天然气水合物是一种新型清洁能源,是保障未来能源安全、遏制环境污染的新希望。但98%以上的天然气水合物都储藏在海底地层中,使得天然气水合物的商业化开采面临着诸多困难,关于天然气水合物地层钻进的钻井液研究是克服这些困难的一个关键突破口。针对天然气水合物地层稳定性差、温度低以及天然气水合物的再生成等难点,以天然气水合物地层钻探需求为导向,基于理论和实验探究,优选了钻井液材料,找到了水合物抑制剂的基本作用规律,形成了一套抑制性强、滤失量小、能够在4℃、20MPa条件下,15h内防止天然气水合物生成的硅酸盐低温抑制性海水钻井液体系。主要工作及成果包括以下三个方面:(1)提高钻井液体系的页岩抑制性,以维护井壁稳定。选择硅酸盐钻井液体系作为设计方向,首先以页岩膨胀实验为基本方法,确定了硅酸盐的最优加量范围,并根据各种钻井液处理剂的作用原理,通过实验,优选出了在硅酸盐钻井液体系中发挥作用较好的钻井液降滤失剂、流型调节剂和页岩抑制剂,并找到了最佳配比。(2)提高了钻井液体系的抗低温能力。针对海底低温环境,根据钻井液整体需求,以KCl和NaCl为钻井液抗低温材料,以低温下相对于常温下的钻井液粘度增长率为评价指标,找到了KCl和NaCl对硅酸盐钻井液性能的影响规律,结果表明“10%KCl+5%NaCl”能够有效降低低温对硅酸盐钻井液的影响。(3)详细探究了天然气水合物抑制剂的性能。运用四氢呋喃测试法对水合物抑制剂进行了大范围的横向对比评价,并以此为基础,设计了天然气水合物生成模拟仪器,借此优选出了水合物抑制能力较强的天然气水合物抑制剂,探讨了抑制剂性能的主要影响因素及作用规律,认为动力学抑制剂KI-G与热力学抑制剂KCl、NaCl复配能够达到最好的效果。最终形成了硅酸盐低温抑制性海水钻井液体系配方,为天然气水合物地层钻井液的相关研究提供了参考和建议。