水力压裂是目前油气开发中应用最为普遍且效果最为明显的储层改造技术。水力压裂通常会导致复杂的裂缝几何形态,水力裂缝与天然裂缝之间的相互作用是决定裂缝复杂程度的关键性因素,目前对于水力裂缝与天然裂缝相互作用的研究中通常认为天然裂缝为空洞的具有一定摩擦系数的界面,而实际储层中天然裂缝为具有一定胶结强度的结构弱面,因此利用能量释放率理论研究水力裂缝与结构弱面之间的相互作用是研究裂缝扩展准则更为准确合适的方法。本文首先依据线弹性断裂力学理论,利用连续性假设,计算了分支裂缝的能量释放率大小,并结合断裂韧性不连续模型建立了基于最大能量释放率理论的裂缝扩展转向模型;考虑Williams展开式中非奇异项的影响,采用最大周向应力准则建立了裂缝扩展方位的计算模型,并分析了 T应力对纯Ⅰ型裂缝与Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展方位的影响;考虑远场地应力对裂缝壁面应力场的影响,修正了传统最大能量释放率理论无法反应地应力差变化对裂缝扩展影响的局限性,建立了更为准确合理的裂缝扩展准则,分析了逼近角,地应力差,缝内净压力,裂缝尖端塑性区半径以及裂缝倾角等因素对裂缝扩展路径的影响规律;最后开展了大尺寸真三轴水力压裂室内模拟实验,分析了不同地应力条件以及不同逼近角等因素对水力裂缝扩展规律以及压后裂缝形态的影响,与理论研究分析得到的复杂裂缝形态进行对比,验证了理论模型的正确性。本文以裂缝壁面应力场为切入点,对远场地应力作用下的水力裂缝扩展机理进行研究分析,揭示水力裂缝与结构弱面之间的相互作用规律,对于现场施工中预测复杂裂缝几何形态,压裂效果评价等具有重要的指导意义。