空气钻井作为欠平衡钻井的先锋是最经济实用的一种钻井方法,具有钻速快、保护气层等优点。但是空气钻井在被广泛应用的同时也出现了许多使生产无法顺利进行的情况,包括气体携屑困难、井眼堵塞、井壁失稳、井下爆炸等。解决这些问题的关键技术之一就是最小注气量的确定,注气量偏低会出现空气携岩能力不足从而导致卡钻,偏高则会加大井眼冲蚀,并且增加不必要的经济负担,因此,对最小注气量的进一步研究是至关重要的。本文以理论研究和数值模拟相结合的方法对最小注气量进行研究。通过大量调研详细介绍了国内外关于空气钻井的发展情况,提出了论文研究的主要目的和意义;根据GUO模型对空气钻井做了系统的研究分析,根据大地热阻的修正模型以及考虑流体摩擦产生的热量,通过热量平衡方程,推导出井筒内温度分布,并据此考虑钻柱旋转偏心,在GUO模型基础上修正了注气量模型;利用流体模拟软件,对实验模型和实际钻井中井筒突变面处进行数值模拟,得出井筒环空的流场分布及各个参数对其的影响,并用实验及理论计算验证数值模拟的可靠性;根据修正模型进行计算,并利用现场数据验证了模型的正确性。