近年来,随着泡沫钻井技术的不断进步,泡沫流体在油田作业也起到越来越重要的作用。泡沫钻井液属于带屈服值的假塑性流体,低剪切速率下切力大,粘度高,高剪切速率下流动性好。这种良好的剪切稀释特性使其在大斜度井段和水平井段的钻井过程中,具有较好的携岩能力。有利于处理井眼下侧的岩屑床等问题。同时,泡沫流体有利于发现油层和保护油层,并能从一定程度上防止和减少漏失。本文利用数值模拟方法,结合物理模拟试验,研究了泡沫流体在水平环空流动过程中,泡沫特征值、环空偏心度、钻杆旋转等因素对泡沫流动性能以及泡沫携岩性能的影响规律。水平环空中泡沫流动性能的研究结果表明:沿流动方向上,泡沫流体的密度减小,并且随着泡沫特征值的增加,单位长度上泡沫密度的变化量变小。偏心环空中,环空偏心度越大,速度核越向环空上部宽间隙集中,下部狭窄间隙速度越小。泡沫携岩特性的数值模拟研究中发现:泡沫流体携岩能力随岩屑颗粒直径的增大而变弱,随着环空偏心度增大而变弱,随着泡沫特征值的增加而增强。数值模拟钻杆旋转对泡沫流动特性的影响研究中发现:随着泡沫特征值的增加,在水平环空中钻管旋转时,泡沫流体沿轴向的压力降也在增大,环空偏心度影响泡沫流体在环空中轴向速度核的偏移量及偏移方向,当环空存在岩屑床时,由于钻杆旋转引起泡沫流体在环空中形成二次回流,造成速度核的偏移方向,并且速度核的偏移方向与钻杆旋转方向相反。利用新研制的多功能井筒流动模拟装置,实验研究了泡沫流体在水平环空中的携岩特性。实验结果表明:临界返速随着泡沫特征值的增大而增大,二者呈二次多项式函数关系。实验观察到岩屑床的运移过程和破坏存在破坏初期阶段、沙丘形成阶段、沙丘磨平阶段和悬浮运移阶段四个阶段。数值模拟结果得到了实验研究的支持,表明本文所采用研究方法和技术路线的正确性。所取得的研究成果对于指导泡沫流体钻井工程的设计和施工具有重要的理论和使用价值。