近年来,世界各国都在加快开发新能源的脚步,丰富的资源往往伴随着恶劣的开采条件。现有资料表明,天然气水合物主要赋存在冻土地层(冻岩地层)和海底沉积地层中。我国常年冻土区主要分布在青藏高原和漠河盆地,且分布面积广、开发程度低,具有较高的科研和经济价值。自60年代后,我国针对冻土地区的研究开发进程日益加快。但在冻土区钻探施工中,经常会遇到诸多问题,如:冲洗液初始温度与孔内温度存在温差从而导致钻孔内上下部温度分布不均匀;环境温差大引起冲洗液性能变化大;冻结后的冲洗液流变性变差,携粉能力降低,严重影响钻进效率;在特殊孔段钻进时(永冻层或局部蚀变孔段),护壁能力差的冲洗液易造成孔段岩心水化膨胀等问题。这些问题直接导致岩心采取率不足、井壁坍塌、埋钻、憋泵等事故发生概率提高,严重干扰正常钻进,导致施工进度很难保证。减小低温冲洗液对原始冻土层温度场的扰动从而保证钻孔井壁良好的稳定性是目前在冻土区进行钻探取样时面临的难题。俄罗斯冻土地区开采天然气经验表明,在冻土区钻进取样时,使用热传导系数小、失水量多、黏度大的冲洗液效果最好。而泡沫冲洗液体系正好具有以上的性能参数,所以在正确选用钻探工具与钻探工艺的前提下,弄清低温泡沫冲洗液对孔内冻土温度场的影响对保证冻土区井壁安全非常必要。具体研究内容及成果如下:1)根据能量守恒定律,推导了冻土场导热微分方程解析式,探讨了冻土井壁内冲洗液与井壁之间热传导、热辐射以及热对流的作用关系,建立了冲洗液循环与静止情况下井壁温度场分布模型,采用ANSYS数值模拟分析泡沫初始温度、泡沫流速及泡沫密度等相关参数对冻土层井壁温度场的影响规律,发现:泡沫初始温度及泡沫密度是影响井壁温度的主要因素。2)建立了室内冻土温度场检测实验平台,采用正交实验法对实验进行设计,改变泡沫液的参数,对井壁冻土层的温度变化情况进行检测。实验结果表明,影响冻土层温度最主要的因素是泡沫密度和泡沫初始温度,其次是泡沫流速。实验验证了数值模拟结果的正确性。3)经过大量的实验研究,选定了成本低、抗盐性好的非离子APG0810作为泡沫冲洗液的发泡剂;对PAM/XC复合稳泡剂的抗金属离子稳定性的机理性进行了研究,得到了高浓度金属离子条件下,具有良好黏性、流变性及稳泡性的复合稳泡剂。4)将研制的低温泡沫冲洗液成功应用于漠河冻土区水合物钻探施工中,得到了实践的验证,为冻土区钻探施工提供了优良的泡沫冲洗液。