致密油、页岩油作为我国油气资源中的重要接替资源,其80%以上的储层类型是含夹层储层。目前,现有成果对薄互层储层压裂相关问题已经具有一定深度的认知,但压裂施工后仍存在产量递减较快问题。本文围绕薄互层岩石断裂特征及现场应用开展了系统研究,包括薄互层岩石断裂模型、断裂特征实验描述方法、数值模型,以及断裂模型在水力压裂设计的应用四个方面。本文针对薄互层岩石岩性、力学性质变化频次高,变化尺度范围小的特点,基于数字相关图像(DIC)技术提出了综合应变云图法。该方法能对薄互层岩石多层理界面张开和错动程度及范围进行有效监测,并可预测裂缝的扩展路径。由此,基于薄互层岩石的多层理扰动的断裂特征,建立了薄互层岩石的过程区模型。同时,提出了考虑断裂能各向异性的修正准则,建立了裂缝穿层判定图谱。通过室内压裂物理模拟实验和互层岩石数值模型,验证了修正断裂准则的正确性。基于室内物模实验发现,层间弹性模量差异对水力裂缝穿层面积和压力的影响存在临界值。当层间弹性模量差异超过临界值,差异性会限制水力裂缝在界面处的扩展。同样数值模型中,不同岩石中断裂能各向异性程度存在极限,当断裂能各向异性达到极限值时,水力裂缝扩展将不再穿层扩展。基于薄互层岩石的断裂模型,本文建立了水力裂缝优势扩展路径选择程序。结合测井资料可进行射孔位置优选,为“定点多级”的压裂工艺提供了较好的设计依据,得到了较好的现场应用效果,压裂施工后单井产量较对比井提高了约2~5倍。