天然气水合物研究是当代地球科学和能源工业发展研究的一大热点。随着我国国民经济的迅猛发展，能源消耗量的迅速提高和我国以煤炭为主的能源消费结构，都将导致严重的环境问题。这就迫使我们必须大力开发和应用新型可替代能源，保持能源的可持续发展。天然气水合物被认为是21世纪潜在的新能源。　　 海底沉积层蕴藏有丰富的天然气水合物资源，钻探是研究海底水合物的直接手段。钻进过程中产生的热量、地应力的释放以及抑制剂对相平衡稳定条件的改变都会引发水合物分解。这些分解产生的气体会进入用于清除岩屑和润滑钻头的钻井液中，与其一起循环，引起钻井液密度的降低，进而造成孔底静水压力的降低，从而加速了井周和井底水合物的分解而引起恶性循环，最终导致孔底大量水合物分解，发生孔径严重扩大、井喷、井塌、套管变形和地面沉降等事故。另外，大量气体的涌入，也可能引起钻进系统上部一定范围内压力的升高，产生了气体重新形成水合物的压力条件，可能重新生成水合物而影响钻井安全。钻进时，含水合物地层的水合物分解和进入泥浆循环系统的天然气再生成水合物是影响钻井安全的主要因素。而能有效抑制水合物分解和再生成、维护井壁稳定、保证井内安全的钻井液是顺利钻进水合物地层的重要保证。　　 目前对天然气水合物钻井液进行的相关试验和现场研究不是很多，大部分集中在钻井液的水合物抑制性上，即研发能抑制水合物形成和分解的化学抑制剂。然而，水合物赋存地层钻井特性决定了不仅要考虑钻井液的水合物抑制性，而且在钻井液体系设计时，还必须重点考虑钻井液密度、流变性、水化抑制性、滤饼性状、PH值等这些对井壁稳定和井内安全控制起重要协同作用的性能参数。在钻开地层的瞬间，受温压急剧变化以及钻头摩擦生热等因素影响，抑制剂的使用不能完全避免孔内的水合物分解。因此，从这个角度而言，更应该关心的是钻井液本身的防塌性能，毕竟持续安全可控地钻进才是钻井的首要目标。此外，由于国内海底水合物地层相关的钻井液的研究相对较少，为此，有必要对钻井液的综合性能进行研究，为将来的天然气水合物的勘探开发提供一定的理论和技术基础。　　 基于此出发点，首先分析了水合物相关的性质特点，进而对水合物赋存地层特性及其钻井特性进行了分析探讨。在此基础上，对钻进过程中水合物的形成和分解的控制机理进行了研究，并结合大量的相关文献调研，对天然气水合物钻井液的抑制性及其抑制机理进行了分析研究。由于钻进过程不仅仅要控制水合物的形成和分解，更重要的是应保证钻进能够安全顺利地进行。为此，进行了天然气水合物钻井液综合性能的分析。在此基础上，结合前面水合物的赋存地层的特性分析和钻井液相关理论的分析，尤其考虑到海底含水合物地层的低温特性，提出了钻井液试验的具体思路，从水基钻井液的密度、水合物抑制性、造壁性、滤失量、流变性以及低温稳定性等方面展开实验研究，以研究出对井壁稳定和井内安全控制有利的钻井液体系，建立起天然气水合物赋存地层钻井液体系设计的理论和试验基础，为将来大规模海洋水合物勘探开发做好准备，而这就是本文研究的目的。　　 为实现上述目的，结合前期调研和主课题中的相关研究内容，依据海洋深水钻井和冻土层钻井的相关钻井液使用原则以及相关的使用经验，进行天然气水合物钻井液相关组分的筛选工作，主要是进行合适的处理剂的选择，包括抑制剂和添加剂，并结合考虑钻井液各个组分对水合物抑制性和钻井稳定性的影响。然后，结合试验室现有的条件，对所配制的不同体系的钻井液进行流变性、失水性等常规性能的试验研究。同时，针对海底含水合物地层的低温特点，进行低温下的相关性能的试验研究，并根据试验结果对钻井液的配方进行进一步的研究。　　 本文通过大量实验，先提出适应海洋钻井的甲酸盐钻井液基本配方。在此基础上，为抑制水合物的分解和再生成，加入不同种类和含量的处理剂，利用“天然气水合物合成及微钻实验系统”评价钻井液体系的低温性能及对水合物形成的抑制性。　　 研究表明：加入粘土的甲酸盐钻井液在低温条件下粘、切增长较快；淀粉和动力学抑制剂PVPK90对钻井液在低温条件下的流变性也有一定影响；甲酸盐无土钻井液在低温条件下，流变参数变化不大；在-4℃、18MPa附近压力实验条件下，PVPK-90抑制性能优于PVPK-30；粘土对水合物生成有明显促进作用；改性淀粉、聚合醇对水合物生成有一定的抑制作用；动力学抑制剂PVPK90有良好的水合物抑制能力；在-4℃、18.8MPa附近压力条件下，加入动力学抑制剂的甲酸盐无粘土海水钻井液能有效抑制水合物生成。