水平井压裂过程中,复杂机制作用下的支撑剂运移严重影响了其在裂缝内的铺置形态,增加了压裂设计难度。因此,明确水平井压裂支撑剂运移规律,提高对其运移过程中水动力学行为的认识,对于指导压裂设计具有重要的意义。首先,对单颗粒支撑剂在滑溜水压裂液中的沉降行为进行了实验研究。针对滑溜水压裂液的粘弹性,优选了Giesekus本构模型表征其流变性。考虑支撑剂颗粒的不规则性,提出了有效沉降粒径的概念对其进行表征,并根据实测支撑剂沉降速度,对其有效沉降粒径进行了计算,探索了其与筛析粒径之间的关系。研究了支撑剂沉降速度与其筛析粒径之间的关系,并基于支撑剂筛析粒径,考虑滑溜水压裂液的剪切变稀性和弹性,建立了支撑剂在滑溜水压裂液中的综合沉降速度模型,分析了滑溜水压裂液弹性对支撑剂沉降速度的影响。实验研究了颗粒在圆管和平行板内的沉降,探索了流道壁面对沉降颗粒的阻滞影响,建立了不同沉降条件下的壁面因子,并对偏心沉降进行研究,分析了偏心沉降位置对颗粒沉降速度的影响。其次,数值研究了携砂压裂液在压裂管柱内的运移。针对携砂压裂液在水平井压裂管柱垂直、倾斜和水平段的不同流态,建立了三段输砂模型;考虑固液两相之间滑移,建立了垂直向下固液两相管流模型;基于固相颗粒在垂向上的沉降和浓度扩散,引入考虑流体弹性影响的摩阻模型,建立了倾斜向下固液两相两层输砂模型和水平固液两相三层输砂模型,分析了颗粒和流体物性、管径以及注入参数对压裂管柱内流态的影响,并绘制了流态图版。最后,针对低粘压裂液体系,探索了支撑剂颗粒在裂缝内的水动力学和机械动力学行为。考虑颗粒之间以及其与流体和裂缝壁面之间的交互作用,建立了模拟携砂压裂液运移的计算动力学(CFD)-离散元(DEM)耦合方法,研究了支撑剂在裂缝内的沉降与水平运移规律,定量表征了裂缝壁面阻滞以及其不规则性的影响。考虑固相颗粒的沉降,模拟了携砂液在裂缝内的运移,探索了支撑剂运移机理,明确了其在裂缝内的铺置形态,分析了支撑剂粒径和密度、流体粘度、注入参数(注入速度和注入位置)以及注入工艺(过渡顶替、停泵、尾注和分级注入)对裂缝内支撑剂铺置形态的影响,并在此基础上,探索了不同粒径支撑剂沉降与水平运移时的干扰行为,模拟了正态分布型支撑剂在裂缝内的运移,定量评价了粒径分布对砂堤平衡高度的影响。