本书从气体与钻井液钻井的对比入手，介绍了地面专用设备、井下设备、压缩机与氮气发生器、专用井下钻井设备等，重点讲解了空气钻井、气体钻井、不稳定泡沫钻井、稳定泡沫钻井、充气钻井液钻井、欠平衡钻井等内容。并且总结了大量公式、图表和计算实例以方便读者阅读。
威廉 C.莱昂斯著等编写的《空气与气体钻井手册(第3版)》适用于石油、天然气和地热流体开发，对于从事气体钻井设计和施工的工程师、地球科学家来说是一本工程实践教材。本书包括空气(气体)钻井、充气钻井和泡沫钻井。在机械破岩方面，本书涵盖了传统的旋转钻井、井下动力钻具钻井、井下空气锤冲击钻井。
1绪言
1.1宗旨和术语
1.2工程计算和单位制
1.2.1物理机理
1.2.2基本单位和用法
参考文献
2气体与钻井液钻井的对比
2.1旋转钻井
2.2循环系统
2.2.1正循环
2.2.2反循环
2.3钻井液钻井和空气钻井的对比
2.3.1优点和缺点
2.3.2流动特征
参考文献
3地面专用设备
3.1井场
3.2注气管汇
3.2.1泄压管线
3.2.2涤气器
3.2.3注液泵
3.2.4固体颗粒注入装置
3.2.5阀门
3.2.6压力表
3.2.7体积流量计
3.3井口装置
3.3.1旋转控制头
3.3.2防喷器组
3.4排屑管线
3.4.1排屑管线
3.4.2燃烧池
3.4.3主、次喷管
3.4.4岩屑取样器
3.4.5除尘器
3.4.6天然气检测器
3.4.7点火装置
参考文献
4井下设备
4.1旋转钻柱
4.1.1标准钻柱
4.1.2双壁钻柱
4.2钻头
4.2.1刮刀钻头
4.2.2牙轮钻头
4.2.3空气锤钻头
4.2.4钻头分类
4.3井下钻具组合
4.3.1钻铤
4.3.2稳定器和扩眼器
4.3.3井下测量设备
4.4钻杆
4.4.1标准API钻杆
4.4.2加重钻杆
4.5安全设备
4.5.1浮阀
4.5.2方钻杆旋塞阀
4.6钻柱设计
参考文献
5压缩机与氮气发生器
5.1压缩机的分类
5.2不同标准气体单位
5.3连续流（动力型）压缩机
5.3.1离心式压缩机
5.3.2轴流式压缩机
5.4容积式压缩机
5.4.1往复式压缩机
5.4.2旋转式压缩机
5.4.3容积式压缩机优点
5.5压缩机轴功率要求
5.5.1基本的单级轴功率要求
5.5.2多级轴功率要求
5.6原动机输入功率要求
5.6.1压缩机系统组成
5.6.2往复式压缩机系统组成
5.6.3旋转压缩机系统组成
5.6.4燃料消耗
5.6.5小结
5.7压缩机系统示例
5.7.1小型往复式初级和增压压缩机系统
5.7.2四级往复式压缩机系统
5.7.3旋转初级压缩机和往复压缩机系统
5.8现场膜制氮气发生器
5.8.1氧气浓度极限
5.8.2膜分离设备效率
参考文献
6正循环钻井模型
6.1基本假设
6.2模型推导
6.2.1气体重量流量
6.2.2环空三相流
6.2.3钻头两相流
6.2.4钻柱两相流
6.3充气液钻井模型
6.4稳定泡沫钻井模型
6.5空气和气体钻井模型
参考文献
7反循环钻井模型
7.1基本假设
7.2模型推导
7.2.1气体的重量流量
7.2.2钻柱内三相流
7.2.3钻头三相流
7.2.4环空两相流
7.3充气液钻井模型
7.4稳定泡沫钻井模型
7.5空气和气体钻井模型
参考文献
8空气、气体及不稳定泡沫钻井
8.1深井钻井设计流程
8.2最小体积流量和压缩机配置
8.2.1理论研究
8.2.2工程实践
8.2.3工程设计图表
8.3井底压力和注入压力
8.4注水与地层出水
8.4.1井底状态下气体的饱和
8.4.2消除黏性
8.4.3防止烃类爆燃
8.5原动机燃油消耗
8.6小结
参考文献
9充气液钻井
9.1深井钻井设计
9.2充气液钻井作业
9.2.1钻杆注入方式
9.2.2环空注入方式
9.2.3优点和缺点
9.3最小体积流量
9.3.1理论研究
9.3.2工程实践
9.4无摩阻和有摩阻的计算实例
9.4.1无摩阻近似值
9.4.2均相多相流的主要和次要摩阻损耗
9.4.3主要、次要摩阻损耗和流体阻滞作用
9.5小结
参考文献
10稳定泡沫钻井
10.1稳定泡沫的流变性
10.1.1稳定泡沫的实验筛选
10.1.2实验筛选的经验算法
10.2深井钻井设计
10.3稳定泡沫钻井作业
10.4最小体积流量
10.5无摩阻和摩阻计算实例
10.5.1无摩阻近似解
10.5.2主要和次要摩阻损耗
10.6小结
参考文献
11专用井下钻井设备
11.1井下空气锤
11.2容积式液压马达
11.3小结
参考文献
12欠平衡钻井
12.1引言
12.2垂直井
12.2.1欠平衡钻井实例
12.2.2空气、气体和不稳定泡沫
12.2.3充气液
12.2.4稳定泡沫
12.2.5气体型流体
12.3定向井
12.3.1定向控制与测量
12.3.2膜制氮气钻水平井
12.3.3斜井（或者水平井）钻井方程
12.4小结
参考文献
附录A单位和量纲，转换系数
附录B大气的年平均状态参数
附录C第8章计算实例的MathCadTM解法
附录D第9章计算实例的MathCadTM解法
附录E第10章计算实例的MathCadTM解法
附录F第11章计算实例的MathCadTM解法
附录G正循环钻井所需最小体积流量
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