气体钻井是利用空气或其他气体作为循环介质的一种低压欠平衡钻井技术,为我国大面积低孔、低渗、低压、低丰度油气藏勘探开发和解决钻井工程技术难题及大幅度提高钻井速度、避免或治理恶性井漏提供了革命性的技术手段,具有常规泥浆钻井不可比拟的优越性。但是,在气体钻井实践中,由于气体浮力小、密度低、粘滞性差等特点,岩屑颗粒很容易发生沉降并形成岩屑床,岩屑床的存在增大了钻具扭矩及摩阻,直接影响钻具的使用寿命和钻进安全。此外,还会影响钻压施加、阻碍测试工具、测井仪器的下放等,降低了作业成功率。论文针对气体钻井携岩问题,查阅国内外气体钻井岩屑运移及岩屑床颗粒的运动分布研究现状,调研气体钻井岩屑床潜在危害,采用理论分析与数值计算相结合的方法对气体钻井岩屑运移及岩屑床颗粒的运动分布规律进行研究,并提出预防和破坏岩屑床的气体钻井岩屑床破坏工具及其合理结构参数的建议。论文主要研究工作有以下几个方面：(1)对气体钻井斜井段和水平段内岩屑床静止颗粒进行力学分析,通过理论公式分析岩屑床静止颗粒重新起动的影响参数。(2)建立气体钻井“钻杆—井眼”的三维有限元仿真模型,通过CFD瞬态仿真技术进行气固两相流数值研究,研究了小斜度、中斜度、水平井段内岩屑床颗粒的运动分布规律,以及不同工况参数如气体速度、气体粘度、岩屑颗粒直径、钻杆转速及钻杆偏心度对岩屑床颗粒运动分布的影响规律。(3)参考泥浆钻井岩屑床破坏工具的结构特点,进行气体钻井岩屑床破坏工具的结构设计,建立三维有限元仿真模型并通过CFD和CAE仿真技术对工具的工作特性及结构参数敏感性进行分析。(4)建立气体钻井“气体钻井岩屑床破坏工具—钻杆—井眼”的三维有限元仿真模型,通过CFD瞬态仿真技术对工具的可行性及有效作用距离进行研究。(5)在气固两相流流动规律及流场结构参数敏感性分析的基础上,进行气体钻井岩屑床破坏工具加工图纸的绘制。论文的研究工作,有助于科学的认识气体钻井岩屑运移性能,揭示气体钻井岩屑床颗粒的运动分布规律,并可利用获得的研究规律指导现场施工,所提出的岩屑床破环方法可有效提高气体钻井岩屑运移效率,解决岩屑床问题对钻井作业的危害。