水力致裂是一个流固耦合的过程,但目前针对于水力致裂机制的研究却很少考虑实际流体渗流和地层应力的耦合作用。且传统流固耦合理论是建立在各种假设的基础上,其仍然无法考虑很多实际问题,如微颗粒堵塞孔隙、黏土颗粒吸水膨胀等,因此如何更全面准确地描述水力致裂中地层应力与流体渗流之间的耦合问题具有重要的现实意义。本文以类岩石材料为研究对象,通过试验研究、理论分析和数值模拟的方法对水力致裂机制进行相关探讨。(1)开展类岩石材料常规力学试验和渗透特性测试,以黏土含量为切入点,考虑引入渗透率的应力敏感性的概念,获取常规力学参数及渗透特性相关参数,并对其影响规律进行分析,发现随着黏土含量的增大,其应力敏感性逐渐增大,用渗透率的应力敏感性模数M来表征有效应力对渗透率的影响程度,则其应力敏感性模数M与黏土含量符合二次多项式的关系。(2)基于弹性力学、岩石力学理论,对储层岩石和室内物理模拟试验起裂机理进行分析;并对起裂准则进行探讨,发现射孔井水力致裂的起裂准则不仅应该包括满足射孔围岩起裂的最大拉应力准则,还应该考虑最大水平应力方向井壁处围岩的起裂判据;然后基于渗流力学分析,考虑以试验结果所得到的渗透率的应力敏感性规律来联结起裂机理和渗流机理,从而构建考虑耦合作用的水力致裂力学模型,该模型不仅能确定射孔围岩的起裂压力,也能对起裂时间进行精确计算。(3)基于有限容积法(FVM)对构建的力学模型进行编程求解,数值计算可得到孔隙流体压力的时空分布,既能判断岩石起裂的位置,亦可分析近井区域孔隙压力升高导致应力集中加剧的影响;分别对有无应力敏感性的模型进行不同工况下的相关数值模拟研究,从起裂压力分析和流体渗流分析两方面对水力致裂机制进行探讨。