天然气水合物是一种重要的非常规能源,已被我国列为第173个矿种。水合物资源储量巨大,其中绝大多数储存在海洋中。按照赋存状态可将海洋天然气水合物储层可分为砂岩型、非砂岩型、海底裸露型、分散型。根据水合物分解后地层是否能够保持完整骨架结构,水合物可分为成岩和非成岩两种类型。其中分散型的非成岩天然气水合物资源存在于海底细颗粒沉积物中,具有饱和度低、胶结性弱、渗透性差的特点,虽然储量巨大,但开采技术难度也相对较高。固态流化法是针对该类水合物而提出的一种新的开采方法,将海底弱胶结的天然气水合物看做一种海底固体矿藏资源,利用射流采掘技术将其破碎成固体颗粒,在流化收集固体颗粒之后、利用井下分离器将固体颗粒中的部分泥砂分离并回填至采空区,分离后的水合物颗粒泵输至海洋平台。天然气水合物沉积物射流采掘破碎技术是固态流化法中的关键技术环节,但相关研究较少。为此建立了水合物破碎速率计算模型,开展了天然气水合物沉积物破碎速率实验研究和射流采掘工具射流采掘模拟实验研究,对海洋天然气水合物射流破碎技术的发展具有重要意义。本文开展的主要研究工作如下:（1）天然气水合物沉积物射流破碎速率计算模型研究首先建立了水合物射流作用下的临界破碎速度计算模型;而后通过分析并修正基于临界破碎速度、基于土壤冲蚀和基于岩石切割的射流破碎速率计算模型中存在的问题,建立了三种天然气水合物沉积物破碎速率计算模型。针对基于临界速度射流破碎速率计算模型不便于工程应用的问题,对模型做进一步推导,得到了描述射流时间与破碎孔眼深度关系的计算公式。针对基于土壤冲蚀的破碎速率计算模型量纲不一致的问题,通过添加临界速度项将模型的量纲变得统一,使待定系数的无量纲化。针对基于岩石切割的破碎速率计算模型中应变参量缺少长度项的问题,将临界破碎深度作为应变参量长度项,重新推导了基于岩石切割的射流破碎速率计算模型。（2）天然气水合物射流作用下的临界破碎状态实验研究基于水合物与冰力学性质相近的特点,制备了冻土作为南海天然气水合物沉积物的替代试样,以射流时间（1s、3s、7s、15 s、31s、63 s）饱和度（20%、40%、60%和80%）、喷嘴直径（1.5 mm、2.0 mm、2.5 mm 和 3.0 mm）和射流压力（2.5 MPa、5.0 MPa、7.5 MPa和10.0 MPa）为主要影响因素设计并开展了水合物沉积物单喷嘴射流破碎的正交实验和单因素实验。分析了饱和度、喷嘴直径以及射流压力对临界破碎时间、临界破碎深度以及临界速度的影响规律,结果表明:可将63 s近似看做临界射流破碎时间;临界破碎深度随着饱和度的增加而降低,与喷嘴直径呈正比,与射流压力的平方根成正比。试样饱和度分别为20%、40%、60%和80%时的射流破碎临界速度分别为5.71 m/s、7.14 m/s、9.60 m/s和10.85 m/s。利用正交实验数据对临界速度计算模型中的待定系数进行标定,并利用单因素实验数据对标定结果校核,最大误差为10.47%,临界速度计算公式基本能够满足工程对计算精度的要求。（3）天然气水合物射流破碎速率实验研究基于上述实验,还分析了饱和度、射流压力、喷嘴直径以及射流时间对破碎孔眼深度、破碎速率的影响规律;结果表明:无量纲破碎孔眼深度（破碎孔眼深度与最大破碎深度的比值）和无量纲破碎速率（破碎速率与射流开始时的初始破碎速率的比值）只与射流时间有关,而不受水合物饱和度、喷嘴直径或射流压力的影响;因此工程中可通过控制射流采掘工具移动速度的方式来控制射流时间,进而获得想要的采掘腔体直径。此外,通过对比实验数据与三种水合物破碎速率计算模型得到的拟合数据曲线,发现基于临界剪切力的破碎速率计算模型与实验结果的符合度最好,进一步分析该模型中系数β随射流参数变化规律发现,β与喷嘴直径及射流初始流速呈正比,即β=β’v0d0,基于此改进了计算模型。（4）水合物射流采掘实验模拟及关键参数计算方法基于南海水合物试采所用射流采掘工具,以射流采掘工具移动速度（2.5m/min、3.5m/min、5.0m/min、8.0m/min、10.0m/min）和射流排量（300L/min、350L/min、400L/min、450L/min、500L/min）为变量,开展水合物替代试样射流破碎实验。分别对井眼直径、采掘破碎速率、浆体浓度随射流排量、射流采掘工具移动速度以及往复射流次数的变化规律进行分析。结果表明:能够形成规则井眼的射流采掘工具其圆周应均布18个喷嘴;当射流距离较小时,采掘破碎速率却异常偏低,而提高移动速度能够提高采掘破碎效率;采掘破碎速率和浆体浓度均随着井眼直径的增加先升高后降低。通过提出的移动喷嘴射流采掘破碎水合物的有效破碎时间的概念及其计算模型,不仅理论解释了移动喷嘴射流在近喷嘴处破碎速率异常偏低的原因,还结合单喷嘴静止射流破碎速率计算模型,对多喷嘴移动射流采掘破碎速率进行了计算分析;通过计算发现:在射流功率相同时,扩大喷嘴直径以增加射流排量的方式对提高采掘破碎速率更有利,适当提高射流采掘工具移动速度和控制领眼直径不小于0.15 m均能增加采掘破碎速率。通过本文的研究,建立了海洋天然气水合物沉积物射流破碎速率计算模型,形成了一套以水合物射流采掘破碎速率为主的射流采掘破碎关键技术参数的理论分析方法,对推动水合物射流破碎技术的发展具有重要意义。