空气钻井介绍
空气钻井录井技术
空气钻井的录井介绍一、空气钻井工艺简介1、纯气体钻井纯气体钻井一般使用两种气体做为载体：一是纯空气钻井，二是纯惰性气体钻井。
工艺要求：井底压力当量密度约为0-0.05g/cm3，环空返速要求最低为15m/s。
（1）纯空气钻井。
主要应用在提高非储层段的机械钻速和对付非储层段井漏上，钻遇油气层时井下着火和爆炸的可能性极大。
（2）纯惰性气体钻井。
有氮气钻井、天然气钻井、柴油机尾气钻井等方式。
惰性气体钻井一般应用在油气层段钻进中，目的是为了避免储层伤害，可及时、无遗漏的发现和评价油气层，提高单井油气产量和采收率。
2、充气钻井液钻井将空气或惰性气体和钻井液同时注入井内来降低流体液柱压力，形成以钻井液为连续相的钻井循环流体为载体。
工艺要求：密度可根据充气量来调节，其液柱井底压力当量密度为0.70-0.80g/cm3左右较为合适；环空返速在0.8-8.0m/s较为合适。
二、气体钻井设备1、气体注入设备气体注入设备主要有空压机、增压机、制氮车、液氮泵车、邻井天然气、柴油机尾气发生装置等。
2、液体注入设备目前，注入液体的设备一般采用雾化泵、水泥车和钻井泵。
3、压力控制系统由井口装置、节流管汇、放喷管线、排砂管线、岩屑取样器、点火装置、防回火装置等设备组成。
井口装置要求在标准井口的基础上，加安装旋转控制头或旋转防喷器，主要起三方面的作用，一是井眼环空与钻台之间的封隔；二是提供安全有效的压力控制；三将井眼返出流体导离井口。
气体钻井过程中一般不控制回压，井口始终敞开或控制的井口回压一般小于2MPa，旋转控制头需要承受的压力很小。
4、井下工具为了安全钻井，气体钻井需要在钻具上安装浮阀等特殊工具。
（1）浮阀，安装在钻头或井下动力钻具之上，一般安装2个，防止空气、钻屑倒流和钻头堵水眼。
（2）单流阀，配合旋塞阀使用，安装在钻杆顶部，主要是为了缩短接单根时的放气时间和注气时间，防止钻头埋砂等复杂情况的发生。
（3）蝶阀，功能与单流阀相同，其特点是可通过测井仪器，钻进过程中测井时不须起钻将其取出。
空气钻井技术
充气泥浆
微泡沫
泥浆
（4）延长钻头使用寿命
2010/12/18
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（5）保证井眼清洁
气体钻井中钻屑爆裂粉碎能快速带出井筒。
Increasing Cutting Carrying Capacity Decreasing Velocity Requirements
2010/12/18
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（6）有利于防斜 破岩所需的钻压小，有利于防斜打快。
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4、空气钻井的优越性
（1）提高机械钻速
与常规钻井相比，可提高钻速3-10倍， 在气体钻井中，地层孔隙压力在负压差 条件下产生向井内的“推力”，该“推 力”有促使井底岩石破碎（或崩离井 底）的趋势。而泥浆钻井时，井筒中高 的过平衡正压差产生由井内指向地层的 压力，阻碍钻头对地层的破碎和已破碎 岩体脱离井底。
(1)深部地层钻速太低 (2)复杂地层、深井井斜突出 (3)钻大尺寸井眼钻速低 空气钻井可有效解决上述问题
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2、空气钻井的概念
空气钻井是指钻井中以压缩空气或含有压 缩空气的气液混合物作为洗井介质，或用压 缩空气既作为破岩工具的动力又兼作洗井介 质的钻井技术。它是欠平衡钻井的一种形 式。
如果需要进行泡沫钻井时，采用化学剂泵将液体 发泡剂、缓蚀剂和水注入高压气体管路，这些化 学药剂与气体混合后形成泡沫。这类泵通常排量 很小，额定压力较高。
6、排屑管
废气及钻屑通过排屑 管至燃烧池，推荐管线长 度 ≥ 90m ， 其 横 截 面 面 积 与环空截面而积相等。管 线排出端应与风向垂直， 且外伸超过燃烧池壁1.8 m。排屑管线应该沿全长 安全地固定在地面，排屑 管上应安装取样器、天然 气检测器、点火装置。
国内外钻井新技术
国内外钻井新技术钻井作为石油勘探开发的重要环节，一直以来都在不断发展和创新。
近年来，随着科技的进步和需求的不断增长，国内外钻井行业涌现出了许多新技术，这些新技术为钻井作业提供了更高效、更安全、更环保的解决方案。
本文将重点介绍国内外钻井领域的一些新技术。
1. 气体钻井技术气体钻井技术是近年来钻井行业的一项重大技术突破。
相对于传统的液体钻井，气体钻井采用压缩空气或氮气作为钻进液，具有环保、清洁、高效等特点。
气体钻井技术不仅可以避免液态钻井液带来的环境问题，还能够减少地下水污染风险。
同时，气体钻井技术还能有效提高钻井速度，降低钻井成本。
2. 高压水力钻井技术高压水力钻井技术是一种利用高压水射流来切削地层的新型钻井技术。
该技术能够高效地切削硬岩和特殊地层，且对环境影响较小。
它采用高压水射流进行切削，可将地下岩层切削成细小的颗粒，减少钻井液量，降低钻井噪声和震动。
高压水力钻井技术不仅提高了钻进速度，还能够减少钻具磨损，延长钻头使用寿命。
3. 快速钻进技术快速钻进技术是一种钻井作业周期较短、效率较高的新技术。
通过优化钻井过程和提高钻具性能，快速钻进技术能够缩短钻进时间，减少钻井成本。
其中一项关键技术是采用高效钻井液和超强钻头，提高了钻进效率和钻头使用寿命。
此外，还可以采用一体化的钻井装置和自动化控制系统，提高钻井操作的精确度和安全性。
4. 智能钻井技术智能钻井技术是钻井行业的前沿技术之一。
它通过装备互联网、人工智能、大数据分析等技术，实现对钻井作业全过程的智能化控制和管理。
智能钻井技术可以实时监测钻井参数，预测地层变化，优化钻井方案，提高钻进效率和质量。
此外，智能钻井技术还可以对钻井装备进行远程监控和管理，减少了现场人员的风险和作业成本。
5. 高效钻井液技术高效钻井液技术是钻井作业中至关重要的一项技术。
它采用新型化学品和添加剂，改善钻井液的性能和稳定性，提高钻井作业的效率。
高效钻井液技术能够降低钻井过程中的摩擦阻力、降低地层损害、改善井壁稳定性等，从而提高钻井速度和质量。
空气钻井技术介绍
2016年7月
汇报内容
一、空气钻井技术介绍 二、空气钻井与传统泥浆钻井的区别 三、空气钻井与传统泥浆钻井的关联 四、空气钻井的适用范围 五、空气钻井的常规设备配置
一、空气钻井技术介绍
空气钻井是在钻井过程中，将传统钻井工艺中运用的液体循环 介质，用压缩空气所取代。同时，利用高压气体钻进，将其作为 击碎岩层的能量，是一种典型的欠平衡钻井技术。
二、空气钻井与传统泥浆钻井的区别
➢循环介质不同 传统钻井液钻井采用的是水基或油基泥浆等液体介质
作为循环介质，而空气钻井则采用空气作为循环介质。
➢井控手段不同 传统钻井液钻井时井筒内液注压力能很好的平衡地层
流体压力，即井筒内液注压力等于（或略大于地层流体 压力）；空气钻井是欠平衡钻井，井筒内压力要低于地 层流体压力，所以空气钻井对井口防喷设备要求更高、 更复杂。
一、空气钻井技术介绍
3.泡沫钻井：泡沫钻井中的泡沫是在地面预先合成，作为钻井 循环介质，钻屑悬浮在泡沫中被泡沫钻井液带出井筒达到清洁 井眼的目的，由于泡沫钻井液良好的携液能力，环空速度要求 大大降低，同时井眼冲蚀也减少。由于气体需求相对较少，对 气体供应设备的需求也相对减少。气体所占比例：55％～99％。 4.充气液钻井：在液基钻井中，在高压钻井液中注入气体，以 降低井筒中的液柱静压。充气液钻井可有效解决液基钻井与泡 沫钻井之间的钻井液比重在1-0.6左右的要求，通过调整泥浆泵 的排量可以有效的调节气体的体积最终达到环空平衡。由于充 气液钻需要较高压力的气体注入设备，其气体注入设备的成本 也较高。
五、空气钻井常规设备配置
空 气 钻 井 作 业
五、空气钻井常规设备配置
空 气 钻 井 作 业
五、空气钻井常规设备配置
空气钻井
空气钻井的应用于发展气体钻井，作为一种新型钻井方法，是一种以空气、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。
气体钻进主要有循环压耗低、带砂能力强且迅速、井眼净化好、防止井漏、减少环境污染、机械钻速高缩短建井周期、有利于发现和保护浅气层、减少了对地面环境的污染等优点。
其缺点是，使用区域受到限制，需要大量专用配套设备，钻井事故复杂处理难度加大，在钻井到后期因空气锤震动，钻具易断等工艺缺陷空气钻井工艺是一种钻进效率比较高的技术手段，可以极大提高一口井的钻进时效，降低总的钻井作业成本。
但由于这种技术受客观情况影响比较大，不是任何场合均可以使用的，因此使用前必须对所施工的地层进行详细论证，对于不符合使用条件者不能勉强使用，对于部分条件适合于空气钻进技术要求的情况，应根据实际条件制定相应的技术措施，以便在施工时出现突发事件时能够确保安全。
从空气钻进与常规钻进两种工艺的对比情况看，空气钻进技术具有很好的经济效益，具有较好的推广应用价值，应当引起技术界的关注。
从空气钻井技术参数、应用条件、设备等方面对该技术进行简要介绍。
空气钻井的应用条件1、所钻地层平缓，地层倾角＜30°，无力学不稳定性应力垮塌，地层坍塌压力低。
2、所钻地层不出水，无浅层天然气，无膏盐层。
如今国内可以进行空气钻的比较多，其中较出名的是四川广汉的川庆钻探公司下属的钻采研究院。
而且他们配套的设备和一起相当完善，并有几十口井的空钻经验。
气体钻井也存在不少的限制因素，如：产水地层、含有塑性石膏等均会对气体钻进产生不利的影响，甚至不能采用气体钻进。
在气体钻进后或气体钻进过程中，为了进行一些特殊的施工作业，往往都需替入水基钻井液进行压井，以完成相应的施工作业或继续钻进。
此时，如何让一个干燥的、处于欠平衡状态的空井，在替入钻井液后，不发生垮塌、缩径、井漏、虚厚泥饼卡钻等复杂问题，尽快恢复正常钻进或其它施工作业，这就成了气体钻井后留给钻井液工作的最大难题。
空气钻井之空气锤钻井技术
空气钻井之空气锤钻井技术空气锤钻进技术属气体钻井技术的一个分支，它是将压缩空气既作为洗井介质，又作为破碎岩石的能量。
在油田气体钻井中应用空气锤钻进技术能显著提高机械钻速，并且随着钻井深度的增加对钻速影响很小；空气锤钻进要求的扭矩和钻压较低，可以减少井内钻杆的磨损和折损事故的发生；另外，井底清洗及冷却条件好，延长了钻头的使用寿命，因此，在许多方面优于目前油田使用的常规气体钻进技术。
国外空气钻井中也遇到井斜问题,如壳牌公司在加拿大洛基山进行钻井作业,遇到的主要问题也是地层太硬且存在严重的井斜问题。
可近几年来,随着空气锤钻井技术逐渐得以完善,解决了空气钻井中井斜问题。
通过采用空气钻井和空气锤钻井技术,显著提高了机械钻速。
因空气锤完全依靠空气锤活塞作用在钻头上的震击作用而不是钻压吃入地层,其作用就是用低转速(通常为20～30r/min)和极小的钻压震击岩石,钻具处于悬吊状态,从而使得钻头振动减少到最低限度,保持高钻速又不会造成井斜。
应用于油田气体钻井的空气锤的结构与工作原理1、空气锤的结构由中国石油勘探开发研究院研制并应用于油田气体钻井中的空气锤采用了无阀式中心排气结构。
中心排气结构可以保证有足够的气量直达井底，起到冷却钻头、清洗井底的作用；无阀式结构的配气气路简单，减少了气体压力的损失，有效地提高了冲击效果。
2、空气锤的工作原理图1为无阀式中心排气空气锤的结构示意图。
其工作原理为压缩空气经后接头1、逆止阀2进入配气座3的腔体中，然后压缩气体分两路前进，一路通过逆止阀上的径向和轴向孔，进入配气座、活塞和钻头的中心通孔，在井底冷却钻头和喷吹岩屑。
另一路经配气座上端的径向孔，进入外套管5与气缸4之间的环形空间，此时，压缩空气进入上腔A的通道受阻，只能经气缸下端的排气槽口、活塞与外套管之间的环形空间，进入空气锤下腔B，压缩空气推动活塞6上行。
当活塞下端中心通孔与钻头9上端的尾管7脱开时，空气锤下腔内的压缩空气经尾管、钻头的中心通孔排向井底，此时，压缩空气进入下腔的通道受阻，只能经气缸与活塞之间的环形缝隙，进入空气锤上腔，由于处于上腔内的配气座的尾杆已插入活塞上端中心通孔，将上腔封闭，腔内压力迅速上升。
气基流体空气钻井技术_大学论文
石油工程钻井论文题目：气基流体空气钻井技术专业：石油工程中国石油大学(华东)成人(网络)教育毕业论文摘要过去，对气基流体(空气、雾化液等)作为气体钻井循环流体缺乏深入的理论研究和现场应用经验。
为适应新的气基流体钻井方式及钻井工艺技术的进步，开展了气基流体空气的应用技术的研究。
空气作为循环流体，它在钻井过程中的主要作用是将井下的钻屑举升到井口并带出井眼，如果空气量不够，则难以有效地将井下钻屑携带出来，这样钻屑就会在井内沉降并在井底聚积造成卡钻。
介绍了气基流体空气的携岩机理、空气量的计算方法、空气循环系统以及气基流体空气、雾液在现场的应用效果、空气钻井国内外应用现状、优缺点及所用的设备.并阐述了空气钻井的一些关键技术,如钻具腐蚀问题、钻遇水层问题、固井等,最后介绍了空气钻井技术的改进技术[1]. 关键词: 气体钻井;气基流体;空气钻井; 携岩机理 ;钻具腐蚀 ;钻遇水层固井目录前言 (1)第1章气基流体空气钻井的基本概念和循环系统 (4)1.1基本概念 (2)1.2空气量的大小与井眼净化的关系 (2)1.2.1 空气携岩机理 (2)1.2.2 钻屑形状与下沉速度的关系 (3)1.2.3 空气注入量的确定 (4)1.3气基流体(空气／雾液)的循环系统 (5)第2章空气钻井技术的国内外研究现状 (7)2.1空气钻井在国内外应用现状 (7)2.2国内外关于空气钻井理论研究与参数计算的发展与现状 (8)2.3空气钻井的优缺点比较 (9)2.4空气钻井设备介绍 (10)2.5气体钻井所必需的条件井眼条件 (13)第3章空气钻井的关键技术与实例简 (14)3.1空气钻井与钻具腐蚀 (14)3.1.1 腐蚀物质与腐蚀形式 (14)3.1.2 防治措施 (15)3.2空气钻井地层出水限定值 (16)3.2.1 地层出水对空气钻井的影 (16)3.2.2 地层出水后空气钻井方法 (17)3.3空气钻固井技术实例 (20)3.3.1 平落006—5井空井固井初 (20)3.3.2 主要技术难点 (21)3.3.3 空井固井施工技术 (22)3.3.4 现场施工技术 (23)3.3.5 固井技术总结 (24)第4章气体钻井技术的改进 (25)4.1控制气体体系的压力 (25)4.2控制压力钻井的目标 (26)4.2.1 液压系统 (26)4.2.2 气压系统 (26)4.2.3 气体流体钻井——误解 (27)4.2.4 没有适当控制井眼压力所造成的问题 (27)4.3井下空气分流器(DHAD) (31)4.4压力试验结果 (32)4.5建议 (33)结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)前言气体钻井技术就是以气体为主要循环介质的欠平衡钻井技术,主要有纯气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井和充气钻井液钻井[1]。
空气钻井——精选推荐
摘要介绍空气钻井的主要设备、工艺流程、作业方法、注意事项及安全技术措施,对空气钻井施工设计、现场作业具有很好的实用性和指导意义。
空气钻井是用空气作循环介质的一种低压钻井技术。
空气钻井是实现地层压力系数小于1的欠平衡钻井的技术手段，对于保护和发现低压油气层，提高单井产量和采收率有重要的意义，还可用于严重漏失性地层的防漏。
在川渝地区3 口严重漏失井上应用空气钻井719. 48 m ,平均机械钻速7. 92m/ h ,平均钻井效率59. 96 m/ d ,与常规钻井、堵漏的方法相比,钻井效率提高8. 6 倍,对治理严重井漏见到明显效果,取得很好的技术经济效益。
关键词:空气钻井，欠平衡，井漏，气体型流体第1章空气钻井概况1.概念用于空气作为钻井流体所进行的钻井称作空气钻井。
用空气作为循环介质进行欠平衡钻井是最早发展的一种欠平衡钻井技术。
由于该技术是直接是使用大气中的空气，可减少环境污染和节约钻井液浪费。
2.国内外现状2.1国外国外在1950年后出现了试用空气作为循环介质钻井，获得成功。
并发现：（1）在相同地层条件下，钻头寿命和机械钻速比普通钻井液钻井有明显的提高；（2）在同一地区，原先使用常规钻井液钻井见不到油气的地层，使用空气钻井发现了工业性油流和天然气。
同一时期在泥浆中充气钻井开始应用，但直到80年代由于旋转防喷器、旋转控制头等为代表的欠平衡钻井装备的发展和成熟后，才在国外得到广泛应用。
由于充空气的充气泥浆在钻开产层时存在一定的井下燃爆危险，以及可能造成钻具的氧化腐蚀等问题，目前主要采用充氮气或是氮气与氧气按一定阻燃比例加入的混合气体方式。
应用空气流体作为循环介质的钻井技术先后在美国、加拿大、前苏联等国相继采用，并不断发展完善，并与其他钻井技术如水平井连续管钻井相结合，对低压油田增加单井产量提高采收率取得了明显的效果。
在美国气体、充气和泡沫钻井占到钻井总数的10%。
2.2 国内八十年代末，国内是新疆油田最早开展充气钻井技术的研究与应用，主要是解决低压层漏失的问题。
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Fig2-5 Control of the inflow of formation water Fig2-6 Penetrate the hard
2.1.2空气钻井的局限性
进；改用天然气钻进；改用雾化空气钻进(现场多采用此方法)。
此外，软地层不适用于空气钻井，并且金刚石钻头较少应用于空气钻井中
多使用牙轮钻头。
2.2空气钻井的设备和循环系统介绍
空气钻井系统与常规的泥浆钻井一样，也采用两种类型的循环技术：正循
环。正循环广泛应用于浅井的空气钻井作业中。一般来说，正循环用于钻小井
钻头牙齿可以更好的切削井底，并把钻屑带离井底，这样对于清洗井底和提高
都有好处，如图2-1。在同样的地层钻进，其速度可达到普通泥浆钻井的10倍以
的机械钻速是很容易达到的。由于泥浆费用和钻头费用大大减少，以及钻头进
寿命延长，从而降低了起下钻次数等优点综合起来使总的钻井成本降低。
(2)减轻或消除钻井流体对油气层的伤害，并且能够随钻评价产层，如图
分类当量密度分类当量密
干气0.001～0.01充气液0.6～0
雾化0.01～0.03玻璃微珠，塑料微珠>0.7
泡沫0.03～0.46，有回压时更高液体0.96以
空气钻井适宜于非常干燥的，无任何流体侵入的层段，尤其是在白云岩、
石英砂等坚硬地层，钻速可以大幅度提高。在水敏性泥页岩，孔洞裂缝性易漏
空气钻井是十分理想的钻井手段。另外，空气钻井适宜于地层压力系数不高，
井口环空截面的1.1倍。
岩取样器：用于获得井口处的岩屑样本。
气体探测器：用于检测烃类气体，便于钻工采取安全措施。
除尘器：用于向排管内的气固混合物喷水，减少粉尘污染。
燃烧池：用于沉降岩屑和燃烧井底产生的烃类气体。
引火器：将从排管中带出来的井底产生的烃类混合气体点燃，保证安全钻
排出管线的控制阀：用于控制井口回压，也可用于配合试井测试。
空气钻井井底压力低于地层压力，在钻遇油层时，能够及时连续不断地发现碳
从而对产层进行评价。
(3)有利于环境保护。由于采用空气钻井时，不使用钻井泥浆，而且钻井
整口井减少了钻井液的消耗和维护量，同时也减少了废弃钻井液的处理量，可
钻井液费用和减少化工产品对环境造成的污染。
(4)消除井漏对钻井的影响：井漏是指在钻井过程中循环介质不返出地面
缩短了钻井时间，减少了钻具和扶正器的磨损；而且，钻压低使得钻具负荷轻
钻具磨损和疲劳损坏，延长了钻具的使用寿命；再者，气体钻井的注气压力低
钻具的刺漏，确保了钻具使用的安全。
除此之外空气钻井还具有延长钻头使用寿命，克服水敏性页岩坍塌，减少中国石油大学（华东）硕士学位论文
9
点。
Fig2-1 Improved penetration rate Fig2-2 Formation damage av
并把这些空气再送往钻机前压缩到更大的压力。这个单元的压缩机都是往复式
可以是单级或多级。
2.2.1空气钻井作业主要设备第二章空气钻井介绍
12
图2-8压缩机分类
Fig2-8 Compressor classification
井口装置：所有的空气和气体钻井作业都需要使用安装在转盘底下面的旋
安装防喷器(ROP)组。
不稳定泡沫
稳定泡沫
充气泥浆
泥浆
递增
图2-6钻硬地层的能力
空气和气体
不稳定泡沫
稳定泡沫
充气泥浆
泥浆
递增
图2-5控制地层水流入的能力
空气和气体
不稳定泡沫
稳定泡沫
充气泥浆
泥浆
递增空气和气体
不稳定泡沫
稳定泡沫
充气泥浆
泥浆
递增
图2-3避免漏失的能力图2-4控制较高孔隙压力的能力
空气和气体
不稳定泡沫
稳定泡沫
充气泥浆
循环则是钻大井眼井的首选。反循环作业需要专门制造的钻头。空气钻井所用
艺流程有别于传统钻井方式，下面介绍一下主要设备及其工艺流程。中国石油大学（华东）硕士学位论文
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(1)空气钻井作业井场图
几乎所有的空气和气体钻井作业都是陆上作业，图2-7为典型的钻机和其
地面设备的井场设计图。
图2-7空气钻井井场图
Fig2-7 Drilling rig location plan for air drilling operations
任何技术都有其一定的适应性，空气钻井技术也一样。除了以上的优势之
钻井也有其技术和经济上的局限性。气体钻井的局限性主要表现在井壁稳定性
层出水问题以及井下燃爆问题上。
(1)井壁稳定问题。空气钻井的井筒压力比常规的过平衡钻井要小，这可
井壁坍塌，且低的井眼压力还可能会引起一些井段的缩径。常规过平衡钻井时
空气和气体
易发生粘结，形成大的岩屑团。这种岩上，从而形成泥饼圈。
如果裸眼段地层中含有一定量的水敏性泥页岩，则在遭遇地层水后，泥页
水化膨胀，其强度也会降低。由于空气钻井缺乏对井壁的支撑和稳定作用，井
地层会发生坍塌，引起井径扩大。井径扩大将会带来井眼净化和井斜等问题。
(3)井下着火和爆炸。空气钻井在钻遇碳氢化合物时，可能出现燃料、氧
后造成井下着火。这样会造成烧毁井下设备和对地层造成伤害，井下着火对地
害不大，但对井下钻具，井眼的破坏极大，所以损失非常大。引起点火有三种
饼圈(由于岩屑堆积形成泥环，封住了环空，空气流动受阻)；井下火花；钻柱
缝或小孔，刺漏出的空气在其周围产生局部高温。目前常用的预防方法有：改
设计旋转头或类似的气体导流器，是气体钻井作业中为了防止携带岩屑的
转盘方补心喷向钻台。对于钻井作业，从钻台导流这些钻井流体是必须要做的
给钻井操作者提供一个安全的工作空间。
空气钻井中主要使用两种防喷器：一种为环形防喷器(或旋转防喷器)，它
用使胶芯挤向井口中心，直到抱紧钻具或全封闭井口，从而实现其封井的目的
较低的裂缝及溶洞性地层和严重漏失的地层，或者用泥浆不能建立正常的循环
用[13-20]。
2.1.1空气钻井的优势
(1)提高机械钻速，缩短建井周期，降低钻井总成本。由于气体密度很小
的压力很小，因此造成三轴围压严重失衡，岩石强度降低，塑性减弱，井底应
化，不但各点处压持应力小，而且在某些部分还出现岩石局部受拉现象。没有
泥浆
递增
机械钻速
空气和气体
不稳定泡沫
稳定泡沫
充气泥浆
泥浆
递增
图2-1逐步提高机械钻速图2-2避免地层受损的能力第二章空气钻井介绍
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柱压力在一定程度上起到了支撑井壁的作用。空气钻井中，这种支撑作用失去
周围岩石是否稳定取决于地应力的状态、岩石强度、实际地层压力和井眼的几
对于大部分地层，采用空气钻井不会发生井壁失稳的问题，但是在某些高应
2.2.2空气钻井循环系统
图2-9空气钻井正循环系统工艺流程图
Fig2-9 Direct circulation air system
空气钻井工艺流程如图2-9所示，在实施空气钻井时，首先用空压机对空
级加压，降温、除水之后经过增压机增压将高压气体通过立管三通压入钻具。
钻头时对钻头进行冷却，同时完成携带岩屑的任务，再返回井口。接着空气和
(2)空气和气体钻井主要设备及其功能
压缩机：与泵的分类一样，通常将压缩机分为两大类：连续流压缩机和间
机(见图2-8)
[14]
。
压缩机单元分为：初级压缩机系统单元和增压压缩机系统单元。初级压缩
大气环境中获取空气，这种压缩机系统可以是旋转式或往复式压缩机，可以是
级。增压机系统单元在初级压缩机下游操作，它们接受来自初级压缩系统的压
性强的地层。对于有些地层就不能应用空气钻井，比如：比较松软的地层或倾
层，因为此时使用空气钻井不能提供足够大的压力以防止井眼坍塌，而且很容
眼倾斜，这种情况下应当采用密度更高的钻井液。钻遇稳定性差的地层，易造第二章空气钻井介绍
8
钻遇高压油气层、含硫化氢地层及煤层，可能引起井下爆炸，导致钻井事故。
钻井在钻遇天然气或油层时有一定的燃爆的危险性，现在国内空气钻井主要用
失进入地层的现象。气体钻井井内压力远低于地层压力，循环流体进入地层的
有了，因此可以完全避免井漏的发生，如图2-3。气体钻井或者气基流体欠平
经成为钻穿漏失层位的重要技术手段。
(5)适用于严重缺水地区。由于空气钻井采用干空气进行钻进，可以解决
缺水的困难，以保证正常钻进。
(6)有利于延长钻具使用寿命，减少井下复杂事故的发生。由于气体钻井
空气中加入水或起泡剂，或向空气螺杆马达注入润滑剂时使用。
固体注入泵：当地层出现少量水时，可向井筒内注入干燥剂，有利于气体
压力计、温度计、流量计:用来监测流管中气体状态。
增压机控制阀：控制增压机移出或接入空气循环系统。
流管中的安全阀：当流管中气体压力过高时，通过开启安全阀释放过高的
空气吸湿器：干空气钻井时要求空气进入井筒前除去水分。当空气较湿润
(1)空气钻井(Air drilling)：仅使用压缩空气或其它气体作为循环介质
≦2.5%)。
(2)雾化钻井(Mist drilling)：把一定的乳化水溶于空气中注入井内，地层
滴的形式被带返出井眼。雾化钻井所需空气量一般增加30%-40%。
(3)泡沫钻井(Foam drilling)：使用压缩空气或其它气体混以不可压缩的流
层、破碎带、超深井等)和弱岩地层(如低胶结强度松散砂岩、破碎性岩体、流变
则可能诱发井壁的力学失稳。
井壁不稳定大致分为两种形式：井壁剥落、掉块，并且不能及时排走造成