为提高PDC钻头在研磨性硬地层中的机械钻速、延长钻头寿命,研制了特种孕镶块加强PDC钻头.该钻头以PDC切削齿为主切削元件,天然金刚石孕镶块为副切削元件,既具有常规PDC钻头破岩效率较高的特点,又具有孕镶金刚石钻头在研磨性硬地层寿命长的特点.在钻头开始工作时,主要为PDC切削齿"犁切"式破岩,当PDC切削齿磨损到一定程度后,天然金刚石开始磨削岩石,形成"犁沟",有助于 PDC切削齿吃入并切削岩石.该钻头在东北金山气田金古 1-1HF 水平井基底花岗岩硬地层进行了现场试验,平均机械钻速达到4.46 m/h,是同井同地层常规PDC钻头机械钻速的1.5倍,是2口邻井同井段牙轮钻头和常规PDC钻头机械钻速的2倍以上,其使用寿命也达到2口邻井同井段牙轮钻头和常规PDC钻头的2倍以上,取得了良好的现场应用效果.特种孕镶块加强PDC钻头的成功研制,为钻进强研磨性硬地层提供了一种新的高效破岩工具.

YD油田水平井在高渗灰岩储层钻井过程中,存在井壁失稳、盐膏污染钻井液、井漏、井眼清洁效果差和摩阻高等技术难点.为解决这些技术难点,通过室内实验,优选了流性调控剂、抗盐降滤失剂,确定了复合润滑剂配方和封堵材料的组成,形成了强抑制高封堵乳液聚合物钻井液,并针对各开次钻遇地层的地质特征制定了钻井液维护与处理技术措施.性能评价表明,泥页岩在强抑制高封堵乳液聚合物钻井液中的滚动回收率达88.2%,线性膨胀率为18.2%;能抗5.0%NaCl、2.0%CaSO4和30%钻屑的污染,具有较好的防塌抑制效果与抗污染能力.该钻井液在YD油田S4井、S5井和S16井等3口水平井中进行了应用,钻井过程钻井液性能稳定,钻井施工顺利.与该油田其他22口水平井相比,钻井周期分别缩短5.2,6.3和7.8 d,渗漏量分别降低了12.5%,8.4%和13.2%,最大提升和下放阻力降低到150 kN之内.现场应用表明,强抑制高封堵乳液聚合物钻井液能有效解决YD油田高渗灰岩地层水平井钻井液技术难点,可以在该油田进行推广.

为了解决沥青质稠油对钻井液的污染问题，从沥青氧化硬化化学反应理论出发，对13种沥青处理剂进行了沥青质稠油硬化试验，优选出硬化剂 LYJ-5；并在钻井液中进行了硬化试验，对硬化剂与稠油反应时产生的温度、压力进行了室内试验评估；然后，对沥青质稠油硬化剂进行了现场试验验证。室内试验表明，LYJ-5 可以使沥青质稠油的软化点由52 ℃提高至127 ℃；在有、无钻井液存在2种情况下，LYJ-5 可以将稠油沥青的软化点提高52 ℃和75 ℃。在F17井的现场试验表明，应用 LYJ-5之后每小时钻井液污染量降低至应用前的19.15%，部分沥青出现硬化聚集现象，使后续的测井和下套管施工更加顺利。综合研究表明，LYJ-5 可以大幅度提高沥青质稠油的软化点，显著降低沥青质稠油对钻井液的污染，因而可对沥青层钻进提供强有力的技术支持。

针对塔里木盆地顺北区块火成岩地层钻进中存在的井壁失稳严重、恶性漏失风险高、长裸眼漏塌同存、摩阻高和掉块卡钻等钻井技术难点，开展了钻井液体系配方优化研究。根据包被抑制剂对钻井液性能的影响试验、不同降滤失剂作用效果试验、复合封堵剂屏蔽封堵试验和复合润滑剂配比和降摩阻试验结果，研制了强抑制高封堵钾胺基聚磺钻井液。室内试验表明，火成岩岩样在该钻井液中的滚动回收率和线性膨胀率分别为96.07%和1.87%，钻井液能够抗5% NaCl和2% CaSO4污染。该钻井液在顺北1-3井火成岩地层钻进中进行了现场试验，其二叠系火成岩地层平均井径扩大率仅为12.88%，复杂时效比顺北1-1H井缩短了37.9 d；二叠系火成岩井段未发生漏失；辉绿岩地层平均井径扩大率比顺北1井降低了15.7百分点。室内研究与现场试验表明，强抑制高封堵钾胺基聚磺钻井液技术解决了顺北区块超深井火成岩钻井技术难点，可以在该区块进行推广。

塔里木盆地寒武系复杂地层具有超深、超高温、超高压及岩性、流体和应力复杂等地质特征，钻井过程中白云岩破碎性地层垮塌、薄层膏岩溶解导致井壁失稳及钻井液污染、钻井液高温稳定性差等问题突出。基于理论分析，提出了“合理密度支撑、随钻多级封堵及封闭浆静态强化”破碎性地层防塌、“欠饱和、低滤失”含膏白云岩地层防卡、“聚合物、磺化材料协同抗温”调控钻井液高温性能的钻井液技术对策。采用抗高温封堵防塌剂、抗高温抗盐聚合物降滤失剂、多尺度宽尺度粒径随钻封堵防塌处理剂、磺化处理剂和抗高温高效润滑剂作为关键处理剂，通过室内试验优选了SMDP-2抗高温抗盐降滤失剂，确定了封堵防塌材料配方和SMJH-1润滑剂最优加量，构建了耐温200 ℃的抗高温强封堵欠饱和盐水钻井液。该钻井液在QSH1井等3口井进行了应用，表现出良好的抑制性、封堵防塌性和高温稳定性，实现了复杂地层快速钻进。其中，QSH1井下丘里塔格组及阿瓦塔格组井段日平均渗漏量较邻井降低45.6%，井眼扩大率为9.52%，电测、下套管均一次顺利到底，钻井周期缩短30.32%。研究结果表明，该钻井液技术可有效解决温度200 ℃以内的塔里木盆地寒武系复杂地层钻井液技术难点，为该类地层安全快速钻井提供了技术保障。

针对顺北油气田辉绿岩地层钻井过程中井壁坍塌失稳的技术难题，采用X射线衍射、扫描电镜、高压压汞、线性膨胀、滚动回收率、三轴岩石力学测试仪等方法，研究了辉绿岩组构特征、理化性能，分析了岩石力学性能及钻具振动对辉绿岩井壁稳定的影响。分析结果表明，微裂缝的弱面效应易诱发辉绿岩岩体井壁垮塌失稳，钻具的扭转振动、横向振动会对辉绿岩井壁失稳产生较大影响。为此，对钻井液密度、封堵性能和携岩性能进行优化，形成了辉绿岩井壁稳定钻井液技术，并制定了配套的技术措施。辉绿岩井壁稳定钻井液技术在顺北X井三开应用后，顺利钻穿厚22 m的辉绿岩，钻进过程中钻井液性能良好，没有出现明显的复杂情况，起下钻正常，井段平均井径扩大率仅为6.0%。辉绿岩地层井壁稳定钻井液技术能够保证辉绿岩井段的安全顺利钻进，井眼规则，对解决辉绿岩井壁失稳复杂具有较好的效果。

鹰1井是顺北油气田的一口超深重点风险预探井，设计井深9 016.85 m（垂深8 603.00 m）。该井超深井段志留系柯坪塔格组与奥陶系桑塔木组等硬脆性泥岩地层、志留系裂缝性地层和奥陶系破碎性地层，在钻进过程中易出现井眼失稳、井漏、坍塌掉块等井下故障。为此，通过室内试验研究，分析了该井超深井段硬脆性泥岩地层井眼失稳机理、强压力敏感性裂缝性地层漏失原因及破碎性碳酸盐岩地层井眼失稳原因，应用“多元协同”井壁稳定基本理论，构建了SMHP–1强抑制强封堵钻井液，并制定了针对性强的防塌防漏技术措施。该井顺利钻穿大段硬脆性泥岩、裂缝性地层和破碎性地层，未发生井眼失稳及钻井液漏失，顺利钻至井深8 588.00 m完钻，创亚洲陆上井深最深纪录。现场应用表明，SMHP–1强抑制强封堵钻井液能够解决深部地层大段泥岩及破碎性地层的井眼失稳与漏失难题，为国内外深井超深井安全钻进提供了技术借鉴。