海底油气混输管道中的天然气水合物堵塞已成为威胁油气工业最主要的流动安全保障问题。管道内复杂的原油组分和多变的流体性质严重制约了对水合物堵塞问题的预测和防治。其中两个关键的因素:原油沥青质和油水乳化性能,仍缺乏系统的研究。本文研究了水中、轻油溶剂中、金属界面处、抑制剂溶液中以及油包水乳化液中沥青质对甲烷水合物形成的影响机理;探究了油包水乳化液的含水率、乳化程度、油相组分和石英砂对甲烷水合物形成过程的动力学性能和流变学性能的影响,旨在为解决油气混输管道中水合物的堵塞问题提供理论依据。首先,选取典型的模型沥青质,研究了水中的沥青质絮凝体对甲烷水合物演变的影响。分子模拟结果表明,气液界面处和水相主体处的沥青质通过促进气相甲烷溶解和吸附液相游离甲烷,分别促进和抑制了甲烷水合物的形成,与实验结果一致。沥青质可以吸附水合物分解产生的游离甲烷,促进水合物的热分解。其次,选取正庚烷和甲苯作为饱和烃和芳香烃的代表,选取三种商用的水合物动力学抑制剂,研究了金属界面处的油水体系中甲烷水合物的形成,评估沥青质体系中抑制剂的抑制效果。结果表明,粗糙金属表面的凹槽通过富集油组分,抑制了甲烷水合物的形成。甲苯对水合物形成的抑制作用强于正庚烷,而沥青质的加入增强了抑制效果。动力学抑制剂的抑制效果与油水环境密切相关,PVP-K15在水合物形成后25h的抑制效果始终超过50%,Inhibex则不适用于油水体系中。然后,研究了含沥青质的油包水乳化液中甲烷水合物的形成机理。分子模拟结果表明,水滴尺寸、油相组分和沥青质对甲烷水合物形成的影响具有关联性。其中,沥青质对乳化液中水合物的抑制作用主要基于:水滴表面的沥青质壳阻碍甲烷向水滴内部扩散,以及沥青质与水分子形成的氢键干扰了水合物结构的形成。最后,选取正庚烷、癸烷和烷烃类矿物油,系统研究了轻油乳化液中含水率、乳化程度、油相组分和石英砂对甲烷水合物形成过程的动力学和流变学性能的影响。结果表明,增加乳化剂浓度和含水率可以提高甲烷水合物的生长速率和水合物浆液的屈服应力,分别基于体系乳化程度和水滴数量的增加。矿物油乳化液的高粘度和高稳定性导致水合物的形成速率、水合物浆液的屈服应力均明显降低。石英砂可以促进乳化液中甲烷水合物的成核,表现为缩减诱导时间、提高水合物开始生成时的温度以及消除成核过程中的随机性。石英砂的加入不改变乳化液的剪切稀化性质,但导致乳化液出现迟滞效应。