一种制备均匀水合物储层样品的系统及方法，所述系统包括微纳米气泡溶液制备单元、水合物储层样品生成单元、数据采集与监测单元、供气单元；其制备方法是通过制备微纳米气泡溶液加压输出至填砂管中，驱替填砂管中土样中的水后，调控填砂管内的温度至设定值，在填砂管内生成水合物，实时测量反应釜内温度和压力变化，待温度和压力值稳定后，结束反应。本发明采用上述技术方案，利用微纳米气泡的传质效率高且存在较高内压，相较于溶于水中的气体，气泡能优先成为水合物的成核位点，加快水合物生成，可以有效减少铠甲效应。可削弱传热过程中温度梯度和导热系数变化对水合物生成的不利影响，最终获得水合物分布均匀的含水合物细粒沉积物样品。