天然气水合物（简称水合物）是我国的战略能源。勘探表明我国南海具有很大的水合物资源量，并于2017年进行了抽取水合物储层流体降压的试验性开采。但试验性开采过程产气量衰减很快，产气速率不能满足商业化开采的要求。国内外相关研究工作主要考虑气和水两相渗流，分析不同开采方式（注热、降压、CO2置换等）对产气速率和产气量的影响规律，但尚未研究清楚水合物分解过程相变、传热与多相渗流的相互作用机制。本论文结合我国南海水合物降压试采工程，主要开展室内模型实验，研究天然气水合物降压分解过程中，包含水、天然气甚至细小颗粒多相在多孔介质中的渗流规律，以探讨试采工程中所发现的产气衰减规律。　　首先，采用含水合物沉积物合成、分解及力学特性测量实验装置，以粉细砂为土骨架，开展了含水合物沉积物的样品制备和静、动三轴的力学特性测量，获得了高饱和度水合物对强度的影响特征和不同动载荷幅值下非饱和含水合物粉细砂土沉积物强度变化规律。结果表明:水合物饱和度超过55％以后，含水合物沉积物的静强度出现下降的趋势;水合物饱和度越高，水合物分解后的静强度越低;动载荷幅值/静强度超过0.5时，含水合物粉细砂沉积物的力学响应由振动压密转变为破坏液化的临界现象。这部分研究工作为水合物矿层降压过程中渗流实验设计提供基础力学参数。　　再者，完善了水合物矿层降压过程中渗流实验模拟技术，制备水合物沉积层样品，进行了不同水合物饱和度条件下的降压（一次降压和分步降压）过程渗流实验，获得了水合物分解过程温度、压力和产气的基本数据，探讨了水合物分解相变阵面的传播规律。结果表明气体渗流前锋的传播距离与时间平方根成正比，沉积物初始温度略高于冰点时，由于水合物分解吸热，引起结冰和水合物二次生成，与前人结果一致;比较了一次降压和逐级降压两种开采方式，说明分步降压能够控制结冰和水合物二次生成，有利于延长快速产气的时间。上述结果与现场试采产气特征相一致，解释了试采产气衰减问题。　　最后，为了弄清水合物分解过程土层中细小颗粒的运移特征，进行解耦分析，首先探讨了不含水合物土层中渗流的基本规律。研制了实验装置，探讨岩土中渗流导致出砂的基本现象和特征，分析了细颗粒含量、颗粒级配、渗流压差对出砂的影响，实验说明渗流致出砂现象主要取决于多孔介质中细颗粒含量及孔隙结构大小;出砂量与渗流压差呈现正相关，渗流压差越大，出砂程度越高。　　本文开展的研究工作，初步地获得了天然气水合物分解过程土层中渗流的现象和基本规律，建议开展研究与渗流相关的压力、温度等多场的物理机制，进而提出实用的数值计算模型，为水合物试采/开采方案的制定与评价提供基本依据。