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在能源短缺问题日益严重的今天，天然气水合物（俗称“可燃冰”）以其储量大、能量密度大和分布广的特点成为非常具有潜力的替代能源，并受到全世界科学家的关注和研究。目前，天然气水合物开采研究还处于实地勘探试开采和实验室模拟阶段。
本文利用自行设计的两套三维天然气水合物开采模拟系统:天然气水合物小型三维模拟系统和天然气水合物中试规模三维模拟系统，对天然气水合物的生成及开采过程进行了实验模拟。
通过单一垂直井实现了利用降压法和热吞吐法对天然气水合物进行模拟开采，并且通过多垂直井联合实现的五点热激法开采水合物。其中:降压法是传统的水合物开采方法，是将水合物矿藏的压力降低至相平衡之下导致水合物分解的方法。热吞吐法的开采过程由多个轮次组成，每一轮次包括注热，焖井和降压三个阶段。注热阶段中有一定量热水注入反应釜;焖井阶段中所注入热水的热量在水合物藏中扩散;而降压阶段将水合物藏压力降低并产水、产气。五点井网指的是注入井与产出井交替排布，每个注入井周围有四个产出井，本文首次将此种布井方法用于开采水合物。五点热激法是在五点垂直井网中进行的，通过中心井不间断注入高于水合物相平衡温度的热水导致水合物分解，同时四周井一直打开用于产水和产气。通过分析这些开采方法的水合物开采模拟实验结果可以分析得出这些开采方案实施中水合物藏内部物理性质的变化，以及水合物分解反应的进行情况，并且可以得出水合物开采过程中的传热传质机理。在热吞吐法和五点热激法开采过程中，水合物分解所消耗的能量都主要通过注热提供，由于注热过程中热损失较大，导致能量效率较低;而降压法没有热量注入，在这种方法的开采过程中水合物分解所需要的能量是由水合物藏自身显热和周边传热提供的，所以能量效率较高，但是降压法由于能量提供的不足，导致开采速率的低下。而对于布井方式来说，由于单一垂直井的影响范围有限，可能会导致单井热吞吐开采区域的受限;而五点井网虽然通过多井提高了开采的区域，却降低了五点热激法中热量的利用率。
鉴于单一开采方法的局限性，本文将上述三种方法进行联合。本文自行设计了热吞吐法联合降压法、五点井网热激法联合降压法、五点井网热吞吐法和五点井网热吞吐法联合降压法。通过热激法和降压法的联合，在热激和降压的双重水合物分解驱动力影响下，可以提高单纯热激法的能量效率，并提高了单纯降压法的产气速率。通过多井系统的应用可以打破单井系统下开采范围的限制。
为了进行不同的开采方法之间的比较，本文设计了包含开采率、开采速率、能量效率和热效率四个参数的评价方法。对以上一共七种开采方法进行评价，分别研究了各种方法的优势和劣势，最终选出五点井网热吞吐法联合降压法为本文最优开采方案。