天然气水合物普遍存在于全球范围内,主要富集于极寒冻土地带、极地大陆架、陆坡的沙砾处、深海底部以及深湖底部的沉积层裂缝孔隙中。其资源量巨大,是清洁环保,最具开发价值的可再生能源。目前,大多是利用填砂管和胶结岩心模拟出地层环境来探究水合物的生长过程,但不具备可视化效果,不能直观地反映出水合物成核及生长的过程。此外,对天然气水合物在岩石矿物表面的粘附力学特性进行分析,能够对水合物在沉积层中的影响进行正确评价以及有效控制,是水合物开采过程中十分重要的环节。本文首先构建了常压可视化微观孔隙结构中水合物生成装置,通过实验观察环戊烷水合物的生长形态及生成规律,探究了水合物生成速率的相应影响因素。此外,通过自行构建的液相、气相体系的水合物壁面粘附力测试实验装置,探究了过冷度、生成时间、岩石壁面微结构、岩石矿物种类等因素对粘附力的影响,并对实验结果展开理论分析。最后,构建了流体将壁面水合物驱离时的临界流速模型,并通过CFD技术,对流体驱离壁面水合物的现象进行了数值模拟,验证了所建立模型的可靠性。通过计算分析了水合物粘附强度与流体临界流速的关系,同时探究了水合物层厚度及长度对流体驱离水合物临界流速的影响。研究结果表明,水合物最先形成于两相界面处,逐渐覆盖住水膜,随后横向延伸,直到形成薄薄的晶体外壳横向生长变厚并向环戊烷方向呈簇状生长。水膜凸出曲率越大时,反应形成的水合物量越多,水合物累积越厚。更高的过冷度和一定量的表面活性剂都能加快水合物的生长速率,水合物生长速率呈现出先快后慢的趋势。此外,增加水合物的生成时间,过冷度,更粗糙的壁面微结构以及更好的润湿性均能提升水合物与岩石壁面的粘附力大小。对于岩石孔隙壁面较薄的水合物层,其横截面与所受流体静力的作用较小,因此相比于更厚的水合物层需要更大的流体临界流速驱离。当水合物层较长时,与壁面的接触面积增大,具有更强的粘附力,因此流体驱离水合物的临界流速会随着水合物层长度的增加而增大。