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钻探工程Drilling Engineering第50卷第4期2023年7月Vol. 50 No. 4Jul. 2023：64-69空气反循环钻探技术在超高海拔地区的应用王立新，聂洪岩（天津华北地质勘查局核工业二四七大队，天津 301800）摘要：空气反循环钻探与传统的钻探工艺相比，具有成本低、钻速快、场地要求低、样品可靠无污染等优点。
因其以压缩空气为主要循环介质，遇水、冰容易造成淤堵，应用于超高海拔地区空气稀薄、永冻层较厚、地下水丰富等复杂环境一直以来都是难题。
为验证空气反循环钻探工艺应用于超高海拔复杂环境的可行性，本文依托西藏巨龙铜矿空气反循环钻探项目，通过选取高功率设备、防水工艺改进以及防冻材料应用等多项举措，成功研究出克服复杂环境因素的整套施工工艺，使其综合效率与平原地区相近，证明了空气反循环钻探技术可以应用于超高海拔地区。
关键词：空气反循环钻探；超高海拔；空气稀薄；地下水；永冻层中图分类号：P634 文献标识码：B 文章编号：2096-9686（2023）04-0064-06Application of air reverse circulation drilling technology inultra⁃high altitude areaWANG Lixin ，NIE Hongyan(The Nuclear Industry Brigade 247 of Tianjin North China Geological Exploration Bureau ， Tianjin 301800, China )Abstract ： Compared with the traditional drilling technology ， air reverse circulation drilling has the advantages of low cost ， fast drilling speed ， low site requirements ， reliable and non‑pollution samples. Because it takes compressed air as the main circulating medium ， it is easy to cause blockage when meets water and ice. Therefore ， it has been a difficult problem to be applied in the ultra‑high altitude area with complex environment such as thin air ， thick permafrost and abundant groundwater. In order to verify the feasibility of air reverse circulation drilling technology applied in the complex environment ， based on the air reverse circulation drilling project of Julong copper mine in the Tibet autonomous region ， this paper has successfully developed a complete set of construction technology to overcome complex environmental factors through the selection of high‑power equipment ， the improvement of waterproof technology and the application of anti‑freezing materials. As a result ， its comprehensive efficiency is similar to that of the plain area ， and the air reverse circulation drilling technology can be applied to the ultra‑high altitude area is proved.Key words ： air reverse circulation drilling; ultra‑high altitude; thin air; ground water; permafrost0 引言空气反循环钻探是当今世界范围内最有发展前景的钻探技术之一，主要以快速获取矿物成分和矿体品位为目的，核心是把压缩空气作为钻孔冲洗介质或兼作孔底碎岩动力［1］。
地面气侯对井下气候的影响郭明明摘要：地面气候影响着井下气候，井下气候与井下作业员工的身体健康和井下的安全生产息息相关，本文以地面和井下气候的实际监测数据为依据提出地面对井下气候的影响。
关键词：地面气侯；井下气候；大气压随着我国对井下煤炭资源的不断开采，就井下井通风而言，由于巷道长度和深度的增加，对井下通风能力和井下气候条件造成极大的不良影响。
根据现场的实践经历和多年的教育培训工作体验，对于调整优化井下气候环境，本文提及几点感发与思考。
1、井下气候条件现状井下气候条件主要取决于井下空气温度、湿度和风速三者的综合作用。
井下气候条件的好坏，直接影响到井下工人的安全健康和工作效率。
为了保护工人的身体健康和提高工作效率，就要创造适宜的井下气候条件。
井下空气温度是影响井下气候条件的重要因素。
空气温度过高，人体散热困难，会感到闷热难当；过低，则散热太快，畏寒、易感冒。
对人体最适宜的温度为15～25℃。
井下最高温度不得超过28℃，否则，应当采取降温或其他防护措施。
如果进风井巷冬季结冰，对工人身体健康、提升安全会有不良影响。
因此必须装设暖风设备。
空气湿度是指空气中水蒸气的含量，可用绝对湿度和相对湿度来表示。
绝对湿度是指每立方米空气中所含有的水蒸气的质量。
在某温度下空气中容纳的水蒸气的最大值称为饱和状态下的水蒸气含量。
相对湿度就是指每立方米空气中含有的水蒸气的质量与同一温度下饱和水蒸气的质量之比。
井下空气的湿度可用干湿温度计进行测定。
空气湿度以40%～60%为宜。
矿井中的湿度一般比较大，可达80%～90%，回风巷可达95%以上。
风速对人体散热有着明显的影响，风速过高或过低都会引起人的不良生理反应，还对矿井有毒有害气体积聚、煤尘飞扬有直接影响。
因此，要保持井下适宜的气候条件，空气的温度、湿度和风速三者应相互匹配得当。
一般说来，对井下空气的湿度很难控制，所以，调节矿井气候条件，主要是从调节温度和风速两方面着手。
2地面气候对井下气候的影响因素2.1地面温度地面气温对井下气温有直接影响，对于浅井影响更为显著。
气测录井及其影响因素分析气测录井是一种常用的地球物理勘探技术，用于测量地下储层中的气体含量及其分布。
它是通过在井中测量气体的压力、温度和体积来获取气体的物理参数以及储层的特征。
气测录井主要有三个关键参数：气体的孔隙压力、温度和气体体积。
这些参数既受到地下储层的物理性质影响，也受到采集数据的仪器和测量方法的影响。
地下储层的物理性质是影响气测录井数据的重要因素之一。
地下储层中的气体含量和分布与孔隙度、渗透率、气体的相对渗透能力等因素密切相关。
孔隙度是指岩石中的孔隙空间占据岩石体积的比例，它越大，储层中的气体含量就越大。
渗透率是岩石中流体流动的能力，它决定了气体运移和扩散的速度。
气体的相对渗透能力是指在多相流中气体在岩石孔隙中与水和油相比较的渗透性。
这些物理性质的变化会导致气测录井数据的不确定性和误差。
采集数据的仪器和测量方法也会对气测录井数据产生影响。
常用的气测录井仪器包括气压计、温度计和体积计。
这些仪器在测量过程中可能存在误差，例如压力计的精度、温度计的灵敏度和体积计的标定误差等。
测量方法的选择也会影响数据的准确性，例如测量时间的选择、测量点的布置以及数据处理的方法等。
还有一些外界因素也会对气测录井产生影响。
井壁的水平温度梯度、地层中的渗流速度、井壁的孔隙度和渗透率等。
这些因素的变化都可能导致气测录井数据的变化。
气测录井的结果不仅受到地下储层的物理性质的影响，还受到采集数据的仪器和测量方法以及外界因素的影响。
为了获得准确可靠的气测录井数据，需要综合考虑这些因素，并进行相应的数据处理和校正。
空气钻井水层识别技术及出水量计算方法研究的开题报告一、研究背景随着石油勘探领域的不断发展，空气钻井技术已经得到了广泛应用。
而井水层识别技术及出水量计算方法则是空气钻井中十分重要的方面。
其通过钻孔进入地下，判断地层的水文地质条件，进而确定钻探方案和预测出水量，为后续地下水开发利用提供了依据。
二、研究内容本次研究旨在通过对空气钻井井水层的识别技术及出水量计算方法的研究，对空气钻井勘探中的井水层识别和地下水出水量的预测提供理论和实践指导。
具体内容如下：1. 空气钻井概述对空气钻井的定义、应用范围、工作原理和优点等进行简要介绍。
2. 井水层的识别技术介绍井水层的概念和形成原因，探究井水层的识别方法，包括测井、采水、岩芯分析等技术，并比较利弊，给出最优方法。
3. 地下水出水量的预测方法分析影响地下水出水量的因素，如地层渗透性、孔隙度、水头等，研究预测地下水出水量的计算方法，包括体积法、地层水平衡法、杨氏公式法等，并对比适用范围和精度。
4. 实验设计和方法确定研究对象和研究区域，针对不同类型的地层，选择合理的识别和计算方法，制定实验流程和方案。
采用实验和观察相结合的方法，对识别和预测方法进行验证和优化。
5. 结论和展望总结研究结果，提出改进措施，评估研究成果的应用前景，并对井水层识别技术及出水量计算方法的未来发展进行展望。
三、预期成果1. 对空气钻井井水层识别技术及出水量计算方法的研究成果。
2. 实验数据和结果分析报告。
3. 学术论文1篇。
四、研究意义本次研究旨在提高空气钻井勘探技术的水平，通过对井水层的识别和地下水出水量的预测，为地下水资源的开发和利用提供科学依据和技术支持。
同时，本研究还可以为其他相关领域提供借鉴和参考，促进工程技术的不断发展和进步。
空气钻井优点
空气法钻井是一种空气钻进技术，其主要是用压缩空气代替常规钻进时用水或泥浆循环，起冷却钻头、排除岩屑和保护井壁的作用，与常规钻进技术相比，主要有以下优点：
1、空气密度低，明显降低对井底的压力，有利于提高钻速。
2、空气对不稳地层和复杂岩矿层、漏失层钻进都有明显效果，对低压含水层有保护作用。
3、空气在井内循环流速快，能迅速将井底岩屑（样）输至地表，有利于及时判明井底情况。
4、空气在井内的循环方式可以根据需要采用正循环或反循环。
5、气液混合介质容易制备，在干旱缺水、高寒冰冻、供水困难等地区钻探施工，减少用水成本。
6、压缩空气除在井内循环作用外，还可作为动力源实现冲击回转（空气潜孔锤）钻进，大幅度提高基岩井钻井速度，并能克服水井常遇的卵砾层钻进困难。
关于空气钻井工作特性分析与工艺参数的选择研究摘要：空气钻井是将压缩空气既作为循环介质，携带岩屑，又作为破碎岩石的能量的一种特殊的欠平衡钻井技术。
空气钻井的主要特点是：成本低、钻速高、排量高、环保性好等。
空气钻井在国内外的应用日渐广泛。
相比传统空气钻井系统的各方面，现代的钻进技术可以说有了很大的提高。
通过对现有关于空气钻井理论的研究，以及对钻井压力分布模型的分析，结合相应的公式计算、推导，获得了空气钻井系统多方面的结论。
对空气钻井系统工艺参数的选择和研究，主要有以下两个方向：第一，如何选择系统的最小气量；第二，如何合理选择空气钻速。
通过这两个方面的研究，得到如下结果：最小气量与过流截面积呈相反关系。
关键词：空气钻井工作特性工艺参数钻速一、概述空气钻井是将压缩空气既作为循环介质，携带岩屑，又作为破碎岩石的能量的一种特殊的欠平衡钻井技术。
空气钻井的主要特点是：成本低、钻速高、排量高、环保性好等。
趋于这些优势，空气钻井在国内外应用日渐广泛。
就目前，国内的钻井技术还不够成熟，还存在很多问题，如：a空气钻井理论模型与实际工作状况存在相当大的区别。
目前我国的大部分关于钻井的资料的介绍还停留在angle混合流体均匀流的模型。
b空气钻井的最小气量和钻头钻速等参数的选择和分析上有待改进。
c实际上并不是呈线性分布的流体温度被看作是呈线性分布，这样就导致计算结果与实际情况存在较大的不同。
D对空气螺杆马达的工作特性进行系统的研究相对较少。
本文主要目的就是研究讨论以上四个问题。
二、空气钻井工作特性分析、研究1.空气钻井压力系统计算及流速分析“倒算法”是空气钻井压力计算的原则，就是将钻井系统环空出口作为压力计算的起始点，井口压力为终点，依次计算钻井系统的各个压降。
系统的压降主要是环空压降、钻内柱压降和钻头压降。
本文对环空压力计算采用angle模型。
计算钻内柱压力是采用压缩性流体模型。
计算钻头压降时要考虑亚声速流和声速流。
1.1钻柱内压力分布的计算1.1.1讨论angel模型的适用范围1.1.2钻柱内压力分布计算采用压缩性流体模型流体的压缩性是流体质点在一定压力差或温度差的条件下，其体积或密度可以改变的性质。
