深水钻井过程中,受海水和海底地质条件影响,井筒压力控制难度大,井下复杂情况频发.针对窄密度窗口的深水钻井井筒压力控制难度大的问题,近年来提出了多梯度控压钻井新方法,但多梯度钻井气侵条件下多梯度控制参数对井筒压力的影响规律的研究却较少.为此,首先考虑井筒与地层之间的能量交换、气液相间传质以及空心球对流体物性参数的综合影响,建立了深水多梯度钻井瞬态气液两相流模型;其次,通过隐式差分方法对模型进行迭代求解,分析了多梯度参数对井底压力和截面含气率的影响规律;最后利用变异系数加权法原理对多梯度控制参数进行了优化设计,提出了不同控制目标时的最优控制方法.研究结果表明:①与井底恒压控压钻井相比,通过调节多梯度控制参数可以获得更快的井底压力响应速率;②以最快井底压力的响应速率作为控制目标时,调节空心球体积分数所产生的控制效果最好;③以最小井口截面含气率作为控制目标时,调节分离器位置所产生的控制效果最好.结论认为,该方法不仅为气侵条件下的控压钻井工艺技术的优化设计提供了参考,而且还对窄压力窗口条件下,尤其是海洋深水的安全钻井提供了理论指导和技术支撑,方法的推广应用有助于深海油气的高效开发.