天然气水合物作为21世纪新型环保型能源之一,具有热值高,储量丰富等优点。世界范围内水合物总资源量约为2×10¹⁶ m³,其中99%分布于海洋,广泛分布于深水海底浅部地层。根据成因不同,分为生物成因气水合物和热解成因气水合物,其中深水油气盆地更易形成大规模、高丰度的热解气成因的渗漏型水合物藏。本论文尝试采用油藏数值模拟方法研究深部热解气通过断裂系统进入海底浅层形成水合物并富集成藏的过程。首先进行了室内实验,研究了多孔介质中天然气水合物的相平衡和生成动力学特征,建立了水合物成核和成长反应动力学模型;考虑水合物成藏气源条件及传质状态的复杂性,建立了适用性更广的混合通量水合物反应动力学模型;并采用油藏数值模拟方法实现了深部甲烷气运移至海底浅层水合物稳定区,触发形成水合物以及富集成藏过程的模拟;采用建立的水合物成藏数值模拟模型,评价了海底浅层的储层物性和构造特征对渗漏型水合物成藏特征的影响。室内实验结果表明,在毛管力作用下,多孔介质可以使甲烷水合物的相态曲线向右;砂粒粒径越小和粘土含量越高,越不利于气水接触而限制水合物生成速率;根据不同温度和压力条件下水合物的生成数据,计算得到水合物生成反应的活化能Ea和反应频率因子k_fo分别为75.45-90.85 kJ/min和8.72×10⁸-6.02×10¹¹ mol/(m² kPa day)。海底水合物成藏数值模拟结果表明:(1)在不发生海底泄漏时,深部甲烷气以较小通量、且长时间、持续的运移至海底水合物稳定区,有利于形成大厚度、高丰度的水合物藏;(2)储层非均质性有利于甲烷气在水合物稳定区内滞留、增加与孔隙水的接触机会并反应生成水合物,虽然有利于生成较大的水合物资源量,但往往水合物分布较分散,在低渗层遮挡的情况下,有利于形成饱和度均匀、丰度较高、储量可观的水合物藏;(3)对比层状、背斜、泥火山、气烟囱四种构造条件下的水合物成藏特征,认为带有断裂系统的层状构造和背斜构造有利于在短时间内形成饱和度较大、丰度较高、具有可观储量的水合物藏,其次为气烟囱构造,而泥火山构造成藏规模较小,水合物主要集中在泥火山口附近。研究结果有利于丰富天然气水合物成藏研究手段,推动海底水合物成藏理论的发展。