天然气水合物（可燃冰）是一种尚未开发、资源潜力巨大的非常规天然气资源。受实验装置技术瓶颈限制，现有实验室内研究多聚焦于结构简单的III类储层，而I、II类储层因难以精准模拟原位地热梯度与层间相互作用，是制约天然气水合物安全、经济、规模化商业开采的关键科学与技术瓶颈。

近日，清华大学深圳国际研究生院副教授訾牧聪团队研发了新型360°可旋转分段控温高压反应釜系统，在实验室尺度实现了I、II、III类天然气水合物储层的精准模拟，系统阐明了三类储层降压开采过程中的差异化产气特性与作用机制，为天然气水合物商业化开采方案优化提供了关键的实验支撑与理论依据。相关研究成果发表于《国际矿业科学技术学报》。

该研究中，訾牧聪团队自主设计了一套带双独立水浴夹套的360°可旋转高压反应釜，并建立了“水合物合成—旋转—降压开采”的全流程实验方法，攻克了传统实验装置无法同步模拟储层原位地热梯度、水合物层与下伏层间相互作用的行业难题。

该装置可精准控制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，完美还原南海原位海洋沉积储层特征。团队还实现了游离气与水合物分解气的实时精准区分，明确了不同气源对产气的贡献占比，为水合物开采领域数值模拟模型提供了关键的实验校准与验证依据。

团队发现，在水合物总量恒定的控制条件下，I类天然气水合物储层呈现显著的“两阶段产气”特征：开采早期以下伏游离气层产气为主；开采后期水合物分解气成为主导。他们还发现，I类储层的游离气层可显著加速压力传递，通过强对流作用向上补给水合物分解的吸热损耗，实现产气的持续稳定；II类储层的下伏水层虽能提供显热缓冲，抑制水合物层过度降温，但水锁效应会严重阻碍层间热流传递，导致产气效率最低、产水量最高；III类储层均质的水合物分布使其初始分解速率快、累计产气达到90%所需时间最短，但缺乏可动流体的能量与物质支撑，后期产能快速衰减，稳产能力不足。

研究表明，储层低温会削弱水合物分解驱动力、增加流体渗流阻力，显著延长开采周期；低水合物饱和度会降低总产气潜力，但可有效提升储层渗透率，加快压力传播与产气进程；高开采压力会削弱分解驱动力，但可大幅降低累计产水量，实现气水比的优化提升。此外，过度降压会增加储层局部水合物二次生成与冰堵风险，为现场开采的井筒压力调控、防堵工艺设计提供了实验参考。

研究人员指出，未来该领域的重点研究方向可以聚焦水合物层与游离气层界面处的三相共存区，开展精细化表征；厘清开采过程中，下伏气体窜流对上覆水合物储层稳定性的干扰机制；结合分布式温压声传感、同位素示踪等先进技术，精准刻画储层物性的时空演化规律，最终构建完善的天然气水合物商业化开采理论与技术体系。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2025.12.016