我国南海黏土质储层中的天然气水合物储量高达千亿吨级油当量,是最具有开发前景的新型替代能源之一。水合物开采会导致储层强度衰减,而不同赋存形态水合物分解所导致的衰减程度具有较大差异,由此引发的储层变形无法预测。因此,阐明含不同赋存形态水合物黏土质储层的力学特性是分析水合物开采过程中储层变形的重要课题。针对这一问题,本文制备了富气、富水状态下胶结型和填充型水合物,并对其黏土质沉积物进行了一系列剪切试验,获取了含不同赋存形态水合物沉积物的刚度、强度及变形特性;基于上述试验力学数据和我国第二次南海水合物试开采GMGS6-SH02储层地质数据,开展了不同水合物赋存形态下水合物降压开采过程中储层变形数值模拟,预测了1年水合物开采过程中储层受力及变形特性,具体如下:首先,研制了一套小型化水合物三轴仪,实现天然气水合物原位生成,具备压力联合调控、自动化控温、水合物饱和度精确控制和多通道传感器采集数据的功能。同时,依据海底浸润型水合物主要形态成藏方式,配置了与南海水合物岩芯具有相似粒径分布的黏土质沉积物,在制备胶结型水合物方法“饱和水法一”的基础上,提出了“饱和水法二”制备填充型水合物——先升温分解由“饱和水法一”制备的胶结型水合物,再降温重新生成填充型水合物,实现了海底浸润型水合物主要形态的实验室制备。其次,制备了富气状态下含胶结型天然气水合物沉积物并开展一系列实验研究,重点分析了低有效围压下胶结型水合物对黏土质沉积物的力学特性影响规律:（1）胶结型水合物的存在会有效提高沉积物的弹性模量和峰值强度,1.5MPa有效围压下40%饱和度水合物使沉积物的弹性模量和峰值强度分别提高了3.23倍和2.78倍;（2）低饱和度时沉积物的内摩擦角、粘聚力均随着水合物饱和度的提高而增加,高饱和度时内摩擦角分量增量相对于粘聚力分量增量更加明显;（3）胶结型水合物的存在增强了沉积物的抗变形能力,在有效围压为0.5MPa时含胶结型水合物沉积物呈现明显的剪胀现象,而随着有效围压提升,则逐渐变为持续剪缩现象;（4）有效围压对沉积物的峰值膨胀速率影响较小,而水合物饱和度对沉积物峰值有效应力比影响更为明显;（5）在固结过程中含胶结型水合物沉积物的电阻率持续增加,在剪切过程中则呈现降低趋势。再次,制备了富水状态下含胶结型和填充型天然气水合物沉积物并开展一系列实验研究,重点分析了不同赋存形态水合物对黏土质沉积物力学特性影响规律:（1）对沉积物弹性模量和峰值强度影响由低到高依次为富水状态下填充型天然气水合物、富水状态下胶结型天然气水合物、富气状态下胶结型天然气水合物,其中填充型水合物对沉积物强度强化效果远小于胶结型水合物;（2）不同形态水合物均会增加沉积物的粘聚力和内摩擦角,而填充型天然气水合物对二者的增幅远小于胶结型水合物,饱和度从0%升高到40%时含胶结型和填充型水合物沉积物内摩擦角分别升高4.37°和2.31°;（3）富水状态下含胶结型和填充型水合物沉积物均呈现剪缩性质,低饱和度时含胶结型天然气水合物沉积物体变相对变化较大,而水合物饱和度提高后则呈现相反趋势;（4）富水状态下含胶结型和填充型天然气水合物沉积物电阻率与富气状态下含胶结型水合物沉积物电阻率相似,均呈现先增加后降低现象,而数值则远远降低。最后,建立了南海含天然气水合物黏土质储层降压开采全耦合模型,结合实验力学参数和中国南海第二次水合物试采的GMGS6-SH02储层地质数据,对南海含不同赋存形态水合物黏土质储层进行了降压开采模拟,预测了1年水合物开采过程中储层受力及变形特性。结果表明:（1）富水状态下含填充型水合物储层压降扩散最快,而富气状态下含胶结型水合物储层则最迟缓;（2）由于混合层和气态烃层的存在,有效应力和米塞斯应力分布呈现倒三角形状,而富水状态下含填充型水合物储层的有效应力和米塞斯应力明显高于其余两者,开采1年后其米塞斯应力达到5.61MPa;（3）开采1年后含不同赋存形态的储层均发生明显的变形,富气状态下含胶结型水合物储层最大位移量为3.59m,水平井上部储层均发生明显沉降,富水状态下含胶结型水合物型储层的最大位移量为3.3m,而富水状态下含填充型水合物储层的位移量为2.6m。本文主要研究了不同赋存形态水合物对黏土质储层力学特性影响规律,以期为我国南海天然气水合物资源的安全开采提供理论支撑。该论文有图62幅,表10个,参考文献90篇。