欠平衡钻井技术具有减小油气层伤害、提高机械钻速、有效控制漏失及防止压差卡钻等优点。但欠平衡钻井钻遇高压产层时,如果不满足不压井起下钻作业时,则需要进行压井施工,而欠平衡钻井压井施工参数优化设计可有效控制井筒的流动型态和压力从而减小对产层的伤害,充分延续欠平衡钻井保护储层的优势。本文基于井筒气液两相流理论和地层瞬态产气渗流理论,建立了一套欠平衡钻井钻遇气层后压井,耦合了井底压力、气液混合物密度、产气量变化、井筒含气率等动态特征参数的计算方法,并对欠平衡钻井压井关键施工参数进行优化设计。主要进行的工作和取得的成果如下:(1)建立了欠平衡钻井钻遇气层后压井期间地层瞬态渗流计算方法,对压井期间的地层产气量进行瞬时计算。第一步:通过设置井底压力为偏微分方程的内边界条件,改变内边界条件对地层非稳态渗流偏微分方程进行数值求解。第二步:对井筒附近岩石取环形微元,根据非达西渗流和达西渗流计算理论,求得变井底压力条件下的瞬态产气量。(2)建立了欠平衡钻井钻遇气层后压井井筒气液两相瞬态流动计算方法。在气液两相稳态流动流型判断、摩阻计算、压力梯度计算等理论基础上,将压井期间轻重浆分界线的高度随压井泥浆注入变化耦合到计算全局中。在气液两相流理论基础上将产气量变化过程耦合到气液两相环空管流模型中,形成了瞬态的气液两相环空管流计算方法,得出了不同施工参数下的井底压力、地层产气量、重浆上返高度、井筒密度分布、井筒含气率分布等关键参数。(3)室内实验模拟。根据欠平衡钻井压井的工艺流程,设计了实验装置及流程,模拟了欠平衡钻井压井过程中井底压力、重浆上返高度等关键参数变化情况,并与相同参数下的模型计算结果相对比,验证了所建立的计算方法能满足工程计算的要求。(4)欠平衡钻井压井施工参数优化设计。通过对ST井井身结构及地层物性参数进行敏感性分析,对压井施工参数进行了优化设计,得出了泥浆密度、泵排量、井口回压的最佳组合参数和优化设计。本文建立的欠平衡钻井压井计算方法可优化欠平衡钻井压井施工参数图版,对现场施工进行指导。