近年来气体钻井取得了快速的发展,具有大幅度提高机械钻进速度,有效发现和保护油气藏,有效管理恶性井漏的优点。气体钻井在迅速的发展过程中,也揭露出部分急需解决的技术性问题。其中,“钻具刚性失效”已变成严重制约着气体钻井工艺技术发展的瓶颈之一。钻具在气体钻井作业中经常性断裂不光带来了较大的经济亏损,同时延长了钻井工作周期,缩短了气体钻井作业的有效时间,导致经常性起下钻、打捞和钻具成本增加,且极易造成复杂的井下事故,形成较大的安全隐患。本文论述了气体钻井过程中钻具刚性失效的实际问题,根据现场调研和初步理论分析,抓住气体钻井钻具振动、冲击侵蚀等原因,研究气体钻井钻具振动机理、冲击侵蚀机理,进而深入剖析钻具失效机理及提出初步的预防措施,得到以下研究成果:(1)通过现场调研和文献阅读,统计了大量气体钻井钻具失效情况,分析钻具失效主要特点,并根据钻具失效表现形式分析了气体钻井钻具失效的主要影响因素,包括工作载荷,振动,冲击侵蚀,摩擦热效应,井眼扩大和井眼轨迹,腐蚀和冲击。(2)将数值仿真和试验研究相结合,研究了钻井参数、井况参数、机械钻进速度等因素对气体钻井钻具冲蚀的影响规律;计算钻具均匀磨损、偏心磨损后有效壁厚变薄后的残余强度。(3)综合考虑钻具失效导致的直接经济损失和间接经济损失,建立了气体钻井钻具经济性评价模型。(4)从工艺和工具两个角度提出了气体钻井钻具失效预防措施。建议大力推行空气锤钻井工艺和使用减振减阻工具。研究结果能够为发挥气体钻井优势、确保气体钻井钻具安全、推动我国气体钻井技术规模应用提供重要的理论依据和技术基础。