天然氣水合物藏開采數值模擬技術研究進展

張 樂， 賀甲元， 王海波， 岑學齊， 陳旭東

(1.中國石化石油勘探開發研究院， 北京 102206； 2.頁巖油氣富集機理與有效開發國家重點實驗室， 北京 102206)

隨著中國國民經濟的快速增長和藍天保衛戰的環保要求，中國對天然氣的需求急劇增長，同時天然氣產量缺口不斷增大，2017年中國天然氣對外依存度高達40%，能源安全面臨新的挑戰，需要加快頁巖氣、天然氣水合物等非常規天然氣資源的勘探與開發。天然氣水合物是CH4等分子與水分子在一定溫度和壓力(低溫高壓)的環境下形成的籠型固體化合物。1 m3的天然氣水合物分解后可生成164～180 m3的天然氣，因此天然氣水合物是一種高效清潔能源，被譽為21世紀的綠色能源。全球天然氣水合物資源豐富，有機碳含量約占全球有機碳含量的53%，為現有石油、天然氣和煤炭資源總量的2倍以上[1-2]。經預測，水合物資源量相當于1.8×1016～2.1×1016m3標準狀態下天然氣，其中97%資源量位于海域，只有3%埋藏于陸地[3-4]。天然氣水合物資源主要分布于南海、東海海域，青藏高原凍土區等[5-6]。據初步預測中國海域與陸地凍土區天然氣水合物資源潛力達1 000億t油當量，其中海域資源量800億t油當量。因此，國務院已于2017年11月3日正式批準將天然氣水合物列為新礦種，成為中國第173個礦種，此項政策必將促進中國天然氣水合物勘探開發進程，早日實現天然氣水合物安全有效開采突破，對于緩解中國能源短缺壓力、促進能源結構調整和經濟綠色可持續發展具有重要意義。

1 天然氣水合物開采現狀

水合物開采主要有降壓法、加熱法、抑制劑法、CO2置換法、固體開采法等[7]。降壓法、加熱法和降壓-加熱聯合法的基本原理是改變水合物所處環境的溫度和壓力，破壞水合物相平衡狀態，促使水合物分解為天然氣和水，如圖1所示。抑制劑法通過添加抑制劑(如鹽水、甲醇或乙醇等)，改變水合物相平衡曲線，促使水合物在所處溫度和壓力條件下進行分解。CO2置換開采法是基于客體分子置換原理，向水合物藏中注入CO2，CO2分子和水分子形成更為穩定的籠型化合物，從而置換出CH4，如圖1所示相同溫度下CH4水合物的相平衡壓力大于CO2水合物的相平衡壓力。固體開采法是將水合物作為一種固體礦，采用機械手段開采、輸送，氣液固分離后獲取天然氣。不同開采方法的優缺點對比分析如表1[8]所示。

表1 水合物開采方法優缺點對比[8]Table 1 Comparison of advantages and disadvantages of gas hydrate mining methods[8]

圖1 水合物開采方法相平衡曲線示意圖Fig.1 Schematic diagram of phase equilibrium curve under gas hydrate mining methods

水合物藏降壓開采法能量效率較高，而且易于實施，是目前水合物開采室內實驗與現場試采的常用方法。尤其是當水合物層有下伏游離氣層時，例如蘇聯西西伯利亞麥索亞哈氣田的水合物藏的下方為常規天然氣藏，通過下方游離氣層的開采，有效降低了水合物藏的壓力，促使水合物不斷分解出甲烷氣體，獲得很好的開采效果，麥索亞哈氣田水合物藏也成為迄今世界唯一獲得商業開采的水合物藏[9]。降壓幅度、降壓速率等是降壓開采方法的關鍵技術參數，如若工藝參數選取不當，會造成水合物藏開采過程中井底坍塌、儲層大量出砂、儲層沉降明顯等不利狀況[10]。2013年，日本在南海海槽海域采用降壓法進行水合物試采，6 d后出現了嚴重的產砂現象，開采被迫中止[11]。針對海域水合物開采面臨的儲層沉積物易出砂等問題，2017年，中國在南海神狐海域的水合物試采試驗創造性地采用地層流體抽取法，即在儲層和井壁穩定允許的降壓幅度下，通過定向井、儲層改造等方法加大儲層流體抽取量，從而達到長期、高效、安全生產天然氣的方法，有效解決了儲層流體控制與天然氣水合物穩定持續分解的難題[12-13]。2020年2月17日，第二輪試采在水深1 225 m的海域，試采1個月產氣總量86.14×104m3、日均產氣量2.87×104m3，是第一輪60 d產氣總量的2.8倍，使中國成為全球首個采用水平井鉆采技術試采海域天然氣水合物的國家[14]。

加熱法是向水合物藏內注入熱水、熱蒸汽或熱空氣等，水合物地層溫度升高，從而水合物分解。2005年，加拿大馬更些凍土區水合物層中注入80 ℃的KCl鉆井液，高溫鉆井液進入并加熱水合物層促使水合物分解[15]。高溫流體在注入井內與周圍地層之間存在大量熱損失，特別是針對永久凍土區的水合物藏，永凍區會降低水合物儲層吸熱效率，導致開采效率和能量利用率低。降壓-加熱聯合技術充分利用了降壓法和加熱法的優勢，首先高溫流體加熱水合物藏，促使井筒局部水合物分解，而后抽取水合物分解產生的氣、水等實現降壓，從而誘發更大范圍水合物的分解[16]。

CO2置換開采法采用注入CO2到水合物儲層置換開采天然氣，形成CO2水合物，實現CO2封存，同時能夠有效避免水合物分解引起的儲層骨架坍塌、儲層沉降等問題。CO2置換技術曾被認為是很有前景的方式。目前該方法已在熱力學與動力學上均被證明是可行的，同時已進行試采試驗。2011年，美國與日本合作的ConocoPhillips 項目在阿斯拉加州北坡的普拉德霍灣操作區鉆探Ignik Sikumi1號井，向目標水合物所在的實驗井注入約21×104ft3(1 ft3=2.831 685×10-2m3)的CO2/N2混合物，井中產生穩定持續6周的氣體，但日均產量較低[17]。CO2置換水合物方法較低的置換速率和置換效率仍使得該技術的大規模推廣應用受到了阻滯。

固體開采法是將水合物作為一種固體礦藏，在海底進行挖掘、采集以及顆粒化處理，通過泵送系統將固體混合物輸送到海洋工作平臺，通過攪拌等手段對其進行控制性分解。2017年5月，中國海洋石油集團有限公司在南海北部荔灣3站位水深1 310 m、埋深117～196 m處，成功實施海洋淺層非成巖天然氣水合物固態流化試采作業[18]。淺層水合物通過機械破碎流化，在密閉舉升管道內由于溫度升高、壓力降低使水合物逐步氣化，使得水合物分解過程的不可控變為可控，實現深水淺層水合物安全試采[19]。

近年來，美國、日本、中國、韓國等繼續開展天然氣水合物勘探和現場試采[20]。表2總結了中外水合物試采項目的具體實施情況，可以看出，目前還無法實現水合物的大規模長期穩定開采，仍然存在開采難度大、成本高、環境隱患等難題，需要通過持續的基礎研發和技術創新。數值模擬是指導天然氣水合物藏有效安全開采的重要技術手段。通過對水合物藏產能預測與動態分析，實現對開采方法的優選評價、開發技術政策與方案優化以及動態可采資源評價。天然氣水合物數值模擬的研究主要集中于數學模型優化和模擬應用兩個方面。

表2 天然氣水合物試采項目情況Table 2 Trial production projects of natural gas hydrate

(1)水合物開采數值模型在于水合物的分解和再形成，水合物分解和產物運移受溫度、壓力、組分、儲層物性等眾多因素控制和影響，同時也會引起地層孔隙率、滲透率等參數的動態變化。水合物開采數學模型的研究關鍵是實現水合物的分解多相多組分在微納多孔介質內流動傳熱與相態變化規律的精準數學描述。

(2)對目標區塊水合物藏建立數值模型，開展不同開采方式(如降壓、注熱、抑制劑法、組合方法等)的水合物藏開采的數值模擬，通過井型、井網、井距、降壓幅度、加熱功率等開采方式和工藝參數的調整優化，形成優化的目標水合物藏開采方案，支撐試采項目。

從天然氣水合物開采數學模型和數值模擬應用兩個方面，對現階段天然氣水合物藏開采數值模擬技術的研究進展進行了綜述和展望。

2 水合物藏數值模擬技術研究現狀

采用降壓法、加熱法等方法開采天然氣水合物藏過程涉及水合物分解與氣水在地層內滲流傳熱傳質等多個物理化學過程。水合物分解反應模型、系統質量守恒方程、能量守恒方程是水合物藏數值模擬技術的基礎。

2.1 水合物藏開采過程的數學描述方法

2.1.1 天然氣水合物分解模型

采用降壓法或加熱法改變水合物所處環境的溫度和壓力，破壞水合物相平衡狀態，促使水合物分解為甲烷和水，分解過程吸收一定的熱量ΔHh。天然氣水合物分解速率mg通常采用Kim-Bishnoi模型[21]計算，計算公式為

(1)

mg=kdAd(Peq-Pg)

(2)

式中：ΔHh為水合物分解熱，J/kg；Ad為反應比面，m-1；kd為反應速度常數，kg/m2/ Pa/s；Peq和Pg分別為反應臨界壓力和氣體壓力，Pa；nh為水合指數。

2.1.2 水合物分解的質量守恒方程

從水合物分解化學式(1)可知，1 mol水合物分解后可生成1 mol甲烷和nh摩爾的水，由于水合物分解反應減少的水合物質量和產生的水的質量作為水合物和水質量守恒方程的源項，單位時間單位體積的水合物質量以及分解產生的水可分別表示為

(3)

(4)

式中：mh、mw分別為單位時間單位體積分解的水合物的質量以及分解產生的水，kg/m3/s；Mg和Mw分別為氣和水的摩爾質量，g/mol。

因此，在氣水兩相流動滿足達西定律的基本假設下，考慮水合物分解反應對質量和能量方程的影響，氣、水和水合物的質量守恒方程分別表示為

(5)

(6)

(7)

式中：?為梯度算子(在空間各方向上的全微分)；φ為孔隙率；k為相對滲透率；ρ為密度，kg/m3；p為壓力，Pa；μ為黏度，Pa·s；S為飽和度；m為單位時間單位體積水合物藏分解產生的水、氣和分解掉的水合物，kg/m3/s；下標w表示水；下標g表示氣，下標h表示水合物。

2.1.3 水合物分解的能量守恒方程

采用體積平均方法和局部熱平衡模型建立水合物藏能量守恒方程，即認為水合物多孔介質內每一個表征單元內巖石骨架、水合物、水和氣處于同一溫度，表征單位內流體和固體之間不存在熱量交換，在此假設下建立的能量守恒方程表示為式(8)。方程等號左邊為系統各組分(巖石、水、氣體、水合物)的熱量瞬態變化項和由于水和氣的流動引起的熱量變化(對流項)。等號右側為由于系統各組分的熱傳導而引起的熱量變化(擴散項)，第二項和第三項分別代表水合物分解熱和外部供應熱量。

φShρhch]T}+?[(vwρwcw+vgρgcg)T]=

?{[(1-φ)λr+φSwλw+φSgλg+

φShλh]?T}-mhΔHh+Qin

(8)

式(8)中：v為達西速度，m/s；c為比熱容，J/kg/K；λ為導熱系數，W/m/K；T為溫度，K；Qin為外部注熱量，W/m3；t為時間，s；下標w表示水；下標g表示氣，下標h表示水合物。

2.2 水合物藏開采數學模型優化研究

水合物開采過程是一個多相多組分、多尺度(納米、孔隙及場地尺度)、多物理場耦合(熱-流-力-分解反應)的復雜物理過程，影響因素眾多，影響機理復雜。例如鹽分、抑制劑、氣體(甲烷、N2、H2S、CO2)以及冰相，這些因素影響水合物分解反應和流動傳熱過程，鹽分、抑制劑改變水合物相平衡曲線，鹽分、抑制劑、氣體在水中的溶解擴散作用，抑制劑和鹽分對水的熱物性和冰形成的影響以及冰相形成對儲層滲透率的影響等。另外巖石、水合物、冰的可壓縮性，巖石性質的均勻性和各向異性，均對儲層開采過程中儲層變形和力學沉降產生影響[22]。

水合物開采數值模型經歷了30多年的發展，包括最初的降壓開采模型、加熱開采模型到后來的抑制劑開采等多種開采方法的數學模型。Holder[23]提出最早的單相氣體降壓模型，模擬有下伏氣層的水合物藏開采過程溫度和壓力三維分布，Burshears[24]進一步提出了三維氣水兩相模型。Yousif[25]建立了三相(氣、水、水合物)一維解析數學模型，模型中考慮了分解動力學以及分解水對相對滲透率變化的影響。Sun等[26]進一步考慮水合物降壓分解過程中地層絕對滲透率變化，并考慮到鹽相和冰相對分解過程的影響。加熱開采模型最為重要的是多相流體的熱傳遞過程的數學描述。McGuire[27]基于熱傳導提出一維注熱開采模型的解析解，計算不同的熱流體注入溫度、孔隙度、滲透率和生產壓差以及裂縫長度對水合物藏產氣量的影響。Selim[28]在此基礎上考慮氣體流動和熱傳導過程得到加熱開采解析解。Moridis等[29]采用數值方法對水合物分解過程中的三維氣水兩相對流傳熱過程進行了研究。Moridis等[30-31]在TOUGH2非等溫多相多組分滲流傳熱模擬器中加入了水合物分解模塊，并進一步完善數學模型，可以對水合物藏在降壓法、加熱法、注化學劑等各種開采方式下的生產動態進行模擬。

中國對水合物開采數學模型的研究起步較晚，喻西崇等[32]獲得了降壓法開采水合物地層中壓力和溫度的分布方程和天然氣產量方程。李淑霞等[33]模型考慮氣、水、水合物三種組分和氣水兩相滲流過程，建立水合物開采的一維降壓數學模型。2009年，白玉湖等[34]進行了降壓法開采海洋水合物藏的數值模擬，模型中考慮了氣-水-水合物-冰相多相滲流，水合物分解動力學、水合物相變，熱傳導、熱對流等的影響。加熱開采水合物的數值模擬研究方面，唐良廣等[35]將水合物在加熱狀態下的分解過程看作一個移動界面問題，分別建立了分解區和水合物區的傳熱模型，提出了加熱開采水合物的一維解析數學模型。杜慶軍等[36]在考慮水合物分解動力學機理和儲層滲透率變化的基礎上，建立了水合物加熱開采的三維氣水兩相滲流傳熱過程的數學模型包括物質守恒方程、能量守恒方程、分解動力學方程及輔助方程的水合物注熱開采數學模型。王麗娜[37]、李淑霞等[38]進一步考慮了加熱開采過程中滲流過程中水的流動和水合物二次生成的影響以及水合物儲層與上下圍巖的能量交換。

目前國際上比較知名的天然氣水合物模擬器，包括美國勞倫斯伯克利國家實驗室開發的TOUGH+HYDRATE[39]和HydrateResSim[40]，可對降壓法、注熱法、注抑制劑法進行模擬，并采用Mallik試采數據進行了模型的驗證和校準。日本石油工程公司、國家先進工業科學技術研究所和東京大學共同開發的MH21-HYDRES，為日本水合物研究項目MH21研發的模擬器，其數學模型包含四相(氣相、水相、冰相、水合物相)五組分(甲烷、N2、水、甲醇、鹽)，已應用于日本南海海槽水合物藏開采模擬與分析[41]。美國西北太平洋國家實驗室在水合物軟件STOMP-HYD中添加了CO2組分并考慮了CO2水合物生成和分解動力學，因而多被用于阿拉斯加北坡天然氣水合物藏CO2置換開發的模擬研究中[42]。加拿大卡爾加里大學Hydrsim Simulator模擬水合物儲藏的模型包括氣水兩相流方程、導熱、對流傳熱以及水合物的動力學分解模型，可用于模擬下覆有自由氣的水合物藏[43]。中外一些學者也曾基于油氣模擬軟件CMG-STARS[44]、計算流體力學軟件Fluent[45]拓展適用于水合物開采的數值模型。Uddin等[44]采用CMG軟件STARS模塊對Mallik 2007—2008年試采項目中獲得的井底壓力、產氣速度和產水速度進行了擬合并對長期開發的產能進行了預測。

中國天然氣水合物藏開發數值模擬研究工作起步較晚，但隨著近年來天然氣水合物研究工作的持續推進，模擬器的研發也有了一些進展。吉林大學借鑒其改進的模擬器TOUGH2Biot，在TOUGH+HYDRATE模擬器的基礎上結合Biot固結模型，建立了適用于天然氣水合物開采模擬的熱-流-力(THM)模擬器，并研究了南海神狐地區水合物沉積物采氣過程中的地質力學響應[46]。青島海洋地質研究所開發的QIMG-THMC模擬器等[47]，基于非結構化網格，采用有限元求解熱-流-固-化(THMC)四場耦合數學模型，研究南海天然氣水合物開采過程地層應力分布和沉降特征。

綜述以上中外水合物開采過程數學模型優化及模擬器研發可知，現有水合物開采數學模型已經可以實現降壓、注熱、抑制劑等多種開采方法和復雜影響因素作用下水合物藏開采過程的準確描述，但在以下方面的研究還較少。

(1)現有研究中水合物藏常用儲層為均質模型，對孔隙裂隙型以及非均質水合物儲層研究較少，對于非均質性較強的較大尺度范圍內的水合物藏適用性較差，尤其是針對水合物三維地質模型的網格兼容、計算收斂性和速度需要進一步優化。

(2)現有的熱-流-力-分解反應全耦合模型模擬器，但其模擬結果的可靠性以及算法的魯棒性等方面還有待驗證。對于大幅度降壓帶來的儲層應力場變化，進而導致大量出砂[48]以及儲層不穩定導致海底滑坡、氣體泄漏等安全問題[49]研究不足。

(3)缺乏水合物儲層與井筒耦合數學模型相關研究，無法實現水合物藏開采過程中井筒與管道內多相流狀態下的水合物再生成風險預測一體化分析。

2.3 基于數值模擬的水合物開采規律研究

現階段天然氣水合物數值模擬技術進展來看，一方面天然氣水合物分解相變與多場耦合的數學模型和新的模擬器仍在深入研究；另一方面TOUGH+HYDRATE由于其模型考慮因素全面，計算魯棒性較好，已經成為目前中外科學研究和工程應用最為常用的水合物數值模擬器，用于世界各地天然氣水合物藏目標研究區塊的開采效果模擬和產能預測。

在水合物降壓開發方面，Moridis等[50-53]利用TOUGH+HYDRATE模擬器對加拿大Mallik凍土區、韓國東部海域郁陵盆地、美國阿拉斯加北坡、印度克利須那河-哥達瓦里河盆地(K-G盆地)等地區的天然氣水合物藏開采潛力進行了數值模擬，評價目標區天然氣水合物藏降壓法開采的技術可行性和預測產氣產水量。Yu等[54]、Feng等[55]基于TOUGH+HYDRATE模擬器對日本南海海槽天然氣水合物藏降壓開發的效果進行了模擬研究并探討了滲透率各向異性、雙直井、水平井開發對產氣規律的影響。中科院廣州能源所采用TOUGH+HYDRATE模擬器對南海神狐海域天然氣水合物藏直井、水平井降壓開采進行了數值模擬，并開展了關鍵參數的敏感性分析[56-58]。孫嘉鑫[59]、袁益龍[60]基于TOUGH+HYDRATE模擬器評價了中國南海神狐海域水合物藏的降壓開發潛力、力學響應特性和出砂風險。針對中國陸地凍土區天然氣水合物藏，李冰[61]采用TOUGH+HYDRATE對祁連山凍土區天然氣降壓試采進行了數值模擬。上述研究均表明雖然降壓法投入最少，是目前最有可能實現商業化的開發方式，但單一降壓法產能較低，難以達到商業化開采所需的產能要求，因而大量學者基于TOUGH+HYDRATE模擬器，對加熱法提高天然氣水合物藏產能的技術可行性進行了模擬分析。Moridis[62]開展了加拿大Mallik地區水合物藏熱水驅開發的數值模擬，結果表明隨著注入水溫和注入速率的增加，可供地層中水合物分解的熱量增加，產氣量也隨之增加。Liu等[63]對天然氣水合物直井注熱、分段水平井開采的開發模式進行了數值模擬研究，并開展了降壓轉注熱的時機以及注熱參數等的優化，結果表明采用分段水平井進行熱激法開發的產能明顯高于常規水平井的產能。夏志增等[64-65]采用HydrateResSim針對不同類型天然氣水合物藏降壓和注熱結合開發的效果開展了數值模擬研究，結果表明含有下伏氣層的Ⅰ類水合物藏采用加熱法開發的能效高于Ⅱ類和Ⅲ類水合物藏。金光榮等[66]對一口注熱水平井和兩口降壓水平井組合開發天然氣水合物藏的效果進行了模擬研究，結果表明注熱后的產能約為單一降壓開發的2倍。

除了常規的降壓法和加熱法開發天然氣水合物藏的數值模擬研究外，眾多學者通過對TOUGH+HYDRATE軟件代碼的二次開發或與其他軟件的耦合實現了對特定問題的模擬。Liu等[67-68]將TOUGH+HYDRATE與井筒傳熱模型進行了耦合，研究了利用水平井換熱法以及自流注水法獲取地熱能提高天然氣水合物藏產能的技術可行性。此外，該團隊還將TOUGH+HYDRATE與粒子群優化算法進行了耦合，對五點法井網開發含底水的II類水合物藏的轉注時機、注熱溫度、注熱量等關鍵參數進行了優化研究[63]。張懷文等[48]將分別將TOUGH2模擬器、TOUGH+HYDRATE模擬器與Biot地質力學計算模塊進行了耦合，用于研究天然氣水合物藏開發過程中的地質力學變化。

3 水合物藏開采數值模擬發展趨勢

從全球來說，保持井底和儲層穩定，加強環境監測和風險控制的前提下，提高天然氣水合物產能，探索安全、有效、經濟、可持續的水合物增產技術是天然氣水合物開發的前沿創新技術方向。中國南海水合物儲層膠結性差、地層強度弱、滲透率低，因此水合物開采日均產量低，分解后大多沒有巖石骨架支撐，開采過程中容易出現井壁不穩定、井內出砂乃至地層沉降等狀況。水合物分解和產物運移受溫度、壓力、組分、儲層物性等眾多因素控制和影響，在開采中必須精準、實時對水合物分解和產物運移進行調控，才能實現有效安全地開采。

以數值模擬、室內模擬實驗與野外試采實驗相結合的研究手段，圍繞多相多組分、多尺度(納米、孔隙及場地尺度)、多物理場耦合(熱-流-力-分解反應)的科學問題，探究天然氣水合物分解規律、多相多組分流動傳熱傳質及力學不穩定性機理，進一步完善多物理場全耦合數學模型和高效求解方法，研發天然氣水合物地層變形模塊、儲層改造模塊、出砂預測模塊等，形成適用于大尺度、非均質、支持復雜三維地質模型和井型開采的天然氣水合物動態開發數值模擬軟件技術，為今后試采工程方案設計優化提供技術手段。

天然氣水合物藏開發過程中近井地帶壓力快速降低，水合物分解大量吸熱導致井筒附近儲層和井筒內的溫度接近水合物的相平衡溫度，生產過程中若臨時關停或突然減小生產壓差則井筒內壓力可在短時間內上升至相平衡壓力之上進而發生井筒內水合物的二次生成，尤其采用水平井開發時當水合物生成速率較大時易發生井筒堵塞進而影響開發安全。因此，需要在水合物分解相變與沉積機理的基礎上，耦合井筒與管道多相流模型，實現水平井筒和管道內水合物二次生成區域和速率的實時預測，一方面為井筒舉升工藝優化提供技術支撐，另一方面為抑制劑的注入工藝提供基礎參數，保障天然氣水合物藏的安全可持續開發。開發儲層水合物分解反應-熱-流-力多場與井筒全耦合數值模型，實現天然氣水合物試開采一體化數值模擬技術。在此基礎上發展天然氣水合物開發輸送系統耦合機制與集成方法，形成開發輸送一體化精細評價、系統化優化設計、規模化高效安全開發利用平臺，為未來發展高效安全水合物藏開發系統和實現商業化開發提供基礎。

4 結論

詳細介紹了中外天然氣水合物藏開采現狀、水合物藏開采數學模型優化研究、天然氣水合物開采數值模擬應用進展，分析了數值模擬研究的核心問題、取得的進展以及當前亟需解決的瓶頸問題，并指出水合物藏開采數值模擬發展趨勢，得到以下結論。

(1) 明確復雜因素耦合作用下水合物分解動力學機理，建立多尺度下多相多組分的熱-流-力-分解反應全耦合數學模型，加強對水合物開采過程中分解相變與儲層不穩定性分析，對于實現水合物安全有效開采具有重要作用。

(2) 基于精細三維地質模型的大尺度、非均質的天然氣水合物動態開發數值模型和高效求解技術的研究至關重要，目前天然氣水合物數值模擬器尚不能滿足大規模工程需求。

(3)開發儲層水合物儲層、井筒和管道全流程數值模擬技術，實現天然氣水合物試開采一體化方案優化，是未來天然氣水合物中長期試采乃至商業化開采的基礎。