我国天然气水合物资源较为丰富,主要分布在南海和东海海域,我国对于天然气水合物的研究起步较晚,整体研究状况处在实验室模拟和初步试采阶段,缺少系统开发水合物的研究。因此,如何高效开发天然气水合物成为研究重点,井网系统及注采参数是高效开发水合物的关键问题。室内实验规模有限,不能准确地反映出开采过程中水合物的变化情况,更无法预测开采过程中水合物储层的动态变化,并且由于经济等原因开展矿场井网实验较为困难。数值模拟技术可以将研究尺度从岩心尺度扩大到矿场尺度,可以预测水合物藏在开采过程中的动态变化,对实际水合物藏的经济开采具有重要意义。本文利用CMG-STARS模块建立CO2置换法数值模型,并应用CMG-STARS模块反应动力学实现了水合物分解和合成的过程,利用CMG-STARS中局部平衡方法实现相平衡作为反应驱动力的模拟。通过建立特征模型探究了储层性质包括孔隙度、渗透率、温度梯度和岩石热容量对CO2置换法开采水合物的影响;在此基础上,基于中国南海神狐海域建立了矿场尺度的非均质性水合物三维模型,对井网形式包括五点法、七点法和九点法形式、井距、CO2注气速度、生产井井底压力以及初始水合物饱和度等参数进行分析优选。研究结果表明:储层的物性对水合物的开采有重要影响,具有较大的孔隙度和低渗透率水合物储层能够更好的利用置换法开采天然气,神狐海域的水合物储层性质适于置换法开采。基于均质特征模型模拟结果显示七点法井网形式具有最高的累计产气量,大井距的开发效果优于小井距的开发效果;在实际开发水合物藏中,当地层均质性较好时,可以优先选择大井距七点法井网形式开采水合物,这样有利于提高天然气产量并且便于后期的井网加密改造;针对于神狐海域地质资料建立神狐海域三维地质模型,优化结果表明九点法井网形式具有最大的甲烷产气量、埋存率和置换率,为最佳的井网形式。大井距都有利于水合物的开采,700 m为最佳井距;CO2注气速度对不同的井网形式影响存在差异五点和七点法井网甲烷累计产气量影响不显著,而对九点法井网有重要影响,九点法井网形式最佳注气速度为40000 m~3·d-1;优选最佳井底压力为2.5 MPa,低井底压力有利于提高产气量;初始水合物饱和度对甲烷累计产气量影响显著,随着初始水合物饱和度的增加埋存率和置换效率提高。