天然气水合物是一种未来潜在清洁能源,分别蕴藏于陆地永久冻土带和海洋中。目前现场开采情况均表明:水合物开采分解过程中地层极易失稳发生破坏,大量砂随着流体进入井筒迫使开采终止,严重降低了水合物的开发效率。水合物在生成和分解过程中是否对地层产生破坏,导致地层强度降低,更易出砂。针对该问题本文对水合物生成前、水合物生成后、水合物分解后不同状态下的岩样进行了初探性的单轴抗压和巴西劈裂实验测试,对比分析发现:对于强胶结砂岩骨架和弱胶结砂岩骨架,在水合物经过生成和分解后,试样的强度均出现了显著的降低,弱胶结砂岩试样降低幅度更大;对于强胶结骨架砂岩水合物的生成显著提高了其抗压强度,而对于弱胶结砂岩,水合物生成后原样抗压强度未发生显著改变,弹性模量甚至降低,且在试样表面出现裂纹,水合物分解后试样破坏零散。通过颗粒夹杂复合材料理论模型计算结果表明:当纯水合物的弹性模量较低时,水合物沉积物试样的弹性模量随着水合物饱和度升高而基本不变或略有降低。基于统计损伤本构模型计算表明:原样砂岩试样在经过水合物生成和分解后,试样的损伤变量曲线显著不同,单轴实验中分解完后的试样应力在达到峰值时,损伤变量达40%左右;三轴实验中轴向应力加载初期损伤变量已高达98%,水合物在生成分解过程对试样产生了明显损伤,导致了水合物开采出砂严重。从水合物开采过程中地层含水率变化角度出发,结合颗粒尺度微观模型研究了水合物分解后胶结作用丧失后颗粒间液桥力与含水饱和角的关系。基于Bishop有效应力理论建立考虑含水饱和度变化与地层孔隙压力关系式,结合岩土破坏准则建立水合物储层出砂临界井底压差和出砂半径计算方法。随着储层内聚力的降低,临界出砂井底压差降低;在内聚力和摩擦角的值较低时,两者微小的变化导致出砂半径急剧增大,出砂越严重。