天然气水合物被称作“可燃冰”,是一种高能量密度的新型能源,具有极高的资源价值。为揭示天然气水合物产气效率影响因素及试采工程中储层物性的演变规律,本文采用理论分析,室内实验和数值模拟相结合的方法,研究了天然气水合物的分解特性和降压开采过程存在的多物理场耦合问题。主要成果和结论如下:(1)采用天然气水合物一维模拟实验系统,开展了不同粒径石英砂中天然气水合物的生成/分解实验,并基于恒容温度扫描法测试了相平衡曲线。实验结果表明:天然气水合物生成可划分为混合气水降温阶段、水合物快速生成阶段、水合物缓慢生成阶段和水合物稳定存在阶段,生成过程气体压力共下降3.38MPa,温度降低14.5℃;天然气水合物降压分解呈现出循环产气特征,累积产气量曲线成阶梯状,共产气14694.4 ml;70目和300目石英砂颗粒尺度较大,颗粒间毛管力对水合物生成和分解过程基本无影响,两者相平衡曲线基本一致,压力和温度函数关系为y=10-11×e0.1033x。(2)采用天然气水合物二维模拟实验系统,对不同井型下天然气水合物的降压开采过程进行了实验。实验结果表明:单垂直井和单水平井降压分解时温度下降幅度一致,最高下降温度均为2.25℃,水平井温度下降用时6000s,垂直井用时15000s;垂直井和水平井平均产气速率分别为81.6 ml/s和145 ml/s,后者是前者的1.78倍。(3)推导了全耦合天然气水合物化学分解、气-水两相渗流和温度等多个物理场的偏微分方程组,建立了二维轴对称几何模型,采用COMSOL有效计算了模型的数值解。通过对比全耦合模型与Musuda室内实验结果,验证了模型的可靠性和适用性,与其他学者数值模型相比,简化了编程和计算工作量,提高了计算结果的准确性。(4)基于已验证的全耦合模型,研究了不同耦合关系下储层物性的演变规律和产气效率,并讨论了参数的敏感性。结果表明:三种描述天然气水合物降压开采的耦合关系中,模型T-H2-C虽产气速率最低,但综合考虑了传热、气-水两相渗流及化学分解等物理场,储层压力、水合物饱和度和渗透率等参数变化曲线不存在明显的界面效应。峰值产气速率和累积产气量随生产压差、初始绝对渗透率的增大而增大,随相平衡曲线的左移而增大,随初始含水饱和度的增大而减小;水合物饱和度降低速率和渗透率增大速率与生产压差、初始绝对渗透率和相平衡曲线参数e1成正相关,与初始含水饱和度成负相关。