天然气水合物作为广泛分布的清洁能源,受到国内外普遍关注,日本与我国相继开展的海洋试采,初步验证了技术可行性,但是日产气量及持续开采时间,仍然不能满足规模化与商业化开采要求,其中储层渗透性质是重要影响因素之一。我国南海赋存水合物的沉积物以砂质和粉质粘土为主,其粒度分布与土颗粒的膨胀性和水敏性等特性都严重影响了渗透性,同时水合物开采中水合物分解及地层应力作用下的孔隙结构变化,也导致了气体产出的不确定性,为此本文以粉质粘土和玻璃砂为对象,重点研究了有效应力、水合物饱和度等参数与渗透率之间的关系,分析了其达西渗流及非达西渗流特性,建立了适于水合物降压开采的产气模型。主要研究工作如下:首先,研究了不同有效应力下含甲烷水合物粉土质沉积物的气相渗透率。搭建了高压水合物稳态气相渗流实验平台,在南海神狐海域天然气水合物储层的温度压力条件下,采用蒙脱石、伊利石、和高岭石三种粉土矿物,研究了粉土沉积物气相渗透率随饱和度的变化规律,探明了水合物颗粒与土体团聚结构对渗透率影响的作用机制。发现了影响渗透率变化规律的临界饱和度,在临界饱和度之上,随水合物饱和度增加,沉积物中由于失水作用而产生的土体团聚结构,成为土体支撑骨架,使得水合物沉积物渗透率大于纯土沉积物。提出了应力敏感性概念,分析了有效应力对不同水合物饱和度下粉土沉积物的气相渗透率影响,评估了气相渗透率的应力敏感性。其次,改善了甲烷水合物沉积物气相渗透率测量实验平台,研究了天然气水合物分解与二次生成过程中粉土沉积物气相渗透率。利用菲克定律分析了粉土试样中CH4气体渗透系数和扩散系数衰减特性,揭示了水合物分解水在粉土中形成的结合水、以及土颗粒的水敏性和膨胀性是导致渗透率衰减的主要因素。总结了水合物分解对三种粉土气相渗透率造成的损害程度。采用Ives和Pienvichitr模型和Tien模型预测了水合物分解后试样孔隙度的衰减百分比,探明了蒙脱石,伊利石,高岭石其膨胀性依次降低的变化规律。并且发现了水合物二次生成对气相渗透率的影响机理。第三,利用自行搭建的水相渗透率测量实验台,研究了含水合物饱和土中的水相渗流特征。通过数据拟合,获取了水合物沉积物中非达西流和达西流的水相渗流形态,发现了水相渗流过程中最小压力梯度阈值的存在。计算了水相不同渗流形态下的渗透系数和渗透率,分析了最小压力梯度阈值、水相渗透系数和水相渗透率随水合物饱和度的变化规律,阐明了最小压力梯度阈值和渗透率之间的关系。最后,探明了砂质沉积物中渗透率随沉积物压实度和水合物饱和度的变化规律。通过结合Masuda模型和Ren模型与孔隙度和有效应力之间的关系,提出了用于估算水合物降压分解过程中有效渗透率瞬态变化的表达式。并且将实验获取的沉积物孔隙度,有效应力,分解压力以及渗透率等参数用于热-流-力-化学多场耦合理论,建立了甲烷水合物开采模型,模拟分析了开采过程中水合物沉积物压缩性和水合物饱和度对产气量、产气速率的影响。