北极、亚北极以及我国的青藏高原、新疆地区广泛发育着大面积的多年冻土,这些区域除了常规油气资源之外还赋存着大量的天然气水合物,存在着极大的开发价值。然而,冻土层钻井面临着巨大的技术挑战,其中井口稳定性是冻土层钻井的关键技术难点之一。由于钻井液与地层间的热交换作用导致冻土层升温融化,冻土的承载力大幅下降,井口和表层导管在井口载荷的作用下容易发生失稳下沉,导致作业中断,严重影响作业安全。因此,开展冻土层钻井过程井口稳定性的研究,为今后冻土层钻井作业提供参考依据就有着至关重要的意义。本文在分析了冻土的基本特征以及冻土层钻井特点、理论计算的基础上,在新疆克拉玛依-20℃左右的环境下进行了多组现场模拟试验,研究了钻井过程中温度变化对于冻土承载力的影响规律,并通过ABAQUS有限元分析软件,对冻土层钻井过程的温度场分布以及井口周围土体的融沉规律进行了数值模拟。在冻土钻井过程中,土体温度的变化趋势可以分为三个部分:平稳上升段、快速上升段和稳定阶段。井口下沉分为平稳下降段、快速下降段和稳定固结段。随着地层温度的逐渐升高,井口开始出现下沉,当地层升高到一定温度区间后,井口开始进入加速下沉阶段,当地层中的冰全部融化之后,井口下沉逐渐趋于稳定,进入稳定固结段。试验和数值模拟结果表明:粘性冻土在-4℃~0℃之间承载力下降最快,在这一区间内井口容易发生剧烈的融沉破坏。因此根据不同的井口载荷和冻土的物理力学参数,可以通过控制钻井液温度或者增加表层导管下入深度的方式提高冻土层钻井的井口稳定性。