作为无水压裂技术的高能气体压裂可在井筒周围形成多条径向裂缝,实现对页岩储层的缝网改造,有利于我国页岩气的高效开发。针对页岩气储层脆性矿物含量高、非均质性强和天然裂缝发育等特征,结合水平井高能气体压裂技术特点,本研究基于室外实验和数值模拟探究页岩气藏水平井高能气体压裂裂缝起裂与扩展规律。整个研究过程将高能气体压裂分为应力波载荷与高能气体载荷作用两个阶段。在应力波载荷作用阶段,基于动力有限元方法,建立了页岩气藏水平井高能气体压裂裂缝起裂模型,并与模型的解析解进行了对比分析,验证了其准确性,分析了加载速率、峰值压力以及页岩力学参数对裂缝起裂的影响,并对加载速率与裂缝条数关系进行了探讨;在高能气体载荷作用阶段,基于质量与动量守恒定律,运用扩展有限元方法,建立了页岩气藏水平井高能气体压裂裂缝扩展的气固耦合模型,并与实验模拟结果进行了对比验证,分析了压力递减速率、页岩非均质性和天然裂缝与压裂裂缝几何形态关系。结果表明:高杨氏模量的储层易形成窄而长的裂缝,低泊松比、高抗拉强度的储层易形成窄而短的裂缝。低加载速率、高峰值压力有利于裂缝的生长,加载速率越大,裂缝起裂压力越高,裂缝发生有效扩展的条数越多;峰值压力对裂缝起裂压力、起裂条数没有影响。压力递减速率是影响裂缝有效扩展的关键因素,减小压力递减速率有利于裂缝扩展。页岩储层层理普遍发育,不同层理的物性差异导致裂缝扩展过程中应力应变发生明显变化;具有高杨氏模量和低泊松比的层理,容易受到主裂缝诱导应力的影响,应力集中较严重,易产生局部复杂缝网。高能气体压裂裂缝以任意角度与天然裂缝相遇,均会发生不同程度的转向,产生的诱导应力促使天然裂缝发生剪切滑移形成新的次生裂缝,转向程度与天然裂缝方位、逼近角大小有关。本文研究结果可为页岩气藏水平井高能气体压裂工艺设计、参数控制及优化提供相关指导,具有重要的理论价值。