钻孔轴向预制的人工裂缝定向水力压裂技术，由于水平应力差、压裂液黏度及滤失的影响，水力裂缝没有沿预制裂缝尖端起裂，而是沿钻孔壁起裂，导致预制裂缝不能够提供导向作用，使定向压裂失败。针对此现象，本论文以紫砂岩为研究对象，通过真三轴物理模拟研究不同应力差、不同压裂液黏度和预制裂缝涂防水剂隔绝滤失作用下对预制裂缝临界起裂角的影响规律，并采用数值模拟方法对压裂过程进行模拟分析。主要研究内容和研究结果如下：
　　（1）通过真三轴物理模拟对不同水平应力差临界起裂角的变化规律进行研究，并模拟分析了起裂过程。结果表明：随着应力差的增大，预制裂缝裂临界起裂角逐渐减小，裂缝张开度和裂缝压裂流速逐步增大，起裂偏转角、钻孔壁变形及岩石内部注液压力梯度逐步减小。应力差由2MPa增加到4MPa时，预制裂缝临界起裂角由90°减小到70°，减小了20°。裂缝张开度由0.15mm降低至0.115mm；裂缝压裂流速由0.075m/s降低至0.064m/s；裂缝偏转角由5.2°增大至16.2°；钻孔壁变形量从0.023mm增大至0.042mm；岩石内部注液压力梯度由1.74MPa增大至2.37MPa。
　　（2）通过物理模拟试验对应力差3MPa和4MPa不同压裂液黏度对临界起裂角的影响进行研究，并模拟分析岩石起裂过程，结果表明：随着压裂液黏度的增大，预制裂缝裂临界起裂角逐渐增大，裂缝张开度、裂缝压裂液流速及钻孔壁变形逐步增大，裂缝起裂偏转角及岩石内部注液压力梯度逐步减小。黏度由1mPa·s增加40mPa·s和70mPa·s时，应力差3MPa临界起裂角由60°增大到70°和75°；应力差4MPa临界起裂角由50°增大到65°和70°；裂缝张开度由0.115mm增大至0.175mm和0.192mm；裂缝压裂液流速由0.064m/s增大到0.069m/s和0.0705m/s；钻孔壁变形由0.065mm增大到0.072mm和0.078mm；裂缝起裂偏转角从16.2°降低至11.7°和8.8°；岩石内部注液压力梯度从2.37MPa降低到1.73MPa和0.87MPa。
　　（3）通过物理模拟试验对钻孔壁及预制裂缝防水处理后不同压裂液黏度对临界起裂角的影响规律及防水后岩石起裂过程进行研究。结果表明：防水处理后随着压裂液黏度的增大，预制裂缝临界起裂角、裂缝张开度、裂缝压裂液流速及钻孔壁变形均增大，裂缝起裂偏转角逐步减小。水平应力差4MPa，防水处理后，压裂液黏度由1mPa·s增加到40mPa·s和70mPa·s，临界起裂角由75°增加到80°和85°。与无防水处理相比，分别增大了25°、15°和15°；裂缝张开度由0.173mm增大到0.242mm和0.264mm；裂缝压裂液流速由0.079m/s增大到0.095m/s和0.098m/s，钻孔壁变形从0.082mm增大至0.093mm和0.096mm；裂缝起裂偏转角从6.5°降低至4.7°和4.1°。