达式可定量确定转向剂形成人工遮挡层作用效果的大小，结合缝高计算公式，可对水利压裂裂缝高度进行预测。 论文提出了人工隔层控制缝高的设计方法，在设计中不仅需要清楚地层竖向地应力剖面，还要考虑裂缝延伸与施工排量、流体粘度、砂比、支撑剂颗粒大小和比重的关系，FracproPT三维压裂软件可以预测裂缝高度增长速率、裂缝扩展、泵送时间和注入液体体积的关系，在压裂设计中应根据各因素之间的关系，确定合适的作业程序和作业规模。