气体钻井作为一种快速发展的欠平衡钻井技术,在提高机械钻速、预防井漏、保护油气层、降低钻井综合成本等方面与传统钻井液钻井相比具有很大的优势,加上不断完善的配套设备和技术,使得气体钻井技术在国内外得到了越来越广泛的应用,在油气田勘探开发中发挥着越来越重要的作用。但是,一方面,国内气体钻井研究起步晚,对其循环系统的压力分布特征、井筒流体流动特征和钻井参数的优化设计等方面的研究还不够深入；另一方面,国内气体钻井装备大多数从国外引进,国产化率低,对国外技术的依赖性较强。这不仅增加了钻井成本,而且使我们处于受制于人的境地。因此,加强对气体钻井基础理论的研究以及相关设备的国产化是我国钻井界的当务之急。本论文的研究目的就在于通过对气体钻井理论的进一步研究,为气体钻井各施工参数的优化设计与计算提供理论上的帮助和验证。气体钻井的关键技术在于设计合理的注入气体的体积流量,以最少最经济的注入气体来清洗井底和携带岩屑,保证携岩效率和钻井安全。因此,钻井过程中井筒压力系统和注气量成为气体钻井的重点研究对象。本论文通过大量的调研和理论分析,确定以Angel混合流体理论为基础,将井段分为垂直段、弯曲段和稳斜段三段,分别建立了模型,并分析了气体钻井井筒压力、气体流量和流速分布。通过对环空岩屑的受力分析,深入认识了岩屑的运移规律,并根据携岩关键点处的携岩要求,确定了气体钻井最小注气流量和注气压力。文中对原Angel模型做了优化,优化后的模型考虑了气体的压缩特性和岩屑与气体之间的滑移,从理论上讲更加符合实际。最后,利用Visual Basic程序语言编制了气体钻井注气施工参数计算软件,并对中原油田某口井进行了算例分析。通过软件计算数据与现场实际施工数据的对比发现,气体钻井施工参数优化设计计算软件能够满足现场施工的需要,可以对气体钻井现场施工起到一定的指导意义。