本文将岩屑启动模型分为两类进行研究,即稳定岩屑运移模型和瞬态岩屑运移模型。研究稳定岩屑运移模型时,利用环空流速分布规律和边界层绕流理论,探讨水平井大斜度和水平井段钻进时钻井液冲蚀岩屑床的临界流速;对于非稳定岩屑运移模型,借鉴双流体模型的模拟思路,对含有岩屑的环空流动运用有限体积法进行模拟分析。通过对岩屑床面颗粒进行受力分析和边界层绕流假设,结合数学推导得到岩屑床床面岩屑颗粒所受钻井液表面切力解析式,建立岩屑床床面颗粒临界启动解析模型,并通过编程语言进行模型模拟计算临界流速预测值,设计岩屑床面大位移和水平井时岩屑床面启动实验,记录启动流速与模型预测值进行对比分析。模型计算与实验数据结果表明,在不同井斜角和颗粒粒径条件下,循环介质为清水时模型预测的临界启动流速与实验数据的绝对平均误差不超过8.80%,循环介质为PAC溶液时绝对平均误差在2.51%~7.06%之间,可知边界层绕流和环空流速分布是岩屑临界启动流速的重要影响因素。为弥补稳定岩屑运移模型无法了解水平井段内岩屑运移情况的不足,又进行了瞬态岩屑运移模型的推导和模拟。运用有限体积法,将水平井段进行等网格拆分,确定初始条件和边界条件后,对每一时间间隔各网格内岩屑与钻井液守恒方程离散,计算过程网格间数据通过通量传递与更新,具有明确物理含义。通过模拟可得到任意时刻水平井段内岩屑含量在井筒内运移和分布状态。以此模型为基础,可进一步得到持续产生岩屑时水平井段内岩屑的运移规律。模型可以为现场的井眼清洁泵排量设定及预测提供一定的指导,从而提高井眼清洁效率。