朱丽红，刘建林，殷琨，黄勇

（1.中国石油大学石油工程学院，山东青岛266555；2.中国煤炭科工集团西安研究院，陕西西安710054；3.吉林大学建设工程学院，吉林长春130026）

0 引言

空气反循环钻井技术是欠平衡钻井技术的重要分支，与传统钻井液钻井相比具有高钻速、保护油气层、降低成本等优势，已成功应用于开发浅层天然气和煤层气中[1-2]，其工作原理是以压缩空气为主的钻井循环流体沿钻杆内壁到达井底，冷却钻头，并携带钻头钻进产生的岩屑沿环空上返至地表。该项技术具有机械钻速高等优点，在低压、低渗地层等非常规油气藏的勘探开发中具有显著的技术优势，应用前景较为广阔[3]。

由于气体具有可压缩性，常规泥浆钻井的有关理论对空气钻井而言己不适用。空气钻井在国内刚刚起步，很多理论分析、计算方法尚未形成[4-5]。面对空气钻井的日益发展壮大，急需开展空气钻井理论方面研究，为空气钻井的设计、设备选型、工艺参数优化提供理论保证和技术支持。

1 基本假设

结合空气钻井技术特点，模型基本假设如下[3]：⑴直井钻进；⑵不考虑温度变化的影响；⑶忽略岩屑颗粒和设备器壁的端末效应影响；⑷钻进中循环空气满足理想气体状态方程；⑸环空内处于紊流完全粗糙区；⑹不考虑钻柱旋转的影响；⑺可压缩气体与不可压缩气体均匀的混合在一起并以相同速度流动；⑻当固体岩屑混入气液流时，假定在大小、密度上一致的岩屑能一直的分布于气液流中。

2 计算推导

由空气压缩机输出的压缩气体，沿地表进气管进入钻具开始孔内循环，到达孔底后携带钻头钻进产生的岩屑沿环空上返至地表，完成循环。……