天然气水合物储量巨大、环境友好,是我国重点研究和亟待开发的潜在能源之一。降压法目前被认为是实现水合物开采最行之有效的方法。水合物降压开采涉及到相态变化、多相流动传热、储层孔隙结构变化等多种物理化学过程。其中,水合物快速分解是实现天然气水合物高效开发的首要环节。由于水合物分解是吸热过程,特定条件下的水合物藏开采过程中会有冰相生成;同时在流体拖拽力的作用下,水合物相和冰相颗粒会在孔隙通道内发生运移,进而引发局部流动通道堵塞,造成水合物开采过程气水产出的不稳定性。因此,开采过程冰相生成-运移-堵塞机制成为探究水合物开采效率的关键科学问题。本研究以水合物分解动力学和计算流体力学为基础,重点对冰相生成-运移-堵塞对天然气水合物降压开采特性的影响进行研究,进而优化水合物开采数值模型,更好地指导实际生产。首先,通过对水合物降压开采模型的改进和数值求解,揭示了原位冰相生成对水合物分解产气过程的影响。基于新生冰相附着于水合物表面的假设,提出生成冰相所覆盖的水合物表面积的计算模型,并将原位冰相引入到绝对渗透率模型和质量、能量守恒方程中。从而实现了冰相对水合物分解速率、气液流动和热质传递影响的描述,使改进模型对有冰相生成的水合物开采过程的刻画更加完善、准确。研究发现,考虑冰相后,虽然在靠近开采井区域冰相集中生成,并对水合物分解产气率和储层渗透率起到抑制作用,但储层温度在下降到冰点附近后保持平稳,使水合物能够持续分解,储层的产气量增加。同时,发现开采井压力越小,冰相的生成量越多,对水合物开采过程的影响更显著。不同的储层初始温度对冰相生成的影响很小。其次,通过实验研究,阐明了不同流固密度差下流体驱动颗粒堵塞机制,并在此基础上建立了水合物相和冰相颗粒在流动通道内形成堵塞的控制方程。实验研究发现,流动通道堵塞率随流固密度差的增加先增大后减小。这一变化趋势是由有效通道直径的变化引起的。在较小流固密度差下,有效通道直径等于通道固有直径,堵塞率随密度差的增加而增大。当流固密度差较大(大于0.13 g/cm3)时,有效通道直径小于通道固有直径,且随密度差的增加而减小,导致堵塞率随之减小。基于此,建立适用于水-甲烷-水合物-冰体系的流动通道瞬时堵塞率计算模型。并通过图像分析法判断,当堵塞率计算结果大于0.6时,堵塞发生。最后,基于双流体模型理论,建立考虑冰相生成、水合物相和冰相运移-堵塞的天然气水合物降压开采模型,着重阐明了水合物相和冰相运移-堵塞对水合物开采特性的影响。研究发现,水合物相和冰相运移到靠近开采井区域形成堆积,使局部储层渗透率增长缓慢和温度下降,导致储层产气率下降。与固相静止模型相比,该双流体模型的计算结果与实验数据的契合度更好。水合物相和冰相运移使冰相生成量增加,并使其分布更集中在近井区域。较低的开采井压力可使水合物相和冰相运移产生的影响得到放大。另外,固相颗粒粒径较大时,会在近井区域发生通道堵塞,使渗透率和温度大幅下降。而当颗粒粒径小到一定程度时,粒径的变化对渗透率和产气量的影响很小。不同的颗粒粒径不影响储层压力场的变化。因此,在水合物降压开采过程中,设法降低储层中,尤其是近井区域的水合物相和冰相的运移速度和颗粒粒径,是提高产气率的有效手段。同时,应根据储层条件设置合适的开采井压力,一味降低井压反而会造成生产效率的降低。