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当今，随着世界资源需求量的进一步加大，煤炭、石油等常规能源带来的环境污染问题也日益严峻，这就迫使世界各国必须寻找新的可替代的清洁能源，而具有能量密度高、储量大和分布广等优点的天然气水合物因此被公认为21世纪潜在的新型能源。天然气水合物的研究涉及流动保障、作业安全、能源开采、天然气水合物的储存与运输、气候变化等方面。但对于天然气水合物的勘探与开发，钻井过程是必不可少的。
在天然气水合物地层的钻进过程中，井壁及井底附近地应力会释放，地层压力降低；钻头切削岩石、井底钻具与井壁以及岩心摩擦产生大量的热会导致井眼内温度升高。而在钻井过程中地层压力与温度的变化会导致天然气水合物大量分解。天然气水合物的大量分解会导致水合物地层颗粒间连接不稳定，引起井壁坍塌；分解产生的气体与水进入环空钻井液中，由于温度压力的改变，可能会重新形成水合物而阻塞环空；同时也会引起钻井液性能的改变，导致井壁失稳，甚至引发井涌或井喷等不安全事故。因此，钻井过程中水合物的形成和分解会引起钻井液性能改变、环空堵塞以及井壁失稳坍塌等复杂情况的出现，从而影响钻井的顺利进行。钻井液作为钻井过程的一个重要组成部分，其各组分所形成的微观结构在解决钻井问题中起着重要的作用。
在整个钻进过程中，钻井液在不同部位（钻杆、钻头以及环空处）所受的剪切作用不同，各组分所形成的微观结构也会发生变化，从而对其中水合物分解的传热过程会产生重要的影响。当前国内外研究油气勘探和油气输送中水合物的形成和分解，主要是利用高压微差示扫描量热仪(DSC)对水合物抑制性评价和水基、油基钻井液以及输油管道中乳状液中水合物形成和分解的影响因素等进行研究，较少结合钻井液微观结构研究其对水合物形成和分解的影响。然而含聚合物的水基钻井液通常具有一定的微观结构，主要包括大分子聚合物等形成的网络骨架和中小分子量物质（水、盐类以及小分子聚合物等）组成的流动填充两部分。在一定条件下形成的这些网络骨架结构，既对溶液本体有支撑作用，又吸附和包裹着大量水分子，从而产生形变阻力，而含中、小分子物质（盐和抑制剂等）的水以填充形式存在于这些网络骨架结构中。这些微观骨架结构对钻井过程中进入其中的水合物分解的传热起着重要的作用。因此，有必要对钻井过程中钻井液微观结构对水合物分解的传热影响进行研究，同时结合钻井液宏观性（主要是流变性）加以考虑分析。
基于此目的，本文分析了天然气水合物的性质特点，对水合物赋存地层钻井特性进行了描述，分析了天然气水合物的分解机理，并结合大量的相关文献调研，在前期水合物钻井液体系研究的基础上，优选含水、氯化钠(NaCl)、高粘度羧甲基纤维素钠(HV-CMC)和聚乙烯吡咯烷酮(PVPK90)的钻井液，通过模拟钻井过程中不同的剪切作用，对31个配方的钻井液分别进行了宏观流变性和微观结构（网络骨架和流动填充）测试分析，所得的结论如下：
1．分别在600r/min和6000r/min的剪切作用下，各个配方的钻井液宏观流变性发生了变化。随着钻井液中聚合物组分和浓度的增加，粘度增大，剪切应力也相应增大。当剪切作用增大时，钻井液的表观粘度、剪切应力都相应的降低。
2．分别在600r/min和6000r/min的剪切作用下，各个配方钻井液的微观结构也发生明显的变化。在低剪切作用下，钻井液中HV-CMC和PVPK90水化分子所形成的网络骨架结构光滑圆润，互相连接成网络状，并且具有一定的分形特征。加入NaCl后，NaCl结晶体会附着在聚合物水化分子表面，导致网络孔隙尺寸变小。在高剪切作用下，聚合物水化分子所形成的网络骨架结构被干扰，变薄变细，甚至断裂破坏。
3．钻井液中高分子聚合物所形成的空间网络骨架结构起着支撑的作用，吸附并包裹着无机盐离子、水分子等小分子物质，使钻井液具有一定的粘度。当剪切作用增大时，网络骨架结构变薄变细甚至被破坏，使一部分被吸附的离子、水分子等小分子物质解析进入自由水中，从而使钻井液的流动性增加，粘度降低。因此，钻井液微观网络骨架结构的完整度决定着其宏观流变性的好坏，也影响着其中热量的传递。
4．钻井液进入钻杆，从钻头水眼处喷出，再携带岩屑进入到环空中，在这个过程中由于各种摩擦所产生的热量会以热传导或对流方式传递到钻井液中，再通过钻井液的微观网络骨架结构与充填其中的流体以热传导或对流传热等方式传递到钻井液中含水合物的岩屑表面，从而引起水合物的分解。这期间，钻井液微观结构受高强度剪切作用而发生变化，从而影响热量的传递。利用分形几何学理论，建立了钻井液各组分所形成的微观多孔网络骨架结构中的热传导模型，为后续进一步研究钻井液中微观结构对水合物分解模型奠定了一定的基础。