能源资源的勘探开发以及寻求新的替代能源已成为国家经济发展的战略课题。天然气水合物作为一种新型的清洁能源,具有巨大的资源储量,近年来世界各国相继加大了对天然气水合物资源勘探与开采的相关科学研究。天然气水合物沉积层骨架结构特征以及内部流体特性,是影响和控制沉积层渗流特性变化与气、水多相渗流的首要因素,同时其控制着天然气水合物开采过程沉积层的基础稳定性,对天然气水合物安全、高效开采起到极其重要作用。为了获取水合物沉积层骨架结构变化特征,本文开发了高压、低温条件下天然气水合物沉积层识别分析的X射线CT可视化技术系统,获取天然气水合物沉积层骨架结构及孔隙空间内部特征信息;实现沉积层骨架结构三维重建,为天然气水合物气、水多相渗流研究奠定基础。为了探明水合物沉积层骨架结构特性及内部流体特性等因素对气/水两相渗流影响规律,将原应用于石油开采领域的孔隙网络模型引入到水合物沉积层渗流特性研究中,建立了适用于天然气水合物渗流特性模拟研究的孔隙网络模型,将水合物沉积物内部空间孔隙结构参数化,同时该模型也考虑了天然气水合物的随机分布特性。并利用孔隙网络模型计算得到气水渗流特性与资料以及实验两组数据进行比较,对该方法的可行性和准确性进行验证。阐明了沉积层粒径分布及天然气水合物饱和度对沉积层渗透率变化规律的影响,揭示了沉积层润湿性以及其内部各相流体之间的界面张力对渗透率变化规律的影响。系统研究了水合物沉积层结构特性对水合物沉积层内部渗流的影响规律。研究发现水合物沉积物中水合物饱和度的减小,促进水相流动,导致水相相对渗透率增大,毛细管力降低。孔隙度大的水合物沉积物增大了孔隙网络模型的孔喉比,影响气相流动的连续性和稳定性,降低了气相相对渗透率,减小了孔隙内部毛细管力。深入探讨了含水合物多孔介质特性及流体特性对渗流的影响。研究发现系统润湿性均匀情况下,水相相对渗透率在亲湿系统中比在非湿系统中低,气相相对渗透率则呈现相反的趋势。水驱替在非湿性系统中比润湿性系统中的效率低。在润湿性不均匀系统中,非湿性在多孔介质系统中所占的比例增大,促进气相的流动,导致残余气饱和度越低。在润湿性比例相同的情况下,连通性强(配位数大)多孔介质系统的残余气饱和度总是最低的。同时还发现,气水两相之间的界面张力对气水流动有一定的阻碍作用,并且含水合物多孔介质内气水两相之间的界面张力越高,毛细管力就越大。