松辽盆地北部地区是一个大型的中-新生代陆相沉积盆地,深层发育有广泛的非常规油气储层。随着勘探开发进行,研究发现,松辽盆地深层非常规储层岩性致密,裂缝发育特征复杂且岩石力学差异性显著,需要通过合理的储层改造才能实现油气的高效开发。复杂的地质裂缝特征与高强度的岩石力学性质成为制约着非常规储层开发的重要因素。针对上述问题,本文从储层的裂缝性特征入手,通过野外露头观测、取芯观察、测井解释等获得了研究区块的典型天然裂缝特征,并通过室内试验获得了岩石力学试验结果。进而构建了以岩石力学结果为约束条件的颗粒流控制参数表征方法,开展了任意细观裂缝发育特征岩石岩心尺度本构关系和破裂机制数值模拟预测研究。基于细观力学参数,开发了近井眼压裂模型颗粒流代码程序,实现了不同应力和裂缝状态下的裸眼井随机起裂模拟,揭示了裸眼井和射孔完井方式下近井眼压裂裂缝随机起裂规律。基于离散元和有限元方法的优势,构建了有限-离散元裂缝储层压裂裂缝扩展模型,将离散元本构关系参数和宏观裂缝特征引入模型,研究了典型裂缝特征下的压裂裂缝扩展规律。在此基础上,通过正交试验和数值模拟相结合的方式进一步对特定火山岩裂缝储层特征下的工程参数进行了压裂主控因素分析和施工优化研究。主要研究工作如下:(1)不同裂缝特征与属性具有不同的响应特征,根据取芯与岩石力学测试结果,基于颗粒流离散元理论,建立了表征裂缝性岩体的本构关系参数;在此基础上,构建了不同裂缝形态特征和裂缝力学性质的岩体模型,研究了不同裂缝结构面及其力学参数对岩石破碎的细观裂纹和宏观力学影响规律。(2)针对近井眼压裂的起裂特征,考虑到裸眼井壁起裂的任意性与有限元法人为预置裂缝的强干预性缺陷;基于离散元方法,开发了流固耦合作用下的近井眼压裂起裂模型与代码程序,重点分析了裸眼井和射孔井井眼起裂规律。研究结果显示,裸眼井井眼压裂后起裂条数受应力差影响显著,当应力差大于5MPa后,井眼以双翼形式起裂扩展;当应力差小于5MPa时,井眼以多裂缝起裂为主,且随着应力差的降低,起裂条数增多。此外,针对射孔井眼,获得了射孔完井井眼的起裂规律。(3)通过野外露头观察与特征描述,获得了火山岩储层典型裂缝特征。基于有限-离散元思想,开发了全局嵌入cohesive单元程序,建立了裂缝性储层压裂计算模型。通过与前人室内压裂试验进行相互验证,检验了模拟方法研究裂缝性储层的可靠性。在此基础上分析了不同天然裂缝形态和胶结强度比作用下的压裂裂缝扩展规律。平行发育裂缝储层中,在中-低胶结强度比作用下,水力裂缝主要沿着天然缝扩展;随机交叉缝储层,水力裂缝在中-高胶结强度比作用下沿着最大主应力方向的天然缝扩展,在低胶结强度比作用下才会激活垂直于最大主应力方向上的连通缝,形成复杂缝网;晶格状裂缝储层,水力裂缝在中-低胶结强度下主要沿着晶格缝轮廓进行扩展,而在高强度作用下直接穿透天然缝沿主应力方向延伸;由于天然裂缝形态和裂缝胶结强度差异性,压裂后的裂缝形态几何、泵注压力以及裂缝长度具有显著差异性。(4)根据特定火山岩地质裂缝特征,考虑两组发育特征的天然缝,建立了压裂优化计算模型。采用数值模拟与正交试验相结合的方法,对注入排量、射孔长度和夹角进行了分析研究。将累计缝长和最大缝宽作为参考对象分析了压裂改造效果,并采用日产气速率检验了评价方法的合理性。结果显示,泵注排量对累计缝长影响显著,对最大缝宽影具有一定程度的影响;而射孔长度和夹角对于矿场尺度的压裂效应不明显。排量不低于0.01m~3/s/m才可能在高强度火山岩储层中实现多分支缝压裂扩展。研究结果对于现场火山岩的高效开发具有一定指导意义。