在凝析气田开发的中后期,由于生产气量减小,会面对管内积液严重的问题;气体管道内的积液堆积会造成气体流动的摩阻增加,压降升高,严重影响油气田的正常生产操作,因此需要定期进行清管作业,以实现油气的高效安全输送。使用传统清管器会带来清管效率低、终端积液瞬时流出量大、清管器速度过快等问题,针对这一弊端,研究者们研发了射流清管器。目前射流清管器的工业化应用处于起步阶段,相关理论研究并不完善,尤其是对清管段塞形态和积液运移过程认识不足,需要加强此方面的实验和机理研究。另外,对于射流清管器而言,由于旁通孔的开设,清管器卡堵风险大大增加,制约射流清管器的广泛应用。因此展开对射流清管器卡堵风险的研究,开发一套结构简单有效的防卡堵射流结构,将对射流清管器应用的推广具有重大意义。本文首先设计了防卡堵射流结构,对核心部件控制弹簧的选型准则进行了优化,避免了弹簧选型的复杂程序;建立了三维几何模型,采用六面体结构进行结构化网格划分,使用FLUENT对阀门受力进行了高精度的计算;建立了基于稳态假设的阀门受力计算公式,完善了防卡堵射流结构的设计过程,将计算结果与CFD计算结果相比较可知,本文所建立的计算模型对偏离稳态较小的工况计算误差较小。本文在实验室内搭建了水平清管实验系统,设计配置了相应的检测手段,另外制作了实验用的射流清管器实验样机,完成了广泛的单气相实验。对射流清管器的卡堵风险研究表明:射流清管器在管道内遇到阻碍时有完全卡堵、停滞再启动以及顺利通过三种状态,通过状态由清管器后方气体达到稳态前能否克服管壁与清管器之间的静摩擦力所决定;在卡堵状态图中,高旁通射流清管器具有更大的卡堵范围,卡堵风险更高;当高旁通清管器发生卡堵时,通过增大入口气速更难建立足够的压差以使清管器再次启动,解堵更加困难;阻碍形式对清管器通过阻碍的状态具有重要影响,较管径渐变的情况,管径突变使射流清管器具有更高的卡堵风险;随着阻碍程度的增加,粘滑现象的影响逐渐减弱。本文进行了直通-渐缩射流结构和防卡堵结构的运行对比,选取两组工况进行了防卡堵结构的有效性验证。实验结果表明:阀门结构在旁通率较小时对清管器的运行影响不大,而在旁通率较大时,与无防卡堵结构相比差异增大;在恰当选择弹簧的情况下,本研究所设计的防卡堵射流清管器能够在正常运行时保持正常旁通率,而在遇到障碍时阀门能够迅速关闭,缩短清管器停滞时间或者防止卡堵工况出现。本文在广泛的气液两相清管实验基础上,对射流清管段塞的控制机理开展了研究,研究结果表明:清管器后方压力可以反应其运行状态,随旁通率增大,清管器速度减小,但越来越不平稳,粘滑次数逐渐增多,但存在转折点;入口气速的增加使清管器的运行时间缩短,而液速对清管器运行的影响较小;对于传统清管器,液塞均匀地充满管道,但当清管器发生粘滑时会使液塞中靠近清管器的位置出现气团;射流清管段塞呈现液塞-液膜-液塞的形态,但液塞区域由气液掺混共同组成,并非完整由液体所充满,并且随着清管器旁通率的增大,液塞含气率将会升高;清管器的运行状态对清管段塞的形态具有重大影响,稳定运行时大部分呈现液塞状态;清管器减速时,旁通气体对下游液体进行吹扫,液塞区域边前进边耗散;清管器再次启动,将推动前方液膜重新形成液塞,并为前方的液塞补充液体以维持液塞形态。使用红外二极管检测技术对清管段塞铺展长度进行提取,发现段塞铺展长度随旁通率增长先平缓增加,后增长趋势明显;增大入口气速将使段塞长度减小,而入口液速越大,清管段塞越长,说明射流清管器对积液多的管道效果更佳。本文综合使用数学模型、数值模拟、室内实验等方法,对射流清管器的卡堵性能、防卡堵射流结构设计与验证以及射流清管段塞控制机理展开了广泛而深入的研究,加深了对射流清管器运行特性的认识,对射流清管器的推广应用具有重要推动意义。