非常规致密储层体积压裂过程中,受储层岩性、井筒结构、地应力、孔隙流体及储层天然裂缝分布等因素影响,近井筒区域的结构应力分布极为复杂。加之储层本身显著的非线性力学特征,在近井筒区域呈现出复杂多样的初始破裂形态。本文基于损伤力学理论,考虑近井筒区域复杂几何与材料非线性特征,建立了岩石变形—损伤的非线性力学模型。应用数值方法研究了近井筒结构应力与破裂形态的变化规律,结合大尺寸真三轴岩石力学试验系统开展了射孔对近井筒破裂形态影响的物理模拟试验研究。本文主要开展了以下几个方面的工作:1、基于岩石弹塑性损伤模型描述近井筒岩层变形-损伤过程,以累计塑性应变作为控制损伤的演化变量,分析了井筒结构应力与地层损伤过程。2、应用ABAQUS有限元软件建立了近井筒区域3D有限元模型,研究水力压裂过程中近井筒结构应力及初始破裂形态的动态演化;对比分析了定面射孔、螺旋射孔、定向射孔等不同射孔方式对近井应力分布以及储层初始破裂区域的影响。3、基于耦合孔隙压力的内聚力单元及生死单元技术研究了近井筒破裂及后续水力裂缝的扩展过程。4、建立近井筒2D水力裂缝扩展模型,编制用户子程序考虑岩石渗透率对应力的敏感性以及裂缝面上压裂液的滤失,同时研究泵入速率、压裂液粘度及储层力学特性对近井筒水力裂缝扩展形态的影响;针对裂缝性储层,分析了逼近角、天然裂缝强度对水力裂缝张开位移以及扩展距离的影响。5、利用大尺寸真三轴岩石力学试验系统开展了直井定面射孔水力压裂物理模拟试验。通过记录破裂压力,扫描压裂裂缝断面,研究了定面射孔参数对初始破裂压力及水力裂缝形态的影响并与数值模拟结果进行了对比分析。