体积压裂过程中需要频繁的射孔完井作业,射孔弹巨大的爆炸冲击力会导致井筒完整性产生破坏,其中水泥环作为井筒中最薄弱的环节首当其冲,孔眼附近的水泥环容易产生初始损伤,主要包括,一是射孔孔眼附近的水泥环本体产生初始微裂缝;二是套管-水泥环界面与水泥环-地层界面在射孔冲击作用下发生震裂脱离,产生初始界面微裂缝。这些水泥环微裂缝会在压裂液的作用下发生进一步的扩展,这不仅可能会沟通相邻压裂段,导致压裂作业的失败,而更为严重的是水泥环裂缝的扩展会破坏水泥环密封完整性,进而可能引发环空带压、套管变形失效等问题,因此为了保证压裂油气井的安全生产,有必要研究压裂过程中水泥环本体与界面裂缝扩展规律。首先,本文开展了水泥环裂缝扩展物理实验,实验结果在一定程度上证实了水泥环初始裂缝会在压裂液驱动下发生进一步的起裂与扩展。受限于实验条件无法实现对水泥环裂缝扩展过程的定量分析,因此本文采用数值模拟方法针对水力压裂过程中水泥环裂缝的扩展过程开展研究,基于多孔介质流—固耦合理论和CZM方法,建立了水力压裂过程中水泥环本体裂缝和界面裂缝扩展三维有限元模型,深入研究了压裂过程中水泥环本体裂缝和界面裂缝在压裂液驱动下的起裂和扩展规律。本文最后讨论了储层地质条件、套管-水泥环-地层组合体力学性质以及压裂施工参数等因素对水泥环本体和界面裂缝扩展过程的影响规律。本文研究结果表明:（1）相比水泥环本体裂缝,水泥环界面裂缝更容易发生起裂,且相同时间内界面裂缝扩展距离更长;（2）水泥环第一界面裂缝比第二界面裂缝更易发生扩展,且相同条件下第一界面裂缝扩展更长;（3）水泥环界面裂缝更趋向于沿井筒轴向扩展而不是周向扩展;（4）适当降低地层与水泥环弹性模量,适当降低压裂施工压力与缩短压裂时间,适当增大水泥环本体与界面的抗拉强度都会有效的减缓水泥环裂缝的扩展,保障水泥环的长期密封完整性。为实现对压裂过程中水泥环裂缝扩展的有效控制,本文的研究成果在压裂段间距的优化、水泥石参数的选取以及压裂施工方案的制订等方面具有一定的指导意义。