天然气水合物流动障碍是威胁深水油气资源高效开发的关键问题之一。地层产出流体在经过简单脱水后仍含有大量水蒸气,输送过程中系统内过饱和流体中将有自由水冷凝析出,与管内天然气结合生成水合物并附着于管壁,形成水合物流动障碍,影响深水输气管线作业进程,威胁作业安全,需要针对深水输气管线生产过程中水合物流动障碍形成机制和演化规律进行深入分析。本文以深水输气管线生产过程为工程应用背景,考虑到水合物相变热、管壁水合物沉积层的保温作用、由水合物的非均匀沉积特性造成的焦耳-汤姆逊效应及管壁水合物沉积层生长造成的管径、粗糙度和流动参数的变化,建立深水输气管线内温压场耦合计算模型。结合不同气体组分等因素对水合物相平衡条件的影响,建立深水输气管线内水合物生成区域定量预测模型。考虑深水输气管线内液相分布特征、系统内水合物颗粒运移沉积规律及水合物多孔沉积特性,建立深水输气管线内水合物定量预测模型,并利用文献实验数据对模型准确性进行验证,本文模型预测结果与实验数据的相对误差从前人模型的34.98%降至7.43%。综合考虑深水输气管线的特殊作业工况和管内流体性质等因素,开发深水输气管线内水合物堵塞定量预测软件,分析深水输气管线内水合物沉积堵塞规律。根据水合物沉积对系统压降影响显著的特征,提出了水合物流动保障安全报警窗口的概念。分析不同因素与管线内水合物沉积行为的相互耦合影响,结合深水输气管线案例模拟结果显示:水合物沉积沿线呈明显的不均匀分布特征;系统内不同位置处水合物沉积速率差异较大,案例工况下水合物堵塞危险区域为距离管线入口700 m-3200 m位置;水合物堵塞危险区域附近流体流动参数变化剧烈;系统内气体流量的增大、作业水深的增加及管线内径的减小对水合物沉积起促进作用。提出基于流动障碍形成规律预测的水合物堵塞防治方法:适当减小系统内流体流量和适当增加输送管径能有效减缓水合物堵塞的发生;对水合物堵塞危险区域定点注入水合物抑制剂;确定无水合物堵塞的安全生产时间,案例工况下水合物堵塞安全报警窗口为84天。本研究可为深水输气管线内水合物流动障碍预测和防治工作提供有利的借鉴。