水力压裂是油田开发中最为常用的增产措施,对于油田的增产稳产意义重大。水力压裂工艺的研究水平的高低,直接影响到油气开采的效率。水力压裂是一种复杂的增产技术,对其的研究需要考虑到诸多因素才能更加符合实际,更好地指导施工。目前国内外提出了许多关于水力压裂裂缝扩展的拟三维模型和全三维模型,相对于曾经广泛采用的二维模型已有了很大的进步。但存在的问题是,当不可忽略裂缝在缝高方向扩展时,没有考虑流体沿缝高方向流动的拟三维模型将不再适用。另外,全三维模型还不成熟,尚处于研究阶段。本文在总结前人研究的基础上,同时考虑了目前裂缝扩展模型所存在的局限,主要进行了以下几方面的研究:(1)考虑地质构造、地层埋藏深度以及油田开发活动等因素对地应力的影响,详细分析了三维分层地应力的计算方法;在考虑地应力、压裂液压力以及压裂液滤失等因素的影响下,给出了井筒附近应力场的计算公式。(2)水力压裂的裂缝形态判断是水力压裂施工前需要进行的重要工作,直接关系到增产效果。论文在分析造缝条件及破裂压力的基础上,首次提出了用模糊判断和精确判断的方法进行裂缝形态判断,得出了用来判断压裂之后产生垂直裂缝还是水平裂缝的两种方法。(3)根据盖、底层的应力分布,分应力均匀且对称分布和应力均匀但非对称分布两种情形,详细分析了考虑压裂液一维流动的裂缝拟三维扩展模型及其数值求解方法,得出了裂缝的三维几何尺寸及随泵注时间扩展的规律。(4)在盖、底层应力均匀且对称分布的情形下,详细分析了考虑压裂液二维流动的裂缝拟三维扩展模型,并给出了详细的数值求解方法,得出了裂缝的三维几何尺寸及扩展预定缝长所需的泵注时间。(5)利用Visual Basic编程语言和Fortran语言编制了工程应用软件,实现了对分层地应力及井筒附近应力场、压裂裂缝形态判断、裂缝的拟三维扩展等水力压裂相关问题的分析计算。