北极因其油气资源丰富,得到了全球各大石油公司的关注。但极地严峻的气候地质条件给钻井作业带来巨大挑战,一方面极地严寒的气候条件会使钻井液流变性发生变化,影响钻井液携岩能力、循环摩阻、产生较大的激动压力影响正常开泵和循环钻进等,另一方面极地地质条件复杂得多,存在冻土层的情况,导致井筒温度分布情况不同,永冻层融化不利于井壁稳定等风险。本文通过室内实验分析了水基和油基钻井液在低温环境下的流变特性,建立了极地温度条件下的钻井液流变模型;针对循环、停泵等工况,考虑极地冻土层与井筒间温度的互相影响,建立了钻井井筒与冻土层耦合温度场理论模型;结合温压条件对钻井液密度以及流变性的影响规律,推导建立了极地钻井井筒压力分布模型;并针对不同条件下的井筒温度分布情况和钻井液流变特性,结合极地钻井环境特征优化了钻井水力参数。利用建立的瞬态模型对极地钻井井筒温度场影响因素进行分析,结果表明:循环钻进时,井筒内温度由初始环境温度逐渐趋于稳定的循环温度,在此过程中,钻井液通过循环将井筒深部热量携带到井筒浅部,并导致浅部冻土层的融化,井口返出钻井液温度始终低于井底的温度;冻土融化潜热需要额外消耗一定的热量,导致井筒钻井液温度的进一步降低。停泵期间,钻井液不流动,浅部冻土层吸收井筒内热量,导致浅部井筒温度不断下降,为了防止井筒温度过低,应避免长时间停泵;井筒温度还受不同地温梯度、钻井液注入温度、水泥环导热系数等因素的影响。在以上模型和分析结果的基础上,针对极地钻井模拟井工况,得到了钻井液优化排量为40L·s-1、喷嘴截面积为3.0cm~2。对极地钻井井筒压力场模拟结果分析发现由于低温效应导致的钻井液黏度、密度均有所增大,使循环摩阻增大;长时间停泵会导致开泵泵压增加,不利于钻井的安全。