在陆上及浅水油气资源日趋探明和有限的情况下,深水正在成为未来油气资源争夺的主战场,由于深水气井勘探开发成本和难度非常高,致使其安全问题倍受重视。深水气井完井测试是获取地层储集参数、评价气藏开发潜力的重要环节,由于严苛的测试工况和高压低温的流动环境,使井筒内水合物流动障碍的形成成为深水气井测试过程最为严峻的流动保障问题之一,对深水测试安全性、准确性和高效性造成巨大影响。但是,目前对于深水测试中井筒水合物流动障碍的形成机制和预测方法研究不足,现场缺乏兼顾安全、经济性的水合物防治措施,致使水合物堵塞井筒的事故频频发生,大大延长了测试时间,增大了测试成本。本文基于水合物生成、生长、沉积规律及多相流理论,揭示了井筒内不同流型下水合物流动障碍形成的差异性机理;考虑水合物生成、生长、分解、沉积与脱落行为,建立了高气液比环状和雾状流型下的水合物流动障碍预测模型;结合深水测试流程,提出了不同测试工况下水合物流动障碍预测和预防方法;最终,创建了深水气井安全高效测试工作制度和测试参数设计方法。本文关键性结论及认识如下:(1)揭示了井筒不同气液流型下水合物流动障碍的形成机制与差异性机理。研究表明:深水测试管柱内时常达到水合物相平衡条件,但是泡状流、段塞流、搅动流下水合物结晶诱导期长、气泡滑脱上升快,水合物生成速率有限,形成流动障碍需要较长时间;雾状流和环状流型下有序的流动形态为水合物生成和稳定沉积创造了条件,水合物沉积风险大于其他流型;相同过冷度下,环状流转变为雾状流后水合物生成速率降低约40%,导致雾状流下水合物流动障碍较环状流有所下降。(2)建立了深水测试过程井筒环状/雾状流型下水合物流动障碍动态预测模型。模型适用于水合物生成、生长、分解、沉积与脱落条件,Lorenzo水合物环流实验验证表明:所预测水合物生成速率和水合物体积分数的相对误差分别小于4.6%和3.8%;南海深水气井测试验证表明:温度和压力预测值与实测值间的相对误差分别约为6%和4%,模型在深水气井测试乃至气控管流体系中的水合物沉积预测上具有高可靠性,可为流动保障设计提供理论支持。(3)建立了深水气井清井放喷、变产量测试、关井压力恢复、节流工况下井筒水合物流动障碍预测和预防方法。结合深水测试流程,分别建立了高液气比清井放喷工况水合物风险时段确定-清喷制度优化、低液气比变产量测试工况水合物生成区域判断-水合物堵塞程度预测-安全测试时间确定、关井压力恢复工况地下和地上关井条件、井身节流工况低深度和高深度节流条件下的水合物流动障碍预测和预防方法。算例结果表明,组合放喷制度可使清喷期间的风险时段缩短30%以上;安全测试时间图版有助于确定变产量测试的最佳时长;关井条件下的水合物流动障碍大小为:地上关井高液柱>地上关井低液柱>地下关井;适当的高深度节流能有效缩短水合物生成区域。(4)创建了深水气井安全高效测试工作制度和测试参数设计方法。研究表明:混序测试制度能够在不改变测试产量与时长前提下调整测点顺序,利用高低测试气量交替产生的井筒高温促使水合物沉积层分解;对于无出砂、无应力敏感、无反凝析且不出水的深水气井推荐使用三点、两点测试法,测点减少和产量提高能在保证产能方程准确性前提下降低水合物堵塞程度、缩短测试时间。算例结果显示,其他条件不变时,混序测试较正序、反序测试时最大水合物堵塞程度可减轻27.2%;相比于四点测试法,三点法和两点法测试可使最大水合物堵塞程度降为72.8%,分别使变产量阶段的测试时长缩短21.1%和42.1%。本文对深水气井测试过程井筒内水合物流动障碍的预测和预防进行了系统性研究,为解决深水测试管柱水合物沉积与堵塞这一难题提供了理论支撑,从而促进我国深水天然气资源更加安全、高效、经济地开发。