2017年中国南海神狐海域天然气水合物试采成功,实现了历史性突破。数值模拟技术将室内实验机理研究与现场实际生产联系起来,开发水合物藏数值模拟器,对现场施工设计具有重要指导意义。调研发现,当前的水合物藏数值模拟器,存在很多不足之处。其中HydrateResSim(HRS)是专门针对水合物藏的开源数值模拟器,但HRS中的数学模型建立较早,不能很好地描述新发现的物化机理,因此本文在深入解剖HRS数学模型代码和理解水合物开采物化机理的基础上,对已有的数学模型进行了改进,主要包括借鉴日本MH21模型将水与气的饱和度进行归一化的处理方式,修正相对渗透率曲线;考虑冰潜热对水合物分解的促进作用;考虑抑制剂内能,提高数值模拟计算准确度。修改后的数学模型,考虑因素更加完善,对天然气水合物藏开采过程中的物化机理描述更加准确。利用大型室内模拟实验以及南海神狐试采数据,对修改后的数学模型进行验证,模拟计算结果与实验和现场试采的瞬时产气率拟合度高,验证了修改后数学模型的正确性。以南海神狐海域水合物藏地质参数为基础建立了概念模型,研究降压法、注热法、井壁加热开采过程中单一因素变化对开采效果的影响,计算结果表明:降压开采中降压幅度越大,降压速度越大,产气率越大,但降压易引发储层出砂,影响后续开发,所以在优选降压幅度、速度时,应考虑到实际储藏地质条件,在条件允许的情况下压力降的越低越快越好。注热开采中井距越小,产气率越高,但后期易发生水窜,产气率降低;注入温度越高,产气率与累产气越大,但能量效率越低;注入速度越高,累产气量越大,但注入速度过高,导致储层压力升高,抑制水合物的分解,且能量效率越低。井壁加热开采初期产气率高,之后急剧下降,累产气量小,开采成本很高。单独降压,单独注热、单独井壁加热以及降压+注热、降压+井壁加热联合开采等几种开采方式计算结果对比分析,开发效果由好到差依次为:降压+注热、降压+井壁加热、降压、注热、井壁加热。其中降压+注热联合开采效果最好,累产气量和产气率最高。降压+井壁加热联合开采效果不理想,略好于单独降压开采。