注热开采法与置换开采法均为开采天然气水合物的常用方法。但是由于传统研究中注热开采多为向水合物层内注入热水等热流体,注热量不易定量并且热量损失较多、能量利用率低,而置换法则存在甲烷置换回收率低的问题。因此本文提出利用多次脉冲注热提高甲烷置换回收率的方法,并在研究注热联合置换法开采水合物之前对水合物的注热产气过程进行了探究。本文利用电热棒向水合物层注热从而对注热量实现较为精准的控制,探究不同压力条件下不同功率注热时水合物分解产气规律。结果表明注热功率越大平均产气速率越快,6 MPa以100 W功率注热甲烷产气速率最快,为0.0135 mol/min。在以较低的功率注热时,将压力由6 MPa降为3 MPa可以明显提高产气速率,3 MPa时以20 W功率注热甲烷产气速率为0.0031 mol/min,而6 MPa时这一数值为0.0025 mol/min。实验过程能量利用率仍然较低,20 W注热时最大,约31%,能源投资回报比约为4.3。注热前降压可以在一定程度上提高水合物注热开采过程中的能量利用率及能源投资回报比,且在低功率注热时作用较为显著。以20 W注热时降压使能量利用率由31%提升到46%,能源投资回报比由4.3提升至6.6。研究注热产气过程之后,本文尝试利用电热棒进行脉冲式注热来提高富碳烟气（53mol%CO₂+47mol%N₂）置换开采天然气水合物的甲烷回收率,并研究了置换温度和压力对甲烷回收率的影响。结果表明:在实验条件下置换温度越高、压力越低时甲烷的回收率越高,脉冲式注热对甲烷回收率的促进效果越好。在6℃、8 MPa脉冲注热将甲烷回收率由40%提升到55%。通过进一步的研究发现:初始脉冲注热时间和脉冲注热间隔对最终的甲烷回收率无明显影响,因为二者并不影响每次注热过程水合物分解的区域及效果;而缩短每次脉冲注热持续时间或降低脉冲注热的功率则无法提高置换过程甲烷的回收率。最后对脉冲式注热促进富碳烟气置换开采天然气水合物的机制进行了分析。本文认为脉冲式注热可以在一定程度上对水合物层造成“破坏”,使原先相对紧密的水合物层变得疏松,增大CO₂和N₂分子与天然气水合物的接触面积;而水合物受热分解生成的气体向外扩散,也会在水合物层内部产生一些细小的通道,促进传质过程,增大置换面积,从而提高置换开采天然气水合物过程中甲烷回收率。