塔河油田玉北区块位于塔里木盆地外围,是中石化集团重要勘探开发区块。特别是二叠系地层破裂压力低,承压能力低。库普库兹满组和开派兹雷克组火成岩井段的掉块严重。随着玉北区块不断勘探和开发,二叠系的井壁失稳问题更加突出,急需解决玉北区块的井壁失稳问题。本文通过研究玉北区块的井壁失稳机理,研发了防塌强抑制钻井液体系,并在玉北区块成功应用。主要研究工作如下:(1)研究了玉北区块二叠系不同组地层的岩性特征、安全密度窗口、承压能力、坍塌压力和井壁坍塌周期等地层地质环境特征。通过X射线衍射及扫描电镜分析了不同二叠系地层岩石矿物组成和结构特征,同时研究了岩石的理化性能。综合地层地质环境特征、岩石矿物组成和结构特征、岩石的理化性能,揭示了玉北区块二叠系的井壁失稳机理。(2)针对深井,要求钻井液具有抗高温的特性,设计合成了以聚丙烯酰胺AM、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸AMPS和丙烯酸AA单体为主的抗高温降滤失剂。通过调整单体比例、引发剂加量、单体加量,优化了合成条件。通过红外光谱、扫描电镜、热重分析等测量手段表征抗高温降滤失剂的分子结构。并对合成的降滤失进行抗温性、抗钙性和抗盐性进行了评价,同时揭示了高温降滤失机理。(3)研究了多氨基抑制剂(壳聚糖铵盐)抑制性能。通过泥页岩线性膨胀测试、页岩滚动回收、二次滚动回收和抑制膨润土造浆性能分析评价;实验结果表明:壳聚糖铵盐具有优异的抑制泥页岩水化的能力,与常用的氯化钾和聚胺抑制剂相比,壳聚糖铵盐具有更好的抑制性能和长效抑制能力。(4)以合成的降滤失剂和壳聚糖铵盐抑制剂为核心处理剂,形成了防塌强抑制钻井液体系。通过优选主要组分,成膜剂、聚合物胶凝随钻堵漏剂(PSD)和刚性随钻堵漏剂等,形成了防塌强抑制钻井液体系。并对其抗温性、抗盐抗钙性、加重性能、抗污染性能和抑制性能进行了系统的评价。(5)形成的防塌强抑制钻井液体系,在玉北区块成功进行了现场应用。现场应用结果表明,优选出的防塌强抑制钻井液体系能够有效解决玉北二叠系地层井壁失稳问题,有望在玉北区块广泛推广应用。