天然气水合物是一种高效、储量大、新型洁净能源,本文以天然沉积物中水合物形成机理及热力学特性为研究目的,利用新建的水合物相平衡测试系统,研究了堆积层中孔隙尺寸、盐分浓度、气体组成等对天然多孔介质中水合物相平衡特性的影响,定量把握其热力学特性。对阐明水合物形成机理,分布规律及其赋存状态具有重要意义。实验结果显示多孔介质中甲烷水合物容易生成、诱导时间短。在其它条件一致情况下,随着孔隙尺寸的增加,甲烷水合物相平衡曲线向高温、低压方向移动；随着盐分浓度的增加,甲烷水合物相平衡曲线向低温、高压方向移动；混合气体中随着甲烷浓度的减少,相平衡曲线向低压、高温方向移动。为了进一步研究盐分对甲烷水合物相平衡的影响,利用正交试验设计方法研究了不同离子组成和浓度条件下多孔介质中甲烷水合物相平衡特性。研究发现在本实验条件下四种阳离子对甲烷水合物相平衡影响的影响程度从大到小依次为Mg2+、Ca2+、Na+、K+。四种卤素阴离子(F-、Cl-、Br-、I-)对甲烷水合物相平衡影响效果一致；三种常规阴离子(Cl-、CO32-、SO42-)浓度对甲烷水合物相平衡影响均显著。研究发现二氧化碳初始状态的不同导致二氧化碳水合物形成过程中热力学现象发生变化。随着溶液中氯化钠浓度的增加,二氧化碳水合物相平衡曲线向低温、高压方向移动。当温度降低到冰点以下时,氯化钠溶液对二氧化碳水合物相平衡的影响很小,可以忽略。相同条件下二氧化碳水合物与甲烷水合物相平衡存在很大差异,二氧化碳水合物相平衡曲线处于高温、低压区域,也就是说二氧化碳水合物相对于甲烷水合物而言更容易形成。提出了预测含电解质溶液多孔介质中水合物的相平衡预测模型,将电解质对气-液表面张力的影响引入到预测模型；利用该模型对大体积水和多孔介质中甲烷、二氧化碳水合物相平衡进行了预测,误差分析显示,相对于传统预测模型而言本模型预测结果平均相对误差较小。计算结果同实验数据对比研究表明,该模型预测结果良好。搭建了适用于核磁共振成像(MRI)系统的二氧化碳水合物形成与分解实验测试装置；MRI追踪水中氢原子进行成像,直观的显示岩芯管中液态水分布情况,并结合MRI强度信号进行精确的分析；MRI图像显示二氧化碳水合物具有多个初始形成点和初分解始点,即多点形成、多点分解；对不同升温速度下二氧化碳水合物的分解过程进行了研究。