气体钻井出现于二十世纪三十年代，到现在已经发展了八十年的发展历史，在此期间内，凭借着高速发展的科技手段，气体钻井在理论、设备、施工工艺方面取得了迅猛地发展，美国、加拿大等国每年气体钻进钻进尺占钻进总进尺的1/3以上。而我国气体钻井技术发展较慢，20世纪60～70年代初探气体钻井，最终因各方面因素均以失败告终，80年代初国内一些学者开始研究气体钻井的基础理论，80年代末我国开始了气体钻井工业化应用，先后在龙岗地区、塔里木地区、川渝地区等地区进行了气体钻井的实践。国内气体钻井的实践表明，气体钻井能够有效地解决钻进效率低、进尺慢、井漏等问题，可以很好地保护油气层。然而目前也存在一些因素制约着气体钻井技术的发展，主要表现在设备发展相对落后、工艺技术尚不够成熟、井内事故处理比较棘手等方面。本论文就是针对气体钻井中深部低渗透地层出现的易坍塌、涌水等事故而进行研究的；常规井内事故处理方法已经很成熟，常见的主要方法是通过灌注水泥浆液来固结井壁，然而这种方法在气体钻井深部地层中却行不通。主要原因是在气体钻井深部地层中地层比较密实，渗透率很低，而作为含固相颗粒成分的水泥浆液无法有效地灌注到深部地层问题井段中去，达不到井壁固结的效果。针对这一矛盾，本文提出了运用化学浆液进行固结井壁的思路，化学浆液作为溶液型浆液，能够渗入到渗透率极低的地层中去，固结井壁后的固结体具有一定的固结强度，能够有效地保护井壁；同时近井带地层孔隙被化学浆液所弥合，固结后具有很好的防水效果，对于一些水敏性地层能够起到很明显的保护作用。　　 化学浆液灌浆技术比较成熟，经常被用在浅部地层以达到防渗堵漏和加固地层的作用，然而要将化学浆液灌浆技术应用到气体钻井问题井段中，以达到固结井壁的良好效果，主要存在以下几个问题：　　 1．关于井壁稳定性的试验研究很多，但是对于气体钻井井壁失稳的应力状态研究仍然比较匮乏，需要进一步的深入研究。　　 2．浅部地层的岩石裂隙、孔隙发育比较好，研究方便；然而对于深部地层中的岩石裂隙、孔隙情况不甚了解，需要加强具体岩石裂隙、孔隙发育情况的研究，了解溶液在深部地层裂隙、孔隙中的渗透扩散情况。　　 3．化学浆液浆材门类比较多，种类也都纷繁复杂，各种化学浆液的性质也有很大的差异，在此基础上，如何根据气体钻井深部地层的具体需求筛选合适的化学浆材类型，这需要大量的实验尝试和实验分析。　　 4．化学浆液的性能随温度变化比较大，而气体钻井中往往都是属于深井范畴，深井中涉及到地层高温的问题，如何使化学浆液性能在高温的环境下仍然满足工艺要求，能安全灌注到地层中起到防渗堵漏和固结井壁的作用。　　 5．化学浆液配方中各种成分的混合效果将直接影响到化学浆液配方的各种性能如配方的胶凝时间和固结强度，如何能是配方中的各种化学浆液材料充分混合，这也有待于深入研究。　　 6．化学浆液配方从配制、混合、灌注至井底到渗入地层中固结，很容易受到其它外界因素的影响，如PH值、电化学、矿化度、离子效应等都会对化学浆液配方加固井壁产生或积极或消极的作用。这些影响因素需要进行深入研究。　　 7．化学浆液的工艺很多情况下会受到设备的原因而受到很大的研制，如何从实际出发，在现有的设备条件下如何简单有效地完成灌注，这也是有待进一步研究。　　 8．气体钻井出现井内事故的不确定性，需要根据不同位置的问题井段而确定相应的工艺，对于问题井段发生在深井中下部时，需要设置密封装置，密封的座封和解封值需要进一步研究。　　 本论文从影响气体钻井井壁稳定性的主要因素出发，分析井壁近井带应力状态和岩石破坏准则。针对气体钻井的特征和要求通过大量的室内试验测试筛选了四类化学浆液配方，对四类化学浆液进行高温条件下的粘度变化测试，确定合理、安全的灌注方式，并对四类化学浆液配方进行抗侵试验，确定浆液配方在四种常见影响因素条件下的变化规律。同时根据气体钻井深部化学浆液灌注的具体需求提出了具体的设计。本文的具体研究内容和结论主要为以下几点：　　 1．从力学方面分析了气体钻井井壁失稳的机理，得到了气体钻井井壁近井带围岩的应力分布状态，通过比较，选取Drucker-Prager准则判断井壁是否稳定；并分析了井壁稳定的三个主要因素；　　 2．通过了解深部地层中岩石孔隙、裂隙的情况，确定溶液在低渗透率地层中渗流扩散效果，确定了溶液型的化学浆液在胶凝固结时间内固结有效半径；　　 3．分析已有化学浆液配方，并进行对比分析，在三大类化学浆材中根据气体钻井需要进行实验筛选，筛选出来了四种复合型化学浆液配方；　　 4．对四种化学浆液配方进行不同温度、不同配比下实验测试，得到四种化学浆液配方的各组分理想配比，再对理想配比下的配方进行胶凝时间测试，得到胶凝时间随温度的变化曲线；个别配方分别进行相应的性能测试，了解配方的准确性能;　　 5．根据气体钻井化学浆液混合需求，设计了一套简易混合装置，装置无需动力设置，在装置中对化学浆液的三次混合，混合效果较理想；达到了浆液混合要求；　　 6．对符合气体钻井深部加固井壁要求的四类化学浆液进行抗侵实验，测试PH呈酸性、中性、碱性；电化学；矿化度为卤水、强咸水、咸水、弱咸水、淡水；Fe3+、Zn2+、Ca2+、Mg2+四种离子效应等影响因素对四类化学浆液性能的具体影响效果；　　 7．根据气体钻井需要施灌井段位置，设计了五种施灌方法，包括单液灌浆和双液灌浆；　　 8．在现有的仪器的基础上进行改装，通过改装后的仪器进行化学浆液灌注固结模拟，得到浆液在模拟地层中的渗透效果和固结体的强度情况；　　 9．对气体钻井中某些井段需安装密封装置的情况进行了实验测试，得到了密封所需的座封、解封压力值，得出座封压力和解封压力对应关系式；　　 最后，通过对本文的研究内容，我们得出了相关的结论。同时在此基础上又提出了气体钻井深部化学浆材固壁的进一步研究思路和建议。　　 气体钻井深部问题井段运用化学浆液进行固壁是一种工艺上的尝试，尚有许多因素没有深入考虑，有待进一步的摸索研究。