川东北须二段储层为砂岩和泥岩夹煤层组合的特低孔致密气藏,天然裂缝发育。水力压裂是投产的必要手段,而其天然裂缝发育的特征给储层增产改造带来不少挑战。因此,需要对裂缝性储层的相关特征展开研究并加深对储层岩石破裂方面的认识。本文首先对川东北地区须二段地质概况进行了归纳总结,通过对目的储层现场取芯,进行了相关的岩石力学室内实验;针对其天然裂缝发育的特质,探讨了天然弱面对岩石力学性质的影响,并从多角度分析和总结了岩样在室内压缩实验中出现的多种破坏模式。通过室内实验确定储层地应力特征,并通过岩心观测进行了天然裂缝的发育情况评价,从而获取了储层基本特征参数。随后,考虑钻井和射孔引起的应力集中、液体内压引起的应力以及压裂液从孔眼渗滤引起的附加应力,并特别考虑了压裂液从天然裂缝面渗滤所引起的附加应力,建立了直井套管射孔完井的孔眼围岩应力场分布的计算模型,使用之前获取的储层基本特征参数进行了应力场计算和相关影响因素分析。根据建立的应力场分布模型,在不同的破裂模式下选用不同的破裂准则,建立了针对裂缝性地层的破裂压力计算模型,并进行了破裂压力的计算和相关影响因素分析。最后,将本文提出的破裂压力预测模型应用于目标区块的现场压裂井,并与现场施工数据进行了对比验证。本文通过以上研究,得到以下几点认识:(1)川东北地区须二段的砂岩孔隙度以及渗透率较低,储层整体致密,属异常高压气藏,地层总体封闭条件好;该层位多发育有高角度缝,天然裂缝优势走向与最大水平主应力方向基本一致。三轴压缩实验中,弱面的存在使得岩样破坏形态更为复杂,出现多种破裂模式。(2)应力的变化主要集中在1~3倍井眼/射孔半径的范围内,随着距井眼/射孔的距离增大,地层中岩石三向正应力逐渐趋于稳定。当孔深不同时,随着孔深增加,孔眼围岩应力场的分布整体变化趋势基本不变,但在数值上的变化范围减小。由于压裂液从裂缝渗滤,裂缝周围岩石的孔隙压力相应增大,从而形成附加应力场,以裂缝为中心成椭圆递减分布。(3)裂缝性地层存在三种起裂模式:从岩石本体起裂、沿天然裂缝剪切起裂与沿天然裂缝张性起裂。对于从岩石本体起裂的情况,最优射孔方位是最大水平主应力方向,水力裂缝是从孔眼根部起裂,位置是上下垂直方向的方位。根据川东北须二段储层的基本情况,如果孔眼与天然裂缝相交,计算结果显示裂缝起裂的方式的最大可能性为沿天然裂缝剪切起裂。(4)与现场施工数据的对比结果显示,本文提出的模型能有效预测川东北须二段的破裂模式和破裂压力,对现场应用和后续研究都具有推广价值。