水合物的形成和堵塞是深水流动安全保障的主要问题,随着海上油气资源开发逐步向深海发展,水合物防治手段由传统抑制向风险控制转变。天然气水合物浆流动和堵塞机理的研究作为水合物风险管控技术的关键,其研究仍不成熟。目前关于水合物颗粒管壁粘附机理的研究较少,同时缺乏整合聚集和沉积两类堵塞机理的模型,导致现有的天然气水合物浆堵塞风险和流动安全评价手段不足以满足工程需要,本文针对这些问题开展研究,对水合物浆的堵塞机理的完善和工业化应用均具有十分重要的现实意义。本文分析了管壁上水合物颗粒的微观受力和移除机制,建立了天然气水合物颗粒管壁粘附动力学模型,提出临界移除粒径和粘附率的定义,提供了一种定量研究水合物颗粒在不同壁面环境下粘附情况的新方法。为实现天然气水合物浆流动和堵塞特性的分析计算,首先利用欧拉双流体模型,在充分考虑相间相互作用、颗粒聚集机制、固相密度和粘度以及最大填充率等水合物颗粒特征物性的基础上,建立了描述水合物浆等温流动的CFD模型,对浆体粒径和阻力特性进行了验证分析,指出了该研究方法的适用性。随后,基于水合物浆浓度分布计算模型和浆体流型划分准则,提出了综合考虑聚集和着床沉积两类堵塞机理的水合物浆稳态流动模型,采用实测数据对模型可靠性进行了全面检验,计算值与实验值基本吻合,利用该模型研究了天然气水合物浆聚集粒径、相对粘度以及阻力特性,给出了浆体的流型图。在以上研究的基础上,通过分析Danielson水力段塞流模型以及Zerpa模型中水合物相的处理方法,建立了天然气水合物浆瞬态流动模型,该模型利用天然气水合物生长宏观动力学模型计算水合物的生成速率,同时可对生成过程中液相含水率进行追踪,水合物聚集采用了Camargo-Palermo模型进行描述,模型计算结果和ExxonMobil环道实验结果吻合较好。