针对取心钻探中常遇到的松散破碎地层的孔壁失稳问题,将微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术引入地质钻探领域,用于解决松散破碎性地层的孔壁失稳问题。基于微生物矿化作用的MICP技术是通过向松散岩土体中灌注微生物菌液和营养液,利用微生物在松散岩土粒间诱导生成碳酸钙,将其胶结为整体,以达到提高松散岩土体物理力学性能的目的。本文立足于地质钻探金刚石绳索取心钻进领域中应用最广泛的无固相钻井液,将MICP技术引入无固相钻井液,构建微生物无固相钻井液体系,以改善无固相钻井液体系固壁性能,增强适应性为目标,并在此基础上对其固壁作用和机理进行了较为系统的研究。围绕研究目的,本文展开了以下研究工作:首先,构建了微生物无固相钻井液体系。以巴氏芽孢杆菌为诱导菌种,开展微生物在无固相钻井液中的适应性研究。在满足松散破碎地层钻探要求的基础上,确定无固相钻井液及其材料加量。通过计算24h内微生物在钻井液中的生长活性增长率,优选出两种微生物适应性较好的无固相钻井液类型及其材料加量;运用微生物生长动力学模型,对微生物的菌种数量生长曲线进行数据拟合,得出相应的生长预测方程。通过实验测定了优选钻井液在15d内的基本性能,构建微生物无固相钻井液体系并探寻其最适合的生长条件。结果表明,微生物无固相钻井液性能具有较好的稳定性,最适合微生物生长的温度、p H值,分别为30℃和p H=7.5。其次,对微生物无固相钻井液的固壁作用进行了研究。主要以正交实验为基础,以松散岩心为研究对象,以经过微生物无固相钻井液作用后岩心内的碳酸钙生成量、岩心渗透性能和物理力学强度为评价指标,对优选出的微生物-CMC和微生物-XY植物胶两种无固相钻井液的固壁作用进行了系统性研究,并确定其最佳固壁效果的条件。结果表明,微生物-CMC无固相钻井液固壁作用更强,具有最佳固壁效果的条件是作用时间为72h、钙源浓度为0.8mol/L和菌种浓度OD600为0.6。然后,分析了微生物无固相钻井液的固壁机理。分别采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜测试（SEM）和计算机断层扫描（CT）三种分析方法,对微生物无固相钻井液固壁作用前后生成物的物相、岩心微观形貌及其内部孔隙结构进行了微观分析和研究。结果表明,经过微生物无固相钻井液作用后松散岩心孔隙内生成平均直径7nm的碳酸钙,微生物-CMC能明显提高松散岩心的抗渗性能;并根据分析结果对微生物无固相钻井液固壁的作用机理进行了总结。最后,对微生物无固相钻井液的固壁过程进行了数值模拟。运用COMSOL Multiphysics软件,通过三维有限元建模、物理场耦合方程运用和反应参数取值,得到了在理想状况下岩心在微生物无固相钻井液中碳酸钙生成分布情况。结果表明岩心内部碳酸钙呈不均匀分布,与微观分析结果吻合。本文基于地质钻探应用最广泛的无固相钻井液,引入微生物诱导碳酸钙沉积技术,以增强松散破碎地层中钻孔孔壁围岩胶结性能,提高其力学强度,稳定钻孔孔壁为目标开展相应的研究工作,对有效解决松散破碎地层中钻孔孔壁失稳问题进行了有价值的探索,相关研究结果对既有钻孔孔壁稳定理论与技术是一次非常有意义的补充。