斜井分段压裂技术常用于一些低渗透油藏的开发,但其压裂成功率低,改造效果差。在斜井近井筒处易形成多裂缝且裂缝易发生扭曲,使得主裂缝的宽度减小,严重影响携砂液的进入,制约了压裂效果及压后产量。同时,在斜井分段压裂过程中由于多条裂缝同步扩展时会受到相互间的应力干扰作用,这会使裂缝形态变得更加复杂。因此,迫切需要掌握斜井分段压裂裂缝扩展变化规律。本论文针对砂岩储层斜井分段压裂过程中多裂缝同步扩展的特点,综合运用弹性力学和流体力学基本理论,基于混合有限元-无网格法(hybrid FE-Meshfree Method,FEMM),建立了三维非平面裂缝扩展数学模型,通过理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了考虑裂缝间应力干扰作用的斜井多裂缝扩展规律,并针对裂缝形态的影响因素开展了一系列敏感性分析。主要研究工作及取得的认识如下:(1)建立了基于FEMM的非平面裂缝扩展模拟模型。利用FEMM基本理论,综合考虑裂缝间应力干扰、压裂液滤失及裂缝内流体二维流动,建立非平面裂缝扩展数学模型并对其进行离散求解,通过与现有的水力压裂物理模拟实验结果和数值模型结果的对比,验证了本文模型的正确性。(2)推导了水力压裂裂缝扩展相似准则。根据相似理论及已有的相似准则模型,建立了模型参数与现场施工参数之间的联系,并结合胜利油田桩23块基本地质参数,确定了模型基本输入参数。(3)开展了实验尺度下斜井裂缝扩展机理研究。分别建立了实验尺度下斜井单裂缝和多裂缝扩展模型,并对裂缝扩展规律进行敏感性分析。结果表明:在井斜角较小、井眼方位角较大、裂缝间距较小、施工排量和压裂液黏度较大的情况下,裂缝的弯曲程度相对较大,容易增加施工风险,提高砂堵发生的概率。(4)开展了油藏尺度下斜井裂缝扩展规律研究。建立了油藏尺度下斜井分层压裂和斜井分段压裂裂缝扩展模型,分析了斜井分段压裂过程中裂缝扩展轨迹、裂缝偏转角度以及裂缝宽度的变化规律。模拟结果表示,在井斜角较小、井眼方位角较大的情况下,应沿着最大主应力方向射孔,并采用变排量和变黏度的压裂工艺,以减小裂缝弯曲程度,同时获得更大的裂缝宽度。本文对砂岩储层斜井分段压裂裂缝的扩展形态及其影响机理进行了深入研究,建立的数学模型可定量分析斜井多裂缝扩展的形态变化。本文的研究成果对斜井压裂施工参数优化设计具有一定的参考价值。