空氣鑽探是指鑽孔中以壓縮空氣或含有壓縮空氣的氣液混合物作沖洗介質，或用壓縮空氣既作破岩機具的動力，又兼作沖洗介質的一種新的鑽進技術。空氣鑽探可以是正循環鑽探，也可以是反循環鑽探。
基本介紹
- 中文名：空氣鑽探
- 外文名：Air drilling
- 學科：岩土鑽掘工程學
- 方式：正循環、反循環鑽探
- 特點：先進、高效
- 主要類型：乾空氣鑽探、泡沫鑽探
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空氣鑽探技術體系
空氣鑽進技術包括循環介質、循環方式、碎岩方法和套用領域的多工藝空氣鑽進技術體系。其主要特點如下：低密度介質有利於提高碎岩速度；能有效冷卻鑽頭、清除岩屑和快速判層；能在不穩定地層中保護孔壁和少污染環境；有利於保護含水層和低壓油氣層並提高產出率；特別有利於在乾旱缺水地區和嚴寒、凍結層施工；亦利於忌用液體循環的抗滑錨固孔和露天礦爆破孔施工；空氣潛孔錘鑽進能大幅度提高硬岩鑽孔速度；氣舉反循環鑽進能實現2～3m以上大直徑井孔和超過2000m深井施工。
空氣鑽探示意圖
空氣鑽探示意圖空氣鑽探介質
用壓縮空氣作為鑽孔沖洗介質或同時又作為孔底碎岩的能量的一種鑽探方法。在一定條件下，可以代替清水或泥漿鑽探，因此又稱“無水鑽探”。壓縮空氣由空氣壓縮機供給，因此空氣鑽探的實施就是在原有鑽探設備的基礎上，再配備具有一定性能的空氣壓縮機即可進行。空氣鑽探主要是靠空氣有足夠的上返風速來排除岩粉，所以合理選用壓縮空氣的壓力、排量和上返風速等參數是保證正常鑽探的主要技術措施，地質鑽探一般上返風速不應低於15米/秒。
把空氣作為鑽孔沖洗介質使用，大約始於20世紀30年代,起初用於嚴重缺水地區鑽探石油,以後逐步擴展到水文地質、地熱、工程地質、岩心鑽探等領域。空氣不僅取之不盡、並具有可壓縮性、與清水和泥漿比較空氣是一種低密度沖洗介質，能有效地鑽進低壓油、氣、水層、地熱層,因而能保護這些儲層不至被損壞(壓裂、壓走、封堵等)以及造成嚴重漏失，同時它還有助於提高鑽速和鑽頭壽命。
空氣鑽探實體圖空氣鑽探分類
在空氣鑽探時地層中的水常滲入鑽孔，可根據鑽孔地層具體條件，分別不同的空氣鑽探方式。
乾空氣鑽探
乾空氣鑽探用純空氣作為循環介質，主要適用於完全乾涸無水地層，或乾空氣氣流能吸收滲入井內的少量水的基岩地層、不含水的覆蓋層和嚴重漏失地層等。乾空氣鑽探時，返回地面的岩屑稱為一股粉塵時鑽進效果最好，其經濟效果也是最好的，所以乾空氣鑽探又成粉塵鑽探。乾空氣鑽探的特點是鑽進速度快，鑽頭壽命長，對井壁和岩心無污染，取樣及時準確。但在潮濕地層鑽進時，很容易在粗徑鑽具上方形成“泥環”，嚴重時甚至會阻隔氣流，不能繼續進行鑽探。
乾空氣鑽探空氣氣流的上返流速在20世紀50年代確定為15.24m/s為空氣上返速度標準值，隨著科學技術的進步，空氣鑽探的上返流速有的已達20~30m/s。
泡沫鑽探
在空氣流中壓入一定量的化學起泡劑,使介質在循環中產生大量的穩定性泡沫，形成用泡沫流體沖洗鑽孔。泡沫兼備氣液兩相流體的良好性能，對岩粉糊包鑽頭、泥堵或岩粉結固等有稀釋、解阻作用。鑽探時所需風量小，上返速度也低，但其循環壓力較純空氣鑽探為高，注入方法最好用變數泵。
泡沫鑽探時除需有灌注系統外，其他工藝方法和乾空氣鑽探相同。
在充氣鑽探的空氣氣流中，注入發泡劑的同時，注入一定量的經過處理的優質泥漿（泥漿中的粘土對泡沫具有穩定作用），泥漿與泡沫在流動過程中形成泡沫泥漿。泡沫泥漿具有泡沫和泥漿的特性，即密度小、懸浮能力強且能在井壁上形成堅韌的泥皮，適用於漏失、易塌，以及不穩定地層鑽探。
充氣泥漿是在泥漿循環系統中加入發泡劑，形成低密度的充氣泥漿（也可以將壓縮空氣和泥漿同時通過鑽桿送入井底）。充氣泥漿的密度能在較大範圍內調整，減少液柱的靜壓水頭，實現對地層的壓力平衡鑽進，減少和避免沖洗液介質的漏失，同時泥漿又能起到更好的護壁作用。充氣泥漿的相對密度受到泥漿工作泵的限制，一般不能低於0.8，再低就會導致泥漿泵因“氣塞”而停止工作。
又稱氣動孔底衝擊迴轉鑽探，這種鑽探方法，壓縮空氣既被利用作為沖洗介質又作為氣動能量。在鑽頭與鑽桿間，連線一個風動潛孔錘，藉以把通過鑽桿輸入的壓縮空氣的能量轉化為機械衝擊能，並用活塞衝擊鑽頭實現孔底衝擊碎岩的一種工藝，其迴轉仍靠鑽桿驅動，鑽桿又為鑽機所驅動，如圖所示。特點是衝擊功能大、迴轉速度低、軸向鑽頭壓力低、碎岩效率高、鑽頭使用壽命長，適合鑽探中硬以上岩層，與一般迴轉鑽進相比，可提高鑽速5～10倍,一個球齒潛孔錘鑽頭可鑽石灰岩2000餘米。主要用於鑽基岩水井和有關工程孔等，在多年厚凍結層分布廣的地區及無水沙漠和高山地區也常能得到很好的技術經濟效果。
