煤层气已经成为我国一种重要的非常规能源,煤层气的开发得到了国家的大力支持,未来具有广阔的发展前景。煤储层渗透率较低,在开采过程中会产生煤粉,这些煤粉如果沉积在裂缝中会减小支撑裂缝的导流能力,降低压裂煤层气井产量。本文针对人工裂缝-井筒-油嘴流动系统,研究煤粉启动和支撑剂回流控制理论,建立计算煤层气井压后返排油嘴大小的数学模型,从而得到确定煤层气井油嘴尺寸的系统方法,对于优选煤层气压后返排油嘴具有现实意义。本文的主要工作有:(1)考虑到将自由煤粉从裂缝-井筒-油嘴系统中排出,通过力矩平衡原理建立裂缝中自由煤粉启动、悬浮流动模型及固-液两相流中煤粉提升模型,确定自由煤粉从系统中排出时返排液的最小临界流速。(2)对人工裂缝闭合期和闭合后支撑剂颗粒受力分析,以力矩平衡原理为基础,建立压后两个阶段支撑剂回流模型,由此确定压后不同阶段返排液最大临界速度。(3)对井筒中煤粉和返排液形成的混合物进行分析,考虑到要将煤粉群颗粒从井筒中排出,以固-液两相流提升为原理,建立煤粉群颗粒在垂直井筒中受力模型及干扰沉降模型,并对不同流动状态下的返排液流速进行修正,最终得到将煤粉群颗粒从井筒中提升的最小临界流速。(4)以拟三维裂缝延伸模型为基础,考虑计算不同返排时刻压力降低以及应力敏感的压裂液滤失量,以物质平衡原理建立裂缝系统中的返排控制方程,以系统分析思想结合井筒、油嘴的压力平衡,提出了计算合理油嘴尺寸的方法和模型。(5)利用沁水盆地某区块的煤储层地质资料及压裂施工数据,通过数值模拟计算得到油嘴尺寸随返排时间的变化规律,优化了某煤层气井的压后返排工作制度。