天然气水合物（Natural gas hydrate,NGH）的总有机碳储量约是全球常规能源碳总量的两倍,是未来化石燃料的替代能源。当前NGH的开发仍处于试采初期,面临诸多技术难题和环境问题。固态流化开采是适用于深水浅层弱胶结NGH的安全开采方法之一。但由于固态流化开采一次喷射破碎后,水合物颗粒与泥砂颗粒仍呈弱胶结团聚态,并随钻井液进入海上钻采平台,出砂严重不仅造成能耗高、管道堵塞等问题,还会对海域环境造成巨大的威胁。本文以NGH固态流化开采过程的原位除砂需求为背景,研究制备可在常温常压条件下用于模拟固态流化开采破胶除砂研究的水合物相似材料的方法,并开展旋流破胶除砂实验,具体研究成果如下:（1）根据海底弱胶结NGH的组分调研结果,采用亲水聚乙烯（PE）和砂（石英砂和胶结剂的混合物）分别模拟水合物和泥质粉砂,制备弱胶结水合物相似材料（WCMSM）。利用SEM、Micro-CT、MIP等微观分析手段观察WCMSM微观孔隙结构及胶结状态。通过弱胶结颗粒劈裂试验和三轴压缩试验,探讨了氯盐类型、盐胶比、物料配比和养护龄期对WCMSM抗拉强度σt、抗压强度σc、黏聚力c、内摩擦角φ等力学性能的影响。并以盐胶比和物料配比为因变量,建立WCMSM抗拉强度、黏聚力和内摩擦角的多元线性回归模型,建立用于海底NGH相似材料制备的经验方程。实验结果表明所制备的NaCl-WCMSM在养护龄期7d时,测得的σt为0.18～0.42 MPa,σc为1.82～4.57 MPa,φ为33.1～34.8°,c为0.50～1.19 MPa,各项力学指标均符合海底含水合物沉积物（HBS）的数值范围。（2）利用新型的旋流破胶和除砂耦合分离器,模拟研究井下原位旋流破胶特性。实验结果表明,旋流场对WCMSM具有良好的破胶性能。当特征雷诺数Re为1.70×104时,不同胶结强度的WCMSM破胶效率EB为45.87%～99.61%,水合物相似材料分离效率EPE为 46.11%～99.64%,除砂效率Es为87.66%～99.98%。对于σt小于 0.19 MPa 的 WCMSM,EB和EPE均达85%以上,对于σt为0.42MPa的WCMSM,调整Re为1.70×104时,EB增加27.74%～68.83%。基于实验数据,本文建立了弱胶结水合物相似材料胶结强度与旋流场强度的多元回归模型,得到颗粒抗拉强度、特征雷诺数以及特征速度之间的数值关系。并对旋流场中弱胶结颗粒团进行受力分析,建立颗粒材料内部的弱胶结力和流场对颗粒施加的破胶结力之间的相互关系,得到破胶临界模型。