塔里木油田是我国西气东输的主力气源地之一,总勘探面积56×104 km2,探明油气资源总量160亿吨油当量,是我国21世纪石油战略资源的主要接替区之一。库车北部构造带是塔里木油田的高产区块之一,勘探开发潜力巨大。在侏罗系发育多段大段煤层,在钻井过程中,因煤层不稳定导致井漏、垮塌和钻具卡埋等井下复杂事故多发,严重制约该区块油气资源的经济高效钻探。为有效解决库车北部区块侏罗系煤系地层井壁失稳和由此引发的井下复杂问题,本文在对完钻井实钻资料统计分析的基础上,明确了煤系地层钻井重难点;其次,通过煤岩理化性能、微观结构和岩石力学实验测试,明确了煤层的失稳机理;再次,建立多割理面影响的煤层坍塌压力模型,确定了煤层的坍塌压力、开展了井眼轨迹优化设计;最后,基于煤岩微观结构分析结果,开展了封堵煤岩的材料优选、钻井液配方优化和现场应用。本文得到的主要结论有:(1)煤岩理化性能和扫描电镜分析结果表明:煤岩几乎不含黏土矿物,煤岩割理发育,割理宽度1~10 μm占比超90%,煤岩为力学失稳;(2)工区煤层地应力机制为走滑断层,沿最大水平主应力方位钻井煤层稳定性最好,稳定煤岩的钻井液密度为:1.70 g/cm3~1.82 g/cm3;(3)迪北工程常用封堵煤岩沥青材料粒度分析结果表明:磺化沥青+乳化沥青+2200目超细碳酸钙的复配体系封堵煤岩效果最佳;煤岩岩心封堵测试得到的封堵煤岩最佳添加剂加量为:3%磺化沥青+3%乳化沥青+3%超细碳酸钙;(4)优化后的煤层防塌钻井液体系封堵抑制性优良,煤岩滚动回收率大于98%,API失水小于2.3 ml,HPHT失水仅为2.4ml;防塌钻井液体系现场应用效果良好,稳定煤层效果突出,最大井径扩大率仅为9%,无井下事故发生,煤层段钻井周期大幅缩短,在工区具有广阔的应用前景。本文研究成果有效的提高了库车北部构造带侏罗系煤系地层的稳定性,为塔里木油田库车北部工区油气资源的安全经济高效开发提供了有力保障。