致密储层由于其渗透率极低,必须对其进行水平井分段多簇压裂才能得到工业化开采。但是现场压裂施工和压后生产数据均表明部分射孔簇未能形成有效裂缝。因此,本文综合运用岩石力学理论、弹性力学理论、复合材料力学理论、位移不连续法理论、断裂力学理论、流体力学理论、和水力压裂力学理论等相关知识,开展水平井分段多簇压裂裂缝有效起裂和有效延伸研究。通过研究,取得了以下主要成果及认识:(1)针对现有套管射孔水力压裂破裂压力预测模型没有同时考虑套管和水泥环对破裂压力影响这一特点,本文综合运用岩石力学和弹性力学,建立起考虑套管和水泥环影响下的水平井水力压裂破裂压力计算模型。研究表明水泥环性质、天然裂缝性质、射孔方案对破裂压力都有影响,因此在压裂施工前需优化射孔方案(射孔方位角、射孔深度),使得各射孔簇破裂压力差异不大,从而使得各射孔簇都能有效起裂。(2)运用边界元理论计算裂缝扩展过程中缝间应力干扰和裂缝宽度,运用流体力学和水力压裂力学相关知识建立压裂液在井筒、射孔孔眼和水力裂缝中流动控制方程,根据断裂力学相关知识计算裂缝扩展条件和扩展方向,根据裂缝尖端能量释放率确定裂缝扩展步长,建立起水平井段内多簇压裂裂缝延伸流固耦合方程组。并采用Picard迭代法求解多裂缝扩展流固耦合方程组。(3)通过实例计算,分析了段内多簇压裂过程中多裂缝均匀延伸的影响因素。研究表明,多裂缝均匀延伸受一段内射孔簇数、簇间距、每一簇射孔孔径和射孔数量等因素影响。簇间距越小或一段内射孔簇数越多,裂缝延伸非均匀程度越大。在段内四簇压裂条件下,单一调节射孔数目或者射孔孔径很难实现多裂缝均匀延伸,需综合调节簇间距、射孔孔径、射孔数目才能改善多裂缝非均匀延伸情况。从本文研究可知,现场施工可通过调整施工参数来使得水力裂缝的有效起裂和延伸。因此在现场压裂设计中,可根据开发方案提出的布缝要求,调整各簇射孔方位、射孔深度、射孔数量、射孔孔径,设计施工排量和施工用液量,通过本文建立的段内多簇裂缝延伸模型模拟裂缝形态随时间的变化,从而确定支撑剂目数和加砂时间,使其尽量形成开发方案设计的支撑裂缝。