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垂直裂缝内支撑剂运动规律影响着压裂过程中裂缝的展布形态,支撑剂颗粒簇沉降规律作为垂直缝道内支撑剂运动规律的重要组成部分,为整个压裂工艺设计提供了理论支撑。 本文借用了一些固液两相流的理论知识,构筑了多组颗粒簇样本,采用实验与模拟相结合的方法,对颗粒簇沉降规律进行了研究和验证,在此基础上通过模拟得出垂直缝道中的颗粒簇沉降速度计算公式。 借助数值仿真软件COMSOL针对不同数量的颗粒簇设计了多种形态,并利用分形维数对颗粒簇进行表征,在此基础上对不同类型的颗粒簇沉降速度进行模拟。通过对模拟数据的处理及分析,将不同聚集形态和聚集数量的颗粒簇沉降规律作为研究的重点,对不同条件下的CD-Re关系曲线进行了整理,并在此基础上得到各颗粒簇沉降规律拟合曲线和经验公式。 利用室内实验装置,胶结多种密度、粒径和数量的颗粒簇,以甘油为流体介质,对不同形态的颗粒簇沉降速度进行了多次重复测量,并求得稳定状态下的平均值。将实验数据进行分类处理和对比,并对颗粒簇沉降规律进行总结和分析,从而对数值模拟计算结果的准确性进行验证。 结合圆管内颗粒簇沉降规律的研究结果,利用COMSOL进行建模计算,针对垂直缝道壁面距离对不同类型支撑剂颗粒簇沉降速度的影响进行了分析。通过对模拟结果的拟合及分析,得到了缝道内颗粒簇沉降速度计算公式。