通道压裂技术(Channel Fracturing)是通过交替泵注含支撑剂和不含支撑剂脉冲段,在裂缝中形成不连续支撑剂团状铺置的新型压裂技术;较于常规压裂技术,该技术能有效降低支撑剂用量、提高改造效果。现场实践和室内实验表明纤维能提高支撑剂团稳定性、降低支撑剂沉降速度,是实现通道压裂的关键。目前,对于纤维辅助携砂机理研究处于初期,对纤维作用下支撑剂输送机理认识不清,导致施工参数无法定量优化。因此,本文在纤维基本物理性质及其对压裂液流变性影响研究的基础上,进一步开展了压裂液-支撑剂-纤维三相耦合流动的数值模拟研究,并通过纤维作用下支撑剂大尺度输送实验进行验证,最终对通道压裂施工参数进行了优化。通过纤维分散性实验和稳定性实验,对纤维基本物理性质进行了分析;在此基础上,通过压裂液流变实验和电镜扫描实验,研究了纤维对压裂液基液和冻胶压裂液微观结构、表观粘度以及粘弹性的影响规律。实验结果表明:纤维具有大长径比、均匀分散、化学稳定的特征,在压裂液中以固相形态存在,纤维之间相互接触少;纤维能促进胍胶分子链网络结构形成,使得压裂液基液表观粘度明显增加,其增量受到纤维浓度、稠化剂浓度、剪切速率以及温度的影响;冻胶压裂液胍胶分子链网络结构本身强度较高,纤维对冻胶压裂液表观粘度的影响较小,但会一定程度提高其弹性模量。基于离散元方法(DEM),考虑压裂液曳力、浮力以及支撑剂与纤维之间的相互作用力,分别建立纤维运动模型和支撑剂运动模型;基于计算流体力学(CFD),考虑支撑剂和纤维对压裂液流动的影响,建立三相耦合的压裂液流动模型;耦合上述三个模型,得到压裂液-支撑剂-纤维三相耦合流动模型。分别采用相耦合的SIMPLE算法、显示差分法对液相、固相运动方程进行求解,通过纤维压裂液中颗粒沉降实验验证了该模型的正确性。采用建立的压裂液-支撑剂-纤维三相耦合流动模型,开展单支撑剂和单纤维、单支撑剂和多纤维以及支撑剂团沉降模拟,研究了纤维辅助机理。模拟结果表明,纤维通过与支撑剂的物理碰撞约束支撑剂的运动,该约束作用受到碰撞位置、纤维取向、纤维浓度和长度的影响。碰撞使得纤维发生运动,纤维之间相互作用增强、接触数量增多,多根纤维相互接触形成网状结构,大大降低支撑剂运动速度。纤维通过与支撑剂以及纤维之间的碰撞,将支撑剂团外围支撑剂受到的压裂液曳力,传递给内部其他支撑剂,使得支撑剂之间速度差异减小,提高支撑剂团的稳定性。开展了纤维作用下支撑剂大尺度输送实验,结合压裂液流变实验结果和纤维辅助携砂机理分析结果,验证了工程条件下纤维对支撑剂团输送的作用机理,并进一步对通道压裂施工参数优化开展了研究。实验结果表明,纤维、压裂液、泵注参数是通道压裂支撑剂输送形态的关键控制因素。对比分析支撑剂输送形态和通道特征,确定了最优脉冲单元注入参数区间,建立了施工排量和脉冲时间优化图版,为通道压裂施工参数优化提供了指导。本文揭示了纤维辅助携砂机理,可为通道压裂工艺参数优化、压裂液、支撑剂和纤维优选提供有效指导。