随着世界能源格局和我国能源需求的发展,塔里木油田作为我国能源开发的主力区域,近几年的勘探开发力度不断加大,深井超深井陆续开工钻探并获得丰富的油气勘探成果。塔北区块作为塔里木油田的主力上产区块,其平均设计井深在6800米左右,地层深而且井下安全风险高,给钻井带来了很大挑战,在很大程度上影响了油气勘探的重大突破和勘探进程。因此,针对该区在深井钻井提速技术方面开展研究和应用,对降低塔北区块的钻井成本,提高钻井综合效益,具有重要意义。塔北地区的工程地质资料分析表明,在该区构造差异大,地质条件复杂,钻井难度高。在钻井过程中,需穿越新近系至奥陶系多套地层,中完及完井井底温度高达145℃-160℃。古近系吉迪克组存在膏盐层,钻穿后第一次短程起下钻时拉力大,时间长。二开裸眼段长约5000m且同一裸眼段存在两个甚至多个不同的压力系统,各种岩性交错频繁,其中玄武岩、凝灰岩等特殊岩性,由于地层岩石力学特性强,造成机械钻速较低,钻头选型困难,同时频繁起下钻更换钻头,降低钻机月速。另外,该区井壁稳定性差,三叠系容易垮塌,二叠系容易漏,对于二叠系漏失层,现有的技术手段不能达到完全把承压能力提高到满足钻穿下部地层且不再发生漏失的目的,一旦有轻微的变化就可能发生恶性事故;部分区块奥陶系桑塔木组地层存在高压盐水,对井控工作及卡层工作以及钻井液性能调整带来极大挑战;缝洞系统储层导致目的层非均质性强,地层压力差异大,钻井液密度选择困难,频繁钻遇异常高压或液面深度在1000m以下的失返性漏失,极易引起井漏或者井喷。从井眼轨迹控制来看,由于下部地层倾角大且方位基本在第二象限变化,使得常规钻进手段无法有效控制井底位移变化,直井段后期容易脱靶。目前直井平均钻井周期在85天左右,斜井平均钻井周期均在115天左右,仍有很大的提速空间。针对以上问题,本论文在总结梳理国内深井钻井现状和塔北区块所存在的难点的基础上,从钻头选型、提速工具优选、定向技术和钻井液技术这四个方面进行了分析研究。在钻头选型方面,主要开展了PDC钻头和混合钻头的优选工作;在提速工具方面,阐述了螺杆、扭力冲击器以及符合冲击器的工作原理,分析了其应用上的特点;在定向技术方面,结合长裸眼段定向难的问题,分直井段和定向段进行了有针对性的分析,并重点介绍了水力振荡器的应用;在钻井液方面,针对直井段和定向段的地层特点,进行了钻井液优化。通过本研究和现场应用实验,完善了区块新工具的使用和新技术的探索,形成一套适合塔北地区的快优钻井技术,解决钻井过程中的起下钻次数多、机械月速低等问题,降低或消除事故复杂率,在缩短钻井周期的同时,大幅度降低钻井成本,取得了较好的经济效益和社会效益,对塔里木油田建设"塔里木3000万吨建设"及“保障国家能源战略安全”具有重要的战略意义。