天然气水合物被认为是一种未来的优质、洁净能源,其蕴藏量约为现有地球化石燃料(石油、天然气和煤)总碳量的2倍。天然气水合物作为一种潜在的能源具有广阔的前景和发展空间,对缓解人类面临的能源枯竭危机具有举足轻重的作用,因此,开发和利用天然气水合物资源势在必行。本文首先详细介绍了天然气水合物的结构、形成条件、资源分布、热动力学性质和研究历程以及研究趋势,然后介绍了国内外天然气水合物模拟实验方法的研究现状,最后设计了一套拥有自主知识产权、使用方便、测试数据准确可靠的“天然气水合物开采模拟实验装置”。本文详细介绍了“天然气水合物开采模拟实验装置”的模拟实验测试原理、系统流程、测试参数技术指标的设计以及几个重要模块的设计;详细介绍了“天然气水合物开采模拟实验装置”的软件设计,包括软件的总体设计和主要功能模块的介绍;并通过实验中采集的图像和实验数据,说明了本套装置的实用性和优越性。本课题设计的“天然气水合物开采模拟实验装置”,在以下几方面体现了创新性:(1)在压力控制方面,使用增量式PID算法,采用单片机、步进电机和高压截止阀,搭建了一套压力控制系统,为压力控制提供了一种新的方法。(2)反应釜采用不锈钢材料制作,采用高强度玻璃钢开设两个相对的观察窗,利用光纤在窗口给定平行光源,摄像头在窗口记录水合物生成和分解的全过程。(3)在低温储罐内部,安装有12个温度探头,均匀地分布在储罐内的一个平面上,该平面还可以上下调节,从而监测水合物模拟开采过程中,低温储罐内任一个温度场内的温度变化。“天然气水合物开采模拟实验装置”是一套有着自主知识产权、技术含量较高、数据采集准确、图象采集清晰的天然气水合物模拟实验研究装置。通过这套装置,可以对天然气水合物的生成过程、分解过程中的压力、温度、图象等进行详尽地采集、记录,对于研究水合物的生成、分解和开采提供技术支持。