空氣鉆進(air drilling)

用壓縮空氣或以氣體為主的氣液混合物作為鉆探沖洗介質的鉆進方法。主要特點：(1)空氣和以空氣為主的氣液混合物屬于低密度介質，對鉆孔的孔底和孔壁的壓力較小，有利于孔底巖石的破碎、鉆孔的凈化和鉆頭的冷卻，有利于提高鉆進速度，延長鉆頭壽命；(2)對巖樣和孔壁巖層的污染性小，樣品質量好，有助于含水層的發現和開采；(3)在干旱缺水地區可免除使用沖洗液鉆進的供水困難，更具特殊意義。

簡史19世紀后期壓縮空氣在采礦和建筑工程的沖擊鑿巖中使用以來。20世紀30年代，美國得克薩斯和加利福尼亞在石油鉆井中進行了空氣鉆進試驗并獲得了成功，但由于鉆孔涌水、孔壁坍塌和空氣壓縮機能力有限等問題，空氣鉆進未能普及。50～60年代，空氣壓縮機的改進和泡沫劑的應用，使空氣鉆進在歐美各國的石油鉆井和礦山開采中得到較廣泛的應用，并逐漸推廣到水文地質、水井和工程施工鉆進中。在此期間，空氣鉆進中又出現了泡沫鉆進。70年代以來，進一步開發了采用牙輪鉆頭、硬質合金鉆頭和金剛石鉆頭的回轉鉆進、潛孔錘鉆進和噴射鉆進等多種碎巖方法，干空氣、霧化、泡沫和泡沫泥漿等多種循環介質以及正循環、反循環等多種循環沖洗方式的多工藝空氣鉆進技術，使空氣鉆進成為各個鉆探領域廣泛采用的先進技術。中國空氣鉆進技術的研究始于1956年，80年代以來空氣回轉鉆進和潛孔錘鉆進開始在生產中應用。

分類根據向壓縮空氣中加注的介質，空氣鉆進分為干空氣鉆進、霧化鉆進、泡沫鉆進和泡沫泥漿鉆進。

干空氣鉆進 用空氣、天然氣或內燃機排出的廢氣作循環吹洗介質的空氣鉆進。鉆進時，巖屑以粉塵形態隨上升氣流排出，故此法又稱粉塵鉆進。干空氣鉆進使用的地面裝置包括鉆機、鉆塔以及由空氣壓縮機(簡稱空壓機)、井口裝置、捕塵設施和風管等組成的空氣循環系統。空壓機用于向鉆孔內輸送壓縮空氣，以推動氣體循環。空氣鉆進常用的空壓機有往復活塞式和螺桿式兩種。水文地質勘察孔和水井鉆進所用空壓機的排量多為6～26．8m³／min，最大額定壓力為0．7～2．45MPa。井口裝置用于鉆孔孔口的密封，將粉塵捕獲或導向機場外，以防粉塵從鉆孔孔口涌出。捕塵設施用于處理從鉆孔內排到地表的粉塵。干空氣回轉鉆進的鉆進參數包括空氣量、空氣壓力、鉆頭壓力和鉆頭轉速四項。空氣量是干空氣鉆進的關鍵參數，空氣鉆進的失敗往往是由于高速進尺不能得到足夠的空氣量所致。空氣量通常根據鉆孔內攜帶巖粉氣流的上返速度確定，一般按15～25m／s考慮，破碎巖石速度快取偏大的值，現代空氣鉆進的氣流上返速度有的已達30m／s以上。有關空氣量的理論和計算方法很多，西方有些鉆井公司根據自己的具體情況得出一些較為簡便的計算公式和圖表，可供生產使用。空氣壓力以沿途損耗平均1．5kPa／m左右來考慮。鉆頭壓力，在一般中硬地層宜為每厘米鉆頭直徑1～4kN。鉆頭轉速，控制在外徑線速度為0 ．5～1．0m／s左右。

霧化鉆進 鉆進時通過注射泵把少量水注入壓縮空氣氣流中，使循環介質成為分散、懸浮于氣流中的微小水珠與壓縮空氣的混合物的空氣鉆進方法。又稱霧氣鉆進。它可消除干空氣鉆進因地層水造成的鉆屑在鉆具和孔壁上的積聚。

泡沫鉆進 向孔內輸送壓縮空氣的同時，用泡沫泵灌注或用其他方法向循環的氣流中注入一定量的由水、發泡劑和穩泡劑組成的泡沫液，從而在循環過程中形成大量穩定泡沫的空氣鉆進方法。泡沫具有良好的捕集、懸浮和攜帶巖粉的能力，并且有穩定孔壁、降低巖石強度、潤滑和減小鉆具振動等作用，能消除干空氣鉆進的故障，增強鉆進性能。

泡沫泥漿鉆進 向孔內輸送壓縮空氣的同時，注入一定量的泡沫液和經過處理的優質泥漿，從而形成泡沫泥漿的空氣鉆進方法。泡沫泥漿懸浮巖粉的能力強，并能在孔壁上形成薄而韌的泥皮，除能很好地排粉外，還有穩定孔壁和堵漏作用。泡沫泥漿鉆進是空氣鉆進中遇有坍塌、漏失或孔壁很不穩定情況下采用的技術。

應用范圍干空氣鉆進適用于完全干涸無水或浸入孔內的水能被氣流吸收的微含水地層和嚴重漏失地層，而不適用于潮濕多水地層。泡沫和泡沫泥漿鉆進則可擴大用于潮濕和少量至中等涌水的地層，泡沫泥漿鉆進并可用于涌水量較大和嚴重漏失地層。在非膠結的松散沉積層、涌水量大于30m³／h的強含水層和壓力超過孔內泡沫柱的高壓地層，不宜采用泡沫鉆進。