欠平衡钻井在提高机械钻速、保护油气储层等方面具有重要作用。在欠平衡钻井施工中钻遇油层时,地层原油侵入井筒并在井筒环空中从井底流向井口,随着压力、温度不断降低溶解气不断析出从而导致井筒内形成非平衡气液两相流,这种特殊的井筒流动的精确计算对于欠平衡钻井施工的井底压力预测、流动参数控制、井筒携岩、井口控制具有重要作用。本文在综合调研国内外文献的基础上,对井筒中油、气的物性参数,井筒中气、液两相流流动进行研究,对非平衡流动中井筒的气体溶解度进行修正,采用Mathcad结合施工案例进行气液两相流的脱气计算。本文研究取得的主要成果如下:(1)基于热力学非平衡脱气过程分析,在气液两相流理论中引入了 H-K模型,对非平衡流动的流型特征进行了区分,并引入了非平衡的脱气速度等物理量来描述井筒中气液两相流的具体特征。(2)优选了井筒内气体溶解度、脱气速度、泡点压力和气体压缩因子等物性参数的计算方法;对于脱气速度用微分法和平衡常数法;对于泡点压力的计算给出了实验法、经验公式法以及图版法;对于气体压缩因子建立了低压、中压、高压三种不同压力等级的压缩因子计算方法,并明确了各自算法的适应性。(3)探究了非平衡性气液两相流对气体溶解度、泡点压力以及脱气速度的影响,根据非平衡体系特征建立了热力学非平衡气液两相流气体溶解度模型,通过模型分析了非平衡气液两相流中的含饱和气原油的脱气规律。(4)对含饱和气原油在平衡和非平衡条件下的脱气过程进行了室内模拟实验,通过降压泵对反应釜中的混合体系进行降压脱气,通过调节降压泵的工作状态来实施非平衡脱气和平衡脱气的不同过程。通过实验确定了非平衡气液两相流气体溶解度计算关系式,对不同工况条件下非平衡脱气过程和平衡性脱气过程做出了差异性分析。(5)基于X井的井身结构及钻井参数,采用Mathcad编程和数值模拟得出不同地温梯度、不同井口回压、不同钻井液密度、不同钻井液排量在非平衡条件与平衡条件下的井筒流动特征参数,如:井筒压力分布、当量密度、气相速度、流态转变规律等。本研究所建立的理论和模型能够较精确的描述欠平衡钻井钻遇油层后,地层原油沿井筒环空上返的流态变化情况和脱气规律,对现场井控有重要的指导意义。