伴随着石油持续被开采,地层储存的能量持续被耗损,对应油井的产量也持续减少,更有甚者还会面临停喷停产,导致地层残余的大量石油无法被人们开采出来。为了弥补开采石油后出现的地下压力亏空,增强油层的压力,对油田进行注水作业是目前油田常用的方法。但是在传统的分层注水作业过程中,常压作业起下管柱时,井底油管内返水现象很普遍,管柱提升多高,井液就会喷溅多高,难以接收,不仅喷溅油田作业员工一身污油污水,还会给周围环境带来严重污染,严重时甚至还会危及油田工作人员生命安全。为了解决这一难题,本文在传统的分层注水管柱结构的基础上,结合现场需求,提出了一种新型的防喷注水管柱,该管柱不仅可以满足正常的注水功能,还能实现防喷泄流。本文针对设计的防喷注水管柱,主要做了以下的研究。首先,结合油田注水作业的实际情况,分析注水管柱内部溢流的原因,针对这一原因,按照“环空流体不喷溅,管内流体不存留”的思路,针对油管、挡球及桥式偏心的结构特点,对防喷管柱的结构进行改进,分别设计上、下封堵泄流器。其次,创建了防喷注水管柱在四个不同注水作业工况下的力学模型,分析了管柱在不同作业情况下的受力,通过分析管柱处于不同注水工况下节点的受力和变形,不同注水工况下井下工具的安全性,能确保管柱在井下注水作业的安全进行。然后,在前面受力分析的基础上,基于MATLAB软件编写了一套《注水井防喷管柱力学特性仿真》软件,该软件可以完成节点受力、管柱泄流能力、工具使用状态等计算机模拟仿真研究,对管柱的安全性进行校核。最后,通过现场油田的实验,对上部封堵泄流器和下部封堵泄流器的工作压差、泄流通道开启压差、底阀开启压差、伞形阀承压差能力以及存水回落时间分别进行了试验验证,通过实验验证和仿真结果的对比,验证软件计算精度的准确性。