水力喷射径向水平井压裂一体化技术是在钻出多个径向微小井眼的前提下再实施压裂,可诱导裂缝起裂与扩展,形成三维复杂裂缝网络,可望成为非常规油气资源高效开发的革命性技术。目前,径向水平井(以下简称“径向井”)控制裂缝起裂与诱导裂缝扩展机理尚未明确,缺乏相应的井眼参数优化方法。本文采用理论分析、数值模拟和实验研究的方法,围绕多分支径向井控制裂缝多点起裂、诱导多裂缝扩展及井眼参数优化三个关键问题开展研究,主要研究工作和成果如下:(1)建立了单分支径向井裂缝起裂解析模型及多分支径向井裂缝起裂有限元模型,结合室内实验,分析了地应力状态、径向井参数(方位角、分支数目、长度、井径)和天然弱面对裂缝起裂压力和起裂位置的影响。结果表明:本文研究条件下,地应力、径向井分支数目和径向井方位角(径向井眼与最大水平地应力方向夹角)为影响裂缝起裂主控因素;径向井分支数目大于3,方位角大于45°时能显著降低裂缝起裂压力;径向井能够开启远端天然弱面,增大储层改造体积;多分支径向井控制多裂缝起裂的关键参数为径向井方位角,各分支径向井方位角一致能够实现多裂缝同步起裂。(2)采用有限元-无网格数值方法建立了多分支径向井诱导裂缝扩展模型,揭示了径向井诱导多裂缝扩展机理,分析了不同径向井分支数目、水平地应力差和分支夹角对径向井诱导多裂缝扩展形态的影响,为径向井井眼参数优化提供了真实可靠的裂缝形态。结果表明:多分支径向井井筒内压力引起应力场改变,使井筒附近岩石更易满足裂缝扩展准则,从而诱导多条裂缝沿径向井方向扩展;水平地应力差和径向井分支夹角为影响径向井裂缝扩展能力的主控因素,增大水平地应力差和减小分支夹角使径向井诱导裂缝扩展能力下降。(3)采用离散裂缝的方法,建立复杂形态裂缝流体流动半解析模型,分析了径向井压裂裂缝流动特征,并模拟了径向井压裂产能,对比了不同分支数目和分支夹角对于产能的影响,并依据产能最大化目标对井眼参数进行优化设计。结果表明:本文研究条件下,径向井压裂比无径向井压裂显著降低了裂缝流动压降,产能为无径向井压裂的2倍;径向井压裂后产能大幅增加,为压裂前的5倍;随径向井分支数目增大,产能不断增大;四分支径向井,分支夹角为90度时,压裂后可实现最大产能。本文提出了多分支径向井控制裂缝同步起裂方法,揭示了径向井诱导多裂缝扩展机理,最终对径向井井眼参数优化设计,研究成果有望为水力喷射径向井压裂一体化技术在非常规油气开发领域推广应用提供重要的理论和技术支撑。