水合物在世界范围内分布广且资源量大,被视为是21世纪最具开发前景的新型能源。水合物主要分布在陆域永久冻土层和深海沉积物中,冻土层和海底沉积物具有较高的孔隙度,均被视为孔隙体系。对于冻土层和沉积物中水合物研究,多集中在装有多孔介质的宏观反应釜中,直接对孔隙中水合物生成和化解研究涉及较少。本文以微孔隙中水合物生成化解过程为研究目的,利用设计搭建的气-水-水合物体系相态行为微观实验平台,对微孔隙中气体水合物和环戊烷水合物生成和化解过程予以研究,主要研究内容分为以下几个部分:(1)考察了孔隙尺寸对水合物热力学条件的影响。在500μm、1000μm的微通道中进行了乙烷、二氧化碳气体水合物相平衡条件测量。结果发现,微通道尺寸越小,水合物生成所需要的温度越低、压力越高。(2)研究了化解温度和化解时长对乙烷水合物记忆效应的影响。实验结果表明,化解温度越高、化解时长越长,水合物记忆效应消退越明显,水合物再次生成温度越低。(3)观察了气-水界面、液相中气泡表面处乙烷水合物生成过程。在有水合物记忆效应存在下,气-水界面水合物生成是由水相中漂浮的水合物晶粒触碰到气-水相界面引发,并以触碰点为中心,沿着界面横向生长和向水相中生长,向水相中的生长速率依赖于体系过冷度。(4)观察了环戊烷水合物生成与化解过程。经降温后,环戊烷-水界面处的固体以凸起状指向环戊烷相,随着化解温度升高,固相逐渐松动,凸起部分逐渐被掩盖,环戊烷-水界面的光弧逐渐显现。环戊烷-水界面处再次生成水合物时,水合物晶体首先在环戊烷-水-孔隙壁面处生成,晶体逐渐长大,慢慢滑到光弧尖端,然后沿环戊烷-水界面横向生长和向环戊烷相中生长,向环戊烷相中的生长速率受过冷度影响。(5)改进了vdW-P模型使之应用到微孔隙中水合物相平衡计算。通过对比表明,模型计算值与实验值存在一定偏差,但总体吻合较好,还需要对模型中的相关公式和模型参数进行进一步的推导和计算,以提高模型精度。