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天然气水合物被认为是21世纪的一种优质、洁净能源，因为其储量大、能量密度大、在全球范围分布广，目前己引起世界各国政府的关注，对天然气水合物基础性质及其开采技术的研究具有重要的理论和现实意义。
本论文针对天然气水合物的开采进行物理模拟和数值模拟研究。研制了一套国内领先的天然气水合物开采模拟实验系统。描述了含天然气水合物的多孔介质的孔隙度、渗透率、饱和度等开采基础参数。实验得到了填砂模型中天然气水合物的相平衡曲线，与前人研究结果对比吻合较好，验证了实验系统的可靠性。首次系统地进行了填砂模型中天然气水合物的降压、加热及注化学剂开采的物理模拟实验，分析了开采动态及影响因素。在本实验条件下：降压幅度主要影响最终产出气体的总量；降压速度越大，产气速率越大。注热水开采时热前缘推进速度主要受热水推进速度控制；注热水温度对产气速率的影响较小；注热水速度越大，产气速率峰值越高；本实验系统热量损失大，换热效率和热利用率小。注化学剂能促使天然气水合物快速分解，但经济成本太高。
考虑水、气、水合物三相，水、气、水合物三个组分，根据质量守恒和能量守恒原理，考虑天然气水合物在多孔介质中的相平衡和分解动力学，建立了国内领先的天然气水合物降压及加热开采的数学模型。利用该模型对降压、加热物理模拟实验结果进行了拟合，验证了数学模型的准确性。在此基础上，对天然气水合物藏降压及加热开采进行了参数敏感性分析，结果表明：降压开采的敏感因素有渗透率、初始水合物饱和度、出口端压力、渗透率下降指数、水合物分解速度常数等，加热开采的敏感因素有水合物藏初始温度、砂岩的导热系数和比热等。对不同类型天然气水合物藏的开采效果进行了模拟计算，结果表明：有下伏气藏的天然气水合物藏与纯气藏相比，产气速率更高，累积产气量更大，储层压力降低更慢。无下伏气藏的天然气水合物藏与有下伏气藏的水合物藏相比，产气速率及累积产气量均较低。