超临界二氧化碳因兼具气体的低黏度、易扩散和液体的高密度特性,且对储层无伤害,在非常规油气藏的钻井及开发方面优势巨大。超临界二氧化碳井筒流动及携岩机理是超临界二氧化碳钻井技术的基础问题,该问题的有效解答对于促进超临界二氧化碳钻井基础理论的发展和实际技术的发展具有重要的意义。首先,理论分析获得了二氧化碳密度、比热容、黏度及热导率等特性随温度、压力的变化规律。进而结合超临界二氧化碳井筒流动及传热过程,建立了超临界二氧化碳井筒流动的传热模型和压耗模型,并采用交替迭代的方法进行了数值求解,结果表明,钻杆及环空内二氧化碳的温度随着井深的增加而增加,而密度和黏度随着井深的增加而降低,二氧化碳在钻杆内的流速随着井深的增加而增大,在环空内的流速沿井底向上呈小幅较低趋势。其次,基于井筒内岩屑颗粒运移时的受力分析,建立了岩屑颗粒在二氧化碳中的沉降模型和启动模型,分析结果显示,岩屑颗粒在二氧化碳中的沉降末速随二氧化碳温度的增加而增大,随压力的增加而减小。研究还发现,当井斜角小于15°时,床面颗粒以上升方式启动,井斜角大于15°时,则以滚动的方式启动,在井斜角处于50°-70°之间时,岩屑启动困难。复次,基于相似原理,研制了超临界二氧化碳井筒流动及携岩模拟实验装置,对岩屑颗粒在二氧化碳中的沉降末速和携岩规律进行了实验研究。实验研究结果与理论分析结果具有较好的一致性。再次,对超临界二氧化碳改变岩屑颗粒粒径的规律进行了模拟实验探索,结果表明在有水存在的条件下,岩屑颗粒粒径显著减小。进而基于上述实验发现,对超临界二氧化碳携岩规律进行了模拟研究,结果表明随着温度的增加,其携岩效果变差,随着压力及环空流体返速的升高,其携岩效果变好。随着钻杆偏心度的增加,超临界二氧化碳呈现先变差,再逐渐变好的规律,当钻杆偏心度为0.8携岩效果最差。井斜角处于54°-72°之间时,超临界二氧化碳携岩最困难。最后,对超临界二氧化碳对近井地层渗透率的影响规律进行了初步的实验探索。结果表明,超临界二氧化碳可改善近井地层渗透率,SEM测试显示其原因是,超临界二氧化碳使地层中的粘土分散减少,并使地层中的部分胶结质及骨架颗粒溶蚀。论文综合理论分析、数值模拟和实验研究的方法,初步建立超临界二氧化碳在井筒内流动和携带岩屑的理论分析模型,研制了测试流动、携岩和沉降末速的实验装置,建立并完善了相关实验研究方法,为超临界二氧化碳钻完井技术的发展奠定了理论基础。