致密储层具有低孔、低渗且有大量发育的天然裂缝的特点,一般利用水力压裂技术进行压裂改造。但是,在实际的压裂过程中,由于储层中的天然裂缝具有多样的发育方向,在天然裂缝的影响下,有时会导致水力裂缝转向不利于开发的方向,将会降低水力裂缝和天然裂缝的沟通效果,因此需要结合天然裂缝,研究水力压裂过程中压裂造缝特征和水力裂缝扩展延伸规律,这将提高致密储层的水力压裂改造效果,利于有效开发。但是,目前所采用的的数值模拟手段如位移不连续法（DDM）、离散元法和XFEM等方法难以处理裂缝扩展和相交等模拟问题。为了解决以上问题,本文基于相场法的基本原理建立储层压裂裂缝扩展相场模型,通过数值模拟和水力压裂物模实验两种手段研究水力压裂过程中在天然裂缝和储层地应力差的影响下水力裂缝造缝特征和扩展延伸规律并相互验证结果,指出压裂过程中能够控制射孔方向进而控制水力裂缝与天然裂缝的成角,增强水力裂缝与天然裂缝的有效沟通,对致密储层压裂改造提供科学指导。本文主要工作内容和成果如下:（1）以相场法为基础,基于变分原理和能量守恒原理建立了储层水力压裂裂缝扩展相场模型,建立了含有天然裂缝的水力压裂裂缝扩展数模模型,通过数值模拟手段研究天然裂缝与最大主应力成角和水平地应力差对水力裂缝扩展规律的影响。模拟结果表明:对于水平地应力差为8MPa,天然裂缝与最大主应力成角为75°的致密储层,水力裂缝和天然裂缝能够有效的沟通,水力压裂改造效果最好。（2）结合致密储层的力学特征分析,通过真三轴水力压裂物模实验研究不同水平地应力差和天然裂缝与最大主应力方向成角关系条件下,压裂造缝特征和水力裂缝扩展延伸规律,验证了数值模拟结果的正确性。实验结果表明:1、当水平主应力差一致,天然裂缝与最大主应力方向成角增大时,水力裂缝由沿着天然裂缝扩展模式变为既发生沿天然裂缝扩展也发生穿过天然裂缝的扩展机制,形成了应力+裂缝均衡型复合裂缝扩展模式,利于形成均衡扩展的体积缝网;2、当天然裂缝与最大主应力方向成角一致,水平地应力差增大时,水力裂缝在天然裂缝沿最大主应力方向扩展,形成了应力主导型的复合裂缝扩展模式,表明此时水力裂缝受地应力差的影响非常明显,形成了穿过型裂缝扩展模式。本文的研究成果揭示了致密储层水力压裂中水力裂缝扩展规律,为压裂改造提供了科学依据。