对于天然气水合物的勘探与开发,在钻进过程中,低温钻井液中各组分相互作用形成的受剪切作用影响的微观结构起到非常关键的作用.在天然气水合物勘探开发过程中,钻井工艺和侵入地层的钻井液会引起地层中水合物的分解,而水合物分解不利于井壁的稳定;钻井过程中产生的含水合物岩屑与水合物分解所产生的部分水和气体进入环空钻井液中,引起钻井液性能改变;此外,岩屑中水合物也可能由于周围温度和压力条件的改变而产生分解,而分解产生的气、水混合物也能重新形成水合物而堵塞环空,不利于钻井的顺利进行.本文在前期优选钻井液配方研究的基础上，利用相关显微分析手段与分形理论，对优选的低温钻井液配方进行微观结构试验，考虑其钻井过程中的流动情况，分析了不同剪切速率下钻井液微观结构的变化特征。根据分形理论，研究了水合物地层用低温钻井液微观结构的分形特性，探索能代表钻井液微观结构特征的分形维数，查明分维数在描述钻井液孔隙结构演化机制中的作用，分别利用Sierpinski地毯和merge海绵模型建立了钻井液微观结构二维和三维分形模型，研究了钻井液微观孔隙表面分布的分形特性，以及分维数在描述二维和三维空间孔隙结构及其变化规律。这些研究为含水合物地层低温钻井液微观结构理论的完善奠定了基础，为将来水合物勘探开发的钻井液设计提供重要的理论基础和技术支撑，确保钻井过程井壁稳定和井内安全，对水合物勘探开发的顺利实施起到重要作用。