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1绪言1

1.1宗旨和术语1

1.2工程计算和单位制1

1.2.1物理机理2

1.2.2基本单位和用法2

参考文献4

2气体与钻井液钻井的对比5

2.1旋转钻井5

2.2循环系统9

2.2.1正循环9

2.2.2反循环10

2.3钻井液钻井和空气钻井的对比11

2.3.1优点和缺点11

2.3.2流动特征13

参考文献17

3地面专用设备19

3.1井场19

3.2注气管汇21

3.2.1泄压管线21

3.2.2涤气器21

3.2.3注液泵21

3.2.4固体颗粒注入装置22

3.2.5阀门22

3.2.6压力表22

3.2.7体积流量计22

3.3井口装置23

3.3.1旋转控制头24

3.3.2防喷器组26

3.4排屑管线28

3.4.1排屑管线29

3.4.2燃烧池29

3.4.3主、次喷管30

3.4.4岩屑取样器30

3.4.5除尘器31

3.4.6天然气检测器31

3.4.7点火装置31

参考文献32

4井下设备33

4.1旋转钻柱33

4.1.1标准钻柱33

4.1.2双壁钻柱34

4.2钻头35

4.2.1刮刀钻头35

4.2.2牙轮钻头36

4.2.3空气锤钻头38

4.2.4钻头分类40

4.3井下钻具组合42

4.3.1钻铤42

4.3.2稳定器和护眼器42

4.3.3井下测量设备44

4.4钻杆45

4.4.1标准API钻杆45

4.4.2加重钻杆45

4.5安全设备47

4.5.1浮阀47

4.5.2方钻杆旋塞阀48

4.6钻柱设计48

参考文献50

5压缩机与氮气发生器51

5.1压缩机的分类51

5.2不同标准气体单位52

5.3连续流（动力型）压缩机53

5.3.1离心式压缩机53

5.3.2轴流式压缩机54

5.4容积式压缩机55

5.4.1往复式压缩机55

5.4.2旋转式压缩机56

5.4.3容积式压缩机优点59

5.5压缩机轴功率要求59

5.5.1基本的单级轴功率要求59

5.5.2多级轴功率要求63

5.6原动机输入功率要求64

5.6.1压缩机系统组成65

5.6.2往复式压缩机系统组成65

5.6.3旋转压缩机系统组成69

5.6.4燃料消耗73

5.6.5小结77

5.7压缩机系统示例77

5.7.1小型往复式初级和增压压缩机系统78

5.7.2四级往复式压缩机系统79

5.7.3旋转初级压缩机和往复压缩机系统79

5.8现场膜制氮气发生器81

5.8.1氧气浓度极限81

5.8.2膜分离设备效率83

参考文献83

6正循环钻井模型85

6.1基本假设85

6.2模型推导86

6.2.1气体重量流量86

6.2.2环空三相流88

6.2.3钻头两相流92

6.2.4钻柱两相流93

6.3充气液钻井模型95

6.4稳定泡沫钻井模型95

6.5空气和气体钻井模型97

参考文献101

7反循环钻井模型103

7.1基本假设103

7.2模型推导104

7.2.1气体的重量流量104

7.2.2钻柱内三相流106

7.2.3钻头三相流109

7.2.4环空两相流110

7.3充气液钻井模型112

7.4稳定泡沫钻井模型112

7.5空气和气体钻井模型113

参考文献116

8空气、气体及不稳定泡沫钻井117

8.1深井钻井设计流程117

8.2最小体积流量和压缩机配置119

8.2.1理论研究119

8.2.2工程实践120

8.2.3工程设计图表121

8.3井底压力和注入压力128

8.4注水与地层出水130

8.4.1井底状态下气体的饱和131

8.4.2消除黏性132

8.4.3防止烃类爆燃132

8.5原动机燃油消耗134

8.6小结134

参考文献134

9充气液钻井136

9.1深井钻井设计136

9.2充气液钻井作业137

9.2.1钻杆注入方式137

9.2.2环空注入方式139

9.2.3优点和缺点139

9.3最小体积流量140

9.3.1理论研究140

9.3.2工程实践142

9.4无摩阻和有摩阻的计算实例147

9.4.1无摩阻近似值147

9.4.2均相多相流的主要和次要摩阻损耗151

9.4.3主要、次要摩阻损耗和流体阻滞作用152

9.5小结157

参考文献157

10稳定泡沫钻井159

10.1稳定泡沫的流变性160

10.1.1稳定泡沫的实验筛选161

10.1.2实验筛选的经验算法162

10.2深井钻井设计162

10.3稳定泡沫钻井作业163

10.4最小体积流量164

10.5无摩阻和摩阻计算实例166

10.5.1无摩阻近似解167

10.5.2主要和次要摩阻损耗168

10.6小结170

参考文献171

11专用井下钻井设备173

11.1井下空气锤173

11.2容积式液压马达177

11.3小结181

参考文献182

12欠平衡钻井183

12.1引言183

12.2垂直井184

12.2.1欠平衡钻井实例184

12.2.2空气、气体和不稳定泡沫186

12.2.3充气液187

12.2.4稳定泡沫188

12.2.5气体型流体188

12.3定向井189

12.3.1定向控制与测量190

12.3.2膜制氮气钻水平井192

12.3.3斜井（或者水平井）钻井方程195

12.4小结198

参考文献198

附录A 单位和量纲，转换系数199

附录B 大气的年平均状态参数204

附录C 第8章计算实例的MathCad TM解法206

附录D 第9章计算实例的MathCad TM解法277

附录E 第10章计算实例的MathCad TM解法383

附录F 第11章计算实例的MathCad TM解法469

附录G 正循环钻井所需最小体积流量519