页岩气作为常规油气资源最现实的接替资源之一,目前对储层进行压裂改造产生不规则、不对称的复杂裂缝网络是非常规天然气开采的核心技术之一。由于储层的低孔和低基质渗透率,加之页岩自身层状结构特性以及储层含有的天然裂缝存在不同的空间特性,影响完井后压裂过程中裂缝延伸规律,进而对网状裂缝的形成产生重要影响,致使压裂裂缝空间展布形态难以预测。因此,研究页岩水力压裂裂缝延伸方向的影响因素、延伸规律,并得到页岩储层水力裂缝网络判断准则,对储层压裂钻井布置并提高采收效率等至关重要。为深入认识页岩层储层水力压裂裂缝延伸规律及裂缝网络形成条件,本论文通过建立井眼条件下页岩气储层水力压裂裂缝延伸的二维模型,采用弹性力学和断裂力学理论结合RFPA2D-Flow数值模拟分析了层间遮挡效应、层理面及天然裂缝几何力学特征对水力裂缝延伸方向的影响规律,进而得出页岩层水力裂缝网络形成机制及条件。主要研究成果如下:①分析了影响页岩储层水力压裂裂缝延伸和形成裂缝网络的主要因素。基于弹性及断裂力学理论,给出了井眼条件下裂缝在层理面和天然裂缝端部产生张性及剪切破坏的临界水压,并分析得出裂缝延伸方向及缝网的形成与以上临界水压的大小关系密切相关,二者大小关系主要取决于水平主地应力差、层间抗剪强度以及主裂缝与层理面和天然裂缝之间的逼近角度。②揭示了页岩层理面几何力学特征对压裂裂缝延伸的影响规律。当页岩层基质力学性质一致时,延伸中的水力裂缝延伸至与层间层理面相交时,决定裂缝走向的是裂缝穿过层理延伸所需临界水压与裂缝沿层理产生张开剪切进而延伸所需临界水压之间的大小关系,随着地应力差异系数及层理面强度的增大,裂缝趋于穿过层理面形成沿最大主应力方向延伸的单一裂缝。③揭示了层间遮挡效应下的页岩水力压裂裂缝延伸规律。当页岩层间基质强度存在明显差异,页岩层不再均质时,水力裂缝在延伸的过程中由于遮挡效应的存在,会导致裂缝的偏转,进而影响裂缝网络的形成;裂缝左右两侧基质强度突变增大,当裂缝启裂延伸至层间界面时,水力裂缝受强度较高的岩石基质的阻碍,裂缝出现短暂的钝化止裂,待缝内水压达到一定值,裂缝沿界面层延伸,反之,裂缝直接穿透层理面进入另一侧岩石基质,且裂缝的延伸范围增大。④建立了页岩储层水力裂缝网络形成的判断准则。水力裂缝在层理面间分叉以及主裂缝与天然裂缝沟通是形成裂缝网络的关键,地应力差异系数、层理面及天然裂缝逼近角须在一定临界组合条件下,偏离该条件均产生单一裂缝;层间强度过大过小都不利于裂缝网络的形成,当页岩层间界面强度适中时,裂缝网络的形成主要与地应力组合及天然裂缝特征有关;最大水平主应力方向与层理面及开度较好的天然裂缝之间的逼近角呈大角度时,更有利于裂缝网络的形成。