进入二十一世纪以来,北极地区逐渐成为世界油气勘探开发重要的战略接替区。与常规油气藏相比,极地油气资源钻采的特殊性在于冻土地层与常规地层截然不同的性质。冻土是指温度低于0℃,并含有冰的各种岩石和土壤,是由固体矿物颗粒、理想塑性的冰包裹体、液相水、气态包裹体组成的多相体系。在极地钻井过程中,钻井液的热量容易通过井筒传递至地层,导致近井地带冻土的融化,进而会引起井口沉降等事故,严重阻碍油气资源的开发进程。因此开展冻土地层钻井隔热技术研究对于极地油气钻采有非常重要的意义。钻井过程中,增强套管的隔热能力可以有效减少钻井液的热量传递。本文针对两种套管总成开展隔热能力研究,一种是真空套管,由内管和外管双层管构成,内管和外管形成一个环形空间,对环形空间进行抽真空处理,增强套管的隔热能力。另一种是含寄生管和中心管的真空套管,这种新型套管总成以普通真空套管为基础,在普通真空套管内部加入中心管作为钻井液的上返通道,通过寄生管向中心管和真空套管形成的环空注入低温流体,起到强制对流换热作用,携带走钻井液传递给中心管外壁的热量,进一步加强套管总成的隔热能力。围绕上述两种套管总成隔热问题,自主设计了模拟低温环境下真空套管隔热效果评价试验系统,评价了两种套管总成的隔热效果;同时研究了地层温度、钻井液温度等因素对两种隔热套管总成隔热效果的影响规律。在此基础上,通过数值计算,对极地地区钻井过程中真空套管隔热技术的设计进行了研究。取得的主要成果和认识如下:（1）对于真空套管总成,试验条件下视导热系数的范围为0.018-0.124 W·m-1·K-1;建立了视导热系数综合模型,发现视导热系数与冻土地层温度呈指数正相关;视导热系数与钻井液温度呈指数负相关;视导热系数与绝对真空度呈对数正相关,在50 Pa-0.02 MPa区间内,视导热系数随真空度的变化趋势比较明显,超过0.02 MPa,这种变化趋势比较平缓;以套管外壁温度为标准,建立了真空套管隔热效果预测综合模型,发现套管外壁温度与冻土地层温度线性正相关,与钻井液温度线性正相关,与真空度呈对数正相关。（2）对于含寄生管和中心管的真空套管总成,以套管外壁温度为标准,建立了隔热效果预测综合模型,发现套管外壁温度与冻土地层温度线性正相关,与钻井液温度线性正相关,与低温流体温度线性正相关,与低温流体排量呈对数负相关。（3）将模拟工况参数代入两种套管的隔热效果预测综合模型,计算结果表明,对于地表温度-30℃,井深为2000 m、3000 m、4000 m的工况,真空套管能够保证冻土地层不融化的井深约为650 m、620 m、580 m;含寄生管和中心管的真空套管能够保证冻土地层不融化的井深约为880 m、860 m、830 m。