碳酸盐岩储层在世界油气生产中占有极其重要的地位,碳酸盐岩储量占全球探明储量的47%,其油气产量约占世界油气总产量的60%。上世纪末,我国在塔河奥陶系碳酸盐岩储层不断获得重大突破,该领域探明地质储量约5亿吨,累积生产原油1570万吨,已经成为我国石油工业“稳定东部、发展西部”的主力接替区之一。塔河油田碳酸盐岩储层油气资源丰富,但大部分油井必须进行储层改造才能投产。酸压作为碳酸盐岩储层改造的主要技术手段,在油田的增储上产中发挥着重要的作用,但是由于酸压有效作用距离短,对远处缝洞体或缝洞体欠发育油井的改造效果不理想,为此,近年来国内外尝试对碳酸盐岩储层进行水力加砂压裂改造,以获得更好的增产效果。本文以塔河油田碳酸盐岩储层为研究对象,从岩石力学、裂缝扩展机理、选井选层、缝高控制等方面进行了分析和研究,初步形成了适合碳酸盐岩水力压裂的工艺技术。应用实验方法研究了地层条件下碳酸盐岩的力学性质,岩石变形为线性、杨氏模量高、断裂韧性小,造成裂缝宽度窄,缝高延伸难以控制。分析了不同因素对导流能力的影响,实验结果表明在相同的闭合压力下,填砂裂缝的导流能力远大于酸蚀裂缝的导流能力。从储层地质条件出发,应用人工神经网络原理建立了人工智能专家系统,对碳酸盐岩水力压裂选井选层进行了定量分析。对于孔隙型地层,应用线弹性理论建立了拟三维裂缝扩展模型;对于缝洞型储层,应用损伤力学的方法初步建立了复杂介质条件下的裂缝扩展模型,研究了天然裂缝与最大水平主应力方向的夹角、天然裂缝的条数、天然裂缝和缝洞体的规模、水平主应力差等因素对水力裂缝扩展的影响。针对塔河碳酸盐岩储层纵向应力差小的特点,采用人工隔层技术来控制缝高,从其铺设厚度、铺设位置、隔离剂用量和开始加入时间等方面进行了研究。通过5口井现场试验,施工成功率、平均砂比和加砂量得到显著提高,部分井取得了较好的改造效果。因此,碳酸盐岩储层进行水力压裂改造在技术上是可行的、在工艺上是成功的,水力压裂是开发碳酸盐岩油藏的有效手段和措施之一。研究结果丰富了碳酸盐岩油藏增产改造理论,对提高碳酸盐岩储层开发效果具有重要的指导意义。