煤层气是高热值的洁净能源，是20世纪80年代得到国际上广泛认可新兴。梳状孔技术是高效开采煤层气的钻井技术，集钻井、完井、增产技术于一体。煤层气技术在我国还处于刚刚起步阶段，技术难度高且不完善，如作为钻进“血液”的钻井液技术，在梳状孔该特殊井眼轨迹下如何有效携带钻落的岩屑防止孔内事故，即是一个重要的方面。　　 论文依托中煤科工集团西安研究院在河南焦作进行的梳状定向孔的钻进试验，它属于“十一五”国家科学技术研究指导性计划项目“井下小曲率梳状钻孔钻进技术与装备”（项目编号MTKJ2009-040）子项目“松软煤层近水平瓦斯抽采孔钻井液开发”。钻井液在钻进中主要发挥着携带岩屑、粘结护壁、润滑钻具、冷却钻头、平衡地层压力等作用，煤层气钻井液与油气井和地勘中钻井液不同，特殊性主要体现在:　　 1.钻孔轨迹特殊，既有水平孔又有分支近水平孔、弯曲水平孔，钻孔轨迹或水平或弯曲或上倾或下俯，其空间展布复杂多样，岩屑运移机理复杂，规律难以掌控，岩屑运移出孔难度较大;　　 2.煤层脆裂，煤储层的裂隙主要由面割裂和端割裂垂直交互组成，面割裂延伸距离长，端割裂延伸长度短，分布杂乱，在割裂发育的情况下，本来脆性的煤层更加敏感，在机械力或钻井液冲刷作用下容易形成新的裂缝导致坍塌，钻井液密度必须处于地层压力和煤层塌裂临界压力要求的窄窗口之间才能保证煤储层的稳定;　　 3.煤储层的顶板或底板多为泥页岩、粉砂岩，岩性松散、弱胶结，强度小，易垮塌，泥页岩水敏性强，要充分考虑到钻遇地层的特殊性，防止岩层失稳和水敏膨胀给工程带来垮孔、缩径等不利影响;　　 4.煤层气储层保护问题。煤层气吸附于煤藏表层，只有外界压力低于吸附压力时才可以解析离开储层，由裂隙汇集流出。两割裂之间连通性差，裂隙张开度小，泥皮附于煤层壁上或者钻井液中其它的化学物质会改变煤层所处的物理化学环境，不利于储层的保护。这就要求钻井液在合理的时间能够降解掉，尽量达到无残留，尽可能小的改变煤储层的原始环境。　　 论文针对煤层气梳状孔中的携岩难题展开研究，首先从颗粒受力分析入手结合流体力学的知识，揭示岩屑颗粒运移机理和环空物理形态。为了得到岩屑的临界返速模型，综合分析了影响岩屑运移的各种因素及各因素作用的内在规律性，随后将各因素的影响指标化、定量化，根据岩屑运移临界态的要求，计算得到使环空岩屑翻滚和举升的临界钻井液速度。岩屑成床后的运移模型主要有汪海阁、刘希圣的无因次岩屑床模型和汪志明的岩屑运移两层稳定模型，分析建模的不同条件和数据的差异性。采用流体力学软件FLUENT定量模拟不同条件下水平孔、梳状分支孔环空内岩屑的不同分布状态，结合理论分析、数值模拟、和现场条件进行室内携岩钻井液的复配，得出适于焦作九里山矿区现场的钻井液体系。主要研究内容有:　　 1根据单颗粒和群颗粒的不同受力及运移形式，对水平孔的携岩机理及运动规律进行研究，分析总结影响岩屑运移的因素，各因素的影响机理及作用结果，得出非牛顿流体岩屑运移的最小返速模型。　　 2.针对九里山矿区的钻孔结构，建立水平井环空岩屑运移的FLUENT模型，采用数值模拟的方式分析不同因素对主要孔型（水平直孔、弯曲孔、特定偏心环空）中岩屑运移的影响规律。　　 3.进行室内无固相聚合物钻井液的实验，以满足现场工程的需要。该聚合物钻井液体系必须具备的性能包括固相含量低、携屑能力强、润滑性能好、强抑制性、低滤失量，还考虑到保护储层的钻井液降解性。　　 得到的主要结论有:　　 1.岩屑运移的机理及主要的运移形态:推移质和悬移质，推移质又包括接触质、跃移质、层移质。钻孔环空内岩屑的主要存在形式有:拟均匀悬浮流动、非均匀悬浮流动、移动床流动、固定床流动4种状态。　　 2.全面总结了影响携岩效果的主要因素，包括钻孔倾角、钻杆转速、环空返速、钻具偏心、岩屑粒径、岩屑形状、钻井液密度、钻井液粘度、钻井液切力和钻进速度等，定性分析了以上各因素对岩屑运移的机理及影响结果。　　 3.用FLUENT建立的流体力学模型，通过模拟同心环空水平段、偏心环空、水平孔弯曲井中不同钻进条件下岩屑的运移情况，定量得出环空中岩屑浓度的分布规律及压力损失的情况。　　 4.考察焦作九里山现场地质情况和钻进工艺，实验室复配出两套无固相钻井液配方，各指标均符合现场要求。