随着陆地石油储量不断减少和深水油气探明储量不断增加,深水油气钻探技术逐渐成为研究热点。深水油气钻探面临着许多复杂技术难题,其中深水井筒及管路所处的低温高压环境极易导致天然气水合物的形成,而大量水合物可堵塞井筒上部环空、防喷器和压井管线,妨碍钻柱活动,影响钻井液性能,这就需要研究深水钻井液中水合物的形成和水合物抑制剂作用机理,优化深水钻井液水合物抑制性能。本论文从宏观实验和微观分解过程两方面对深水钻井作业中的天然气水合物形成和分解以及水合物抑制剂性能进行了研究,测试了聚乙烯吡咯烷酮与乙二醇醚类复配制剂和新型抑制剂烟酰胺对水合物生成的抑制效果,利用分子动力学模拟软件在分子水平上模拟了水合物在聚乙烯吡咯烷酮和烟酰胺作用下的分解过程,研究了抑制剂分子活性基团的作用机理,为新型耐低温水合物抑制剂YSY系列研发提供了支持,并对研发的YSY系列水合物抑制剂进行了评价,优化了钻井液配方,得到具有优良水合物抑制性的SDF深水钻井液体系。实验结果表明,PVP和烟酰胺与乙二醇醚类复配使用具有协同增效作用,可以提高水合物抑制性能。分子模拟结果表明,两种抑制剂分子环上的酰胺基是起到水合物抑制作用的活性基团,分子结构中的多元环和吡啶环通过空间位阻作用抑制水合物晶核聚集。YSY系列水合物抑制剂具有优良的防冻性能和水合物抑制性能。在-5℃、10MPa下,优化出的SDF钻井液体系中超过330min无天然气水合物生成,基本能够满足深水钻井中水合物抑制需求。本文实验和模拟结果为开展深水钻井液现场应用试验提供了理论和方法指导。