全球多年冻土区蕴藏着丰富的天然气水合物资源,冰的存在是影响冻土层天然气水合物开采的关键因素。部分存在于冻土层内的水合物藏,其孔隙由水合物、冰和气体填充,并且水合物通常被冰层冻结,形成“冰冻型”水合物。目前大部分研究者主要关注于冰点以上水合物分解特性,针对冰点以下多孔介质中冰冻型天然气水合物的分解研究相对较少,而且大部分研究重点关注水合物的自保护动力学及其影响因素,很少有研究者开展冰冻型水合物开采方法研究。因此,本文主要通过实验研究冰点以下多孔介质中冰冻型水合物的生成和分解行为,并对控制其分解动力学的关键因素进行系统评价。本文首先探究了目前天然气水合物的开采方法,通过在冻土区现场试开采的效果对冰冻型水合物的开采方法进行了初选,确定冰冻型天然气水合物的开采方法为降压联合电加热法。然后设计了多孔介质中冰冻型天然气水合物生成和开采的四组实验,分析了水合物生成和开采过程中的系统特性。通过对比不同开采条件下的实验结果,研究了电加热功率、开采压力以及初始冰饱和度对开采效果的影响,并通过能量回收效率对冰冻型水合物的生产效率进行了评价。研究成果主要包括:（1）在生成水合物-水-气系统的过程中,系统的平均温度能够迅速下降到目标温度,三相（水合物相、气相和液相）饱和度随时间逐渐变化,甲烷气体不断减少,水合物的质量不断增加。水合物的生成速率受温度、压力以及气液接触面积的影响。（2）在生成水合物-冰-气系统时,孔隙中气体和水的流动会导致水合物二次生成。在降温冷却阶段,由于生成水合物造成的气体消耗和热胀冷缩作用,系统压力急剧降低。当系统温度降到0℃时,即使此时系统压力远高于相平衡压力,但水合物的生成速率几乎降到0,这说明液相水开始变成固相冰,冰膜的形成阻碍了气体分子和水分子之间的进一步接触。（3）采用纯降压法开采冰冻型水合物时,由于冰的保护效应,冰冻型水合物不能有效地利用水合物藏的显热。水合物颗粒表面的冰膜对甲烷分子起到了传质阻碍作用,阻碍了甲烷分子从水合物相扩散到气相,因此纯降压法开采只能获得少量气体。这说明当天然气水合物处于冻结状态时,冰的存在能够很好的保护水合物,使其处于亚稳态而不被分解。因此,纯降压法对于开采冰点以下的冰冻型水合物没有商业价值,自保护效应将是阻碍冰冻型天然气水合物分解的主要的不利因素。（4）采用降压联合电加热法开采冰冻型水合物时,水合物颗粒表面的冰膜首先吸收热量,然后融化成液态水,之后,天然气水合物暴露在低压环境中,水合物的分解就不再受到冰的阻碍。因此,电加热有助于促进冰点以下冰冻型水合物的分解。在1.50MPa开采压力条件下,水合物相平衡温度为-16.37℃,水合物分解产生的液相水将直接转化为固相冰。如果没有外部提供的热量来融化这些冰,水合物的分解将再次停止。随着传热阻力的逐渐增大,产气速率和水合物分解速率均随时间下降。（5）采用井筒加热后,系统的各点温度都能够上升到冰点以上,这说明虽然天然气水合物在反应釜中完全被固体冰所包围和保护,但是源源不断的热量注入能够将水合物颗粒周围的冰膜融化,从而消除冰冻型水合物的自保护效应。在每条温度曲线上都会观察到一个拐点,这是由于在冰融化和水合物完全分解之前,热量主要以热传导的形式在这些固体颗粒间传递;一旦它们完全转化为液态水和气体时,对流换热开始起到促进传热速率的作用,从而使温度上升得较快。（6）由于电加热提供的热量远高于冰融化和水合物分解所需的热量,因此净能量收益Enet随时间的推移持续增加。越来越多的能量以冰融化的潜热、沉积物吸收的显热和与低温边界的热传导的形式被消耗。此外,由于早期水合物分解速度快,能量效率η和热效率ξ在短时间内达到峰值。之后,由于热损失增加,η和ξ持续下降。（7）参数敏感性分析表明,较低的电加热功率会导致开采井到水合物沉积物的传热速率变慢,井筒加热对水合物的自保护效应的破坏作用也将减弱;冰饱和度高意味着更强的保护效应,融化所需热量更多,并且孔隙通道中冰的阻塞效应会使得沉积物的渗透性降低,最终导致冰冻型水合物的分解速率降低;开采压力的降低对于整体开采效果影响不大。这说明通常情况下,较高的电加热功率和较低的冰饱和度更有利于冰冻型天然气水合物的开采,而由于冰对水合物颗粒的保护作用,生产效率与开采压力的关系不大。因此,冰冻型天然气水合物的分解不依赖于开采压力,而主要取决于其分解和融化冰的动力学以及在加热过程中的热量传递。