天然气水合物钻探时,由于地层、井筒中存在天然气水合物相变问题,使得传统的环空多相流动理论无法满足工程需求,因此,需要针对此问题开展更加深入的研究。结合天然气水合物钻探的特点和控制压力钻井工艺,提出了适合水合物钻探的控制压力钻井工艺,并探讨了水合物钻探过程中的注意事项和解决方案。针对天然气水合物的储层特点以及钻探工艺,建立了井筒中和多孔介质中天然气水合物的相平衡方程;对井筒中和多孔介质中天然气水合物的生成分解动力学进行研究,得到井筒和多孔介质中的天然气水合物的生成/分解速率的计算方法。通过控制注气速率模拟地层水合物分解进入井筒的产气速率,实验研究了产气速率及环空压力对环空多相流型转化的影响规律:本实验条件下,观察到四种流型为泡状流、弹帽泡状流、弹帽沫状流以及沫状流,没有发现传统意义的段塞流;水合物分解气进入井筒后使井筒内的流动更为湍急,有利于流型转化。在实验基础上,绘制得到了不同压力下(最高0.6MPa)的流型图。并对四种流型间的边界线进行对比,得到随着压力变大,流型转化需要的气体表观速度变高,流型不易转化,即压力对流型的转化具有抑制作用。在实验和理论分析的基础上,考虑水合物的相变,建立了水合物钻探环空多相流动模型,并编制计算机算法。通过数值计算,对井筒内气体体积分数、泥浆池增量、井底压力、环空压力等关键参数对考虑水合物相变与不考虑水合物相变情况下的规律进行了对比分析,阐述了这些参数的影响因素及在实际作业过程中需要引起注意的事项,为天然气水合物钻探提供理论依据。