随着海相碳酸盐岩油藏地质理论的不断创新,我国塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩缝洞型油藏成为当前油气领域的研究热点。这类油藏具有埋藏深、储集空间形态多样和油藏非均质性强等特点,现有物探技术不能对缝洞发育情况进行准确刻画,井底只能到达缝洞发育的一定范围内,相当一部分井完井后不能自然建产,需要通过储层改造在井筒周围建立起具有足够导流能力的油流通道,获得工业油气流,达到建产目的。但由于天然裂缝和溶洞的存在,油藏一般表现为复杂介质特征,人工裂缝扩展机理十分复杂且延伸路径具有不确定性,现有经典压裂理论无法很好地解释复杂介质条件下人工裂缝的扩展行为,更无法模拟人工裂缝的非平面转向情况,施工方案设计针对性差,严重制约了缝洞型油藏的有效合理开发。因此,有必要开展复杂碳酸盐岩储层水力裂缝扩展机理研究。本文以扩展有限单元法为基础理论,充分考虑缝洞型油藏地质特征,着重从天然裂缝和溶洞对水力裂缝延伸路径的影响方面开展工作,共完成以下几方面探索性研究内容:(1)基于扩展有限元基本原理,考虑到水力裂缝扩展数值模拟问题的特殊性,推导了扩展有限元控制方程、处理裂缝问题的基本位移模式以及相关的数学理论公式,阐明数值模拟工具的基本数学表达形式。(2)基于断裂力学和岩石力学等相关基础理论,考虑到水力裂缝扩展方向的任意性,采用最大能量释放率和最大周向应力准则作为判断裂缝延伸方向的基本判据,形成了缝洞型油藏水力裂缝扩展准则,为水力裂缝动态扩展实施提供基本条件。(3)建立了缝洞型油藏水力裂缝扩展物理模型。详细阐述了缝洞型油藏水力裂缝延伸扩展有限元数值实现算法,并编制了缝洞型油藏水力裂缝扩展MATLAB模拟程序。(4)数值模拟结果表明:①溶洞周围应力集中会导致水力裂缝的延伸方向发生偏转,偏转程度与井筒位置、洞穴规模、地应力水平、施工液体排量和黏度有关;井筒偏离洞穴中心线距离越远,裂缝延伸路径距离洞穴越远;水平主应力差越大,偏转程度越小;洞穴规模越大,偏转程度越大;施工液体排量越大、黏度越高,偏转程度越小。②天然裂缝逼近角越小,水力裂缝越容易转向进入天然裂缝,反之越容易穿过天然裂缝。天然裂缝与岩石本体临界能量释放率比值较小(天然裂缝弱胶结)情况下,水力裂缝可以转向进入高逼近角天然裂缝,反之可以穿过低逼近角天然裂缝。③天然裂缝的长度、走向和位置对水力裂缝能否沟通溶洞具有重要影响,一般情况下,天然裂缝距离溶洞较近,水力裂缝逼近天然裂缝时逼近角较小,且长度较长的天然裂缝容易将水力裂缝引导到溶洞附近,提高沟通溶洞的几率。本研究丰富了缝洞型油藏储层改造理论,对现场施工方案制定和施工后效果评估工作具有一定的指导意义。