藏北无人区海拔高气候恶劣，施工物资运输难度大，在进行地质调查钻探工程施工中发生冻土融冻坍塌、泥岩强造浆缩径、长孔段连续破碎涌水等多种复杂问题。针对钻探施工遇到的难点，优化了钻具组合、冲洗液体系、钻探器具，采用短行程干钻取心、重力加杆、跟管钻进、导流泄压等技术措施，解决部分施工中遇到的问题。在该地区钻探施工积累了一定经验，为该区域能源资源调查提供有效的地质资料和岩心实物资料。
在介绍了国内外冻土区天然气水合物勘探开发现状的基础上,针对我国青南冻土区水合物的勘探要求,设计了水合物勘探孔TK-2孔的钻孔结构,合理配置了钻探设备,采用了大直径绳索取心钻进工艺+泥浆制冷技术。同时,分析了冻土覆盖层融化扩孔和钻杆内壁结泥皮现象,并采取了相应的解决措施。野外试验结果表明,钻进台月效率达到702.07 m,全孔平均岩心采取率为93.5%,且在孔深229～234 m处岩心有冒泡助燃现象,验证了TK-2孔配套的钻进工艺是切实可行的。
低温泡沫钻进技术除了具有岩心采取率高、钻进效率高和孔内事故少的特点之外,还具有低导热性、低热容量及对钻井孔壁的热干扰小等特点。低温泡沫系统由空压机、泡沫液罐、热交换器、泡沫发生器和参数监测系统组成。通过对泡沫液和空气制冷后,经发泡器混合后可获得低温泡沫。利用低温泡沫作为冲洗介质进行取心钻进,孔内返出的泡沫经消泡后,可再次循环利用。该技术在漠河盆地冻土井工程中进行了应用,经试验数据分析,低温泡沫对冻土层温度的影响极小,岩心采取率高,满足冻土层取心钻进工作的要求。
钻探取心是天然气水合物资源调查研究的一种重要技术手段,也是识别天然气水合物最有效的方法之一。青海木里煤田三露天调查区地质构造复杂,水合物钻探施工时极易出现孔壁坍塌、水合物分解、气侵泥浆及孔内涌气、涌水、漏失等问题,取芯困难、钻进效率低。针对这些技术难题,开展了泥浆制冷技术、大口径绳索快速取心钻进技术、聚合物低温泥浆工艺及泥浆防塌体系、钻孔结构及钻进参数优化、钻头选型、气体防喷等技术工艺研究,并在现场实践中取得了较好的效果,为今后青藏高原冻土地带进行天然气水合物钻探施工提供借鉴。
泥浆冷却技术是天然气水合物钻探的关键技术之一,低温泥浆可以抑制天然气水合物在钻进和提钻过程中分解,有利于钻获水合物实物样品。新型天然气水合物钻井泥浆冷却系统主要包括载冷剂制冷器、翅片管式换热器、温度监测与记录和防冻装置4部分。制冷机组采用变频启动,减小了野外施工中配套发电机的功率,大幅度降低油料消耗;翅片管式换热器中泥浆与载冷剂对流换热,换热面积大,换热效率高;温度监测与记录装置对4个关键节点的温度进行监测和记录,同时防冻装置可防止泥浆在换热器中结冰堵塞,影响正常使用。运用传热学和流体力学理论对泥浆与载冷剂对流换热过程进行计算,在满足制冷要求的前提下,换热器换热面积是10.58 m2,管路压力损失为0.34 MPa。