随着油气资源勘探开发难度加大,低渗油气藏、深层油气藏已逐步成为勘探开发的主战场,保护储层和提高钻井速度是高效开发低渗油气藏所面临的主要难点和重点,气体钻井的优势就在于能够保护储层、提高钻井速度,因此,气体钻井技术得到了长足的发展,但是在气体钻井过程中,钻具疲劳破坏已严重影响着气体钻井施工进度和气体钻井技术发展。　　 本文开展了钻柱应力波传递及钻具裂纹扩展等力学分析,深入地剖析了气体钻井钻具疲劳破坏机理,并以此为基础,进行了气体钻井钻具使用寿命分析,并结合气体钻井钻柱动力学设计了预防钻具疲劳破坏的气体钻井钻具结构及钻井参数。应用冲击动力学中应力波分析的普遍方法,分析了气体钻井时应力波在钻柱中的产生、传递过程及其对钻柱疲劳破坏的影响:气体钻井钻头与地层相互作时所产生的冲击波动大,跳钻发生频繁,而在强间断面发生应力波的反射和透射,使钻柱所间断面处发生应力叠加,导致了钻柱易在间断面处发生过早的疲劳破坏。分析了气体钻井钻具裂纹扩展过程、裂纹扩展应力应变场及应力波对钻具裂纹扩展的影响,分析表明:气体钻井时,钻柱、钻头及地层间产生的冲击作用及峰值明显大于常规钻井,并受钻柱振动、气体冲蚀等因素影响,裂纹扩展速率增加,导致钻具裂断。综合气体钻井钻柱动力学、钻柱应力波传递及裂纹扩展分析成果,建立了基于气体钻井的钻柱裂纹扩展寿命模型,该模型首次考虑了应力波对疲劳寿命的影响,分析了钻具结构及钻井参数影响裂纹扩展寿命规律,为气体钻井钻柱疲劳寿命的预测提供了理论依据和分析方法,为气体钻井过程中钻具安全管理提供了依据。通过川东北地区现场应用方案制定及应用表明,该优化方法能够有效的减少气体钻井钻具疲劳破坏。建立了气体钻井钻柱动力学模型,并采用计算机仿真方法对模型进行了数值求解,钻柱动力学分析及现场应用表明:由于气体的阻尼作用远远小于钻井液,钻柱与井壁之间的接触碰撞相对钻井液钻井更频繁、剧烈,钻具受力不均匀,钻具容易屈曲失稳,增加了钻柱疲劳破坏机率。根据气体钻井的特点,设计的适用于气体钻井的横向减震器和纵向减震器,有利于降低钻具横向及纵向振动,减小钻具疲劳破坏风险,为预防气体钻井钻具疲劳失效提供了新的思路。