空氣鑽探

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。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，分別選用以下 4種空氣鑽探方式：

①純空氣鑽探。所需設備簡單，鑽進速度快，鑽頭使用壽命長，並能連續收集岩心或岩屑，主要用於不含水的干孔。缺點是保護孔壁穩定的能力差，粉塵污染嚴重，要求上返速度高。

②霧化鑽探。在空氣流中壓入少量清水，使介質形成以氣為主，以水為輔即空氣中含有水滴的霧化狀態，常用在潮濕地層或含水量少的鑽孔，以及用於純空氣鑽探時除塵。

③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。

④充氣泥漿鑽探。向泥漿介質中注入一定量的壓縮空氣，以降低沖洗液密度和液柱壓力，從而保護孔壁，常用於鑽探不穩定地層。以氣為基礎的氣液兩相多種沖洗介質的發展，不僅提高了空氣鑽探的應變能力，而且拓寬了其應用範圍，對促進空氣鑽探的發展，起了重要作用。

氣動潛孔錘鑽探，又稱氣動孔底衝擊迴轉鑽探。這種鑽探法，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，連接一個風動潛孔錘，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，在多年厚凍結層分佈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。