井下节流技术以实现天然气节流降压为目的被广泛运用于各大气田之中,井下节流器是实现节流降压过程的关键部件,其结构与类型较多,其中卡爪式节流器通过丢手管预压缩卡爪进行投放作业,具有易解卡、防下滑、不咬死油管等优点,现已小范围投产于苏里格气田之中,初步应用效果良好,但在实际应用中个别气井出现节流器无法正常工作、不易打捞等问题。本文在中国石油长庆油田委托课题支持下,以卡爪式井下节流器为研究对象,在公理设计理论与框架下通过性能分析和结构优化,为该结构节流器在使用过程中存在问题的解决及进一步推广应用提供理论依据和借鉴。主要研究内容包括:（1）对卡爪式井下节流器进行三维建模并对其工作原理及过程进行分析,并总结装置结构特点。（2）将公理设计理论方法与节流器的性能分析及优化过程相结合,建立公理化模型并得到优化流程图,从而保证分析及优化过程的逻辑化与合理性。（3）在所建立的公理设计优化框架下,采用有限元方法对装置进行坐封与解封系统建模并求解。首先采用控制变量法,以卡爪杆长、杆厚、牙高及成型角为设计变量,研究参数变化对装置工作性能的影响规律,得到影响参数的优化范围,为后续研究奠定基础。再采用响应面优化法,以保证装置可正常卡定为前提,以卡爪的4个结构参数为设计变量,以所得到的优化范围为约束条件,以最小化投放、打捞状态下的接触应力为优化目标,得到最优的结构参数组合。（4）对优化结果进行技术适应性分析与评价,结果表明,基于公理化优化流程所得到的优化结果对现有卡爪式井下节流装置的性能优化具有借鉴作用。