天然气水合物以其巨大的资源量成为能源开发的热点。在油气资源日趋紧张的形势下,合理开发天然气水合物藏,可以缓解目前社会所面临的能源危机。世界各国政府都高度重视对天然气水合物开采的基础研究,降压法是开发天然气水合物藏的一种重要的方法。在天然气水合物的降压开采过程中,天然气水合物在多孔介质中的形成与分解对储层参数(如饱和度、渗透率、孔隙度、声波波速、岩电阻率)的影响,一些重要的开发参数(如水合物饱和度)的测试和定量解释,地层水中的盐浓度、水合物饱和度的分布对水合物藏的开发动态的影响,相应的数学模型和数值模拟研究等问题是天然气水合物开发领域的前沿课题。目前,国内外对这方面的研究尚十分欠缺。本研究从室内实验、理论研究和数值模拟三个方面出发,对以上问题进行了研究。研究分两条主线:一是实验研究,主要进行天然气水合物实验设备的研制、储层物性测量和开采实验;二是数值模拟研究,包括天然气水合物开采数学和数值模型的建立、相应计算程序的编制和数值模拟。在充分调研的基础上,设计了天然气水合物储层物性测量及开采实验系统和一维天然气水合物电阻率测量实验装置,专门用于水合物储层参数变化规律实验研究和水合物储层电阻率测量;建立了含盐富水相天然气水合物储层开采数学模型,该模型可以描述三相(气、液、水合物)八组分水合物储层开采的多相非等温渗流。研究得出了如下结论:(1)实验验证了储层渗透率和孔隙度随水合物饱和度的变化规律,提出了新的描述储层渗透率和水合物饱和度之间关系的指数型关系式;验证了水溶液中盐组分的存在可引起甲烷水合物相平衡曲线向左移动,回归了新的盐浓度与过冷度关系的经验公式。(2)提出描述储层声波波速与水合物饱和度的修正的威利方程,可以解释储层的水合物饱和度。(3)提出了适用于含盐富水相的天然气水合物体系的饱和度电阻率解释模型,并进行了一维天然气水合物电阻率测量实验,利用水合物饱和度电阻率解释模型可以确定水合物饱和度分布。(4)提出天然气水合物加热分解的动力学理论假设,并分析了天然气水合物降压与加热分解的综合过程,使建立的天然气水合物开采数学模型可以描述降压和加热开采过程。在所建立的含盐富水相天然气水合物储层开采数学模型中,包括组分质量守恒方程、能量守恒方程以及气组分、盐和抑制剂的输运方程、天然气水合物的分解动力学方程。该模型较全面地反映了含盐富水相天然气水合物储层开采的作用机理。(5)应用有限差分法对含盐富水相天然气水合物储层开采数学模型进行了离散。数学模型的求解方法采用变量逐次求解的方法,即在一个时间步长之内依次求解压力、饱和度、温度、气相组分分数、盐或抑制剂的浓度分布。实践表明,该计算方法既满足了数值计算的需求,又使得处理过程变得相对简单。(6)利用所编制的含盐富水相天然气水合物藏储层开采数值模拟程序,对一维甲烷水合物降压开采实验进行了数值模拟。讨论了水合物降压开采的影响因素。结果表明,水合物饱和度分布、储层水溶液的盐浓度等因素对水合物降压开发动态具有明显的影响。