董硕，贺文博，曹金娥，王孟克，陈宝义，曹品鲁

（吉林大学建设工程学院，吉林长春130026）

0 引言

极地冰层钻探技术是开展极地科学研究的重要手段之一，对研究全球气候变化、寻找古生物生命形式、分析极地冰川运动及变化过程、研究冰盖形成及演化机制、探知冰下环境及冰下矿产资源等具有重要意义［1-5］。然而，受地表环境和极端气候的影响，冰层钻探极为复杂，不但面临超低温、后勤运输不便、环境保护要求高等问题，而且经常钻遇脆冰层、暖冰层、基底融水层或冰岩夹层等复杂地层，尤其是每年短暂的工作时间，为钻探作业带来极大挑战［6-9］。研发新型快速钻探技术，提高钻探效率已成为极地钻探的重要研究方向之一。空气反循环钻进以其钻进效率高、不提钻连续取心取样、不采用钻井液、可防止地层漏失、耗气量低等优点，在地质岩心钻探、水文水井钻凿和基础工程施工等领域得到了广泛的应用，取得了良好效果［10-13］。如能将其应用于冰层钻探，不但可以解决上部积雪和雪冰层的漏失问题，而且可实现不提钻连续取心、取样。因此，能大幅提高钻进效率，缩短施工周期，且有利于保护极地自然环境［14-16］。本文针对冰层钻探技术特点，探讨了适用于极地冰层钻进用空气反循环取心、取样技术，对携带冰屑上返所需的风量进行了分析与实验测试［17-20］。

1 冰层空气反循环钻进技术

1.1 双壁钻杆空气反循环钻进

双壁钻杆空气反循环钻进系统主要由钻机及钻塔、空压机、空气冷却装置、空气干燥装置、双通道水龙头、双壁钻杆、空气反循环钻头、排砂管和冰屑、冰心收集分离装置等组成，如图1所示［21］。……