天然氣水合物儲層改造研究進展

黃 滿 吳亮虹 寧伏龍 王佳賢 竇曉峰 張 凌 劉天樂 蔣國盛

1. 中國地質大學（武漢）工程學院 2. 地球深部鉆探與深地資源開發國際聯合研究中心

0 引言

我國天然氣水合物（以下簡稱水合物）總儲量估算約為84×1012m3，僅南海北部陸坡水合物遠景資源量就達上百億噸油當量，其產業化開發對于改善我國能源消費結構、保障國家能源安全和實現“雙碳”戰略目標等具有重要意義[1-4]。

近30年來水合物資源研究與開發領域取得了突出成績，但離商業化開發目標仍有較長的距離。水合物開發，是打破原位穩定條件促使水合物分解進而排采出天然氣，由此產生了降壓、熱激、注抑制劑、CO2置換、固態流化法等多種生產方法。這些單一或聯合法開采過程中的水合物分解機制、氣水運移規律以及參數敏感性相關的研究成果，構成了較為扎實的水合物開發基礎理論[5-6]。在此基礎上，全球范圍內已實施了11次水合物試采[6–14]，采用了7次降壓法、1次熱激法、1次降壓—熱激聯合法，1次降壓—CO2置換聯合法和1次固態流化法。2020年在中國南海神狐海域進行了第二輪試采，采用水平井降壓開采法實現了連續產氣30天、總產氣量86×104m3、日均產氣量2.9×104m3的歷史突破[9]。然而，對于商業化開發，當前水合物試采仍面臨開采效率低、安全風險高等瓶頸難題。

大量科學研究和工程實踐表明，儲層改造是提升非常規低滲透儲層生產性能的重要途徑。相對于生產井型設計、分解刺激強化、開發策略優化等對原生水合物儲層的被動優化適應，儲層改造則是對水合物儲層進行主動人為改造，以改善原生儲層孔滲（孔隙度、滲透率）和力學特性，為后續壓力傳遞和氣水滲流開采過程提供良好條件，從而實現提產增效[15-17]。此外，致密頁巖氣儲層水平井壓裂開發的成功模式，也為實現水合物儲層簡單可控、經濟高效地改造增產提供了有益參考。據此，筆者在前人關于水合物儲層增產開采方法和井身結構設計研究的基礎上[18]，分析了水合物儲層的基本特征，系統梳理了水合物儲層改造方面的研究資料，將其歸納為水力壓裂、近井改造和化學改造3個方向，總結了3個方向主要的研究成果，最后進行了討論與展望，以期為后續研究和實踐提供重要參考，推動水合物產業化進程。

1 水合物儲層基本特征

如圖1所示，迄今自然界中發現的水合物晶體類型有Ⅰ、Ⅱ和H三種[22-23]。其中，Ⅰ型水合物主要是微生物成因，Ⅱ和H型水合物主要源于熱解成因與混合成因[19]。中國南海發現的水合物絕大多數屬于Ⅰ型，祁連山凍土區和木里地區則主要為Ⅱ、H型水合物[24]。根據顆粒間接觸關系，水合物微觀賦存模式可分為膠結型、孔隙填充型和顆粒承載型[25]。宏觀賦存狀態主要包括塊狀、層狀、結節狀、脈狀、片狀、分散狀、浸染狀和水合物丘等[19,26]。砂質沉積物中水合物飽和度通常較高，可達90%[27]。泥質粉砂沉積物中水合物通常呈分散狀，且飽和度一般較低，介于1%～12%，自然界中水合物多為此類賦存形式[28]。水合物成藏分為構造聚集、地層聚集和兩者組合3種模式[29]，形成4種不同儲藏類型[30–32]。第1、2和3類水合物儲藏，具有上覆和下伏低滲透地層。其中，第1類存在含游離氣水層，第2類存在不含游離氣水層，第3類存在單一水合物沉積物層，中國南海水合物賦存區多屬第2類儲藏。第4類儲藏無上覆下伏低滲地層，通常為大面積低飽和度塊狀水合物沉積物，分布廣泛，其中一些具有良好的開發潛力[20]。

如表1所示，水合物儲層與頁巖氣儲層的基本特征存在差異[19,21,33-37]。相對于頁巖氣儲層，水合物資源儲量更大，儲層埋深更淺、厚度更厚、孔隙度更高，這些方面的優勢有利于高效開發。然而，原位狀態下水合物儲層滲透率較低，與頁巖氣儲層相當。而且，水合物在沉積物中的賦存形式復雜，開發過程中存在降壓刺激以及水合物分解、生成、運移等演化過程，對孔滲特性也會產生影響：①降壓刺激會增加沉積物有效應力，劣化孔滲特性；②水合物分解、生成會影響儲層孔隙度和沉積物骨架有效應力；③運移聚集可能會堵塞滲流通道。這些機制會導致水合物儲層孔滲特性在開發過程中動態演變，有別于頁巖氣開發。此外，自然界中水合物多為飽和度較低的分散狀泥質粉砂水合物沉積物，這些特征是水合物高效開發的不利因素。從水力壓裂改善頁巖氣儲層滲透性大幅提高產能的成功經驗來看，合適的儲層改造也是改善水合物儲層滲透性并提升產能的極具潛力的途徑。因此，研究人員開展了系列水合物儲層改造研究。

表1 水合物與頁巖氣儲層特征對比表[21,32-37]

2 水合物儲層水力壓裂改造

2.1 水力壓裂試驗研究

迄今針對水合物儲層，已開展不含水合物沉積物骨架、含水合物砂質沉積物、含水合物泥質粉砂沉積物3類試樣壓裂試驗（表2），這些試驗的分析手段包括泵壓曲線、宏觀裂縫、CT掃描等。

表2 水合物沉積物壓裂試驗條件表

2.1.1 不含水合物沉積物骨架壓裂試驗

未固結砂層、泥沙隔層和泥質粉砂層壓裂試驗表明，流體注入過程中各試樣均可產生水力裂縫（圖2-a）。但是，不同于巖石裂隙尖端線彈性斷裂機制，未固結砂層裂隙尖端擴展取決于前端過渡區內的流體侵入和剪切失效[38]。泥隔層砂層水力裂縫并未沿最大水平主應力方向擴展，而是沿泥砂交界面擴展延伸[39]。

圖2 水合物沉積物壓裂試驗圖

這有別于巖石中裂縫擴展規律，可能是由于泥砂交界面滲透性較好，便于流體侵入。在流體注入過程中，泥質粉砂試樣會產生拉伸和剪切破壞，同時形成復雜的水平和垂直裂縫，裂縫擴展方向未表現出受應力狀態嚴格約束，圍壓的增加會增大起裂壓力和更易誘發微裂隙[40]。此外，未固結或弱固結介質壓裂規律與壓裂液的造壁性能和濾失特性密切相關，交聯瓜爾膠注入砂層會形成濾餅帶、凝膠侵入帶和濾液侵入帶，添加降濾失劑可以降低凈起裂壓力，并有效抑制凝膠侵入[38]。

2.1.2 含水合物砂質沉積物壓裂試驗

針對含水合物砂質沉積物，開展了不同側重的水力壓裂試驗（圖2-b）。含甲烷水合物砂質沉積物水力裂縫表現出拉伸破壞特征，擴展方向垂直于最小主應力方向，與完整固結巖石壓裂行為相似；裂縫在圍壓作用下閉合后，滲透率增益效果在1天間隔內依然存在；試樣經二次注入壓裂后滲透率可增加到4.6 mD，是降壓生產的良好條件[41]。壓裂液黏度和地應力狀態均會影響含水合物砂質沉積物壓裂行為，隨壓裂液黏度增加起裂壓力增大且裂縫復雜程度增加；對于大埋深高應力狀態儲層，高黏壓裂液具有更好的造縫效果[42-43]。此外，Too等[44-45]采用預置幣型裂縫凍砂試樣驗證了壓裂方法確定斷裂力學參數的有效性，并使用該方法測算了含水合物砂質沉積物的表觀斷裂韌度、抗拉強度和特征長度，其中前二者隨著水合物飽和度的增加呈現增大趨勢。Liu等[46]使用層次分析—熵值法建立了水合物沉積物可壓性評價模型，并分析了模擬阿拉斯加凍土水合物沉積物試樣的壓裂結果，指出脆性是主要影響因素，其次是礦物組分、水合物飽和度、應力各向異性，增加壓裂液黏度可提高可壓性指數，改善壓裂效果。

2.1.3 含水合物泥質粉砂沉積物壓裂試驗

針對含水合物泥質粉砂沉積物，開展了壓裂試驗（圖2-c）。在無圍壓試驗條件下，泥質粉砂和砂質水合物沉積物產生的水力裂縫形態存在差異，前者形成水平裂縫，后者則產生縫網[47]。在圍壓條件下，冰飽和度、注入速率和壓裂液黏度的增加會增大含冰泥質粉砂沉積物的起裂壓力，且裂縫擴展方向主要受應力條件差異控制；對于含水合物泥質粉砂沉積物，壓裂液黏度增加會增大起裂壓力，飽和度增大使裂縫擴展所需流體壓力增加[48]。另外，不同于固結巖石壓裂行為，含水合物泥質粉砂沉積物水力壓裂過程可分為兩個階段：第一階段是初始拉伸破壞，第二階段是侵蝕破壞，可能導致穿孔現象和裂縫加寬[49]。

2.1.4 新型脹裂劑壓裂試驗

為探索海域水合物儲層壓裂新方法，開展了一種第三代顛覆性采礦技術（A Third-Generation Disruptive Technology for Mining，縮寫為3G-DTM）試驗[50]。3G-DTM技術的原理是利用氧化鈣基脹裂劑水化膨脹產生高壓壓裂圍巖。均質粗粒膠結砂巖試驗結果顯示，圍壓和孔隙流體鹽度增加有利于提升3G-DTM的壓裂效果，在一定程度上說明了對海底圍壓和鹽水環境的良好適用性（圖3）。但是，需要注意的是均質硅酸鹽膠結砂巖與未固結或弱固結水合物沉積物在物質組成、膠結特性、成巖環境、強度特征等方面存在差異，而且脹裂劑所能提供的壓裂能量有限，可能會限制壓裂改造效果和范圍。

圖3 新型脹裂劑砂巖壓裂試驗圖[50]

2.2 水力壓裂數值模擬研究

根據水合物沉積物力學特征和斷裂理論，構建裂縫起裂和擴展模型開展壓裂過程數值模擬，是研究水合物儲層壓裂行為的重要手段。目前，針對水合物沉積物壓裂行為的數值模擬較少，主要有cohesive單元模型[48,51]和PFC2D模型[52]，另外建立了熱流體壓裂耦合溫度場模型[53]。

如圖4-a所示，利用cohesive單元模型構建了水合物沉積物壓裂數值模型[48,51]，耦合了裂縫起裂擴展、流體流動、流體濾失以及多孔介質變形等物理機制。使用2D模型分析了飽和度等地質條件和注入速率等工藝參數對裂縫起裂、擴展的影響。使用3D模型研究了神狐海域SH2站位儲層單簇壓裂、同步壓裂和順序壓裂的行為和規律，分析了壓裂液排量對單簇裂縫起裂和擴展的影響，研究了同步壓裂和順序壓裂中多簇裂縫的起裂擴展規律，闡釋了裂縫形態特征和裂縫間應力干擾現象。

圖4 水合物沉積物壓裂過程數值模擬模型圖

根據顆粒直徑、孔隙度和飽和度等參數，使用顆粒流分析程序PFC2D構建了水合物沉積物水力壓裂離散元模型[52]（圖4-b)。該模型由介質顆粒和顆粒間接觸關系構成，耦合了流體流動機制，可描述剪切和拉伸破壞。模擬流體注入過程表明，飽和度低于30%的水合物沉積物試樣脆性較弱，較難有效壓裂；40%～60%飽和度的試樣可產生理想數量的主裂縫；水合物賦存模式對壓裂行為有顯著影響，顆粒膠結型的最小破裂壓力高于顆粒承載型；另外，水力裂縫和地層應力難以引起天然裂縫的剪切滑移。

此外，考慮水合物分解焓和地層滲透率的變化對傳熱傳質的影響，在常規熱流體壓裂溫度場模型基礎上構建了耦合溫度場模型[53]。計算結果表明，熱流體壓裂過程中水合物分解區呈“狹長的子彈”狀，水合物分解、生成和裂縫溫度場對裂縫壁面溫度的影響依次減弱。該模型為水合物儲層熱流體壓裂數值模擬提供了更精確的溫度場計算方法。

2.3 儲層壓裂后生產性能評價研究

為評估水力壓裂改造水合物儲層效果，根據儲層地質背景，利用Tough+Hydrate等工具構建了壓裂后儲層產氣模型并開展了數值模擬，研究了水合物儲層垂直井、水平井和三井注采系統壓裂后的生產性能，并分析了實驗室小尺度模型壓裂后的產氣規律（表3、圖5）。總體上，水力壓裂在儲層中構建的高滲人工裂縫，可以改善降壓和注熱效果，有利于氣水滲流，并提升生產性能。

表3 水合物儲層壓裂后生產性能評價研究表

圖5 壓裂后水合物儲層生產模型圖

在垂直井壓裂方面，如圖一定條件下，產氣速率隨著裂縫數量的增加而增大[54]。裂縫半徑小幅增加可改善生產性能，持續增加則作用有限[55]。上覆、下伏地層密封改造可以顯著提升垂直井壓裂后的生產性能，可大幅提高產氣量并降低產水量[56]。此外，高滲裂縫區對高、低溫儲層產氣過程影響規律存在差異[57]。在水平井壓裂方面，研究了水平井位、裂縫方向、分支裂縫和裂縫環帶等對生產性能的影響。存在三相層和游離氣層的情況下，水平井位于三相層中部時裂縫對產氣性能的提升效果最佳[58]。但是，隨著水合物分解前緣遠離裂縫，裂縫增益效果減弱[59]。在水平主裂縫和垂直分支裂縫構成的系統中，水平主裂縫可明顯提升長期產量，垂直分支裂縫則主要對短期采收有貢獻[60]。井周環形高滲裂縫帶半徑增加，會顯著提升儲層生產性能，例如，在設定條件下裂縫帶半徑從0增加到4 m，30年產氣量增加2.1倍[61]。分段壓裂可增大儲層改造范圍（圖5-c）。水平井分段壓裂裂縫數量、滲透率和面積的增加，可提升生產性能[48]。井筒上、下部水合物分解同時進行，不同于無裂縫井筒前期主要是井筒下部水合物分解[62]。此外，Tan等[63]分析了水平井分段壓裂裂縫參數敏感性。

三井注采系統，通常是1口井注熱另外2口井降壓生產。在井間構建人工裂縫形成高滲通道，有利于壓力傳遞、熱量傳導和氣水滲流（圖5-d）。人工裂縫可提升三井注采系統的生產性能，生產過程可被熱突破分為相對短的突破前階段和突破后穩定產氣階段，沿著裂縫和近裂縫區域的熱對流主導突破前階段，裂縫周圍區域的熱傳導決定突破后階段[64]。裂縫滲透率增大可增強產氣性能，在較大井間距下產氣效率提升更顯著，人工裂縫可以增大有效井間距[65]。網狀裂縫間距變化會導致水合物分解模式轉變，間距較大時表現為活塞狀分解模式，間距足夠小時會轉變為非活塞狀分解模式，且生產效率顯著提升[66]。此外，小尺度模型產氣模擬便于與實驗數據進行對比驗證。如圖6所示，Feng等[67]參照儲層模擬器HiGUMA構建了產氣模型，利用實驗數據驗證了模型準確性，并研究指出裂縫可顯著提升降壓初期氣體產出速率，對最終產量幾乎沒有影響，有助于提升注熱效果。Zhao等[68]研究了小尺度巖心模型在4種不同裂縫模式下的產氣規律，指出裂縫深度在提升產氣效率方面起到關鍵作用。

3 水合物儲層近井改造

除水力壓裂外，研究人員積極探索水合物儲層改造新方法，提出了水射流割縫、井周注漿柱、分層劈裂注漿等近井儲層改造思路（表4）。水射流割縫、井周注漿柱和分層劈裂注漿是將現有工程技術，應用于未固結或弱固結水合物儲層改造。水射流割縫源于煤層割縫增滲增透，井周注漿柱源于薄弱地層旋噴樁加固，分層劈裂注漿源于土壩劈裂注漿防滲加固。在改造水合物儲層時，將普通砂漿替換為泡沫砂漿，固結后形成多孔高滲通道，起到改善近井儲層孔滲和力學特性的作用。

高壓水射流破碎水合物沉積物研究結果表明，水合物飽和度較低和較高時，沉積物破壞模式分別類似于砂土和巖石，前者主要為沖刷破壞，后者以拉伸剪切破壞為主；射流速度越大，沖擊破碎坑深度更深、直徑更寬、體積更大[69]（圖7-a）。在設定水合物儲層條件和割縫參數下，水射流割縫井筒相對裸眼完井可提高約3倍產能[70]。此外，高滲割縫縫槽通道內氣水流速高，有利于導流防砂作用，促進壓降傳播，效果隨時間逐漸減弱，縫槽位于三相層時增產效果最為顯著[71]。井周注漿柱是通過射流沖擊破碎井周儲層并構建多孔高滲注漿柱改造近井儲層的方法[72]（圖7-c）。神狐海域水合物儲層井周注漿柱改造后生產模擬表明，半徑為0.5 m的注漿柱可分別提升水合物分解效率157%、累計產氣量110%以及平均氣水比31%，提效增產效果顯著；生產性能提升主要取決于注漿柱半徑和高度，注漿柱孔滲參數高于閾值后的增加對產氣性能提升不明顯。分層劈裂注漿是劈裂注漿和泡沫砂漿相結合的方法[73]（圖7-d）。劈裂注漿是注泥漿克服地層應力和抗拉強度構建劈裂裂縫；泡沫砂漿是固化后具有多孔高滲特性的砂漿。神狐海域SH2站點儲層分層劈裂注漿改造后生產模擬結果表明，泡沫砂漿層可促進低壓區擴張并提升產氣性能，其數量、厚度和滲透率存在最優值，會影響儲層物理和力學參數空間演化，在改善生產性能的同時有利于儲層穩定。

圖7 水合物儲層近井改造圖

4 水合物儲層化學改造

根據水合物儲藏特征，提出了甲醇吞吐、蓋層改造等化學改造方法（表5）。甲醇吞吐法，即降壓開采前利用甲醇吞吐促使近井區域水合物分解以改善儲層滲透性的方法。數值計算表明，甲醇吞吐在提高產量方面效果良好，吞吐期間地層溫度下降有助于周圍地層熱量流入，吞吐方案如吞吐時間比、甲醇濃度等會影響改造效果[74]。另外，針對水合物儲藏蓋層不成巖特點，李楠[75]提出了注二氧化碳生成水合物構造低滲蓋層的改造方法（圖8）。試驗結果表明：①二氧化碳水合物低滲蓋層可有效阻止上覆海水侵入，為后續降壓操作提供封閉環境，顯著提升產氣效率和降低產水量；②低滲水合物蓋層會經歷增厚—退化—失穩3個階段演化，可長時間維持力學穩定，實現二氧化碳封存。二氧化碳乳液對蓋層的改造效果優于液態二氧化碳[76]，添加十二烷基硫酸鈉可改善二氧化碳水合物蓋層密封效果[77]。

表5 水合物藏化學改造方法研究表

圖8 二氧化碳改造水合物藏蓋層圖[75]

5 討論與展望

5.1 問題與挑戰

5.1.1 現有水合物儲層壓裂試驗研究存在一定局限性

一方面，雖然裂縫閉合后仍具有增滲效果，但Konno等[41]試驗中裂縫閉合時間僅為1天，人工裂縫是否能長期保持穩定的增滲效果還需研究，而且生產過程中氣水流動和地層結構演變對裂縫狀態的影響也不清楚。另一方面，Sun等[49]發現含水合物泥質粉砂沉積物在圍壓下的壓裂裂縫形態與常規裂縫存在明顯差異，呈現穿孔形態（圖2-c）。這種現象在Too等[44]含水合物砂質沉積物試驗中也有出現（圖2-b）。Ito等[39]研究發現，泥砂隔層壓裂裂縫也具有一定穿孔趨勢（圖2-a）。這種壓裂穿孔現象，可能是高壓流體沿著試樣不均質薄弱且滲透率相對較高的路徑滲流侵蝕形成，不同于常規巖石材料的張拉斷裂成縫模式，在巖石壓裂試驗中也較少觀察到。在儲層尺度下，侵蝕穿孔的增滲作用和改造范圍，應與大面積人工裂縫面存在較大差距。穿孔現象的產生機理還不清楚，其與試樣尺度、非均質性、地應力狀態、壓裂液性質是否有關聯，還有待研究和揭示。

5.1.2 水合物沉積物壓裂過程數值模擬研究較為匱乏

目前只構建了Abaqus程序cohesive單元壓裂模型和PFC2D程序離散元壓裂模型[48,51-52]。使用cohesive單元模型計算的起裂壓力接近實驗值，在一定程度上驗證了該方法的有效性，為壓裂機理分析和實際儲層裂縫擴展分析提供了工具。但是，該模型需要預設裂縫擴展路徑，沒有考慮壓裂過程中水合物分解與再形成的耦合影響，裂隙尖端設定為拉伸斷裂。而且，除了物理力學參數不同外，該模型中水合物沉積物與常規巖石材料壓裂設置無本質區別。這些因素使得該模型描述的水合物沉積物壓裂過程與實際塑性地層情況存在差異。PFC2D水力壓裂模型考慮了顆粒間的剪切破壞和張拉斷裂，不需預置裂縫，更接近水合物沉積物壓裂微觀機制。但是該模型也沒有考慮水合物分解與生成的影響，而且離散元計算負載通常巨大，儲層規模的模擬對計算資源要求較高。水合物沉積物壓裂模型還需在明確壓裂機理的基礎上進行精細和完善。

5.1.3 水合物儲層壓裂后生產性能評估研究方法相對單一

目前對該方向的研究幾乎均使用Tough+Hydrate等工具構建儲層壓裂后產氣模型，將裂縫簡化為具有一定厚度的多孔高滲平面或者具有一定半徑的環帶區域，并研究分析多孔高滲平面或環帶對產氣過程的影響。研究中對裂縫進行了理想和簡化，通過設置特定單元的孔隙度和滲透率來表征裂縫，并且未考慮裂縫在生產過程中可能產生的變化。這可能與實際情況存在差異，而且相應的試驗驗證和參照較少。水射流割縫、井周注漿柱和分層劈裂注漿等近井儲層改造方法，目前多處于構建改造后儲層產氣模型并通過數值計算研究改造效果的階段。然而，對于水合物儲層改造工程應用，這些方法在注漿材料選配、注漿固化規律、注漿骨架孔滲特性、骨架通道構建工藝以及海域施工方法、難度、風險等方面的研究尚屬空白，缺少相應的試驗研究和驗證。

5.1.4 現有水合物儲層化學改造方法存在先天不足

甲醇吞吐法和二氧化碳水合物改造蓋層均具有良好的改造增產潛力。但是與改造效果相比，甲醇毒性、可燃性以及成本等不利因素也需要綜合考慮和評估。海域二氧化碳儲運成本是限制二氧化碳水合物改造蓋層方法的重要因素，并且改造后蓋層的穩定性可能需要進一步評估，以避免造成二氧化碳泄露，不利于環境保護。

5.2 展望

展望未來，隨著研究的不斷深入和系統化，水合物儲層可壓性、裂縫起裂和擴展、裂縫滲流特征、裂縫演變規律等基礎理論，壓裂過程建模與計算、壓裂儲層產氣模擬與評價等預測技術，風險和成本控制、方案設計和優化、現場監測與施工等生產工藝，將會不斷精細和完善，形成成套水合儲層壓裂理論、技術和工藝。同時，針對水射流割縫、井周注漿柱和分層劈裂注漿等近井儲層改造方法，在當前良好的生產性能提升研究的基礎上，后續應在注漿材料選配、固化規律、固化后孔滲特性、穩定性、注漿骨架通道構建過程及操作參數影響規律、改造后儲層產氣特性和出砂規律、海域近井儲層改造施工難度、風險以及成本評估等方面開展深入研究，并在試采工程中開展應用測試，以形成可行有效的近井儲層改造技術。此外，在加強水合物儲層化學改造機理研究的同時，應對安全性和經濟性等方面進行重點評估。總體上，通過理論分析、數值計算、室內實驗和現場試驗等不斷深入和系統地研究，構建以水力壓裂為主、近井改造為輔、化學改造為補充的水合物儲層改造理論和技術體系，有助于加快推動水合物資源開發產業化。

6 結束語

1）整體來看，當前水合物儲層改造研究尚處于起始階段，主要有水力壓裂、近井改造和化學改造等3個方向。水力壓裂研究資料相對豐富、研究程度相對較深較廣，近井改造次之，化學改造較少。

2）水力壓裂方面，驗證了水合物沉積物具有可壓性，揭示了水合物沉積物與巖石拉伸破壞相似的壓裂機理，發現裂縫在圍壓作用下閉合后仍具有增滲效果并有利于二次張開，分析了地應力、壓裂液對水合物沉積物壓裂特性的影響；構建了壓裂過程數值模型，模擬分析了水合物沉積物水力壓裂裂縫起裂和擴展行為；闡釋了人工裂縫改善水合物儲層降壓和注熱效果的機制，明確了人工裂縫高滲通道對產氣速率等關鍵生產指標的提升作用，分析了裂縫方向、滲透率、縫長、縫高、數量、間距等工藝參數的敏感性；為水合物儲層壓裂改造工程實際提供了理論指導。但是，壓裂機理和數值模型還有待進一步精細和完善。

3）近井改造方面，揭示了高壓水射流沖蝕水合物沉積物的機制和規律，通過數值模擬驗證了水射流割縫、井周注漿柱、分層劈裂注漿均可有效提升生產性能，并分析了改造工藝參數對生產性能的影響。后續應在注漿材料選配、高滲骨架通道構建以及實際工程施工評估等方面，開展深入研究以驗證近井改造方法的可行性和有效性。

4）化學改造方面，探索了二氧化碳水合物改造蓋層和甲醇吞吐對水合物儲層生產性能的提升潛力，分析了二氧化碳改造蓋層實現二氧化碳埋存的可行性。然而，甲醇的毒性和可燃性以及海域二氧化碳儲運成本和埋存泄露風險是明顯的局限，需要進一步研究和評估。

5）針對當前面臨的問題和挑戰，通過后續不斷深入和系統地研究，構建以水力壓裂為主、近井改造為輔、化學改造為補充的水合物儲層改造理論和技術體系，有助于加快推動天然氣水合物資源開發產業化進程。