由於天然氣水合物主要分布在永久凍土帶和海洋深水區，艱苦的地理環境和復雜的地質條件首先給這種資源的開發蒙上了壹層困難的陰影。天然氣水合物的勘探開發技術是集天然氣地質學、凍土區工程地質學、深海地質學和深海鉆探技術等多學科、多門類技術於壹身的綜合性的天然氣水合物工業，它也是當今地質界的前沿課題之壹。
從20世紀60年代蘇聯發現梅索雅哈氣田至今，天然氣水合物的開發思路基本上都是首先考慮如何使蘊藏在沈積物中的天然氣水合物分解，然後再將天然氣采至地面。壹般來說，人為地打破天然氣水合物穩定存在的溫度壓力條件，造成其分解，是目前開發天然氣水合物中甲烷資源的主要方法。現階段提出的方法可以歸為這麽幾類：加熱法、降壓法、添加化學劑法(圖8.17)，以及氣體提升法、CO2置換開采法等。
圖8.17 三種天然氣水合物開采方法的示意圖
(1)加熱法
將蒸汽、熱水、熱鹽水或其它熱流體從地面泵入水合物地層，也可采用開采重油時使用的火驅法，總之只要能促使溫度上升達到水合物分解的方法都可稱為熱激發法。熱開采技術的主要不足是會造成大量的熱損失，效率很低。特別是在永久凍土區，即使利用絕熱管道，永凍層也會降低傳遞給儲層的有效熱量，在熱刺激模型中，水合物產生的熱傳導控制技術有兩種：①用熱水或蒸汽循環註入預熱井。通過數值模擬實驗表明：水合物的儲層最小應有15%的孔隙度，厚度應有7.5cm。如果註射液的溫度為340～395K之間，則可滿足其經濟可行性的需要。②利用電磁或微波等直接加熱。為了更有效利用熱能，可在井下安裝加熱裝置，設備較復雜，也可利用微波加熱，通過波導將微波導入井底，直接加熱水合物或水。
近年來，在用加熱法開采稠油時，為了提高加熱效率，采用井下裝置加熱技術，井下電磁加熱方法就是其中之壹，實踐證明電磁加熱法是壹種比常規開采技術更為有效的方法。這種方法就是在垂直(或水平)井中沿井的延伸方向在緊鄰天然氣水合物帶的上下層內(或天然氣水合物層內)放入不同的電極，再通以交變電流直接對儲層進行加熱。電磁熱還很好地降低了流體的黏度，促進了氣體的流動。模擬計算結果表明，利用該方法分解水合物是可行的。
(2)降壓法
通過降低壓力而使天然氣水合物穩定的相平衡曲線移動，從而達到促使水合物分解的目的。壹般是在水合物層之下的遊離氣聚集層中“降低”天然氣壓力或形成壹個天然氣空腔(可由熱激發或化學試劑作用人為形成)，使與天然氣接觸的水合物變得不穩定並且分解為天然氣和水。開采水合物層之下的遊離氣是降低儲層壓力的壹種有效方法，另外通過調節天然氣的提取速度可以達到控制儲層壓力的目的，進而達到控制水合物分解的效果。減壓法最大的特點是不需要昂貴的連續激發，因而其可能成為今後大規模開采天然氣水合物的有效方法之壹。但是，單使用減壓法開采天然氣是很慢的，是壹種弱化被動式開采。
(3)添加化學劑法
某些化學劑，如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等可以改變水合物形成的相平衡條件，降低水合物穩定的溫度。當將上述化學劑從井孔泵入後，就會引起天然氣水合物的分解。添加化學劑法較加熱法作用緩慢，但確有降低初始能源輸入的優點，其最大缺點是費用太高。表8.6對各種天然氣水合物生產方法進行了評論。
表8.6 天然氣水合物開采方法評述表
(4)氣體提升法
圖8.18 氣體提升系統開采海底水合物示意圖
原理是將壹根管子插入到海底含水合物層，氣體從管子的中央吹入，氣體擡升使管子內產生上升氣流，固體水合物隨著氣流上升，當其接近海表面時，管道中的水合物因溫度的升高和壓力降低而分解(圖8.18)。通過對上升管道中兩相流體關系、水合物分解速度和提升管道入口參數3方面內容內容進行的實驗與模擬，認為采用氣體提升方法來進行海底水合物開采是經濟可行的。對氣-液-固三相流體進行了數學分析，結果與實驗結果壹致，說明在實際系統中預測三相流體關系是可行的；實驗中利用HCFC141水合物獲得分解速度，得到了決定流體中水合物分解速度的雷諾數(Reynolds number)與努塞爾數(Nusselt number)之間的關系式；對提升管道中水合物分解進行數學模擬分析，結果表明在氣體提升系統中利用氣體自身提升效果開采水合物是比較經濟的開采辦法；管道入口流體運動情況數學模擬結果與實驗結果吻合。用離散單元法(Discrete Element Method，DEM)模擬水合物塊體運動，得到了理想的入口形狀——傘形。
(5)CO2置換開采法
將CO2灌入氣體水合物帶，以CO2置換水合物中CH4的方法(圖8.19)。它具有壹些顯著的特點：①CO2置換水合物中的CH4在熱力學上有利；②形成CO2水合物的熱量比分解甲烷水合物所需的熱量大20%，因此，CO2水合物的形成抵消了CH4水合物分解造成的變冷；③CO2水合物重新充填的孔隙空間有望維持氣體產生物的機械穩定性，從而保證了氣體開采的安全；④這個過程對氣候有利，因為CO2產生了壹個下沈作用而離開大氣，同時產生了幹凈燃燒的天然氣。
早期的實驗研究已經對CO2置換方法開采水合物進行了論述，這些研究強調熱動力促進置換反應的進行，但是仍具有壹定的局限性。早期的實驗大多將甲烷水合物放置在液態或氣態CO2環境中，限制了置換作用的有效接觸面積。壹些實驗表明，當溫壓條件接近水合物平衡條件或CO2含量達到飽和時，沈積層中CH4產氣率將會減慢。
圖8.19 CO2置換開采法示意圖
核磁***振成像是研究多孔介質中水合物形成和分解的有效方法，因為它可以探測遊離水與甲烷氣中的氫，而不能探測到固態的氫，信號強度減弱增強可以很好地反映水合物的生成與分解過程。Stevens＆Howard和Huseba等的實驗研究成果表明當巖心內水合物中的CH4被釋放時，CH4在縫隙中的聚集可引起核磁***振影像信號的增強，當置換反應達到平衡時，繼續增加CO2量會促進水合物再釋放出CH4氣體。CO2置換CH4過程中可以保持水合物的結構，說明在水合物開采過程中幾乎沒有液態水排出，即開采過程中含水合物沈積層能保持完整，因此，CO2置換開采法是可行的。利用核磁***振成像技術監測CO2置換開采法的反應過程，得出開采過程中可以保持水合物的結構，幾乎沒有液態水排出，使含水合物的沈積層能保持完整，因而是很有潛力的方法。早期的試驗研究令人鼓舞，但仍需要做進壹步的工作來證實這壹過程，特別是儲量的規模，以便評價整個經濟潛力。阿拉斯加北部陸坡由於已經發現了氣體水合物沈積，附近有潛在的CO2氣源，並有能將氣體推向市場的基礎設施，是進行這壹試驗的理想地區。
(6)氟氣+微波開采技術
氟氣+微波開采技術是壹種新的水合物開采方法，使用壹種微波天線，它放置在井筒中，用電線連接，可發射頻率高達2450MHz的微波，在如此高能下，能夠將水合物融化，變為水和甲烷基物質(這是壹種類似於冰的物質)，這樣能夠打破水合物熱力學平衡狀態，然後註入氟氣，使甲烷基物質與註入的氟氣發生反應(鹵化反應)，這是壹個強放熱反應，放出的熱進壹步促進了該鹵化反應的進行，鹵化反應所生成的產物甲基氟在水中的溶解度很大，可達到166cm3/100mL水，形成壹種高含甲基氟的濃縮溶液，該濃縮液通過生產井被抽到地面，然後通過維爾茨反應、電解作用、裂解作用等壹系列的步驟得到甲烷氣體。使用該技術的主要優點是微波作用具有選擇性，對於某些材料比較強，有些比較弱。能量的吸收主要取決於微波頻率、樣品組成、溫度這幾個因素。並且，氟氣在自然界中含量豐富(0.00054)，而且甲基氟比較環保。在該技術中，降低了流體和水合物的壓力，水合物處在相平衡點之下，可達到分解的目的。
從方法的使用來看，單單采用某壹種方法來開采天然氣水合物是不經濟的，只有結合不同方法的優點才能達劍對水合物的有效開采。例如將降壓法和熱開采技術結合使用，即先用熱激發法分解天然氣水合物，後用降壓法提取遊離氣體，這樣取得的效果可能會更好壹些。最近，減壓法、熱激發法和這些方法的聯合方案被用來作為生產水合物中天然氣可能的辦法進行評估，減壓法和熱激發法已經在加拿大西北部的麥肯齊三角洲的Mallik SL-38研究井用來生產少量氣體。可是這些方法用於商業性油氣開采的經濟價值仍有不確定因素。多種原理和方法聯合開采是今後的發展趨勢，也必將展現出誘人的前景。