空气钻井作为欠平衡井的重要分支,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,在国内外有着越来越广泛的应用.但是在国内关于空气钻井的理论研究及参数计算才刚刚起步.该论文的研究目的就在于通过对空气钻井理论进一步地研究,为空气钻井中主要参数的计算提供理论保障和技术支持.该论文在进行大量调研的基础上,对空气钻井做了系统的研究分析.空气钻井由于采用了具有极大压缩性的空气作为循环介质,其循环系统的压力分布、钻井机械的选择、钻井参数的合理配置与传统钻井方式相比有着很大的区别.该论文从循环系统的压力分布入手,通过优化理论模型、推导计算公式、编码计算分析等手段,主要讨论了:空气钻井系统的全井压力、气体密度及流速分布规律;空气钻井中各种温度模型的讨论;最小气量理论(即井底清洁程度标准),包括井底清洁第二标准的起源及优越性,岩屑特征尺寸选取的原则,井深和岩屑尺寸与最小气量的关系;空压机主要参数计算以及对空气钻井参数的影响,包括空气钻井对空压机的特殊要求,空压机排气量及出口压力的校正,排气量的改变对整个压力系统、密度系统、流速系统的影响;空气螺杆马达特性分析,包括马达在制作工艺及使用的特殊要求,影响马达压降的主要因素及计算中马达压降的取值原则,马达压降对马达转速的影响,井深及空压机排气量与马达转速的关系;合理钻速的选择,主要是指计算钻速门限值;并附带介绍了空气钻井的优缺点、井场布置及钻进过程中的注意事项等.该论文的主要创新点和新见解主要有:通过编制程度详细计算了空气钻井中主要参数的变化规律及相互影响关系,获得了大量详实的数据,使以往对一些参数定性的认识有了定量的概念;对原Angel模型的适用范围做了讨论,给出了影响计算结果精度的原因和解决方案:对原Angel模型做了优化,改进后的模型考虑了气体的压缩特性和岩屑与气体之间的滑移,从理论上讲更加符合实际;对影响空气螺杆马达转速特性的压力温度因素有了更清晰的认识;给出了某一气量下钻速门限值的计算方法;编制了计算空气钻井参数的实用程序,能够快速为现场人员提供主要参数的定量概念.