碳酸盐岩储层裂缝、溶洞发育,钻井过程中溢流、漏失频发,还出现由气液重力置换引起的溢漏同存现象。气液重力置换溢漏同存是指在近平衡条件下,钻遇裂缝发育带时钻井液易进入裂缝,与裂缝中的气体由于密度差发生置换,出现钻井液进入地层,同时气体进入井筒的现象。溢漏同存的发生使得原本就较难处理的溢流、漏失变得更加复杂,而目前对于气液重力置换现象的研究还处于初步阶段,缺乏系统理论和实验模拟。为此,首先开展了气液重力置换实验研究。基于碳酸盐岩储层缝洞单元特点,研制了气液重力置换可视化实验装置,模拟了气液重力置换现象,清楚地观察到裂缝中存在气液分界面,并进行了影响因素实验。然后采用数值模拟进一步分析了气液重力置换的发生过程,补充了由于实验条件限制无法获得的影响因素规律,并综合分析了这些因素的影响程度和影响效果。结果表明:缝长和逢高的影响较小,缝宽增加促进了重力置换的发生;钻井液密度的影响较小,而粘度增加会抑制重力置换的发生;井底压差会影响溢漏速率,裂缝钻开程度通过改变漏失通道大小来影响溢漏速率。最后基于可视化实验和数值模拟结果,分析了气液重力置换发生条件,建立了钻遇裂缝和溶洞时的重力置换窗口,结合现场实例进行分析,给出了气液重力置换预防措施。本文利用实验、数值模拟和理论分析,揭示了气液重力置换的发生、发展及影响因素,为缝洞型碳酸盐岩储层安全钻井施工提供了理论依据。