高压旋转射流是近年来发展起来的一项前沿除垢解堵技术,它利用高压水射流和旋转控制,实现对套管柱的全方位除垢。但射流高速旋转时容易产生雾化作用而降低清洗效果,采用限速体可以控制喷枪转速。因此,研究限速体翼片参数优化和环空旋转流场分布特性具有重要意义。本文首先分析了高压射流的除垢机理,然后建立旋转喷枪模型,对喷枪转速、排量和围压对环空流场分布的影响规律开展了数值模拟研究,并利用自行设计的室内实验装置,分别对喷枪转速测试和旋转射流清洗效果进行了研究。数值模拟结果表明,喷枪转速对管壁垢物的冲击作用影响较大,现场除垢解堵作业中应将工具转速控制在200-600rpm范围内。当排量增大至300L/min时,最高冲击压力可达12.1MPa,在满足现场条件下,应尽量使用大排量进行除垢解堵作业;而围压对环空速度分布的影响几乎可以忽略。室内实验结果表明,限速体翼片个数过多会导致翼片间距离较近、液体较少,翼片受到水的阻力较小;三翼片限速体降速效果较为明显,当入口压力为2MPa时,喷枪转速仅为920rpm。射流清洗压力随着水泥比例减少而逐渐降低,当水泥砂子比为2:1时所需射流清洗压力最高,为3.9MPa左右,此时对应的岩样强度也为最高。当限速体为正旋四翼片结构时,除垢质量最多;射流压力较高时,此时喷枪旋转较快,从而减少了射流在垢物表面的停滞时间,因此除垢质量反而减小。研究结果有望对现场除垢作业具有一定指导意义。