大位移井、水平井钻井因大斜度和水平井段重力作用导致环空携岩效率较低,现有钻井液携岩三层或两层岩屑运移模型多忽略钻柱旋转影响,或假设悬浮层固液两相流体与幂律流体螺旋流切向速度分布相同,钻柱旋转对岩屑悬浮扩散、切向速度场的影响程度仍不明确。项拟研究钻柱旋转对井眼环空岩屑的悬浮扩散作用机理、岩屑沿井眼径向浓度分布与转速的函数关系、分析岩屑-钻井液两相流体受钻柱旋转影响后的耦合切向速度场分布与衰减规律,建立包括钻柱旋转参数的切向速度分布模型、岩屑径向浓度分布函数、以及通过浓度分布函数积分求解钻井液最大携岩能力。研究以室内实验和数值模拟为基本方法,预期将揭示钻柱旋转对岩屑悬浮扩散的作用机理,得到钻柱旋转作用的岩屑径向浓度分布函数和钻井液最大携岩能力模型,与现有岩屑运移模型相比,更符合井眼环空固液两相实际流动特性,同时可为大位移井、水平井水力参数优化和新型旋转岩屑床清除工具设计提供理论依据。
英文主题词Drillstring rotatiing;Cuttings bed;Cuttings sediment;Cuttings suspention;Highly-Deviated interval