天然气水合物,主要富集于大陆边缘和永久冻土层,它也被看作是一种环保可持续发展的自然资源。开采天然气水合物主要包括降压法,注化学剂法,注热法。本论文利用有效容积为196 L的大型三维天然气水合物开采装置系统研究了降压法和注化学剂法开采水合物过程的相关规律,并进行了冰点以下开采天然气水合物相关研究。主要研究内容如下:（1）对本课题组搭建时世界最大,目前全国最大的水合物成藏模拟装置进行了改造,使其可以完全适合多种模式的水合物开采实验研究,并进行了成藏测试,并利用成藏过程中反应釜内的温度分布推导出了水合物成藏的分布规律。（2）完成了单井降压法开采天然气水合物的实验模拟研究,利用反应釜内温度分布图推导出了水合物分解的相关规律,并将结论与计算出的水合物分解曲线和产气曲线进行了对比研究,同时利用TOUGH+HYDRATE软件对产气量进行了数值模拟,实验结果表明:靠近下富气层区域和近井区域由于排自由气时气体局部流速过快,J-T效应严重的原因导致早期温度降低幅度很大,这种低温限制了水合物的进一步分解,导致这些区域水合物分解周期被拉长;TOUGH+HYDRATE数值模拟软件比较适合定性的分析产气规律,理论产气量等,对于分析储层不同区域水合物分解规律以及实际开采速率等,误差相对较大。（3）完成了双井降压法开采天然气水合物的实验模拟研究,并将双井降压法的反应釜内温度分布,水合物分解规律等与单井降压实验对比研究,实验结果表明:对于富气体系来说,水平井和竖直井的开采效率基本一致。增大降压幅度可以加快水合物的分解速率,因而缩短水合物完全分解的时间,但是增大降压幅度容易加重J-T效应和水合物分解导致的冷效应,因而容易引起管路堵塞。提出了利用压裂法解决开采井堵塞的问题。（4）完成了注剂法开采天然气水合物的实验模拟研究,实验结果表明:过大的注剂量和分次注剂在理论上可能有更好的开采效果,但是实际操作中,过大的注剂量会引起淹井堵塞,分次注入由于注采井受到泥沙反复冲刷也容易引起堵塞,因而单次注剂法开采可能有更好的开采效果。相比于单纯的降压开采,注剂开采法可以显著的解决水合物分解不均匀问题,因而可以加快水合物藏开采效率。焖井时间需要控制在一个合理范围内,在焖井的初期,水合物会继续分解,焖井时间大于40 min以后,水合物基本已经不再分解,这时候如果继续焖井,甚至可能导致远井区域由于压力升高导致水合物的二次生成,因而焖井时间以40 min左右为宜。（5）完成了冰点以下单井降压开采天然气水合物的实验模拟研究,实验结果表明:对于冰点以上开采天然气水合物,由于近井区域和靠近下富气层区域温度降低明显,抑制了水合物的进一步分解,因而整个分解周期被大幅度拉长,而冰点以下开采可以有效解决这一问题,主要是由于两点原因,第一点是由于冰点以下开采,水合物在分解后水直接凝固成冰,因而可以提供水合物进一步分解所需要的热量,第二点是由于水结冰导致的盐析效应促进了水合物的分解。