在天然气集输过程中,由于输送条件和地理条件经常在集输管道中形成天然气水合物。从流动性保障的角度来看,水合物在管线中形成后,这些结晶状冰状固体颗粒通过夹带输送,与管壁碰撞期间耗散能量,可能在浓度敏感的情况下积聚、沉积,从而增加了整体泵送成本,甚至带来严重的管道堵塞风险。因此,研究管道内天然气水合物的沉积特性对油气输送管道的安全保障问题具有十分重要的意义。通过对国内外管输体系中水合物沉积机理研究的最新研究进展的调研,借鉴和改进前研究学者的研究成果,采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,对管道内生成的水合物固体颗粒进行动力学研究,建立管壁沉积动力学模型:(1)考虑了管道内壁面的水润湿情况,及管内生成的水合物颗粒与管壁之间的粘附力,建立了天然气水合物沉积—管壁粘附动力学模型;(2)考虑了管道中气流夹带的液滴生成的水合物颗粒,在管道中运移发生颗粒间碰撞聚集或破碎,建立了天然气水合物沉积—颗粒运移沉降动力学模型。利用HYSYS模拟商业软件对国内实际天然气集输管道案例进行分析,管道中水合物生成位置、沉积进行预测研究。指出在管道沿线可能会发生水合物沉积、堵塞,在很大程度上取决于水合物颗粒的尺寸和气载的性质。水合物多相流动数值模拟的发展是水合物相关风险评估的最新趋势。利用FLUENT模拟商业软件建立管道内水合物颗粒聚集沉积CFD模型并进行实验验证,分析不同工况下对管内天然气水合物流动沉积特性。(1)对集输条件下直管内天然气水合物沉积特性进行数值模拟,确定了影响天然气水合物在直管段发生沉积堵塞的主要影响因素;(2)对集输条件下弯管内天然气水合物沉积特性进行数值模拟,以及对各种工况发生的水合物颗粒沉积的沉积率进行计算。最后确定了影响天然气水合物在竖直弯管段发生沉积堵塞的主要影响因素。通过对天然气集输管道内水合物沉积特性进行研究,为避免发生天然气集输管道内水合物沉积堵塞、管输流动安全提供一套有效且快速的预测防治工具。