深海油藏的钻探过程面临着海底页岩稳定性差、钻井液用量较大以及安全压力范围较窄等问题,针对这些工况难点,双梯度钻井技术手段应运而生。空心球钻井技术是将轻质材料球通过注入管线输送至环空井筒当中,使混合流体的密度接近海水,进而在井筒内部产生两种压力梯度,该技术可以有效地避免井喷事故等问题的发生。采用基于颗粒动理学的欧拉-欧拉多流体模型对岩屑和空心球的运移过程进行模拟,进而总结出了空心球的注入对岩屑运移规律以及流场分布的影响。通过对相关的工况操作参数进行数值模拟研究,结果表明:空心球会在注入管线末端与岩屑形成混合过渡区域,适当增加空心球浓度有利于扩大该区域的范围,同时改善岩屑的浓度分布;岩屑流量增加时需要更长的钻井液携带距离来使两种颗粒充分混合,同时注入管线下方井筒中的压力梯度也会明显增大;适当提高钻杆转速以及钻井液流速有利于增大钻井液对颗粒相的悬浮作用,避免注入管线末端以及井筒底部产生颗粒堆积现象,钻井液对颗粒相的举升力随之升高;钻井液流速的提升可以使颗粒平缓流速区域的范围扩大,竖直管段中的岩屑运移效率得到了明显提升。通过对空心球以及钻井液的不同物性参数进行数值模拟,研究结果表明:小尺寸空心球的直径更加接近于岩屑颗粒,适当减小空心球直径可以加快两种颗粒的混合过程。当空心球直径由10mm减小至5mm时,两种颗粒之间的速度差值明显变小,同时颗粒相的速度脉动随之降低;适当降低空心球密度可以使其在管线末端快速地与岩屑颗粒进行混合,同时对应的竖直井筒内流体的双压力梯度现象明显增强;适当增大n值和K值可以提高钻井液对颗粒相的携带能力与悬浮能力,使岩屑稳定地在井筒中间区域进行运移,避免其在钻杆或井筒壁面处产生沉积现象,两种颗粒的流速分布与动压力分布也得到了明显改善。本文基于CFD方法对不同操作参数以及液固两相物性参数下的流动过程进行了数值模拟,旨在为双梯度钻井工况的实际应用提供理论指导。