地热是一种储量巨大且环境友好的非常规能源,目前地热资源的开发已经进入了快速发展阶段。泡沫钻井是当前地热资源开采中一项非常重要的技术手段,而且泡沫流体的携岩性能在地热钻井中一直备受关注,因为它对安全钻进和合理制定水力参数具有非常重要的意义。本文在借鉴前人研究成果和方法的基础上,基于多相流、计算流体力学和传热学理论,针对垂直地热井泡沫钻井,在泡沫在井筒中的流动与传热特性以及在环空中的携岩规律等方面进行了研究。基于相变理论和热力学理论推导了空气泡沫的相变模型,得到了泡沫相变的判断方法。通过高温流变性实验研究了水基空气泡沫的流变特性,得到了泡沫的流变模式以及特征值、温度和压力与流变参数之间的关系。基于流体流动与传热理论,引入相变模型,并考虑了摩擦生热的影响,建立了全井筒一维瞬态泡沫流动与传热数学模型,并研究了注气流量、注液流量等因素对环空温度和压力分布的影响规律,以及流变性对井筒流动与传热的影响。根据固液两相流和传热学理论建立了全井筒一维瞬态泡沫携岩数学模型,采用修正的SIMPLEC算法和Gauss-Seidel方法对模型进行了离散求解,并对环空岩屑浓度的分布规律进行了研究,得到了各因素对环空岩屑浓度的影响规律,此外还对环空井底压力和岩屑浓度进行了参数敏感性分析,并研究了相变对泡沫携岩规律的影响。