国际上发生的水合物事故案例证明,深水钻井期间最容易发生水合物沉积堵塞的是井控过程。深水井控过程中,在大气量情况下井筒和节流管线内是典型的环雾流流型,气液接触充分、传质传热速率快,造成水合物生成速率快,井筒和节流管线中发生水合物沉积堵塞的风险大。因此,需要针对深水井控环雾流条件下的水合物沉积堵塞机理展开深入研究。首先,本文综合考虑流体在流动过程中的体积变化做功、水合物生成沉积以及不同气体组分等因素影响,建立了深水井控环雾流条件下的天然气水合物生成区域预测方法。其次,通过研究环雾流条件下水合物生成沉积过程中自由水和水合物颗粒含量的变化,发现井筒内不同位置处可能会同时出现气–液–固(水合物)三相流动、气–固(水合物)两相流动和饱和气单相流动三种不同流型。在气–液–固(水合物)三相流动中,管壁上水合物层的生长来源于气相中液滴和管壁上液膜生成的水合物的沉积,考虑管壁液膜雾化对气相中水合物颗粒沉积的影响,首次提出了表征气相中水合物颗粒沉积的有效沉积系数(EDR)。在气–固(水合物)两相流动中,管壁上水合物层的生长主要来源于气相中水合物颗粒的沉积。在饱和气单相流动中,管壁上水合物层的生长来源于气相中析出冷凝水生成水合物的沉积。最后,基于不同流动情况下的水合物生成沉积机理研究,本文建立了不同流动情况下的水合物沉积堵塞预测模型,并利用文献实验数据和现场实测数据验证了建立的模型。基于建立的不同流动情况下的水合物沉积堵塞预测模型,综合考虑流体性质、边界条件及环境影响等因素,利用数值分析方法,模拟计算得到了深水井控环雾流条件下节流管线中的天然气水合物沉积堵塞规律,并分析了气体流量、液体流量、水深、管径等因素变化对水合物沉积堵塞的影响以及水合物沉积对井口回压变化的影响。本研究可为现场深水井控过程中的水合物沉积堵塞预测及防治提供有利的依据及借鉴。