一、空气钻探含义

二、空气钻探技术体系

三、空气钻探介质使用

四、空气钻探方式分类

一、空气钻探含义

是指钻孔中以压缩空气或含有压缩空气的气液混合物作冲洗介质,或用压缩空气既作破岩机具的动力,又兼作冲洗介质的一种新的钻进技术。这种新技术,国外40年代就取得良好效果,早已广泛用于矿产勘探中。空气钻进是指用压缩空气或含有压缩空气的气液混合物作为钻进时的循环冲洗介质，或者既用其作为破岩机具的动力，又兼作冲洗介质的一种钻进工艺方法。

二、空气钻探技术体系

空气钻进技术包括循环介质、循环方式、碎岩方法和应用领域的多工艺空气钻进技术体系。其主要特点如下：低密度介质有利于提高碎岩速度；能有效冷却钻头、清除岩屑和快速判层；能在不稳定地层中保护孔壁和少污染环境；有利于保护含水层和低压油气层并提高产出率；特别有利于在干旱缺水地区和严寒、冻结层施工；亦利于忌用液体循环的抗滑锚固孔和露天矿爆破孔施工；空气潜孔锤钻进能大幅度提高硬岩钻孔速度；气举反循环钻进能实现2～3m以上大直径井孔和超过2000m深井施工。

三、空气钻探介质使用

用压缩空气作为钻孔冲洗介质或同时又作为孔底碎岩的能量的一种钻探方法。在一定条件下，可以代替清水或泥浆钻探，因此又称“无水钻探”。压缩空气由空气压缩机供给，因此空气钻探的实施就是在原有钻探设备的基础上，再配备具有一定性能的空气压缩机即可进行。空气钻探主要是靠空气有足够的上返风速来排除岩粉，所以合理选用压缩空气的压力、排量和上返风速等参数是保证正常钻探的主要技术措施，地质钻探一般上返风速不应低于15米/秒。

把空气作为钻孔冲洗介质使用，大约始于20世纪30年代,起初用于严重缺水地区钻探石油,以后逐步扩展到水文地质、地热、工程地质、岩心钻探等领域。空气不仅取之不尽、并具有可压缩性、与清水和泥浆比较空气是一种低密度冲洗介质，能有效地钻进低压油、气、水层、地热层,因而能保护这些储层不至被损坏(压裂、压走、封堵等)以及造成严重漏失,同时它还有助于提高钻速和钻头寿命。

四、空气钻探方式分类

在空气钻探时地层中的水常渗入钻孔，可根据钻孔地层具体条件，分别选用以下 4种空气钻探方式：

①纯空气钻探。所需设备简单，钻进速度快，钻头使用寿命长，并能连续收集岩心或岩屑，主要用于不含水的干孔。缺点是保护孔壁稳定的能力差，粉尘污染严重，要求上返速度高。

②雾化钻探。在空气流中压入少量清水，使介质形成以气为主,以水为辅即空气中含有水滴的雾化状态,常用在潮湿地层或含水量少的钻孔，以及用于纯空气钻探时除尘。

③泡沫钻探。在空气流中压入一定量的化学起泡剂,使介质在循环中产生大量的稳定性泡沫，形成用泡沫流体冲洗钻孔。泡沫兼备气液两相流体的良好性能，对岩粉糊包钻头、泥堵或岩粉结固等有稀释、解阻作用。钻探时所需风量小，上返速度也低，但其循环压力较纯空气钻探为高，注入方法最好用变量泵。

④充气泥浆钻探。向泥浆介质中注入一定量的压缩空气,以降低冲洗液密度和液柱压力，从而保护孔壁,常用于钻探不稳定地层。以气为基础的气液两相多种冲洗介质的发展，不仅提高了空气钻探的应变能力，而且拓宽了其应用范围，对促进空气钻探的发展，起了重要作用。

气动潜孔锤钻探，又称气动孔底冲击回转钻探。这种钻探法，压缩空气既被利用作为冲洗介质又作为气动能量。在钻头与钻杆间，连接一个风动潜孔锤，借以把通过钻杆输入的压缩空气的能量转化为机械冲击能，并用活塞冲击钻头实现孔底冲击碎岩的一种工艺，其回转仍靠钻杆驱动，钻杆又为钻机所驱动，如图所示。特点是冲击功能大、回转速度低、轴向钻头压力低、碎岩效率高、钻头使用寿命长，适合钻探中硬以上岩层，与一般回转钻进相比，可提高钻速5～10倍,一个球齿潜孔锤钻头可钻石灰岩2000余米。主要用于钻基岩水井和有关工程孔等，在多年厚冻结层分布广的地区及无水沙漠和高山地区也常能得到很好的技术经济效果。