天然气水合物是一种重要的能源战略物资,目前的研究热点多集中在如何保证海域水合物的安全高效开采。各国实地试采工程表明,出砂问题是影响水合物产业化的关键障碍。出砂是指地层中的沉积物颗粒不受控制的从井孔产出,它不仅会堵塞采气通道,磨损钻井设备,还会引起地层破坏,引发钻井事故。故要想实现海域水合物安全有效益地开采,必须研究水合物储层出砂机理,克服出砂难题。该文首先利用海域天然气水合物分解数学模型,通过TOUGH+HYDRATE模拟器求解水合物分解过程。在分析海洋水合物开采规律的基础上,明确了影响水合物分解的参数的时空演化历程,模拟结果与日本水合物实地试采结果具有相似的变化趋势,确认了水合物开采的射孔井段存在薄弱地层,并认识到水合物饱和度和地层孔隙压力可能是影响海洋水合物开采储层出砂问题的重要因素。接着,该文围绕试采工程所关注的储层周围应力状况,以射孔处地层为研究对象,建立了适用于海洋天然气水合物储层的弹性力学模型。通过引入含水合物饱和度的粘聚力模型,考查了孔隙压力、泊松比、岩石压缩性等对出砂的影响。结果表明,孔隙压力对水合物开采中井周储层的应力状态改变最大,是影响水合物储层出砂的重要因素;应力状态临界函数表明,水合物开采中井孔附近已经出现了塑性变形区域,弹性力学模型已经不能很好的反应出砂过程中的力学状态变化。为了进一步明确水合物储层出砂机理,以井孔附近储层为研究对象,研究水合物开采中的塑性应力演化路径。结果表明,水合物储层井周存在塑性内部区、弹-塑性过渡区以及远井端的弹性区。储层出砂并非由弹性破坏导致,而是受近井端的塑性集中应变和地层孔隙压力过高两种机理控制。该文还对影响出砂的参数进行了分析,结果指出,水合物饱和度降低和孔隙压力过高是诱发储层出砂的重要因素。试采期间工程人员应当密切关注井周塑性区域的塑性变形以及地层孔隙压力的变化,提前调整工况,从而防止出砂问题的出现。该文在建立水合物储层力学模型的基础上,分析了出砂机理以及影响出砂的相关因素,给出了试采工程的一些建议,为后期建立多场耦合的出砂数学模型提供了参考。