随着陆上与近海油气资源的日益枯竭,深水油气田开发将成为21世纪全球油气能源开发的主战场。深水低温和高压的恶劣环境显著增加了固相结晶所带来流动保障问题发生的概率。其中,蜡晶与水合物固相协同析出问题,是海上油气开发关注的重点问题。此外,随着我国海洋能源强国战略的推进,我国南海神狐海域天然气水合物勘查与开采工作稳步进行。不论是采取水合物降压开采技术,还是采取水合物固态流化开采技术,试采过程中均会面临流动安全风险的挑战,包括井筒内出砂所带来的系列问题。上述两种工程背景的交叉核心为水合物和微米级颗粒(蜡晶和砂粒)。因此,本文以水合物为主要研究对象,分别引入两种微米级颗粒(蜡晶和砂粒),探明两种微米级颗粒对水合物生成与流动特性的影响规律,具体研究内容如下:首先,进行了微米级蜡晶分散体系内天然气水合物的诱导成核实验,探明了天然气水合物诱导期随含蜡量增大而延长的规律。基于上述规律,建立了微米级蜡晶分散体系内天然气水合物的半经验诱导期预测模型。通过黏度数据探究微米级蜡晶分散体系内环戊烷水合物的结晶特性,通过黏度变化率对环戊烷水合物诱导期进行定义,获取了水合物成核诱导期的统计分布信息,发现环戊烷水合物诱导期符合对数正态分布的特征。分别结合Freundlich与Langmuir吸附函数,描述了蜡晶对水合物成核过程中客体分子传质的抑制作用,首次建立了基于诱导期统计数据的环戊烷水合物诱导期预测模型。对微米级蜡晶分散体系内天然气水合物和环戊烷水合物的生长特性进行了分析与研究,提出了微米级蜡晶分散体系水合物的生长机理。探究了微米级蜡晶分散体系内水合物生成/分解完整周期的浆体流动稳定性。探讨了微米级蜡晶分散体系内环戊烷水合物浆体的动态黏度特性、剪切稀释性和屈服特性,明确了微米级蜡晶分散体系内水合物浆体具有屈服强度的原因。其次,研究了微米级砂粒分散体系内甲烷水合物一次生成过程中的成核诱导期与生成过冷度,并进一步探究了微米级砂粒分散体系内不同生成过冷度下的累积生成概率。耦合半经验的水合物生成动力学模型,计算出微米级砂粒分散体系内的水合物一次生成动力学参数。结合水合物颗粒与微米级砂粒的微观分布特征,揭示了微米级砂粒促进甲烷水合物一次生成的动力学影响机制。基于纯水及微米级砂粒分散体系内甲烷水合物的二次生成实验结果,阐明了水基流动体系内甲烷水合物“记忆效应”的影响机理。最后,通过宏观的压降、流量、黏度以及视窗观测等宏观参数,明确了水合物生成驱动力和流速是影响纯水流动体系固液流型演变、水合物沉积状态及堵管类型的重要影响因素,揭示了流动体系内微米级砂粒对水合物浆体流动稳定性以及壁面沉积的影响机制。考虑水力摩擦、水合物聚集体与管壁的碰撞摩擦、水合物聚集体与液相间的摩擦、微米级砂粒对管壁的摩擦,以及微米级砂粒与液相间的摩擦作用引起的能量耗散,首次建立了微米级砂粒分散体系内水合物浆体流动阻力系数的计算方法。微米级砂粒对宏观壁面特性以及微观颗粒聚并特性的影响导致了流动体系内含砂水合物浆体的堵管。基于Einstein相对黏度模型,推导了恒定体积分数与变剪切率条件下的水合物浆体黏度计算方法,并对水平流动环路以及流变仪内生成含砂水合物浆体在不同剪切率条件下的黏度进行预测,明确了分形维数对浆体黏度预测精度的重要性。