摘要
循环钻井液传热引起的冻土融化对北极油气勘探中的井筒完整性和钻井安全构成了重大威胁。由于缺乏两种主要缓解策略——被动保温和主动冷却——之间清晰的应用边界，阻碍了工程措施的经济有效选择。本研究利用通过有限差分法求解的耦合水热传热模型，对保温套管技术和制冷剂流体循环技术进行了对比数值评估。被动保温通过增加径向热阻来减少融化体积，当表观热导率降至 0.02 W/(m·K) 以下时，其性能显著改善。在最佳热导率为 0.006 W/(m·K) 的情况下，保温套管在 7 天后的融化体积达到 2.3 m3，与 -15 °C、20 L/s 的强主动冷却效果相当，证明了其作为无能耗替代方案的可行性。主动冷却提供了优越的操作可控性，但其效果关键取决于入口温度；降低该温度对抑制融化具有主导影响，而流量增加超过 12.5 至 15.0 L/s 后收益递减。一个关键的注意事项是，在 0 °C 和 5 L/s 条件下运行反而会逆转冷却效果并加剧融化。敏感性分析表明，在厚度达 500 m 的冻土层中，制冷剂流体循环技术表现出色，与高性能保温相比，融化体积可减少至原来的二分之一到三分之一。对于厚度超过 600 m 的情况，这种优势减弱，此时保温套管提供稳健且与厚度无关的保护。这些发现建立了一个针对特定情境下技术选择的定量框架，使工程师能够在冻土钻井作业中平衡热性能、操作可控性和能源效率。
