天然气水合物资源丰富、能量密度高,是一种极具开发前景的清洁能源。到目前为止,出砂问题仍是制约天然气水合物高效开采的最严重挑战之一。常规油气井开采中对于出砂预测及其预防已经取得有效成果,而水合物储层疏松、弱胶结或未胶结,骨架颗粒更细,这些因素导致水合物储层出砂问题更加复杂严重,合理预测出砂量对于指导水合物开采和采取有效防砂措施具有重要意义。本文以南海神狐海域沉积物中天然气水合物储层为研究对象,从水合物储层出砂机理和出砂规律角度出发,设计并开展了水合物出砂及其相关实验。首先,分别开展岩芯单轴抗压实验、压缩性实验和渗透率测试实验,得到岩芯的抗压强度、弹性模量、泊松比和压缩系数等力学参数以及渗透率、孔隙度等物性参数,为出砂数据实验分析提供数据支持。然后,利用自主搭建的多场多尺度耦合实验平台开展定流量、定围压下岩芯驱替出砂实验,使用核磁共振仪实时监测出砂过程中岩芯内部孔隙分布和结构变化,并及时收集产出砂,分析围压和流量对出砂速率和出砂的影响作用规律。最后,基于水力侵蚀理论建立水合物储层出砂模型,根据出砂实验结果对模型参数进行反演。研究结果表明,疏松、弱胶结岩芯出砂受外部应力和水流侵蚀共同作用的影响:水流流量越大,出砂速率和出砂量越大;围压越大,岩芯骨架颗粒结合越紧密,岩芯越密实,骨架颗粒越不容易被剥落下来,出砂速率和出砂量越小。