深层油气资源勘探开发是我国油气发展的重大战略需求。深层高温高压井气侵后,井筒多相流动规律复杂,井底压力难以准确预测;传统人工法处理深井气侵存在操作精度差、处理效率低等问题。本文采用数值计算和实验研究相结合的方法,围绕井筒气-液-固三相流动规律、井底压力预测模型和气侵自动处理模型开展研究,主要工作和成果如下:利用高速摄影装置,开展了岩屑在牛顿和非牛顿流体中的沉降实验,研究了球体、正方体、圆柱体和圆盘等颗粒的沉降特性。结果表明:岩屑沉降不仅受颗粒形状的影响,也受其沉降投影面积的影响。通过引入投影面积比和颗粒球形度,建立了非球形颗粒的曳力系数预测模型。基于无因次沉降末速与无因次颗粒直径间的关系,建立了非球形颗粒在牛顿和非牛顿流体中的沉降末速显式预测模型。基于三流体模型、井筒-地层对流换热模型和非球形岩屑曳力系数模型,建立了非等温环空气-液-固三相瞬态流动机理模型,分析了溶解度、初始井底压差、机械钻速、岩屑直径、地温梯度和钻井液排量对井筒气-液-固三相流动的影响规律。结果表明:环空中岩屑存在和流体温度变化影响环空流体重力压降,深井井底压力预测不能忽略岩屑及井筒-地层对流换热的影响。随着机械钻速、岩屑直径和钻井液排量增加,井底压力增加;随着初始井底压差和地温梯度增加,井底压力减小。基于气相漂移流模型和岩屑沉降末速模型,建立了气-液-固三相流高效计算模型,其计算效率可满足实时预测井底压力的要求。结合节流阀开度自动调节模型和三相流高效计算模型,建立了深井气侵自动处理模型。结果表明:相比于司钻法和工程师法,气侵自动处理法的环空流体摩擦压降和岩屑重力压降高,可有效降低最大节流阀压力;气侵自动处理法效率高,在本文条件下,自动处理法所需时间约为司钻法的1/10,约为工程师法的1/7;随着气侵量、地层渗透率和初始井底压差增加,最大节流阀压力增大;随着钻井液排量增加,最大节流阀压力减小;水基钻井液钻井时最大节流阀压力随井深增加而增加,而油基钻井液钻井时最大节流阀压力随井深增加而减小。本文建立了深层钻井环空气-液-固三相流动模型和气侵自动处理模型,研究结果有望为深层高温高压钻井气侵后井底压力预测和高效处理提供理论依据。