井筒排煤粉技术是保障煤层气井稳定生产的关键技术。针对鄂尔多斯盆地东缘区块煤层气井的生产实际,系统研究了管套环空、杆管环空和修井时煤粉运移与携出规律,给出了杆管环空瞬态固液流场数值求解方法,设计了不压井冲煤粉作业工艺,完成了井底射流负压冲煤粉系统优化设计方法和工艺,对新型冲煤粉装置进行了结构设计和性能试验。本课题的研究对于合理地选择煤层气排采工艺参数,解决煤层气修井时压井和放空造成的产气通道破坏问题,具有重要的理论与生产价值。本文首先根据岩石力学理论,将煤层气井出煤粉归结为剪切、压实和滑移三种煤岩破坏机理。建立静水中煤粉沉降的力学模型,得到单个球形煤粉的沉降特性,再引入体积浓度获得群体煤粉沉降末速。开展单颗粒煤粉沉降实验,获得任意形状煤粉的沉降特性;开展单颗粒煤粉在流动液体中的沉降实验,得出煤粉沉降末速与液体流速间的线性关系表达式。采用将固液两相混合物作为均匀介质处理的均相模型,得到以单相流的摩阻损失为基础,基于扩散理论的煤粉水两相流管道输送摩阻损失计算方法。为分析排采过程中进入杆管环空煤粉的排出规律,考虑抽油杆运动引起的杆管环空瞬态流场,采用基于计算流体力学的动网格技术,对杆管环空内水和煤粉组成的瞬态两相流进行数值模拟求解和分析,揭示了杆管环空中煤粉颗粒的沉降与排出规律,给出了抽油杆的扰动作用对煤粉沉降速度、浓度分布以及最终排出量的影响规律;利用有杆泵排采携煤粉试验台,对杆管环空携煤粉能力进行了试验,验证了数值计算的正确性;分析与试验表明:排量是携煤粉能力的首要因素;在相同排量下,不同冲程、冲次排采工艺对进入杆管环空的煤粉排出量也有显著的影响;这些结论有助于指导排采工艺的确定和抽油机的选型。沉积在井筒底部管套环空的煤粉,如果不能及时排出井筒,将造成埋泵、堵泵等问题,影响正常排采生产的进行,需要进行捞煤粉作业。本文从煤层气井产气通道形成机理和影响煤层气单井产气量因素的角度,分析目前煤层气井冲煤粉、机械捞煤粉作业后产气量降低的原因,创新性地提出了快速冲煤粉作业工艺。为进一步实现作业时对煤储层产气通道的保护,设计了不压井的射流负压冲煤粉作业装置,并详细阐述该作业工艺与装置的排煤粉工作原理与设备组成。在射流泵理论和能量守恒定律基础上,采用洛伦兹流体混合损失模型,推导出射流负压冲煤粉装置的基本特性方程。分析冲煤粉装置效率的主要影响因素,并结合煤层气井的物性参数和生产参数,研究装置的具体使用性能。根据举升最小压力比,气蚀最大流量比,效率最优面积比以及冲煤粉最小流量四种约束条件,以冲煤粉装置效率最优为目标函数,建立冲煤粉系统优化设计数学模型,获得冲煤粉装置优化的结构和工艺参数。完成射流负压冲煤粉装置的整体设计和强度校核,并制造了满足现场使用要求的全尺寸样机。为验证射流负压冲煤粉系统设计理论与结构的可靠性,搭建煤层气井冲煤粉实验台,开展了冲煤粉装置的基本特性和性能试验,得到了样机的性能曲线和完整的特性方程。通过分析实验数据拟合出摩擦损失系数,得出冲煤粉装置完整的特性方程,发现基本特性曲线的理论值和实验值吻合较好,证明了本文建立的基本特性理论方程的正确性。采用适合多因素多水平的均匀设计方法开展冲煤粉实验,揭示喷嘴结构参数、射流参数和煤粉特性对冲煤粉深度的影响关系,得到了喷嘴流量、喷嘴直径、喷距和煤粉粒径对冲煤粉深度的影响规律。