天然气水合物作为一种新型能源,成为改善能源结构、探索高效清洁能源的热点。我国南海水合物资源丰富,对其高效安全开发已列入战略研究规划。水合物开采伴随着相变分解,可引起储层的软化,导致地层的变形破坏、开采工程设施的损坏,严重时引发海底滑坡等地质灾害。本文针对南海水合物试采地层稳定性问题,以粉细砂及南海浅表层粉质黏土为骨架,通过室内实验研究多孔介质中水合物的合成与分解特性,综合研究水合物分解前后沉积物的宏微观力学特性;基于实测地貌特征及地层参数,通过数值模拟分析水平井开采井周地层及井的变形破坏特征,为保障井口安全提供参考依据。首先,基于含水合物沉积物核磁共振实验平台,开展核磁共振成像实验及T2谱实验,对多孔介质中THF水合物的合成生长过程以及分解过程进行观测。实验结果表明:质量比为19:81的四氢呋喃溶液合成水合物时,观测到粘结型、包覆型及悬浮型的水合物,其合成过程可分为初始期、诱导期、快速合成期与稳定期四个阶段,分解过程没有明显的阶段性,沿固-液界面由外向内推进。其次,利用含水合物沉积物合成、分解与动静力学性质测试一体化装置和固结仪,开展初始含裂隙水合物沉积物静三轴实验、水合物分解前后沉积物动三轴实验和一维压缩固结实验,综合分析水合物沉积物的力学性质。结果表明:初始裂隙的存在会破坏含水合物沉积物内部结构,降低承载能力;沉积物在动载作用下的相对残余强度存在临界相对动载幅值,将动载荷作用效果分为振动致密与振动破坏;沉积物的一维压缩固结变形过程可分为瞬时变形、固结变形、蠕变变形三个阶段,其应变随时间的关系可用幂函数进行描述。最后,基于实验得到的南海储层含水合物沉积物力学参数,采用FLAC 3D软件开展南海水合物分解相变水平井周土层稳定性的数值模拟。结果表明:土体及开采井的变形随分解半径的增大而增大,上覆层沉降变形类似漏斗形,分解区上部边界可能出现“临空区”,开采井造斜段易发生剪切破坏,要采取相应的措施,防止海底构筑物及开采井发生破坏。该结果为我国第二次水合物试采地层安全保障提供参考依据。