本发明涉及一种研究天然气水合物地层对钻井液侵入响应特性的实验装置及实验方法，装置包括钻井液循环机构、高低温恒温实验箱、气测渗透率机构、水/气注入机构、环压跟踪机构、回压机构、检测机构、出口计量机构、岩芯转移机构、取样机构和工控机；实验方法在装置上完成，有水合物沉积物气体渗透率实验的方法，钻井液对水合物沉积物的侵入及侵入过程中水合物沉积物动态响应特性监测的实验方法；水合物沉积物岩芯保真转移方法。本发明提供了前期室内天然气水合物地层对钻井液侵入响应特性研究，可掌握钻井液侵入对水合物地层物性的影响规律，可实现模拟含水合物沉积物样品的保真转移，为今后水合物地层开发钻井安全和测井准确解释提供依据。