天然气水合物资源分布广、储量大、能量密度高,是最为重要的新型能源之一。降压法、热激法、注化学剂法和气体置换法等是水合物藏开采的主要方法。我国的天然气水合物资源丰富,但整体仍处于实验室模拟和地质考察阶段,开采模拟研究整体性不强,缺少系统的开采动态规律研究。因此研究适用于不同类型水合物藏的开采方法并分析开采规律,建立水合物藏开采生产参数的优化方法,对水合物藏的经济有效开采有重要意义。本论文首先研究水合物藏开采的数值模拟方法。考虑水合物藏开采过程中涉及的相态变化、传热、多相渗流等机理的表征,分析水合物体系中相与组分的关系,建立了数学模型并进行数学模型的求解和验证。结果表明,所建立的数学模型能够对水合物藏的开采进行有效模拟。在此基础上,在降压法与热激法组合条件下,根据实际水合物藏地质参数,分别研究加热辅助降压法、热水驱替法和水平井加热与降压组合法开采Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类水合物藏时的生产动态规律,并进行了影响因素敏感性分析和规律对比。实例研究表明,Ⅰ类水合物藏前期产气速率较高,后期长期处于较低水平,产量主要集中在生产前期;Ⅱ类水合物藏的产气速率整体处于较高水平,产气量增长较快;Ⅲ类水合物藏受高水合物饱和度的影响,产气速率呈现明显的周期性变化,产气量阶梯式递增。截至生产结束,Ⅱ类水合物藏的采出程度和水合物分解程度均最高,Ⅰ类水合物藏次之,Ⅲ类水合物藏最小;Ⅰ类水合物藏的能量效率最高,而Ⅱ类和Ⅲ类水合物藏相当;从Ⅰ类水合物藏到Ⅲ类水合物藏,降压作用对累产气和累分解气的影响越来越小,而热激作用的影响越来越大。最后,为实现水合物藏的高效开发,结合数值模拟技术和粒子群优化算法,提出了以净能量为目标函数的分段水平井热水吞吐开采非均质性水合物藏的生产参数优化方法,并以我国神狐海域水合物藏参数为基础进行了优化研究。研究表明,水平井分段热水吞吐技术能够获得较高的产气速率和能量效率,较好地利用和保持储层能量,低渗区域的水合物能够得到较好动用,有效改善非均质水合物藏的开发效果。