气体钻井技术近几年在国内得到了广泛应用和发展,具有大幅度提高机械钻速、治理井漏、保护和发现油气层、缩短钻井周期、降低成本等诸多优点,现已成为开发低压低渗储层、溶洞及裂缝发育的易井漏地层,以及大幅度提高机械速度和增产增效的重要技术之一。对国内气体钻井来说最大的问题是环保问题,国内现有的降尘方法降尘效果不理想,粉尘、水雾污染严重,随着环保要求不断提高,现有除尘方法已不能满足环保要求。因此,迫切需要研究新的除尘工艺解决国内现行气体钻井岩屑排放方式带来的环境污染问题,进一步拓展气体钻井的应用范围。本文在国内外文献调研的基础上,结合已实施气体钻井的钻井情况,开展了气体钻井岩屑的破碎与运移机理研究,通过对岩屑破碎碰撞速度分析,得出了携岩气体和岩屑在井眼环空上返时,速率一般在15m/s以上,岩屑颗粒能否发生撞击破碎不仅与碰撞速度有关,还与冲击角有关的结论。开展了岩屑上返过程中粒径分布的理论和实验研究,得出了不同粒径的分布比例,正常情况下,气体钻井井口返出岩屑粒径为0.015～9mm,粒径中值为0.02～1.05mm,若井下存在垮塌时,最大颗粒为30 mm,气体钻井井口返出岩屑的质量浓度为330～900g/m3之间。根据理论研究结果作为支撑,开展了气体钻井岩屑分离工艺及除尘性能研究,设计出了一种气体钻井岩屑分离工艺流程,研制了新型除尘系统,该系统由两级组成。并对该套除尘系统的分级除尘效率和最大处理能力以及总体净化效率开展了研究。通过理论研究和工艺设计以及新型除尘系统的研制,形成的气体钻井除尘技术在GK003-5井开展了现场应用研究,对试验全过程的数据进行了记录并对效果进行了评价,结果显示气体钻井返出混合流体经过分离系统后的净化效果非常明显,出口颗粒浓度为0.05-0.07mg/m3之间波动,从而验证了该工艺和除尘系统的效果十分良好。