由于天然气水合物主要分布在永久冻土带和海洋深水区，艰苦的地理环境和复杂的地质条件首先给这种资源的开发蒙上了一层困难的阴影。天然气水合物的勘探开发技术是集天然气地质学、冻土区工程地质学、深海地质学和深海钻探技术等多学科、多门类技术于一身的综合性的天然气水合物工业，它也是当今地质界的前沿课题之一。
从20世纪60年代苏联发现梅索雅哈气田至今，天然气水合物的开发思路基本上都是首先考虑如何使蕴藏在沉积物中的天然气水合物分解，然后再将天然气采至地面。一般来说，人为地打破天然气水合物稳定存在的温度压力条件，造成其分解，是目前开发天然气水合物中甲烷资源的主要方法。现阶段提出的方法可以归为这么几类：加热法、降压法、添加化学剂法(图8.17)，以及气体提升法、CO2置换开采法等。
图8.17 三种天然气水合物开采方法的示意图
(1)加热法
将蒸汽、热水、热盐水或其它热流体从地面泵入水合物地层，也可采用开采重油时使用的火驱法，总之只要能促使温度上升达到水合物分解的方法都可称为热激发法。热开采技术的主要不足是会造成大量的热损失，效率很低。特别是在永久冻土区，即使利用绝热管道，永冻层也会降低传递给储层的有效热量，在热刺激模型中，水合物产生的热传导控制技术有两种：①用热水或蒸汽循环注入预热井。通过数值模拟实验表明：水合物的储层最小应有15%的孔隙度，厚度应有7.5cm。如果注射液的温度为340～395K之间，则可满足其经济可行性的需要。②利用电磁或微波等直接加热。为了更有效利用热能，可在井下安装加热装置，设备较复杂，也可利用微波加热，通过波导将微波导入井底，直接加热水合物或水。
近年来，在用加热法开采稠油时，为了提高加热效率，采用井下装置加热技术，井下电磁加热方法就是其中之一，实践证明电磁加热法是一种比常规开采技术更为有效的方法。这种方法就是在垂直(或水平)井中沿井的延伸方向在紧邻天然气水合物带的上下层内(或天然气水合物层内)放入不同的电极，再通以交变电流直接对储层进行加热。电磁热还很好地降低了流体的黏度，促进了气体的流动。模拟计算结果表明，利用该方法分解水合物是可行的。
(2)降压法
通过降低压力而使天然气水合物稳定的相平衡曲线移动，从而达到促使水合物分解的目的。一般是在水合物层之下的游离气聚集层中“降低”天然气压力或形成一个天然气空腔(可由热激发或化学试剂作用人为形成)，使与天然气接触的水合物变得不稳定并且分解为天然气和水。开采水合物层之下的游离气是降低储层压力的一种有效方法，另外通过调节天然气的提取速度可以达到控制储层压力的目的，进而达到控制水合物分解的效果。减压法最大的特点是不需要昂贵的连续激发，因而其可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之一。但是，单使用减压法开采天然气是很慢的，是一种弱化被动式开采。
(3)添加化学剂法
某些化学剂，如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等可以改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定的温度。当将上述化学剂从井孔泵入后，就会引起天然气水合物的分解。添加化学剂法较加热法作用缓慢，但确有降低初始能源输入的优点，其最大缺点是费用太高。表8.6对各种天然气水合物生产方法进行了评论。
表8.6 天然气水合物开采方法评述表
(4)气体提升法
图8.18 气体提升系统开采海底水合物示意图
原理是将一根管子插入到海底含水合物层，气体从管子的中央吹入，气体抬升使管子内产生上升气流，固体水合物随着气流上升，当其接近海表面时，管道中的水合物因温度的升高和压力降低而分解(图8.18)。通过对上升管道中两相流体关系、水合物分解速度和提升管道入口参数3方面内容内容进行的实验与模拟，认为采用气体提升方法来进行海底水合物开采是经济可行的。对气-液-固三相流体进行了数学分析，结果与实验结果一致，说明在实际系统中预测三相流体关系是可行的；实验中利用HCFC141水合物获得分解速度，得到了决定流体中水合物分解速度的雷诺数(Reynolds number)与努塞尔数(Nusselt number)之间的关系式；对提升管道中水合物分解进行数学模拟分析，结果表明在气体提升系统中利用气体自身提升效果开采水合物是比较经济的开采办法；管道入口流体运动情况数学模拟结果与实验结果吻合。用离散单元法(Discrete Element Method，DEM)模拟水合物块体运动，得到了理想的入口形状——伞形。
(5)CO2置换开采法
将CO2灌入气体水合物带，以CO2置换水合物中CH4的方法(图8.19)。它具有一些显著的特点：①CO2置换水合物中的CH4在热力学上有利；②形成CO2水合物的热量比分解甲烷水合物所需的热量大20%，因此，CO2水合物的形成抵消了CH4水合物分解造成的变冷；③CO2水合物重新充填的孔隙空间有望维持气体产生物的机械稳定性，从而保证了气体开采的安全；④这个过程对气候有利，因为CO2产生了一个下沉作用而离开大气，同时产生了干净燃烧的天然气。
早期的实验研究已经对CO2置换方法开采水合物进行了论述，这些研究强调热动力促进置换反应的进行，但是仍具有一定的局限性。早期的实验大多将甲烷水合物放置在液态或气态CO2环境中，限制了置换作用的有效接触面积。一些实验表明，当温压条件接近水合物平衡条件或CO2含量达到饱和时，沉积层中CH4产气率将会减慢。
图8.19 CO2置换开采法示意图
核磁共振成像是研究多孔介质中水合物形成和分解的有效方法，因为它可以探测游离水与甲烷气中的氢，而不能探测到固态的氢，信号强度减弱增强可以很好地反映水合物的生成与分解过程。Stevens＆Howard和Huseba等的实验研究成果表明当岩心内水合物中的CH4被释放时，CH4在缝隙中的聚集可引起核磁共振影像信号的增强，当置换反应达到平衡时，继续增加CO2量会促进水合物再释放出CH4气体。CO2置换CH4过程中可以保持水合物的结构，说明在水合物开采过程中几乎没有液态水排出，即开采过程中含水合物沉积层能保持完整，因此，CO2置换开采法是可行的。利用核磁共振成像技术监测CO2置换开采法的反应过程，得出开采过程中可以保持水合物的结构，几乎没有液态水排出，使含水合物的沉积层能保持完整，因而是很有潜力的方法。早期的试验研究令人鼓舞，但仍需要做进一步的工作来证实这一过程，特别是储量的规模，以便评价整个经济潜力。阿拉斯加北部陆坡由于已经发现了气体水合物沉积，附近有潜在的CO2气源，并有能将气体推向市场的基础设施，是进行这一试验的理想地区。
(6)氟气+微波开采技术
氟气+微波开采技术是一种新的水合物开采方法，使用一种微波天线，它放置在井筒中，用电线连接，可发射频率高达2450MHz的微波，在如此高能下，能够将水合物融化，变为水和甲烷基物质(这是一种类似于冰的物质)，这样能够打破水合物热力学平衡状态，然后注入氟气，使甲烷基物质与注入的氟气发生反应(卤化反应)，这是一个强放热反应，放出的热进一步促进了该卤化反应的进行，卤化反应所生成的产物甲基氟在水中的溶解度很大，可达到166cm3/100mL水，形成一种高含甲基氟的浓缩溶液，该浓缩液通过生产井被抽到地面，然后通过维尔茨反应、电解作用、裂解作用等一系列的步骤得到甲烷气体。使用该技术的主要优点是微波作用具有选择性，对于某些材料比较强，有些比较弱。能量的吸收主要取决于微波频率、样品组成、温度这几个因素。并且，氟气在自然界中含量丰富(0.00054)，而且甲基氟比较环保。在该技术中，降低了流体和水合物的压力，水合物处在相平衡点之下，可达到分解的目的。
从方法的使用来看，单单采用某一种方法来开采天然气水合物是不经济的，只有结合不同方法的优点才能达剑对水合物的有效开采。例如将降压法和热开采技术结合使用，即先用热激发法分解天然气水合物，后用降压法提取游离气体，这样取得的效果可能会更好一些。最近，减压法、热激发法和这些方法的联合方案被用来作为生产水合物中天然气可能的办法进行评估，减压法和热激发法已经在加拿大西北部的麦肯齐三角洲的Mallik SL-38研究井用来生产少量气体。可是这些方法用于商业性油气开采的经济价值仍有不确定因素。多种原理和方法联合开采是今后的发展趋势，也必将展现出诱人的前景。