川藏铁路沿线工程地质条件极其复杂,具有高寒冻土、裂隙发育、地形地貌变化大等特点,在地质勘察钻探过程中容易出现钻孔漏失、垮塌等问题。传统冲洗液体系很难解决上述地质条件的钻探难题。论文以川藏铁路勘察小口径金刚石钻探为工程背景,试图研究一种可适用于川藏铁路地质勘察小口径金刚石钻探的微泡沫冲洗液体系,以解决复杂地层制约小口径金刚石钻探快速钻进的难题。作为一种新型冲洗液体系,微泡沫冲洗液具有固相含量低、润滑性能好、流变性好、降滤失性能佳以及岩心采取率高等众多优点。微泡沫冲洗液具有上述特点,有效的解决了小口径金刚石钻探在复杂工程地质条件下的漏失、缩径、孔壁垮塌等问题。在微泡沫冲洗液体系性能研究中,大多集中在室内静态条件下的测试与分析,鲜有微泡沫冲洗液动态循环条件下的性能研究。但通过对微泡沫冲洗液动态特性的研究,可有效反映实际钻孔中冲洗液各项性能参数在循环流动时的变化情况。因此,开展满足小口径金刚石钻探要求的微泡沫冲洗液体系研制和动态特性研究,具有一定的必要性。围绕研究目的,本文展开的工作和取得的成果主要有以下几点:(1)配方的研制。结合川藏铁路勘察在复杂地层条件下小口径金刚石钻探对冲洗液性能的要求,综合考虑冲洗液体系的半衰期、发泡量、抗污染能力以及流变特性等性能参数,利用正交试验对微泡沫冲洗液体系的各组分进行加量的优化,得出微泡沫冲洗液体系的最优配方。(2)配方的性能测试与评价。在静态条件下,对所得的微泡沫冲洗液配方进行半衰期、发泡量、流变特性、抗污染能力等性能评价,该微泡沫冲洗液的流变模式为幂律模式,其综合性能良好。另外,根据配方以低速搅拌的方式制得的微泡沫冲洗液,具有较大的发泡量。结果表明配方在低速搅拌的条件下仍可大量发泡,钻探现场设备能够配置微泡沫冲洗液。(3)动态特性测试装置的设计与搭建。根据微泡沫冲洗液在钻孔内的动态循环特征,设计并搭建室内冲洗液动态性能测试试验台。该试验台主要包括四个部分,分别是动力控制系统、流体控制系统、测试系统和泡沫制备仪器。该试验台可以有效还原冲洗液在钻孔中的实际流动情况,在动态条件下准确测出冲洗液的各项性能参数,达到了设计的目的。(4)动态特性研究。利用所搭建的试验台模拟冲洗液的孔内循环,测试微泡沫冲洗液在动态循环条件下的性能,与静态条件下的性能进行比较分析。结果表明:微泡沫冲洗液体系表现出了良好的流变性,与静态条件下的流变性能表现出一定的差异性。微泡沫流体在动静态条件下的流变模式为幂律模式,表现出了冲洗液体系的稳定性。随着循环压力增大,微泡沫冲洗液的密度、粘度以及切力都有所增大。本文研制出的微泡沫冲洗液具有良好的性能,可以适用于川藏铁路复杂地质条件下的小口径金刚石钻探。并且设计出的测试装置可以准确测试冲洗液在动态条件下的各项性能参数,为深入研究冲洗液性能提供设备支持。微泡冲洗液体系的系统研究,对推动小口径金刚石钻探技术的发展具有一定的工程价值和现实意义。