在深水油气开采与传输中,水合物的生成会引起管道堵塞,造成严重的安全问题。水合物形成后颗粒间的聚集及壁面沉积是引起水合物堵塞的两大诱因。影响水合物颗粒聚集和壁面沉积粘附的因素较多,目前对其聚集和壁面沉积机理尚未有定论。注入防聚剂或管道壁面改造是解决水合物堵塞的两个途径。本文借助作用力模型分析、防聚剂测试及壁面改造对水合物的聚集和壁面沉积机理展开系统性研究,分析相关因素对水合物聚集和壁面粘附的影响规律,获得初步的水合物防治理论:为研究水合物微观聚集机理,构建了一套水合物微观力测试装置,实现了水合物微观力的直接测量。建立了考虑液桥固化的作用力模型,对比实测结果,验证了该作用力模型可以较好地预测液桥轮廓以及水合物颗粒间的作用力,分析了液桥体积、生长速率以及界面张力对作用力的影响规律,发现增大液桥体积、生长速率及油水界面张力均可增大水合物颗粒间相互作用力。同时,建立了考虑水合物分解的作用力模型,研究了液桥体积、水合物分解程度及分解速率等因素对作用力的影响规律。通过自组装的微观力测量仪,考察了防聚剂AA(椰子油酸酰胺丙基二甲胺)浓度、水合物分解等因素对水合物微观聚集过程的影响。借助高压摇摆槽(Rocking Cell),系统研究了防聚剂AA在凝析油/盐水/甲烷高压体系中的宏观作用规律,探索了含水率(10%-100%)及盐浓度对AA防聚效果的影响规律。实验发现,在低含水率时,盐(Na Cl)降低AA的防聚效果,而在高含水条件下盐与AA具有一定的协同作用;针AA在低含水条件下防聚能力不足的问题,开发了AA+Span 80双剂复配体系,研究了两种防聚剂的协同作用机理。构建了一套水合物壁面粘附力测量仪,实现了水合物在壁面粘附力的直接测试,探索了生成时间、过冷度、壁面材质及防聚剂等因素对水合物壁面粘附力的影响规律。实验发现增加过冷度、延长生长时间、增加壁面表面能均可增加水合物壁面粘附力。防聚剂可以有效降低水合物壁面粘附力,防聚剂中AA降低水合物壁面粘附力的能力最强。同时,探索了过冷度、AA浓度等因素对环戊烷中水合物壁面生长过程及外观形貌的影响。实验发现,降低过冷度及加入防聚剂AA均可延缓水合物的生长,低过冷度时水合物表面更平整,防聚剂AA浓度及过冷度的改变可导致不同的水合物生长特点。借助电沉积、水热氧化及表面修饰法在X90管线钢表面制备了超疏水涂层,此涂层具备优异的疏水能力。构建了观测及微观作用力测试装置,观测并分析了含生物防聚剂AA的环戊烷相中环戊烷水合物在壁面的生长现象,测量里水合物在超疏水壁面的粘附力。实验表明,超疏水涂层可以有效降低水合物与壁面接触面积以及壁面粘附力。