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沁水盆地南部郑庄区块地质构造简单、地层含水性弱、煤储层压力处于正常到稍微欠压状态，煤层气地质特征适合使用空气钻井。本文在详细分析研究区地质资料、试井资料和岩心参数等数据的基础上，结合空气钻井井壁稳定性理论，对研究区煤层气空气钻井井壁稳定性进行研究，并提出空气钻井过程中防止地层出水的技术措施，设计出有利于研究区井壁稳定性的空气钻井工艺参数、井身结构、钻井方式等。 井壁围岩的稳定性主要由地层最大、最小水平主应力的差值以及岩石本身的力学参数决定。根据空气钻井井壁稳定性理论模型计算出研究区地层井壁稳定性的内聚力临界值，并与围岩本身内聚力值进行对比，得出在空气钻井过程中煤层段井壁会发生剪切破坏，上部砂岩段井壁可以保持稳定，通过计算得出保持煤层段井壁稳定的最小钻井液密度为0.55～0.57g/cm3。 研究区泥页岩整体坚硬，分散性弱，表面裂隙发育，与地层水接触会发生水化反应，水化膨胀率为13%左右，水化后岩石的弹性模量变小，泊松比增大，内聚力和内摩擦角降低，水化后泥页岩易于破碎。水化后径向应力降低，切向应力先增大后减小，并在井壁内部达到最大值，且最大值大于未水化时井壁切向应力值，会导致井壁发生坍塌破坏，不利于井壁的稳定性。 利用FLAC3D软件进行模拟分析，结果显示流固耦合时井壁的变形量要大于非流固耦合时；流固耦合时围岩应力值明显增大，并且会在最小应力方向发生应力集中，导致在最小应力方向井壁易发生坍塌破坏，不利于井壁的稳定性。 利用岩屑沉降末速度理论，计算得出空气流量为30～70m3/min，机械钻速在8m/h左右时井底产生的岩屑能够被完全的携带出井口。根据研究区地层特征以及钻井设备的工作特性，泵压值为1.4～2.0MPa，钻压为15～30kN，钻进软地层时转速在30～45r/min，钻进中硬地层时转速在25～40r/min时能够保持空气钻井安全钻进。当地层出水量小时，选择全井段欠平衡钻进；当地层出水量较大时，采用常规水基泥浆钻井与空气钻井相结合的钻进方式。