川东北海相地区是中石化石油后备资源的主战场,油气储层埋藏深、地层坚硬、岩石可钻性较差,给高效快速钻井施工造成了严重困难。为加快该地区油气资源勘探开发的进程,解决海相地层钻井速度慢、钻井周期长等问题,本文采用室内试验、统计分析与理论研究相结合的方法对碳酸盐岩地层抗钻特性预测、钻井方式优选和高效破岩工具优化设计等方面进行了深入研究。(1)通过室内岩心试验测定了岩石可钻性级值、抗压强度、内摩擦角、硬度与塑性系数等岩石力学参数和声波特性参数,研究分析了测井资料与地层抗钻特性参数的相关关系,建立了利用测井资料预测碳酸盐岩地层抗钻特性参数的方法。(2)收集川东北地区重点区块的地质资料和测井资料,总结分析了海相碳酸盐岩地层的岩性特征和地层抗钻特征。(3)通过对比分析不同钻井方式的破岩机理和使用特点,总结分析了不同钻井方式的地层适用特点;在总结分析不同钻井方式成本组成的基础上,建立了适合评价不同钻井方式使用效果的成本模型。(4)通过收集钻完井资料,统计分析了不同地层使用效果较好的钻井方式,利用模糊聚类分析方法,以地层抗钻特性为分类依据,对石油钻井地层进行了合理的分类,确定了根据地层抗钻特性进行优选钻井方式优选的原则,建立了根据地层抗钻特性选择钻井方式的方法。根据川东北海相地层抗钻特性,优选出适合该地层高效钻进的钻井方式。(5)通过收集川东北海相地区钻完井资料,对海相地层的PDC钻头的使用情况进行了分析;针对钻头使用过程中存在的问题,通过室内微钻头试验优选出适合海相地层PDC钻头的切削齿尺寸和后倾角,从剖面形状设计、布齿设计、力平衡设计和水力设计等方面对PDC钻头进行了优化设计,研制出适合川东北海相地层高效钻进的个性化PDC钻头。