一、气体钻井技术简介
气体钻井技术就是采用以气体为主要循环流体的欠平衡钻井技术，相对于常规钻井，其优势主要表现在保护和发现储层、提高油气产量和采收率、提高钻井速度、减少或避免井漏等方面的优势。
（一）气体钻井方式
1、纯气体钻井
目前普遍应用的有2中，一是纯空气钻井，二是纯惰性气体钻井。纯气体钻井井底压力当量密度可降低到0-0.05g/cm3；环空返速要求最低为15m/s。
（1）纯空气钻井。主要应用在提高非储层段的机械钻速和对付非储层段井漏上，钻遇油气层时井下着火和爆炸的可能性极大；要求钻进的井段没有水层或地层出水较小；工艺相对较为简单。
（2）纯惰性气体钻井。包括氮气钻井、天然气钻井、柴油机尾气钻井等，应用在油气层段的钻进，目的是为了避免储层伤害，可及时、无遗漏的发现和评价油气层，提高单井油气产量和采收率。
2、雾化钻井
可进行空气／雾化钻井（存在井下爆炸的危险，在非油气层段应用）和惰性气体／雾化钻井。同时通过注入管线向井内注入气体和发泡胶液，利用高速气流将注入的液体雾化，目的是在地层出水较小时提高流体的携岩能力，满足井底携砂要求，其注入的气量和压力都比纯气体钻井要大。
3、泡沫钻井
有稳定泡沫和硬胶泡沫两种，泡沫钻井一般都采用空气作为气基。同时通过注入管线向井内注入较小排量的空气和较大排量的发泡胶液，形成细小稳定的泡沫，气液比一般在1000-200：1之间，连续相为液相。其优点是需要气体排量小（只需纯气体钻井一半左右）、密度低、滤失量小、可防止井下爆炸、对油气层伤害小、提高机械钻速、携岩能力强（为常规钻井液的10倍）；缺点是泡沫回收难度大、回收率低、发泡材料昂贵，成本较高。
4、充气钻井液钻井
将空气或惰性气体注入和钻井液同时注入井内来降低流体液柱压力，以钻井液为连续相的钻井循环流体。密度可根据充气量来调节，其液柱井底压力当量密度为0.70-0.80g/cm3左右较为合适；环空速度须达到0.8-8.0m/s；地面正常工作压力为3.5-8.0Mpa；在钻进过程要注意气液的分离和钻具防腐等问题。
5、气体钻井方式之间的转换
对气体钻井危害最大的就是钻遇井下高含水地层，当井下出水时，会出现钻头破碎的岩屑中的泥岩水化后抱团，粘附在井壁和钻具上，形成泥饼环，堵塞环空通道；环空中的循环气体需要将地层出水雾化并带出地面而做功，导致注入压力升高，流量不变的情况下，压力升高则流速减慢，不利于携岩等不利于气体钻井问题。但是，如果井下没有出水，钻具和井壁之间的摩擦阻力将会随着钻井井段的增长、井斜的增大而增大，因此需要根据井下的情况而转换成更有利于安全钻井的气体钻井方式。通过现场试验，总结了几条气体钻井方式的转换原则：
（1）如果地层出水小于1.0m3/h，扭矩小于20000Nm，增大气体排量能满足携岩要求时，采用纯气体钻井；如果增大气体排量不能满足携岩要求时，转为雾化钻井；
（2）如果地层出水大于1.0m3/h而小于5.0m3/h，则转为雾化钻井；
（3）如果采用雾化钻井，扭矩仍然大于20000Nm，则转为泡沫钻井；
（4）如果地层出水大于5.0m3/h，则转为泡沫钻井。
（5）如果采用泡沫钻井，扭矩仍然大于20000Nm，则转为常规钻井。
（二）气体钻井设备
1、气体注入设备
气体注入设备主要有空压机、增压机、制氮车、液氮泵车、邻井天然气、柴油机尾气发生装置等。
2、液体注入设备
目前，注入液体的设备一般采用雾化泵、水泥车和钻井泵。雾化泵、水泥车用于注入小排量的液体，如果气体钻井过程中携带困难，转盘扭矩增大，需要转化为雾化钻井或泡沫钻井时使用；钻井泵用于充气钻井时向井内注入钻井液。
3、压力控制系统
由井口装置、节流管汇、放喷管线、排砂管线、岩屑取样器、点火装置、防回火装置等设备组成。
井口装置要求在标准井口的基础上，加安装旋转控制头或旋转防喷器，主要起三方面的作用，一是井眼环空与钻台之间的封隔；二是提供安全有效的压力控制；三将井眼返出流体导离井口。目前国内外已生产出系列动密封压力级别从3.5MPa到21MPa、静密封压力从5
MPa到35MPa的旋转控制头，基本能满足各种情况下的气体钻井。气体钻井过程中井口始终敞开或控制的井口回压一般小于2MPa，旋转控制头需要承受的压力很小，所以对其选型没有特殊要求。
4、井下工具
为了安全钻井，气体钻井需要在钻具上安装浮阀等特殊工具。
（1）浮阀，安装在钻头或井下动力钻具之上，一般安装2个，防止空气、钻屑倒流和钻头堵水眼。
（2）单流阀，配合旋塞阀使用，安装在钻杆顶部，主要是为了缩短接单根时的放气时间和注气时间，防止钻头埋砂等复杂的发生。
（3）蝶阀，功能与单流阀相同，其特点是可通过测井仪器，钻进过程中需要测井时不须起钻将其取出。
（4）斜坡钻杆，全过程欠平衡钻井时需全井段使用，防止钻杆接箍过旋转控制头胶芯时将其损坏。
（5）六方方钻杆和六方方补芯，减小方钻杆对旋转控制头内胶芯的磨损。
5、带压操作设备
为了满足全过程气体欠平衡钻井，需要在起下钻、下套管、下油管、测井等施工过程中进行不压井作业，主要是使用特殊的设备来满足带压操作的安全。
（1）带压起下井内管串装置，在井眼环空有较小的压力时，利用井口装置密封钻具，强行起下井内管串。其优点是起下钻时临时安装在钻台上，当起出或下入的钻具悬重大于因地层压力造成的上顶力后便可不使用，操作简单，可重复使用。缺点，无法下入长而复杂的钻井、完井管串，如筛管等，只适用于裸眼完井。
（2）井下套管阀，也称为井下封井器，安装在气体钻井井段的上一层套管中，在下入技术套管的同时下入一根控制开关寄生管，开和关由地面控制系统控制。安装位置可通过下入的复杂管串的长度、重量、地层压力等因素进行调节。其优点是安装简便，操作简单，起下钻作业时间基本不增加；允许下入长而复杂的钻、完井管串。缺点是不可重复使用，成本高。
（3）带压测井装置，安装在旋转控制头之上，通过密封测井电缆来实现带压状态下测井仪器的安全起下。
