深水钻井工程中钻遇天然气水合物地层时,钻井液侵入含水合物地层并发生热交换等,会造成地层中的水合物发生分解。水合物分解产生大量的气体和少量的水,造成孔隙压力增大,岩石强度降低,可引起井壁失稳,尤其是当水合物作为胶结物时,其分解导致周围井壁岩石失去支撑而垮塌。释放的大量气体可能造成井涌甚至井喷,并且在深水海底低温高压井筒内又可能重新生成水合物,造成堵塞等复杂情况。因此,有必要开展深水钻井液抑制地层水合物分解的相关理论与方法研究,为稳定水合物地层,提高钻井安全与效率提供钻井液技术支持。为此,本文旨在模拟钻井液中天然气水合物的分解过程,主要探讨钻井液的物理化学作用对水合物分解动力学的影响,指导优选可有效抑制水合物分解的处理剂。利用改进的钻井液中水合物分解模拟实验装置,首先优化水合物样品制备的温度、压力及表面活性剂浓度等试验条件,保障了模拟实验中制备水合物样品的平行性和重复性,并利用描述二元系统中气液两相平衡的Peng-Robinson方程,计算出实验过程中气体摩尔数变化量,更直观的定量评价水合物的生成和分解过程。结合实际钻井工况与室内模拟实验,建立了钻井液抑制天然气水合物分解特性的评价实验方法,实验研究分析了乙二醇(EG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K90)和卵磷脂类等对水合物分解特性的影响规律,并结合现有的分子动力学模拟、量子化学和激光拉曼光谱等分析方法,深入探讨了抑制剂延缓水合物分解的作用机理。研究结果表明,EG在较低浓度(10%)下通过增强水分子间氢键网状结构来抑制水合物分解,随着浓度增加,抑制水合物分解效果减弱,并可逐渐转化为促进水合物分解。PVP利用其分子结构中的五元吡咯烷酮环,通过氢键等作用吸附在固体水合物表面,弱化了外来流体对固体水合物的传热传质过程,并阻缓气体分子和液体分子的扩散,进而抑制水合物的分解。卵磷脂在水相中水化形成磷脂双分子层脂质膜,通过氢键等作用吸附于固体水合物表面,形成一层包覆膜抑制水合物的分解;另外卵磷脂作为两亲表面活性剂,可促进已分解的气和水再次形成水合物。卵磷脂在高于0.5%浓度时,可有效抑制水合物分解,抑制分解作用效果优于EG和PVP的。通过水合物分解抑制剂与钻井液的配伍性实验,优化构建了适用于天然气水合物地层钻井的水基钻井液体系,可有效抑制水合物的分解与生成,且低温流变性优良,具有较好的抑制性和润滑性,满足水合物地层钻井液技术基本要求。