石油工程中为了提高采收率的注水、洗井工艺中,液流常通过油套环空流动,此过程中由于机械故障或电机突然停止工作,使得环空液流的动力瞬间丧失,加上采油管道较长,会导致环空流道中的液流失速,产生水击现象。这种环空液流失速水击现象给采油工程安全及周边环境会带来严重影响,因此有必要对此现象进行研究。目前环空流道的液流运动研究中,主要是在同心环空(偏心环空)的定常流(非定常流)的控制方程、解析方法、以及边界形式对液流运动影响等系列问题上,研究的流体包括牛顿流体和幂律流体等,而对环空流道液流失速水击特性的研究未见报道。论文结合环空流道结构特点,推导了环空流道液流失速水击的波速计算公式,分析了公式中的摩阻项。然后通过粒子图像测速技术和智能数字动态压力采集系统,对竖直井模拟实验装置注水过程中正注、合注、反注以及水平井模拟装置中合注环空液流失速水击的压力场和流场特性进行了分析,并结合油套环空中流速分布变化及其衰减过程和涡量场等特性分析了其成因,同时结合实测的环空流道液流失速水击波速对其公式进行了分析。另通过模拟实验装置测试分析了油套环空和油管同时失速和各自失速液流产生水击时,偏心环空中液流流场和压力场的特性,总结了不同偏心度对各环空液流失速水击特性的影响。还通过模拟实验装置及PIV和瞬变压力采集系统对环空中螺旋流失速水击的压力场和流场参数进行了采集,利用参照美国类似标准设计的旋度涡角测量仪(申报了国家专利),测定了环空流道中螺旋流的不同旋度,进而对不同旋度环空中螺旋流的失速水击特性进行了分析研究。最后通过模拟实验装置对往复式抽油泵失速产生的阀门速关速开水击和阀门速关水击的特性进行了研究,为了对其特性进行剖析,引进了水击锤击数的概念,通过锤击数分析了往复式抽油泵失速水击阀门不同工作方式下水击的特点,以及对抽油泵环空流道液流运动的影响。研究结果表明：正注和合注时液流失速产生水击,会使油管内、外壁压力瞬时严重失衡,压力差最高可达数百倍,反注时油套环空内、外壁和油管内壁水击压力变化较平衡。正注油套环空内液流速度衰减快于油管,压力衰减慢于油管：油管内液流失速对油套环空液流有牵动作用。合注时,油套环空内速度衰减快,水击压力衰减也快;如失速时间不同步,油管和油套环空交合部可能产生二次水击。水平井等速合注时,环空流道中液流水击压力大；水击压力及流速衰减快,环空外壁水击压力大于内壁水击压力,内壁水击压力衰减快于外壁。偏心油套环空和油管内同时产生水击,随着偏心距的加大,油套环空内、外壁压力增加,油管内、外壁以及两侧水击压力双重失衡;偏心距越大,小流道内流速越小,油套环空流道内速度衰减越快；仅油套环空内液流失速产生水击,偏心距小,内、外壁压力差大,环空小流道侧速度衰减随偏心距的增加而加快；仅油管内液流失速产生水击,油管内、外壁压力差大。环空流道螺旋流失速水击发生后,流速在油套环空两侧流道内衰减是非同步对称的；断面流速波动和衰减震荡随旋度涡角变化：断面涡量不完全具有贴壁性,其随旋度涡角的增加而减小；油管内、外壁压力差,随涡角的增大而减小。往复式抽油泵失速后,阀门速开速关产生的水击,水击锤击数较高,高水击锤击数比率较大,水击压力小,水击锤击数衰减缓慢,水击衰减历时短；阀门速关产生的水击,水击压力大,水击锤击数沿程衰减快,水击衰减历时较长,水击锤击数少。