水力压裂的目的是为了获得高导流能力的裂缝,工程技术人员希望通过对返排流速的控制使支撑剂在裂缝内获得较好的铺置,进而使裂缝具有较高的导流能力。但在现场施工时由于没有选择合理的时机对支撑剂的回流进行控制,导致大量的支撑剂回流到井筒。存在这些问题的一个很重要的原因就是压裂液返排流速控制中经验成分过多,缺少可靠的理论依据。对于支撑剂的回流,前人的研究是集中在对缝口的支撑剂回流进行分析,认为只要缝口的支撑剂不发生回流,就判定支撑剂在裂缝内具有很好的分布。但大量的现场实验表明,支撑剂发生回流是压裂返排施工的普遍现象,要分析裂缝内的支撑剂分布,必须对裂缝内支撑剂回流规律进行研究。本文考虑压裂液返排过程中缝宽的动态变化,根据质量守恒定律和伯努利方程,建立压裂液返排任意时刻裂缝内任意位置缝宽数学计算模型;考虑返排过程压裂液的滤失,建立裂缝内任意垂直截面的压裂液返排流速计算模型;结合椭圆管流中流体流动压降规律,建立了返排过程裂缝内压力分布模型,得出裂缝内压力分布规律;对压裂返排过程中裂缝内的支撑剂进行力学分析,根据力矩平衡原理,建立了返排不同时期支撑剂发生回流的压裂液返排临界流速计算模型,进而提出控制支撑剂回流的合理返排方案。本文研究的意义在于通过分析压裂液返排速度对裂缝内支撑剂回流的影响,进而优选出控制支撑剂回流的合理返排制度,指导压裂返排作业。