塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏具有油藏埋藏深、温度高、压力高和普遍含H₂S等特点，钻井过程中存在井漏、缩径、井塌、钻井周期长和井控风险大等技术难题，为此开展了钻井完井技术攻关与实践，历经安全成井、优快钻井和高效钻井等3个技术阶段，形成了以井身结构优化和优快钻井技术为核心的深井超深井钻井完井技术，为塔河油田快速上产提供了有力支持，也促进了中国石化深井超深井钻井完井技术的进步。近年来，随着塔河油田勘探开发转向深层和外围，钻井完井的难度更大，更加需要以深部油气藏效益开发和超深井安全高效钻井为核心开展技术攻关与试验，以满足深部油气藏高效开发的需求，并推动中国石化超深井钻井完井技术持续进步。

准噶尔盆地玛湖致密砂砾岩油田是新疆油田提产的重点区域，为了满足该油田勘探开发的需求，提高钻井速度，缩短钻井周期，通过优化井身结构，优化井眼轨道设计，优选钻井液和个性化PDC钻头，采用韧性水泥浆、漂浮下套管固井技术、“螺杆钻具+PDC钻头”复合钻井技术及旋转导向钻井技术等一系列钻井提速技术，形成了玛湖油田砂砾岩致密油水平井钻井关键技术。2018年，该油田玛131 区块完钻8口砂砾岩致密油井水平井，平均完钻井深 4 921.75 m，平均水平段长度 1 576.00 m，平均钻井周期 46.50 d，平均机械钻速 11.19 m/h，其中MaHW1247井完钻井深达5 040.00 m，钻井周期只有42 d，创造了玛湖油田完钻井深5 000.00 m以上水平井钻井周期最短纪录。现场应用表明，玛湖油田砂砾岩致密油水平井钻井关键技术能够提高机械钻速，缩短钻井周期，为玛湖油田的高效勘探开发提供技术支持。

玛湖油田玛18井区致密油气水平井钻井存在钻井速度低、钻井周期长的问题，为此，在分析该井区地层情况和钻井技术难点的基础上，进行了“工厂化”水平井钻井关键技术研究，包括成熟钻头序列优选、直井段采用“MWD+螺杆+PDC钻头”钻进、造斜段和水平段使用“旋转导向工具+PDC钻头”钻进、应用XZ高性能水基钻井液等，形成了玛18井区“工厂化”水平井钻井技术，多口井的现场应用结果表明，单井完井周期明显缩短。其中，MaHW6234和MaHW6235平台水平井单井完井周期缩短至86.0 d；MaHW6203井钻井周期缩短至78.8 d，完钻井深6 130.00 m，创玛湖油田水平井最深纪录。玛湖油田玛18井区“工厂化”水平井钻井技术为高效开发玛湖油田三叠系百口泉组致密油气藏提供了技术支持。

为解决威远区块深层页岩气水平井长水平段井眼失稳的问题，研制了具有强抑制性、强封堵能力的水基钻井液。分析了威远区块页岩储层矿物组分、储层物性和页岩地层井眼失稳机理，认为在该地层钻进水平段时，所用钻井液应具有较强的抑制性、封堵能力和一定的润滑性。在优选抑制剂、封堵剂和润滑剂的基础上，配制了深层页岩气水平井水基钻井液SM–ShaleMud，并对其性能进行了室内评价。室内试验结果表明：该钻井液流变性能好，高温高压滤失量低，润滑系数小；可抗温140 ℃，能有效抑制黏土水化和裂缝的产生、扩展；封堵能力和抗污染能力强。SM–ShaleMud水基钻井液在威远区块威页23平台3口井进行了应用，结果表明具有良好的综合性能，特别是井眼浸泡67 d后仍保持稳定，说明其具有强抑制性和强封堵能力。研究表明，SM–ShaleMud水基钻井液能够解决威远区块深层页岩气水平井长水平段井眼失稳问题，现场应用效果显著。

针对苏北盆地戴南组和阜宁组泥岩地层取心钻进中存在的回次取心进尺少、岩心收获率低和取心机械钻速低等技术难点，在分析戴南组和阜宁组泥岩地层特点的基础上，研制了相应的PDC取心钻头，并优选了取心筒、优化了取心水力参数，形成了适用于苏北盆地泥岩地层的取心关键技术。PDC取心钻头以“G系列”齿为主切削齿，同时配合大喷嘴加内规径流道和优化的排屑槽斜面，既能降低岩屑与切削齿表面的摩擦力、改善岩屑运移状态和提高机械钻速，又具有效清洗切削齿、使岩心顺利进入内筒和提高岩心收获率的作用。该取心关键技术在48口井的戴南组和阜宁组地层进行了现场应用，岩心收获率平均大于98.0%，最高机械钻速达到24.80 m/h。苏北盆地泥岩地层取心关键技术解决了戴南组和阜宁组地层取心技术难点，具有较好的推广应用前景。

为了定量评价和防治浅水流对深水钻井的危害，进行了浅水流地层井眼坍塌影响因素分析。基于流固耦合理论建立了浅水流地层井眼稳定理论模型，并分别根据Mohr-Coulomb 准则和最大拉应力准则判断砂体的剪切和拉伸破坏，分析了各因素对井周最大破坏半径及砂体临界超压的影响。计算分析发现：超压将导致浅水流地层发生破坏，随着超压增大，其最大破坏半径随之快速增至大；水平有效地应力与垂直有效地应力的比值（K₀）越大，砂体埋深越大，浅水流地层越不容易发生破坏；砂体内摩擦角越大，砂体越稳定；井周最大破坏半径随着钻井液密度升高呈线性递减；浅水流地层存在临界超压，砂体埋深、强度和K₀越大，临界超压越大。研究结果表明，浅水流地层井眼坍塌的风险较大，井周破坏程度与超压、地应力、砂体埋深、钻井液密度和内摩擦角等因素有关，当砂体中的超压超过临界值时，整个砂体都将处于不稳定状态，而提高钻井液密度有利于浅水流地层的稳定。

深水油气井关井期间天然气水合物的生成会导致气泡迁移滞后，影响钻井安全作业周期，为此利用室内垂直圆筒模拟深水井筒环境，实验研究了甲烷气泡表面水合物膜生长特性，提出了考虑自然对流传热的水合物横向生长模型及水合物膜厚度预测方法；分析了水合物气泡变形率与莫顿数、拖曳力系数及雷诺数之间的相关性，据此建立了关井条件下井筒中含水合物相变的气泡上升速度综合预测模型，并对南海某井的安全作业周期进行了预测和分析。通过实验和模拟分析发现，建立的自然对流传热模型对水合物膜横向生长速率和厚度具有较高的预测精度；水合物气泡的变形率随莫顿数增大而减小，拖曳力系数随雷诺数增大先减小然后逐渐增大，并拟合得到了气泡变形率、拖曳力系数计算公式。研究表明，气泡表面水合物的生成显著降低了气泡的上升速度，延长了安全作业周期，但气体到达海底井口后水合物堵塞风险增加，现场应根据关井时间采取针对性的井控措施。

为了将微波破岩技术应用于石油钻井，研究了钻井过程中高温高压对微波破岩效果的影响。根据岩石不同矿物成分的微波吸收特性，建立了某岩石的二维平面模型，模拟分析了温度、围压及二者共同作用对微波破岩效果的影响。研究发现：在微波照射参数相同的情况下，随着井下温度升高，岩石发生塑性变形的时间缩短；随着井下围压增大，岩石塑性变形时间延长；温度和围压共同作用时，围压的影响占主导作用，而温度的影响主要在高温条件下体现。研究结果表明，围压不利于微波破岩，且影响较大；温度对微波破岩有一定促进作用，但只在高温条件下作用明显。因此，应用微波进行破岩时要综合考虑温度和围压变化对破岩效果的影响，及时调整微波参数，使破岩更加经济高效。

深水钻井过程中，从平台延伸到井底的钻柱会在不同深度处与隔水管或井筒发生多点碰撞和摩擦，呈现出接触非线性特征。为了准确掌握深水钻井管柱系统的非线性动力学特性，将其简化为管中管结构，并提出了对应的管柱动力学模型。采用Abaqus有限元软件，对建立的管柱动力学模型进行动态响应模拟，并将模拟结果导入Isight优化软件，进行基于可靠度分析的多目标优化设计，确定出在工程可行性和安全可靠性方面都满足要求的设计参数组合。研究发现，相比于单独考虑隔水管的模型，提出的管中管模型所模拟的管柱系统整体变形程度较小，说明内外管柱之间的相互作用对深水钻井管柱系统的整体偏移有抑制作用；此外，提出的基于可靠度分析的多目标优化设计方法，可以避免优化设计结果因靠近约束边界而在参数波动情况下失效的问题。

涪陵页岩气田平桥南区块页岩气产能建设过程中产生的钻井岩屑，采用常规方法处理时存在处理费用高、占地面积大和危害环境等问题，为此探索研究了页岩气井钻井岩屑综合利用技术。分析了钻井岩屑的主要危害和目前常用岩屑处理技术的不足，结合现场实际情况提出了水基岩屑随钻固化制砖和水泥窑协同处置油基岩屑等关键技术，形成了涪陵页岩气田平桥南区块钻井岩屑综合利用技术。该技术在JY205-1HF井、JY199-4HF井和JY199-5HF井进行了现场试验，结果表明，采用该技术处理页岩气井钻井岩屑成本低，且清洁、环保，经济效益好。研究认为，该技术可有效解决常规钻井岩屑处理技术经济投入高、环保压力大等问题，为资源化利用钻井岩屑、绿色开发页岩气田开辟了新途径，具有良好的应用前景。

深井超深井钻井中，不合适的拉扭耦合作用容易导致钻杆失效，因此有必要进行钻杆抗拉扭复合载荷能力研究。采用预扭后拉伸和预拉后扭转的拉扭复合载荷试验方法，分析了拉扭复合载荷条件下V150钻杆在拉伸应力应变和扭转应力应变之间的相互影响规律。试验发现：预扭后拉伸时，预加载切应力和拉伸屈服强度均会降低；预拉后扭转时，预加载的拉应力和扭转屈服强度均会降低；材料发生屈服时的拉应力和切应力符合拉扭椭圆强度准则，该准则的弹性变形安全范围较von Mises强度准则超出24.5%。研究结果表明，按照von Mises强度准则进行V150钻杆抗拉扭复合载荷能力设计偏于保守，而拉扭椭圆强度准则包含材料拉伸屈服强度和扭转屈服强度2个基准参数，且与试验数据吻合程度高，更具工程应用价值。

常规油井水泥石脆性大、体积收缩幅度大，使水泥环胶结质量不高且在规模化压裂及生产时易破坏，从而导致油气井环空带压，为此优选了热固性树脂、镁氧水泥骨架材料和固化剂，研制了调凝剂，制备了热固性树脂–镁氧水泥复合材料。室内试验表明，该复合材料密度1.1～1.8 g/cm³，24 h抗压强度大于14.0 MPa，弹性模量2～4 GPa，能够承受70 MPa应力疲劳破坏，具有比油井水泥更好的抗破坏密封能力。现场试验结果表明，热固性树脂–镁氧水泥复合材料现场混配方便，与常规油井水泥固井设备和工艺完全兼容，具有良好的现场适用性和封固效果。研究认为，该复合材料不仅解决了油井水泥存在的问题，还可在油气层封堵、带压井治理及油气废弃井封井等方面替代油井水泥，为油气井的密封完整性提供技术保障。

针对油基钻井液用水包油型冲洗液无法用润湿测定仪检测混合液（即油基钻井液与冲洗液的混合液，全文同）电导率的问题，优选复配了合适的表面活性剂和溶剂，并引入一种含氮类聚合物，制备了油基钻井液用冲洗液PC–W31L。分析了PC–W31L冲洗油基钻井液的作用机理，并对其性能进行了评价。结果表明：PC–W31L对油基钻井液的冲洗效果良好，冲洗界面为水润湿状态，能使油基钻井液由油连续相完全转变为水连续相；PC–W31L与油基钻井液、水泥浆的流变相容性良好，对水泥浆稠化时间和抗压强度的影响均在可控范围内。研究表明，冲洗液PC–W31L不但对油基钻井液的冲洗效果良好，且能用润湿测定仪测定其水润湿能力。

鄂尔多斯盆地杭锦旗区块存在致密气藏储层物性较差、单一裂缝无法有效扩大储层改造体积和压裂后初期产量低等问题，为解决这些问题，结合杭锦旗区块下石盒子组储层地质特征，按照“体积压裂”理念，分析了影响混合水体积压裂工艺效果的关键因素，优选了压裂液体系，并进行了施工排量及施工规模优化，形成了适用于杭锦旗区块致密气藏的混合水体积压裂技术。该技术采用滑溜水、线性胶和交联液等不同类型的液体进行交替压裂施工，在开启储层天然裂缝的同时形成了高导流主缝及复杂支缝，实现对储层的立体改造。该技术在杭锦旗区块现场应用了5口井，压裂后平均无阻流量为13.2×10⁴ m³/d，增产效果明显。研究结果表明，致密气藏混合水体积压裂技术解决了杭锦旗区块单一裂缝无法扩大储层改造体积和压裂后产量低的问题，具有较好的推广应用价值。

随着水平井分段完井技术的发展，完井结构变得越来越复杂，为了准确模拟水平井分段完井流入剖面，研究了基于节点网络的水平井分段流入剖面预测方法。将完井结构简化为由地层、井壁与完井工具间的环空、完井工具构成的水平井井筒网络，基于物质守恒原理和动量守恒定理，建立了各类流动桥的压降模型；用桥流动指数来表征流体流动方向，建立了耦合地层、井壁与完井工具间的环空、完井工具三者之间的流体流入剖面预测模型，并采用Newton–Raphson迭代方法进行了求解。算例分析表明，应用该方法可预测水平井复杂完井结构的环空、油管中的压力和流量分布，准确反映完井方式和完井工具对井筒流体流入剖面的影响，且具有较高的预测精度。研究认为，建立的水平井分段流入剖面模型可为完井方式选择、参数优化设计提供理论支撑。

为了解决渤海油田中短半径裸眼井固井防砂一体化作业无适用管柱的问题，针对渤海油田的开发情况与技术现状，设计了一套适用于中短半径井眼的固井防砂一体化管柱，对其安全性、通过性的分析结果发现：该管柱在下入过程中不会出现螺旋弯曲，安全性达到了要求；可以顺利通过最大狗腿度为19.28°/30 m、曲率半径为89.20 m的井眼。试验井试验和现场试验均表明：中短半径井眼固井防砂一体化管柱的安全性和通过性达到了设计要求，能实现实现一趟钻完成上部井段固井作业和下部储层段选择性固井和砾石充填防砂作业的功能，能够满足渤海油田中短半径裸眼井实施固井防砂一体化作业的需求。

针对目前水平井找水作业的需求和技术难点，利用稀土元素的丰度和元素间γ峰值的干扰等性能特点，选取由中子照射产生的5种自然界中不存在的同位素标记物，通过冶金工艺将其制备成具有一定孔隙度的固态标记物，并将其放置在具有限压打开结构的释放装置中，通过油管输送至水平井内的不同井段，测试产出流体中不同同位素标记物的信号强度，根据测试数据确定出水位置，形成了水平井油管传输标记物分段找水技术。该技术在大港油田3口水平井进行了现场试验，找水准确率达100%。研究和现场试验表明，水平井油管传输标记物分段找水技术克服了常规水平井找水技术存在的缺陷，找水管柱可以下入井眼轨迹复杂的水平井段，在正常生产状况下对机械采油井实施测试找水，找水准确率高，为水平井分段找水提供了新的技术手段。

为满足老油田修井需求、并兼顾储层保护，以KCl溶液为基液，通过优化屏蔽暂堵主剂、胶体保护剂及屏蔽暂堵辅剂加量，形成了SXJD-Ⅰ型低伤害暂堵修井液。室内评价表明：该修井液具有良好的滤失性和堵漏性能，暂堵颗粒可迅速被油井产出液中的油和水分解，缩短修井后的排水周期；岩心渗透率恢复率大于88.0%，较常规修井液渗透率恢复率大幅提高。SXJD-Ⅰ型低伤害暂堵修井液在胜利油田GU249井和哈萨克斯坦KKM油田301井、190井等3口井进行了现场应用，其封堵效果良好，能够满足修井作业需要，排水复产期缩短40.0%以上。研究表明，SXJD-Ⅰ型低伤害暂堵修井液的封堵和储层保护效果良好，具有推广应用价值。

针对现有随钻电阻率成像仪器周向钮扣电极分布少的问题，设计了一种新的钮扣电极分布方案。该仪器周向排布8个圆形钮扣电极，纵向分为2排，且每排钮扣电极直径不同，既能在复合钻进时进行全井眼覆盖扫描成像，又能在滑动钻进时获得8个扇区固定方位的井眼图像；建立了复杂的水平层状地层、含周向异常体地层和水平井地层等3种地层模型，利用有限元方法分析了仪器在不同地层模型中的测井响应特征。分析结果表明：该仪器具有较好的纵向分辨率，钮扣电极的纵向分辨率与其直径相当，可以准确识别方位性高阻地层；水平井地层界面对仪器不同方位测量的影响不同，侧向测量模式在地层界面处的响应与电缆侧向测井类似。该仪器在复杂地层中具有较好的适用性，研究结果对随钻电阻率成像仪器的研发和数据解释具有指导作用。

为了延长高频磁耦合有缆钻杆系统无中继器时的传输距离，需要选择载波信号频点和匹配不同长度有缆钻具间的阻抗。为此，建立信道模型进行仿真，以匹配不同长度有缆钻具间的阻抗。建立信道模型时，将传输信道划分为标准电路元件的最小重复单元，其包含同轴电缆和磁耦合线圈副；使用同轴电缆传输线元件仿真同轴电缆，使用物理变压器元件仿真磁耦合线圈副，形成由分布参数元件和集总参数元件组成的易于测量的混合模型。首先根据材料的尺寸、物理参数及仪器测量结果，确定每个元件的参数，并用ADS软件创建标准电路元件模型；再运用散射参数线性仿真进行电路仿真。仿真结果与实际样品的测量结果一致，表明通过建立模型进行仿真可以为高频磁耦合有缆钻杆的优化设计提供依据。高频磁耦合有缆钻杆经过信道建模优化设计，无中继器时的传输距离提高至300 m以上。