天然气水合物是通过水分子与天然气分子在一定温度和压力条件下生成的具有笼状结构的似冰雪状结晶化合物。因为天然气水合物的主要成分是甲烷气体，所以，通常称其为甲烷水合物，在全球自然界中主要分布于海洋底与陆地或者大陆架上的永冻土地带。　　 随着我国经济的迅猛发展，能源消耗的迅速提高与传统油气资源价格的不断攀升迫使我们必须大力开发与应用新型可替代能源，保持经济的可持续发展。天然气水合物被视为是21世纪潜在的新能源。自然界中，大量储存在天然气水合物中的甲烷等烃类提供的能源数量为其它所有化石燃料的2倍。根据前期勘探资料分析，我国南海天然气水合物资源量可达700亿吨。因此，天然气水合物对缓解我国能源短缺危机，保障国家能源战略安全和国民经济健康稳定发展都无疑具有重要的战略意义。　　 要勘探开发贮藏在地下一定深处的天然气水合物，钻井作业必不可少。而天然气水合物的热压力特性使得在这类地层实施钻井作业与传统常规油气地层钻井有较大区别，也使得在这类地层进行钻井作业会面对更加复杂的井内问题。因为，在钻井作业时，扰动作用会释放出位于储层井壁与井底周围的地层应力，造成地层压力降低；在此同时，钻头切削岩石、井底钻具与井壁以及岩心相互的摩擦均会产生大量的热能，而且，假如参与循环泥浆温度控制不当亦会造成孔内温度升高。这样一来，在钻井作业施工过程中井壁地层压力条件与温度条件的变化将使得天然气水合物发生分解。当固态水合物起胶结或者骨架支撑作用时，就会造成井壁坍塌。而天然气水合物分解生成的水增加了井壁地层的含水量，使得颗粒相互间的联系减弱，导致井壁不稳；因分解逸出的甲烷气体又会改变钻井液的比重和流变性，愈发不利于井壁稳定，甚至还会造成井涌和井喷等恶性钻井事故。其次钻井作业过程是一非绝热过程，钻井液和地层相互之间的热交换以及天然气水合物本身吸热分解都会导致井内流体温度条件与井壁温度条件发生改变，这种变化会影响钻井液的粘度、密度、化学稳定性、井眼周围的应力和孔隙水压力等参数，从而影响井壁稳定与井内安全。而因天然气水合物分解逸出的甲烷气体进入井内参与钻井液循环上返到地面，在这个过程中，假如井内温压条件合适，它们又会重新在钻井管线和阀门特别是防喷器内生成天然气水合物，造成意想不到的钻井事故。所以井壁稳定与井内安全控制是贮藏天然气水合物地层钻井所面临的重要难题。并且天然气水合物地层骨架通常为未固结和半固结的砂岩或泥质砂岩，使得在此类地层钻井时井壁稳定问题尤为突出。而井壁不稳定会造成井壁坍塌，钻具卡钻，井壁破裂，泥浆漏失，以致井的报废，损失大量人力物力。因此确保井壁稳定是在贮藏天然气水合物地层成功钻井乃至整个勘探开发计划顺利进行的关键所在。　　 本文以国家自然科学基金项目《钻井液侵入含天然气水合物地层的动力学特性及其耦合数值模拟研究》和教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目《海底天然气水合物井壁稳定性的理论和实验研究》为背景，介绍了天然气水合物的特点，总结了国内外天然气水合物研究现状以及现有天然气水合物勘探钻井情况。分析了贮藏天然气水合物地层的钻井特性，得出了井壁稳定是贮藏天然气水合物地层钻井所面临的最主要问题。据此提出了本文研究的目的和意义，并给出了详细的研究内容和技术路线。由于自然界中的水合物都是分布在沉积地层中的，因此在讨论其在沉积层分布模式的基础上，对水合物地层的孔隙度、饱和度、渗透性、有效导热系数以及力学性质进行了归纳与总结，为井壁稳定性分析和计算打下了基础。并根据线弹性理论和有效应力原理在不考虑钻井液和水合物地层发生作用的前提下计算了井壁围岩有效应力分布。根据常用剪切破坏和拉伸破裂准则，结合井壁应力分布，对坍塌压力和破裂压力的当量钻井液密度计算作了介绍。分析了影响井壁稳定的其它因素，提出在水合物地层钻井时，必须要考虑钻井液和水合物地层相互作用对井壁稳定的影响。而钻井液侵入是钻井液和水合物地层相互作用的主要形式。据此先分析了钻井液在一般油气地层的侵入规律，随后提出水合物分解即相变存在是钻井液侵入水合物地层的主要特点。因而对纯水合物以及多孔介质中的水合物分解研究情况进行了归纳和总结，得出了海底沉积层中水合物分解特性。根据此特性分析了钻井液侵入水合物地层的整个过程，认为钻井液侵入是一个伴随有水合物分解的非等温非稳态的渗流和扩散过程，最初阶段侵入对井壁稳定影响最大，而这个阶段以渗流为主。因此在进行合理假设的基础上，将水合物在孔隙中的分解比拟成非等强度的连续源，从而将水合物分解的动力学方程和一般非稳态渗流及传热方程耦合起来，建立了钻井液侵入的渗流—温度模型，并编制了相应软件，结合具体算例分析了渗流对井壁地层孔隙压力、含水饱和度的影响。　　 最后，阐述了本文所得出的主要结论和认识，提出了存在的问题和建议。