天然气水合物在全球范围内的储量十分巨大,从海底沉积物或永久冻土区开采天然气水合物有望解决如今我国油气短缺的困境。此外对天然气水合物的研究还具有重要的环境意义。然而,目前水合物的开采依然面临成本高,难度大,规模小等问题,难以达到商业化水平,仍需对其做进一步的研究。天然气水合物开采后分解为水和甲烷,部分甲烷分子过饱和后形成纳米气泡,甲烷纳米气泡在特定条件下可以稳定存在,其内部甲烷分子可为水合物的二次成核提供丰富的气源。此外纳米气泡结构可以加速水合物结构的分解,降低体系中的传热,因而增加了水合物开采的难度和危险性,因此有必要对水合物结构分解过程中产生的纳米气泡的稳定性进行深入研究。本文通过分子动力学模拟方法研究了不同甲烷摩尔分数、外界压强和外界温度条件下,I型甲烷水合物的分解过程以及在分解过程中产生甲烷纳米气泡的稳定性情况。结果表明,在水合物结构分解过程中,甲烷浓度对水合物分解的速率影响并不大,不同甲烷分子浓度间的水合物分解速率几乎一致;在高压下,水合物结构相对稳定,但压强对水合物结构的分解速率影响十分有限;水合物结构的稳定性对温度的变化比较敏感。研究发现甲烷水合物结构分解后产生了纳米气泡结构,甲烷分子浓度、外界压强和外界温度条件对甲烷纳米气泡稳定性影响如下:（1）甲烷分子浓度对纳米气泡的稳定性具有重要影响。研究结果表明,对于甲烷摩尔分数0.065及以上的模型,甲烷水合物分解后甲烷分子虽然极易形核,但对纳米气泡的稳定存在不利影响,水合物在分解过程中易形成甲烷气层结构。随着甲烷摩尔分数的降低,甲烷气层结构被圆柱型气泡结构和球形气泡结构取代。当甲烷摩尔分数过低时,在整个模拟时间尺度内无纳米气泡结构产生。甲烷摩尔分数为0.046时,水合物分解更易形成较稳定的甲烷气泡结构。（2）相对较大的外界压强会抑制甲烷分子的扩散速率,进而阻碍纳米气泡的形成。结果表明,对于甲烷摩尔分数为0.046模型结构,当外界压强为200 bar左右时,水合物分解过程中会形成稳定的甲烷纳米气泡结构。当甲烷分子浓度越大时,水合物结构分解后产生稳定的纳米气泡就需要更大的外界压强。（3）当外界温度为330 K时,相比于其他温度条件更易形成稳定的纳米气泡结构。随着温度的升高,体系内的甲烷分子的扩散速率加快,结果导致已形成的甲烷纳米气泡不稳定,且形核的时间更具随机性,但最终甲烷分子的演变过程相似。结果表明,330 K的外界温度对形成稳定纳米气泡结构比较有利。