在全球能源需求日益增长和常规化石资源逐渐耗竭，以及能源使用要求绿色化、低碳化的大背景下，天然气水合物(Natural Gas Hydrate，NGH)以其储量大、分布广、能量密度大、污染小等特点受到科学家的广泛关注并得到了大量研究，被作为一种非常具有前景的替代能源。NGH埋藏深，开采过程能耗高，控制不当易造成气体泄漏、海底坍塌、和大量泥沙产出，确定安全、经济、高效的开采技术是实现天然气水合物实地开采需要解决的关键问题。本文利用实验模拟手段和数值模拟方法对砂质沉积层中的水合物进行了开采方法的优化条件研究，主要取得了以下成果:　　(1)在实验室自行研制的中试规模三维天然气水合物开采模拟平台中进行了垂直井和水平井布井方式的开采效果对比实验研究。发现了水平井布井方案水合物藏内传热速率更快，水合物分解速率快，产气速率高等优势。　　(2)在实验室自行研制的方形三维天然气水合物开采模拟平台中运用改进的重油蒸汽辅助重力排水法即双水平井降压结合注热法开采天然气水合物的实验模拟研究，并建立了相应的三维数值模型，利用TOUGH+HYDRATE数值模拟器进行模拟开采研究，数值模拟结果的温度空间分布、水合物空间分布、产气特性、产水特性、水合物分解特性、能效比变化特性均与实验结果保持良好的一致性，证实了数值模型的有效性和正确性。　　(3)根据你最小熵增原理，并结合热效率变化规律和能效比最大原理等指标评价得出了砂质水合物藏中双水平井降压结合注热开采天然气水合物的优化温度条件。　　(4)基于优化的注热温度范围，研究了矿藏尺度和水合物饱和度对双水平井降压结合注热法开采天然气水合物实验的影响。从压力变化、温度变化、产气、产水规律、能效比变化、熵产变化等角度详细阐明了水合物藏尺度和水合物初始饱和度对降压阶段和降压联合注热阶段的水合物相变、多相渗流、及传热传质特性的影响。　　(5)根据南海天然气水合物藏的温度、压力、盐度条件在方形三维天然气水合物开采模拟平台中进行了盐水体系的水合物生成实验，同时进行了双水平井降压结合注热盐水开采天然气水合物的实验研究。重点研究了注水盐度对双水平井降压结合注热盐水开采天然气水合物实验的影响。着重分析了注水盐度变化对水合物分解特性和产气、产水规律的影响。从产气速率、能效比、能量利用、和热传递效率等角度评价得出了砂质水合物藏中双水平井降压结合注热盐水开采天然气水合物的最优注水盐度范围。　　(6)基于珠江口盆地GMGS2-16站位水合物的钻探和测井资料建立了实际水合物藏分层地质模型，利用TOUGH+HYDRATE数值模拟器进行了模拟开采研究。对比研究了单水平井降压开采和双水平井降压开采方案的产气、产水、水合物分解界面的移动特性。同时，将双水平井降压结合注盐水开采方案的开采效率与单纯降压方案进行了比较，阐明了双水平井降压结合注盐水开采方案的产气、产水规律，并从能效比、气水比、温度、压力、及各相饱和度变化特征等角度分析了珠江口盆地GMGS2-16站位水合物双水平井降压结合注热盐水开采过程中的传热特性和流体运移特征。并对开采过程中的关键操作参数如注水盐度、注水速率、和注水温度进行了敏感性分析。