目前,我国已发现多个不同CO2含量的天然气气田,如：长庆长北气田(CO2含量5.321%),江苏黄桥气田(CO2含量90～99%),广东三水气田(CO2含量84～99%),吉林万金塔气田(CO2含量90～99%)等。高含CO2天然气开采出来后需要通过集输管道输送到处理厂进行CO2和天然气的分离；分离出的CO2也需要通过管道或车船等运输方式输送到消费市场用于化工生产、油气开采、消防、食品加工等。然而由于CO2的热物性特点(纯CO2临界温度为304.25K,临界压力为7.36MPa),当纯CO2或含CO2天然气进行管道输送时,其工况明显不同于常规天然气,如容易出现气相、液相、超临界的相互转换等,所有这些给含CO2天然气管道的设计和管理带来了新的课题。针对高含CO2天然气和纯CO2管道输送过程中的有关工艺设计和计算问题,采用实验和理论研究相结合的方法,首先评价和筛选了高含CO2天然气物性参数和相态的计算方法；研究了管道设计过程中的管径优选问题；讨论了高含CO2天然气水合物预测与防止问题；最后分别考虑气相、液相、超临界三种情况,基于管道输送基本方程和特征线求解方法,开发出了CO2管道仿真系统软件。取得的主要成果如下：(1)对4种CO2含量(10%、50%、90%、100%)气体样品进行配制,在-10～40℃、0～15MPa范围内,对压缩因子、密度、粘度、泡点、露点等参数进行实验测试,获得了完整的实验数据,为高含CO2天然气物性参数计算方法的筛选修正提供了依据；实验还表明：当压力、温度相同时,随着天然气中CO2含量的增加,天然气相对体积、密度、粘度总体均呈增大的趋势,而天然气压缩因子、体积系数则呈降低的趋势。(2)针对5种CO2含量(10%、30%、50%、70%、90%)与甲醇(质量浓度16.5%、34.6%)、乙二醇(质量浓度21.8%、42.6%)2种抑制剂在0～15MPa范围内进行水合物生成温度测试。结果显示,在实验条件范围内,加甲醇可以降低水合物生成温度15～18℃左右,加乙二醇可以降低水合物生成温度6～10～C左右。从抑制效果来看,甲醇优于乙二醇,且在同样的抑制效果下甲醇的使用量低于乙二醇。(3)在-10～40℃、0～15MPa范围内,采用实验数据评价RK、SRK、PR、BWRS气体状态方程,以误差±5%为界,确定了各状态方程的适用范围(表3.2),通过对比发现BWRS方程的适用范围相对较广。因此,在实际计算中可依据不同的压力、温度具体选择状态方程计算物性参数以获得更佳的计算精度。(4)对比分析国外已有的CO2管道投资估算模型,结合我国管道投资实际情况,建立了适合我国实际情况的CO2管道投资费用估算模型,并得到了输量与管径、输量与年折合费用、输量与经济流速之间的关系,可为管道设计人员提供参考依据。(5)采用实验数据在0～15MPa范围内对用于水合物生成条件预测的Chen-Guo模型进行分析,发现Chen-Guo模型在计算高含CO2天然气水合物生成温度时的误差在2-7℃内。基于实验结果对Chen-Guo模型进行改进,改进后的模型计算平均误差小于0.25℃,能够满足CO2含量在10%～90%、压力0～15MPa范围的计算要求。(6)在CO2气相、液相输送管道系统数学模型的基础上,考虑压缩机、泵、阀门等非管元件,结合不同的初值条件、边界条件,采用特征线求解方法,基于C#语言,开发了CO2管道仿真系统软件,并针对气相、液相、超临界三种高含C02天然气管道输送管网进行了具体应用,分析了各种管输条件下管路沿线的温度、压力分布规律,预测管路沿线流体介质的相态变化,证明了软件和方法的合理性。论文为CO2气田和高含CO2天然气气田的有效开发利用以及CO2安全、经济、高效的管道输送奠定理论基础,具有重要的社会意义和经济价值。