随着常规能源的日渐枯竭,人类面临着严重的能源短缺问题。天然气水合物作为一种分布广泛的新型能源,具有储量丰富、能量密度高以及对环境污染小等优点,被认为是二十一世纪具有巨大商业开采价值的新能源。目前,天然气水合物开采的主要方法有热激法、减压法和化学试剂法,这些传统开采方法极易造成水合物赋存地区的地层失稳情况,这将制约着其在实际开采过程中的应用。与此同时,温室气体C02的大量排放已经成为重大的环境问题,CO2封存被认为是减少CO2排放,减轻全球温室效应的有效手段。基于以上两点,研究人员提出了使用C02置换天然气水合物中的CH4的设想。该方法不仅避免了常规开采方式的一些缺点,还提供了一种长期封存C02的有效途径。本文通过对不同类型水合物之间记忆效应的研究,证实了不同类型水合物之间存在记忆效应,为置换实验提供了理论支持；在不同的温度压力条件下,对不同饱和度的甲烷水合物进行了置换实验,探究了不同因素对于置换效率的影响。本文主要内容包括：(1)对国内外CH4水合物置换研究进行了分析总结,证实了置换的可行性,指出了不同形态CO2置换CH4水合物的优缺点以及需要克服的关键技术问题,并结合课题组实验室实际情况,设计出了适合本研究的两套实验系统。(2)通过控制生成温度和压力,成功制备了三种不同型水合物。结果发现,虽然三种水合物生成的温压条件各不相同,但是生成过程中的温压变化规律一致,说明水合物的生成遵循相同的规律,这对任意水合物生成状态的判断具有重要参考价值。(3)在相同的温压条件下,利用不同的水源,对三种类型的水合物进行了重复生成实验。实验结果表明,对于三种水合物来说,不论是自身分解水,还是其他水合物的分解水,都可以使水合物生成的诱导时间明显缩短,这不仅证实了三种类型的水合物都存在自身记忆效应,还证实了不同类型水合物之间同样存在记忆效应。由于水合物置换开采过程涉及到不同类型水合物的分解与生成过程,因此,该研究结果对于水合物置换开采的可行性具有重要的理论支持作用。(4)制备不同饱和度的甲烷水合物,在不同的温度压力条件下使用气态CO2进行置换实验。通过分析实验结果,发现置换效率与水合物饱和度、置换温度压力条件密切相关,但是置换时间对于置换效率影响较小。(5)将气态CO2置换与降压开采手段相结合,并且与单纯进行置换开采的效率进行对比,发现在置换一段时间之后降压一段时间,再进行置换的效率要明显高于相同条件下的置换效率,证实了两种开采手段相结合更加高效。