空气钻井因钻进速度快、能较好保护产层等优点而得到了大量应用。但钻进中发现,空气钻井中钻柱的损坏问题非常严重,直接影响钻井成本并威胁钻井安全。空气钻井中气体的密度小,阻尼作用小,导致钻柱在井下受力更加复杂。本文在理论分析的基础上,建立有限元和数学模型,利用ANSYS软件,对空气钻井钻柱振动特性进行了较详细的数值模拟研究。研究表明,扭转和纵向振动固有频率数值较大,共振区域窄,横向振动固有频率很小,且各阶固有频率之间间隔小,共振区域宽;钻柱扭转、纵向和横向振动特性受钻柱规格、壁厚影响较小,受钻铤长度影响稍大,受整体钻柱长度影响很大。空气钻井中钻柱纵向和横向振动固有频率,与常规钻井液钻井中钻柱振动固有频率相比要高很多。谐响应分析表明,钻井液的存在使钻柱低频共振响应显著加强,而高频共振反而减弱;钻井液对钻柱安全有积极的影响。空气钻井时气体的阻尼减振作用较小,钻具振动更加剧烈,共振时钻柱与井壁的碰撞也更加严重,钻柱内横向弯曲应力超出其疲劳强度,最终导致钻柱疲劳破坏。使用空气锤钻进,采用转速较低,避开了相同底部钻具组合的临界转速,降低了钻柱发生共振的可能性。利用模型进行计算,给出了普光区块随井深变化的推荐转速。论文研究结果对空气钻井钻具组合及转速优选具有一定的指导意义。