目前，我国常规油气资源探明和开发程度已经相当高，对低渗透油藏、致密砂岩气、页岩气、煤层气、重油以及天然气水合物等非常规油气资源的勘探、开发已成为我国能源发展战略的重要方向之一。非常规油气成藏条件复杂，开发过程中储层保护困难，勘探开发难度大，因此，迫切需要形成新的工程技术，有效提高机械钻速、最大限度保护储层，最终提高油气的采收率。研究表明，超临界二氧化碳流体具有接近于液体的高密度和强溶解性，以及接近于气体的低粘度和强扩散性等独特性质，是一种非常有应用前景的非常规油气藏开发流体介质。采用超临界二氧化碳高压射流喷射破岩钻井，不仅对非常规油气储层没有伤害，而且能够获得较高的机械钻速，并实现温室气体的减排利用，技术应用前景广阔。本论文首先依据二氧化碳在井筒内的流动和传热特点，得出了高温高压条件下二氧化碳基本物性方程组，建立了超临界二氧化碳流体井筒物性模型，编制了超临界二氧化碳流体井筒物性分析软件，对超临界二氧化碳井筒内物性进行了理论计算，为后续超临界二氧化碳实验装置研制、井筒流场特性和破岩规律研究奠定了理论基础；其次，根据钻完井工况和超临界二氧化碳流体特性，基于动力相似理论，确定了实验系统的主要功能和基本流程，研制了超临界二氧化碳钻完井模拟实验系统，填补了国内外在超临界二氧化碳钻完井技术领域基础实验装置研究的空白；第三，基于研制的超临界二氧化碳钻完井模拟实验系统，对超临界二氧化碳射流在井筒中的流场特性开展了数值模拟和实验测试研究，研究发现在井底喷射形成射流后二氧化碳流体的压力和温度均急剧降低，超临界二氧化碳射流喷射到井底平面处的压力和温度随着喷嘴直径的增大而增加，随着喷距的增加而减小，随着射流压力的增大而增大，在岩石孔隙内二氧化碳的压力和温度随着传播距离的增大逐渐衰减，为合理制定射流破岩实验方案和设计实验参数奠定了基础；第四，为了探索超临界二氧化碳射流提高破岩效率的内在机理，分析了超临界二氧化碳流体对岩石强度的影响，研究发现超临界二氧化碳射流时间越长，射流压力和温度越高，岩石强度降低的幅度越大，相对于氮气等气体钻井流体，超临界二氧化碳射流降低岩石强度的幅度更大，岩石原有孔隙和裂缝分布越多，其抗压强度降低的幅度越大，射流喷射时间越长，岩石渗透率越高；最后，利用研制的超临界二氧化碳钻完井模拟实验系统，依据射流井筒流场特性研究中设计的实验参数，制定了破岩实验方案，开展了超临界二氧化碳射流破岩实验研究，研究发现相比于高压水射流，超临界二氧化碳射流的破岩优势显著，与高压水射流破岩机理不同，井底环境温度超过临界值后，二氧化碳相态由液态向超临界态转变，射流的渗透和传递性能增强，射流破岩性能随着温度的升高而急剧增强。通过理论分析与实验研究相结合的方法，研究发现超临界二氧化碳射流破岩的过程及机理为：①超临界二氧化碳射流冲击岩石形成初始破碎坑；②超临界二氧化碳渗透楔入岩石内部使微观损伤继续扩展；③准静态压力作用引起宏观体积性破碎。