空气钻井井眼稳定问题
气体钻井替换过程中的井壁稳定性
正确求出地层的坍塌压力以及水化后的坍塌压力非常重要。
在进行气体钻井井壁稳定性分析之前，首先需要收集大量准备进行气体钻井区块的相关资料，这是井壁稳定性分析能否科学合理的前提条件。
据地震资料解释，大邑构造为北东展布，向北东倾伏，西南仰起，构造轴向为北东向，长轴在11～16.4km之间；短轴在2.1～2.7km之间，两翼不对称，倾角7º～12º。
由深至浅从雷口坡顶（T6）到白田坝底（T4）构造形态变化不大，总体上都是两翼均被断层切割遮挡的背斜。
大邑构造区域上位于川西中－新生界沉积坳陷，属于龙门山山前断褶构造带之大邑潜伏构造亚带。
地处龙门山山系的中南段西部。
从附录图B10可以看出DY1的构造比较平缓。
DY1在天马山组顶部692m砂岩地层下入339.7mm套管，一开完钻；二开采用空气钻井，钻至井深2800m完钻。
二开空气钻井共耗时17.61天（原设计采用常规钻井需55天），平均机械钻速为9.03m/h，节约钻头5只，达到了实施空气钻井的预期目的。
而且没有任何井壁稳定问题。
在参考川邑130、灌口1、2、3井等邻井地质、钻井、测井等大量资料的情况下，DY1须二段实施了氮气钻井。
须二段地层压力比较低，压力梯度为1.15～1.20MPa/100m，储层流体性质为天然气，不含H2S。
邻井灌口1、2、3井在钻井液过平衡、欠平衡钻井状态下均只有油气显示，未能形成工业产能，预测地层产量较小。
因此，该井在不钻达水层，只在设计井段进行氮气钻井是可行的。
2006年7月21日用149.2mmHA517G开始从4652m氮气钻，钻到4775.56m地层出水遇卡，氮气进尺123m，钻速8.36m/h。
下面对氮气钻井中的井壁稳定性进行分析。
大邑1井气体钻井在须2段出现地层出水，钻头泥包后造成钻具埋在地层中拔不出来。
造成泥页岩水化井壁失稳，加大注气量也不能拔出钻具，等到24小时后，由于坍塌泥页岩.被水泡后分散，所以加大上提力后拔出了钻具。
空气钻井技术及其应用
空气钻井技术及其应用【摘要】文章介绍了空气钻井的技术特点及局限性，分析空气钻井技术在实际应用中的问题和难点，最后就如何改进提出了自己的一些看法和建议。
【关键词】空气钻井技术；应用；改进中图分类号：te242文献标识码： a 文章编号：引言空气钻井是以压缩空气（或氮气）既作为循环介质又作为破碎岩石能量的一种欠平衡钻井技术。
这种技术的原理是以气体（或氮气）为循环介质，用气体压缩机等设备作为增压装置，用旋转防喷器作为井口控制设备的一种欠平衡钻井工艺，用于石油、天然气钻井。
空气钻井技术能够避免产油层受到钻井液的污染，有助于提高油井生产能力，并杜绝由于钻井液的大量漏失而造成的不必要的浪费。
对于高渗、裂缝性地层以及对入侵液体高度敏感的地层，空气钻井技术是降低钻井液、滤液及固相侵入，防止损害储层的一种有效方法。
空气钻井技术是继水平井钻井技术之后迅速发展起来的一门降低成本又增加钻进效率的新技术，与先前的钻井方式相比，空气钻井技术可以使井底岩石受到挤压而凸起，并产生拉应力区，有助于钻头与岩石接触，进而使钻头更容易钻入地层，从而有效的提高钻井的时效。
1 空气钻井的技术特点及局限性空气钻井技术在实现完全欠平衡钻进、提升机械钻速以及安全性等方面具有显著有点，但是企业存在一些局限性，如井眼稳定性不好将无法进行空间钻井，下面作者将对此进行具体分析：（1）可以实现完全欠平衡钻进。
标准状况下，空气的密度为1.29g/l，根据满足正常钻进所需要的注气量计算，当井深超过3000m时环空气体密度不高于150g/l，远低于地层水的密度（纯水密度为1000g/l），可以轻易实现负压钻进。
（2）以空气作为循环介质时彻底消除了井底压持效应，极大的解放了机械钻速，因此空气钻进具有较高的机械钻速，一般是常规钻井液钻进方式的3-8倍。
（3）利用空气钻井技术可以比较容易的穿过非正常地层。
非正常地层是指天然裂缝、溶洞和盐类物质的夹层，例如硬石膏层，而且由于空气钻进无液相存在，因此不会涉及井壁的水化失稳问题。
气液转换润湿反转剂技术
均机械钻速7.13 m/h。2007年截止到4月30日，共
有12套空气钻设备在川东北应用，应用气体钻井 19口，累计钻井进尺41793.55 m，占钻井总进尺 （65987.16 m）的63.33%，平均机械钻速6.54 m/h，最高机械钻速22.79 m/h。
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一、南方陆相地层泥浆钻井过程中的井壁稳定问题
表4 泥页岩膨胀实验（江沙8井沙溪庙组）2300m
时间/h 膨胀率/％ 编号 1 2 蒸馏水 用 RSF-1 浸泡 5min 后＋蒸馏水 1.40 0.23 1.48 0.23 1.72 0.31 1.79 0.49 1.82 0.49 1.87 0.50 1.87 0.59 浸泡介质 0.5 1 2 3 4 5 6
18 钻井中遇到的同类普遍性问题提供了借鉴经验。
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时间/h 膨胀率％ 编号 1 2 3 4 5 6 蒸馏水 用 RSF-1 浸 泡 5min＋蒸馏水 马 1 井泥浆 马 1 井泥浆＋3％ RSF-1 乳化石蜡：RSF-1 ＝1：1 加蒸馏水 乳化石蜡：RSF-1 ＝2：1 加蒸馏水 3.56 0 0.44 0.44 0.54 0.52
8
浸泡介质
1
2
滚动回收率/％ 0 22.7 14.5 14
滚动时间/min 10 10 30 60
1 2 3 4
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气液转换润湿反转隔离液室内试验
与钻井液配伍性评价实验结果
表9 钻井液配伍性评价结果
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气液转换润湿反转隔离液现场试验
P301-4井现场试验情况介绍
普光P301-4（P6-4）井是位 于四川盆地川东断褶带黄金口构 造带普光构造上的一口定向开发 井，设计井深5737m（垂深 5439m）。
空气钻井技术难点分析及安全技术措施
空气钻井技术难点分析及安全技术措施摘要：首先阐述了空气钻井技术的设备及作业方法，随后对空气钻井的难点问题进行分析，并在此基础上提出了安全技术措施。
期望通过本文的研究能够对提高空气钻井作业效率和确保作业安全有所帮助。
关键词：空气钻井技术难点安全措施一、空气钻井技术的设备及作业方法综述（一）空气钻井设备所谓的空气钻井实质上就是利用空气作为循环介质进行钻井的过程，在这一过程需要使用到如下设备：1.空气压缩机。
这是空气钻井过程中最为重要的设备之一，它的主要作用是为钻井过程提供所需的空气。
空气压缩机的种类较多，如旋转叶片式、往复活塞式、旋转螺杆式等等，油田钻井作业中一般采用的都是螺杆式空气压缩机。
2.增压机。
在空气钻井中使用的增压机一般多为往复活塞式，其工作原理是将来自空气压缩机的空气增加至更高的压力，从而满足钻井过程对空气压力的要求。
增压机分为单级、双级和多级，通常情况下，1台增压机能够同时处理2台或是多台空气压缩机提供的空气。
3.管线与阀门。
管线的主要作用是输送经过空气压缩机出来的压缩空气，通常管线的额定压力与增压机的最大压力相匹配；在管线连接的位置处安装有相应的阀门，主要分为单流阀、球阀和安全阀，其作用是保护压缩机和方便泄压。
4.防喷装置。
基本上每一种钻井技术工艺井口返出的流体都具有一定的压力，为了保证钻井的过程的安全，都需要在井口安装放喷装置，空气钻井技术也不例外。
5.钻具止回阀。
通常情况下，在空气钻井过程中，需要安装至少两个钻具止回阀，其中一个需要接在钻头上，其作用是防止钻屑回流，另外一个则安装在井口附近的钻具上，其作用是防止空气喷出。
（二）空气钻井技术的作业方法空气钻井技术与常规的钻井液钻井技术有所不同，具体体现在它是用空气作为循环介质对钻头进行冷却，并以此来满足钻井作业需要。
正因如此，使得空气钻井技术的作业方法相对比较复杂，大体上可分为以下几个步骤：1.设备安装连接。
空气钻井技术中需要使用到一些特殊设备以及与之相应的附属配件，在进行钻井之前，需要将这些设备安装并连接在一起，所以这是空气钻井技术作业方法的关键环节。
空气钻井条件下录井方法探讨
方法一 ： 钻完单根 ， 循环 ， 使井底干净 ， 接好Ｃ ｒ Ａｔ 后， 将钻具放到底 ， 当钻头位置等于上Ｃ ｒ Ａｔ 的方完井
深时 ， 记录—个时间； 开气后， 当出砂 口有岩样返出 再记录—个时间。两者之差 即为迟到时间。 任务 ； 空气和岩屑经井 口 进入排砂管线 ， 最后经水化 时， 方法二 ： 使用特殊气体做指示剂 。接单根时注 降尘排泄到岩屑池 。井 口排砂管线上各安装—个岩 或将装有 特殊气体 的小玻璃瓶投入 屑取样器及气样取样器 ， 便于录井截获岩样和气样 。 入钻具水眼内， 钻具水眼内， 由于现场注气量为 １５ ＇ｍｎ 下行 时 ３ ｍ ／ ｉ， 与传统钻井工艺相 比， 空气钻井有以下优势 ： 钻
第１ 卷 ６
第４ 期
江 汉
石
油 科
技
Ｖ０ ． ６ Ｎｏ ４ １１ ． Ｄｅ ． ｏ ｃ ２ｏ ６
２Ｏ ０ ６年 １ ２月
Ｊ Ｎ Ｈ Ｎ Ｐ Ｔ Ｏ Ｅ Ｍ Ｓ ＩＮ ＥＡ Ｄ Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｉ Ｇ Ａ Ｅ Ｒ Ｌ Ｕ ＣＥ Ｃ Ｎ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ Ａ
空气 钻 井条 件 下 录 井方 法 探 讨
＝
在空气钻进前 ， 通过 Ｓ Ｙ一 Ａ型岩屑描述 仪 Ｍ ２ 先对同一地层的砂岩、 泥岩进行 自然伽马射线探测 ，
第一作者简介
与技术管理 。
徐敬友 ， ， ９ 年毕业 于江汉 石油学 男 １ ６ ９
院石油地质勘察专业 ， 助理工程 师 ， 期从事 现场 录井生产 长
０７５ （； ） ／ ．８ × ｄ 一 Ｈ Ｑ
采取相 应措施 ， 防止地层 垮塌埋 死钻具 。
２ ３ 岩 屑描述 及 地层对 比 ．
．． 不易实测 ， 影响取样的准确性 ； 由于设备 的原因， 无 ２ ３ １ 根据 岩屑 颜 色变化判 断岩性 必须熟悉工 区的区域地质情况、 邻井资料及不 法监 测井底 Ｃ 、 ：、Ｏ 燃爆及 地层 出水情 况 。 Ｏ ＨＳＳ ： 为了克服上述不利因素对岩屑识别、 油气显示 同地层的岩性组合特征。实钻中根据岩屑颜色变化
空气钻井技术
混流式（Mixedflow）
离心式（Centrifugal）
直管波瓣式（Straightlobe）
轴流式（Axialflow）
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由于容积式空压机能够提供较高的压力，所以在油气钻井中使 用较为普遍。主要有以下三种：
·往复式（Reciprocating Piston）
·滑片式（Sliding Vane Rotary）
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7、空气钻井技术国内外现状 气体钻井始于20世纪50年代，稍后出现了雾
化钻井、充气钻井和泡沫钻井，起初是用来钻坚 硬地层，主要目的是为了提高钻速、延长钻头寿 命、降低钻井成本。
国外气体钻井井下工具的研究水平较高，有 专用的空气螺杆、空气锤、与空气锤配套使用的 钻头。20世纪90年代，随着EM-MWD、空气钻井马 达的问世以及各种设备的不断完善，空气钻井技 术的应用变得越来越广泛。
（2）、闸板防喷器（Ram Preventer）
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8、空气锤及配套钻头 空气锤钻井迄今为止已有50 多年的历史，早期用于
建筑业，随后扩展到采矿、石厂开挖、钻凿水井及地基钻 孔。三十年代中期开始发展起来的空气锤，经过不断改进 和完善，已经在一些发达国家广泛应用。在上个世纪五十 年代末已经开始用于深井钻进。
到80、90年代，由于转 动式空压机使用当中存在着 缺陷（维修费用不低，漏气 使得钻深井时不能提供足够 的循环压力），往复式空压 机重新得到广泛应用。
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油田空压机的使用情况
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2、空气增压机（Booster）
用以提高压缩空气的压力等级，以补偿当空气钻进时使用小尺寸喷嘴 或井下动力钻具时造成的过大压力损耗。分为两种，一种是低压（Low Pressure Booster），一种是高压(High Pressure Booster)。
气体钻井操作规范
气体钻井操作规范一、空气钻井（一）实施条件1、地层岩性比较稳定，坚硬、干燥、不易坍塌；2、作业井段的地层压力较清楚；3、非常规裂缝性易漏地层；4、套管原则上应下至实施空气钻井的地层顶部，套管鞋尽可能座在坚硬地层上且口袋小于0.5m；5、确保气源供应充足，增压机的额定工作压力应高于设计施工压力5倍以上。
（二）钻前准备1、井架底座空间足以安装正常钻井井控装置和旋转防喷器；2、双闸板防喷器全封闸板安装在下，半封闸板安装在上；3、备用与所使用的钻杆相对应的半封闸板芯子不少于2副；4、在满足井控安全的要求上，至少有一条放喷管线（或放喷管线上的分支）接至污水池，作气举排液用；5、近钻头位置安装两只常闭钻具止回阀，根据钻井设计备用足量的钻井用下旋塞和常闭钻具止回阀；6、应使用18°斜坡接头钻杆，钻杆本体腐蚀凹坑深度不大于0.5mm，钻杆接头不能有深压痕和毛刺，不得使用胶皮护箍；7、使用六方方钻杆的长度至少14m，水龙带的长度与此相适应；8、应在排砂管线上安装岩屑取样装置和气测取样装置；9、应在排砂管线上与排砂口适当距离处安装降尘水管；10、根据井眼尺寸和井深配置足够的空压机和增压机；11、空气钻井注气设备的配备及场地要求：1、气举前，按设计要求对套管、井口试压；2、钻穿套管引鞋，充分循环，将井底打捞干净；3、气举前用清水替出井内钻井液；4、气举钻具不得带井下动力钻具；5、气举前根据井深、增压机额定压力计算钻具下入深度；6、气举前，关闭立管至泵房的闸阀、半封闸板防喷器以及至燃烧池的放喷管线上的闸阀，打开节流管汇前端的液动平板阀以及至污水池的管线上的闸阀，排出口管线应固定牢靠；7、下钻到井底气举完毕后，提高注气量充分循环，直到出口无液滴。
（四）钻进1、钻进前，在钻杆上连接一只下旋塞和一只常闭钻具止回阀并随钻具入井（旋塞在下）；2、钻进时，钻井节流管汇中路的各闸阀处于开启状态；钻井节流管汇前的液动平板阀处于关闭状态；3、钻进前期应进行试钻，调节钻井参数的合理匹配；4、刹把操作人员要求精力集中，送钻均匀；钻进中密切注意注入压力、注气量、钻时、转盘扭矩、气测烃值、岩屑、返出粉尘等情况的变化，发现异常及时汇报，及时处理；5、增压供气组与钻台作业人员明确统一供、停气信号；6、钻定向井时，应加密易斜井段的测斜频率；测斜步骤如下：井斜低于65°时，采用绞车将测斜仪下放至井底进行测斜；井斜大于65°时，应先起钻，将测斜仪放入测斜座后，再用钻具送至井底后，短起测斜；7、钻遇气层后，停止注气，将钻具起至安全井段。
钻井工程复习(除名词解释)
第二章钻进工具1.何谓钻柱的中性点？答：中性点的概念是由鲁宾斯基提出来的。
他认为中性点时钻柱受拉和受压的分界点。
2. 什么叫复合钻柱？答：即采用不同尺寸（上打下小）、或不同壁厚（上后下薄）、不同钢号（上高下低）的钻杆组成的钻杆柱。
3.评价钻头性能的指标有那几项？答：钻头进尺，钻头工作寿命，钻头平均机械钻速，钻头单位进尺成本。
4.简述刮刀钻头破岩原理。
答：刮刀钻头刀翼在钻压W和扭转力T的作用下，一方面作向下的运动，一方面围绕钻头轴线旋转，刀翼以正螺旋面吃入并切削岩层，井底平面与水平面成Ø 角。
刮刀钻头主要以切削和挤压方式破碎地层，具体方式主要取决于钻头的切削结构及所钻地层的岩性。
由于这几种破岩方式主要要克服岩石的抗剪强度，所以它比克服岩石的抗压强度的破岩方式要容易得多。
5. 牙轮的超顶、移轴和复锥各产生哪个方向的滑动？答：由于牙轮的超顶、移轴、复锥，使牙轮在滚动的同时在井底产生滑动。
超顶和复锥引起沿切线方向滑动，这种作用除了冲击、压碎作用破碎岩石外，还可以剪切掉同一齿圈相邻牙齿破碎坑之间的岩脊；移轴产生轴向方向的滑动，可以剪切掉齿圈之间的岩脊。
6. 金刚石钻头有哪些突出优点？答：（1）是一体性钻头，没有结构薄弱的环节，因而可以使用较高的转速，可以承载较大的侧向载荷而不发生井下事故，（2）金刚石钻头在正确使用的情况下，耐磨且寿命长，适合于深井及研磨性地层。
（3）在高温下，牙轮密封易失效，金刚石钻头则不会出现此问题。
（4）金刚石钻头不受空间尺寸的限制，适合于小井岩钻井。
（5）在钻牙受限的情况下可以使用金刚石钻头。
（6）结构设计制造比较灵活，生产设备简单，能满足非标的需要。
（7）PDC 钻头是一种切削型钻头，实践表明在适应地层可以取得很高的经济效益。
（8）由于热稳定性的限制，必须保证充分的冲洗和冷却。
（9）金刚石钻头抗载荷、抗冲击能力较差，使用时必须岩严格的规程。
7. 金刚石钻头的工作原理？答：由于岩石性能技工条件的复杂性至今没有统一结论，但是可以归纳以下几点：（1）在钻遇硬地层时，在钻压的作用下压入岩石，使接触岩石呈现极高的应力状态而使岩石呈现塑性。
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青西油田空气钻井井眼稳定问题的探讨孙梦慈(玉门油田分公司勘探事业部甘肃 735200)摘要：对青西油田地层特性和空气钻井井壁不稳定因素进行了阐述和分析。
阐述了青西油田窿15井和Q2-33井的二口空气钻井遇到的井眼不稳定问题并加以分析，提高了对空气钻井工艺的认识，对今后空气钻井的设计和施工具有一定的指导意义。
主题词：青西油田；空气钻井；井壁稳定；应用一、前言空气钻井技术最早产生于20世纪50年代，其主要目的就是防止井漏和提高机械钻速。
到了20世纪80年代末，国外的空气钻井取得飞速发展，不仅用于提高机械钻速，而且用于钻储层并发现储层，取得了良好的经济效益。
国内玉门油田50年代率先进行了空气钻井试验；90年代新疆油田引进了美国空气钻井设备，先后进行了12口空气钻井试验，在提高机械钻速和保护油层上取得了明显效果；2004年西南油田为了解决上部地层的严重井漏问题，分别对三口井实施了空气钻井，在治理井漏和提高钻速上见到明显效果。
玉门青西油田受祁连山北缘逆冲作用，在酒泉盆地酒西坳陷青西凹陷南部形成了一个大型的窟窿山逆掩推覆带，该逆掩推覆带是由一组彼此近于平行的上陡下缓的逆冲或逆掩断裂组成的前展式叠瓦状逆掩断裂带。
由于块状、巨厚逆掩推覆体地层“斜、硬、跳、磨、变”的客观特性，钻遇地层较多，地层岩性不均，岩性变化频繁，地层极硬，研磨性极强，可钻性差，钻头使用方面受到制约，平均机械钻速较低，造成全井钻井速度较慢，给钻井施工带来了极大的难度，钻井周期较长，2003年平均井深为4604m，平均机械钻速为1.64m/h，平均钻井周期为240d。
为了提高机械钻速，2003年3月在玉门油田窿9井开展了空气钻井试验，取得了明显的效果，志留系推覆体井段空气钻井平均机械钻速是常规泥浆钻速的8.74倍；2004年引进威德福空气钻井技术，分别在窿15井的志留系和白垩系地层、Q2-33和Q2-17井的第三系地层进行了空气钻井试验，实践证明空气钻井能够大幅度地提高机械钻速，但4口空气钻井都出现了井径扩大、起下钻遇阻、摩阻和扭矩较大，甚至导致卡钻填井事故发生，其主要原因是井眼不稳定和施工工艺不当。
本文就青西油田空气钻井所遇到的井眼不稳定性问题进行阐述和分析，以提高对空气钻井工艺的认识。
二、青西油田地层特性在某一地区实施空气钻井之前，需详细地分析该地区的地层情况，特别是泥页岩地层，它直接关系到空气钻井井壁稳定问题和钻井成功与否。
为了正确地分析泥页岩地层井壁稳定问题，应对泥页岩进行分类。
根据水敏性粘土的种类、数量、泥页岩母体特性和水化分散趋势，可以将泥页岩分成以下几类：第一类泥页岩为蒙脱石含量高，伊利石含量也较高的很软的泥页岩，其膨胀分散的趋势很强。
第二类泥页岩的粘土含量和第一类泥页岩相当，但在此类泥页岩中，有些蒙脱石已经历了离子交换，形成了伊利石和间层粘土矿物。
该类泥页岩膨胀分散的趋势要比第一类泥页岩稍弱一些。
第三类为中硬坍塌性泥页岩，该泥页岩中的伊利石和间层粘土矿物含量比较高。
第四类为易崩塌的硬泥页岩，伊利石和绿泥石含量较高。
除粘土外，其余部分由石英和长石组成的惰性基岩，其粘土部分会发生有限的膨胀分散。
第五类为极硬的脆性泥页岩，存在着大量的微裂缝。
其中的伊利石、高岭石和绿泥石含量较高，其膨胀和分散的趋势大大降低，但遇到流体侵入时，会沿微裂缝处发生膨胀和分散。
通过对青西地区的窿110井的钻屑进行X-衍射分析可知，从2500m到3500m是一个粘土矿物含量逐渐增加的过程，3500m到4000m是粘土矿物含量逐渐降低的过程；从4000m到4500m又是粘土矿物含量的第二个增加过程，而后又开始降低，整体看青西地区的泥页岩成分占相当大的比例。
在井壁坍塌方面主要表现在第三系的弓形山组、白杨河组底部和柳沟庄组泥页岩含量高，容易水化分散引起井壁失稳，要求钻井液具有强抑制能力；白垩系中下沟组地层的泥页岩不易水化分散，但岩性破碎、裂缝发育，地层倾角大，井眼应力不均衡，容易引起剥落掉块。
图1 隆110井粘土矿物含量分析曲线三、空气钻井井眼不稳定因素影响空气钻井井眼不稳定的因素是多方面的，归纳起来有如下几点：地层出水使泥页岩水化分散、地层破碎及地层交接的不整合面、山前构造地应力和工程施工时的钻井参数等。
3.1、地层出水干空气钻井（粉尘钻井）是以干空气为循环介质的钻井工艺。
在钻井过程中没有地层水进入井筒，环空中的钻屑不会相互结块且排砂口始终是粉尘。
在空气量足够的情况下，井筒钻屑易携带。
从地面上可看，正常的干空气钻井有以下现象：立管压力稳定、返出的粉尘干燥，不粘结和扭矩较小等。
当干空气钻井（粉尘钻井）钻遇地层水时，井筒会出现井眼垮塌，垮塌物瞬时堆积和泥环形成等现象。
1）、井眼垮塌由于泥页岩中的孔隙毛细管张力作用产生渗析，使得地层水在环空上返时渗入地层，泥页岩吸水膨胀产生水化应力，有的粘土矿物产生分散，有的不分散但裂缝增多，扩展裂缝，减弱了岩石强度，严重影响井壁稳定，导致井壁垮塌。
2）、泥环形成环空中的粉尘遇到地层少量出水时就会相互结块，并粘附在井壁和钻具上，尤其是钻铤和钻杆连接处顶部是井筒清洁的关键点，该处因环空面积突然增大，上返速度减小，使得钻屑在该处容易堆积，从而形成井下泥环，环空变小直至彻底堵死，就易发生卡钻。
在地面上主要表现在排砂口出现段塞、所排出的粉尘潮湿或不再排出粉尘，所排出的粉尘易粘结且立管压力升高。
泥环是由于地层出水量不足以使钻屑完全饱和而形成的，这就需雾化钻井时注入少量含有表面活性剂（发泡剂）的水，促使地层水的界面张力的降低，造成液滴更易分散和分散得更细小，这样环空中的钻屑就不会相互结块，环空畅通，达到消除泥环，清洁井眼目的。
雾化钻井虽能处理地层少量出水，但雾化钻井技术取得成功的主要条件是暴露地层的稳定性。
对水敏性地层或坍塌地层并不是雾化钻井应用的良好选择对象，这是因为雾化钻井注气量大，所加的抑制剂对地层抑制作用不大，易冲蚀井壁，使井径扩大。
3）、垮塌物堆积空气钻井时气流严重冲蚀井壁，且地层水和雾化液对泥页岩起着破坏作用，使得井眼处于不稳定状态。
井壁垮塌掉块使得在某一环空段瞬时岩屑量增多，垮塌物体积大，若不能及时磨碎，举升至地面，则就有可能出现井眼堵、卡现象。
3.2、地层力学不稳定性1）、井壁岩石脆性破碎和地应力由于地层岩石存在微裂缝、节理、层理、微裂缝及构造运动产生的破碎带、断层，使得岩石各向异性程度较高，且钻井中出现的井斜、狗腿和键槽等因素都有可能使得井眼周向应力高度集中，若地层应力超过岩石极限压力，在空气钻井时，井壁周围岩石就会发生脆性破裂、垮塌，造成井径扩大。
2）、空气流冲蚀和机械碰撞在环空高速上返气流中，硬岩屑会冲蚀井壁，使井壁新的表面不断地暴露出脆性破裂状态。
尤其是遇到硬脆性泥页岩，尽管其水敏性低，但若有微裂缝、非均质或矿物组份突变都可能导致严重冲蚀。
另外钻柱的剧烈的偏心转动磨切、碰击井壁，会加速不稳定层的垮塌。
四、实例分析4.1、窿15井窿15井的上部地层为巨厚逆掩推覆体地层（志留系），地层岩性主要为变质砂岩及板岩，所钻遇地层较多，地层岩性不均，岩性变化频繁，地层极硬，研磨性极强，可钻性差，钻头使用方面受到制约，平均机械钻速较低，造成全井钻井速度较慢，给钻井施工带来了极大的难度，钻井周期较长。
为了提高机械钻速，决定在该地层试验空气钻井。
一开后下入339.7mm 表层套管至274m，二开采用空气钻井，空气钻井进尺254m（274.90-528.90m）、平均钻速3.31m/h，与邻井推覆体井段钻速1.64m/h相比，速度总体提高102%。
虽然空气钻井能大幅度提高机械钻速，但由于地层出水（渗透水）、上部破碎性地层垮塌和空气高速冲蚀井壁，造成卡钻，终止空气钻井试验。
空气钻井（粉尘钻井）钻遇新地层后，地层出水，主要表现在每次下钻到井底，开气循环时，排砂口排出较多的水量，随着不断钻进和循环，出水量降低，但始终还能见到出水，未见粉尘排出。
钻至井深451.30m时，机械钻速很低，加大钻压作用不大，起钻完发现滚子稳定器被岩屑包死，岩屑不易携带。
钻至井深512.50m，起钻时遇阻严重，后下钻至井深453m 处遇阻，采用雾化循环，出口细岩屑较多，表明井壁粘附着大量岩屑。
钻进至井深528.90m 时，立管压力分别三次不同程度的突然提高，第一次由1.66↗2.35MPa，第二次由1.66↗2.83MPa，第三次由1.66↗6.21MPa，排砂管出口岩屑量逐步增加，为预防井下复杂进一步恶化，增大空气(由96↗124m3/min)和雾化(由40↗80L/min)排量循环，循环过程中，偶尔有钻具蹩停现象，上提下放钻具均遇阻，钻具被卡死。
将雾化液中发泡剂加量由0.5%增加至3%，但排砂管出口岩屑量未减少，反而明显增加，这是因为上部岩性破碎、裂缝发育，井眼应力不均衡，地层出水形成泥环，施工中压力不平稳，导致井壁坍塌。
4.2、Q2-33井Q2-33井所试验的空气钻井的地层为第三系地层，岩性主要为杂色砂砾岩、棕黄色含砾泥岩及泥岩等。
空气钻井井段1507.80-2735.72m，累计进尺1227.92m，平均机械钻速10.87m/h，是泥浆钻井平均钻速2.88m/h的3.77倍。
在井段1507.80-2070.33m实施了空气钻井（粉尘钻井），排砂管出口出现粉尘，但地层出水，使得潮湿的粉尘不断地聚集在井壁和套管上，泥页岩遇水水化分散严重，不易携带出地面；另外空气排量较大，冲蚀地层，井径扩大，井壁稳定性变差，造成每次起钻后，钻杆、钻头和稳定器上包有较多湿泥，钻井过程中多次出现扭矩大,压力不平稳，起下钻遇阻井下复杂。
图2为Q2-33井空气钻进压力曲线图。
从图中可看出，在井段1600-1700m干空气钻井过程中，立管压力有明显地上升，排砂口的钻屑潮湿，表明地层少量出水。
起钻后，发现稳定器和钻头上粘有湿泥。
在井段1732.49-1836.33m钻井过程中，岩屑返出量很少，且存在扭矩增大现象，虽采取循环活动钻具方法处理，但效果不明显。
由于地层出水，造成下钻图2 Q2-33井空气钻进压力曲线图困难，分别在套管和裸眼多处遇阻，开气循环时出口见大量粉尘。
在井段1850-1980m干空气钻井过程中，立管压力有明显地上升，扭矩较大，并有蹩停转盘现象，排砂口的钻屑潮湿且出现段塞流，甚至排砂口不返岩屑。
钻至2070m起钻，起钻过程中，采用开气倒划眼才起出钻具。
为了防止卡钻事故，在2070m之后，采用雾化钻进。
如图2所示，注入雾化液后，立管压力逐渐平稳。
钻至井深2550m后，排砂口出水量明显增大，立管压力迅速增加，排出棕黄棕褐色泥浆，其密度值0.36-0.60g/cm3，说明地层受水影响后水化分散程度大，井壁稳定性变差，造成下钻划眼至2506m时发生卡钻事故，经地面多次震击、循环活动无效后，导致填井侧钻。