21世纪人类将面临着能源危机，寻求洁净高效的新能源成为科学界追求的目标，为此，近年来，世界各国相继投入了大量的资金和人力开展新能源研究。而天然气水合物是一种储量巨大的、洁净的新型替代能源。天然气水合物主要有能量密度大，具有一定的形成条件，储量大和分布广四个特点。正是由于天然气水合物的这些特点而使其成为21世纪最具有开发前景的能源，从而引起了世界各海洋国家的高度重视。 天然气水合物的勘探、开发和利用是一个能源开发和环境保护的矛盾体。这也是天然气水合物勘探、钻井开采必须首要解决的关键性难题，在天然气水合物资源勘探过程中，钻探的方法是最直接有效的方法，但是，在天然气水合物地层中钻井时，由于钻头切削岩石的过程中会产生大量的热能，同时其他井底钻具与井壁和岩心的摩擦也会产生热能，另外，井壁和井底附近地层应力释放，地层压力降低，因此，势必造成天然气水合物的分解，岩石强度降低。钻井过程中水合物的分解会对钻井、钻进质量、设备等造成严重危害，所以，钻井过程中的热压力特性和规律的研究具有极其重要的意义。 由于钻井过程中难以用实测方法对井内温度进行连续测量，因此，建立适当的数学模型对其进行模拟就成为确定井内温度的主要途径。国内外已有许多学者对此进行了研究，并得出了一些模型，而这些模型或多或少地在某些方面进行了简化，从而使其准确程度和适用范围受到了限制，但这些为以后的计算传热学的进一步发展奠定了基础。 国内外对钻孔内压力和温度的分布特性都研究得比较深入，这方面的文献资料也比较多，但是在天然气水合物地层钻进时，我们不能只简单研究压力分布，或者温度分布，而应该综合考虑两者的作用。本文以国家自然科学基金项目“天然气水合物钻进过程中井内热压力特性研究”为背景，先理论分析了钻井过程中钻孔内温度和压力的分布规律，以及地层中温度分布规律，并且建立了适当的数学模型。然后本文结合具体的工程实例，利用ANSYS有限元分析模拟软件对钻孔内钻井液的流动进行了模拟仿真，得出不同时刻钻孔内温度分布曲线，最后对数值模拟结果做出相应的分析，得出一些有用的结论。 本文主要章节内容如下： 第一章：首先介绍了天然气水合物的特点，及国内外研究现状，然后介绍了国内外天然气水合物勘探的研究现状，提出本文的分析的目的及方法。 第二章：根据工程流体力学的相关知识，结合国外相关资料，对钻井过程中，钻孔内压力损耗进行了理论分析，同时对钻孔过程中的波动压力也进行了相应分析。 第三章：根据传热学等相关知识，对钻井过程中，钻孔内温度，以及周围地层中的温度分布做了相应的理论分析，建立了反应钻孔内及周围地层温度分布的数学模型。 第四章：首先介绍了ANSYS中流体分析模块FLOTRAN的基本知识，以及计算流体力学(CFD)的相应的理论知识，然后针对具体的工程实例，通过ANSYS进行了数值模拟，利用ANSYS强大的后处理功能，绘制出钻孔内钻井液流速和压力分布以及不同时刻钻柱内以及环状空间内的温度分布，同时还绘制出地层的温度分布。通过对输出结果分析，得出了一些结论。 第五章：提出本文所取得的成果以及存在的不足，并提出相应的解决建议。