天然气水合物（可燃冰）是一种没有开发、资源潜力巨大的非常规天然气资源，仅我国南海北部陆坡的资源量就达数百亿吨油当量，是保证我国未来能源安全的重要战略顶替资源。其间，I类天然气水合物储层展现出极强的商业化开发潜力。受试验设备技能瓶颈约束，现有试验室内研讨多聚集于结构相对比较简单的III类储层，而I、II类储层因难以精准模仿原位地热梯度与层间相互效果，相关试验验证匮乏，成为限制天然气水合物安全、经济、规模化商业挖掘的要害科学与技能瓶颈。
图1 南海天然气水合物储层散布与特征：(a)、(b) CMGS6-SH02井与SHSC-4井的区域地质布景、井位及测井成果归纳直方图；(c) I类储层挖掘示意图；(d) 反应釜内的I类储层；(e) 天然气水合物储层分类（H：水合物；W：水；G：气体）
近来，清华大学深圳世界研讨生院副教授訾牧聪团队针对上述难题，自主研发了新式360°可旋转分段控温高压反应釜系统，在试验室标准完成了I、II、III类天然气水合物储层的精准模仿，系统阐明晰三类储层降压挖掘过程中的差异化产气特性与效果机制，为我国南海天然气水合物商业化挖掘方案优化供给了要害的试验支撑与理论根据。
团队经过系统的室内试验与理论剖析，取得了一系列打破。首要，团队立异研发了新式试验模仿系统与样品制备办法，打破了储层模仿技能瓶颈。研讨团队自主规划了一套带双独立水浴夹套的360°可旋转高压反应釜，配套建立了“水合物组成—旋转—降压挖掘”的全流程试验办法，霸占了传统试验设备无法同步模仿储层原位地热梯度、水合物层与下伏层间相互效果的职业难题。该设备可精准操控I类储层中，水合物层温压条件处于相平衡曲线内、游离气层处于相平衡曲线上，完美复原南海原位海洋沉储蓄层特征。一起，研讨团队立异采用了氮气示踪技能，完成了游离气与水合物分化气的实时精准区别，清晰了不同气源对产气的奉献占比，为水合物挖掘范畴数值模仿模型供给了要害的试验校准与验证根据。
此外，研讨系统提醒了三类典型水合物储层差异化产气规则，清晰I类储层开发优势。团队研讨之后发现，在水合物总量安稳的操控条件下，I类储层出现明显的“两阶段产气”特征：挖掘前期以下伏游离气层产气为主；挖掘后期水合物分化气成为主导。
研讨一起阐明晰三类储层的中心产气差异：I类储层的游离气层可明显加速压力传递，经过强对流效果向上补给水合物分化的吸热损耗，完成产气的继续安稳；II类储层的下伏水层虽能供给显热缓冲，按捺水合物层过度降温，但水锁效应会严峻阻止层间暖流传递，导致产气功率最低、产水量最高；III类储层均质的水合物散布使其初始分化速率快、累计产气到达90%所需时刻最短，但缺少可动流体的能量与物质支撑，后期产能快速衰减，稳产才能缺乏。
图3 全工况中心挖掘目标计算：(a) 累计产气90%耗时（t90）与气水比（RGW）；(b) 天然气采收率与水产收率（RG、RW）
终究，该研讨清晰了量化要害参数影响机制，为现场挖掘优化供给中心试验根据。研讨团队针对I类储层，系统展开了初始温度、水合物饱和度、井筒挖掘压力等要害参数的敏感性剖析，清晰了各参数对挖掘功率的调控机制。研讨标明，储层低温会削弱水合物分化驱动力、添加流体渗流阻力，明显延伸挖掘周期；低水合物饱和度会下降总产气潜力，但可有用提高储层浸透率，加速压力传达与产气进程；高挖掘压力会削弱分化驱动力，但可大幅度下降累计产水量，完成气水比的优化提高。一起，研讨之后发现，过度降压会添加储层部分水合物二次生成与冰堵危险，为现场挖掘的井筒压力调控、防堵工艺规划供给了重要的试验参阅。
针对该范畴未来展开，团队提出了下一步要点研讨方向：聚集水合物层与游离气层界面处的三相共存区，展开精细化表征；厘清挖掘过程中，下伏气体窜流对上覆水合物储层安稳性的搅扰机制；结合散布式温压声传感、同位素示踪等先进的技能，精准描写储层物性的时空演化规则，终究构建完善的天然气水合物商业化挖掘理论与技能系统。
论文通讯作者为訾牧聪，榜首作者为清华大学深圳世界研讨生院2023级环境科学与工程专业博士生叶鸿宇。论文一起作者还包含清华大学深圳世界研讨生院教授陈道毅、2025级环境科学与工程专业博士生李杰、2025届环境科学与工程专业博士生毕业生姚远欣、2023级环境科学与工程专业博士生段军，福州大学研讨员吴学震，我国石油大学（华东）教授李大勇。研讨得到了国家自然科学基金、深圳市科技方案项目、广东省海洋经济展开（六大海洋工业）专项资金等项目的赞助。