近年来,钻井技术在水平井、深井和超深井、大位移井等的应用增多,钻井的成本和风险也随之逐年提高,钻杆在使用过程中的自身质量问题、重复利用率以及修复后的钻杆质量问题成为了钻井工艺过程中不可忽略的关键性问题。目前,针对钻杆的探伤检测、分级与修复工艺是保证钻杆质量和使用寿命、节约钻井成本的重要手段,而钻杆清洗则是钻杆探伤检测与修复再利用之前的一道重要工序。在油田应用中,高压水射流技术以其清洗质量好、速度快、无污染、成本低、易于实现自动化等独特优势,在钻杆清洗中得以广泛运用。但在运用高压水射流技术清洗钻杆的实际操作中,目前常用的人工手持水枪清洗钻杆存在清洗不彻底、效率低下、劳动强度大、浪费水资源等缺陷,影响后续钻杆探伤检测与修复的准确性,也严重制约了石油行业清洗技术的发展。鉴于上述问题,本文在现有国内外研究的基础上,结合我国钻井工艺特点和对钻杆清洗效率的要求,设计了基于高压水射流技术的钻杆自动清洗装置,该装置自动化程度高,清洗效果好,可适用于不同尺寸类型钻杆的清洗流水线作业,能满足实际工程应用对钻杆清洗的需求。本文在广泛调研高压水射流清洗技术与装置的国内外研究与发展现状的基础上,归纳总结了钻杆清洗装置的发展趋势以及设计时需重点考虑的关键问题；结合对钻杆结构特点以及结垢物性质的分析,开展了对清洗钻杆污垢的作用机理研究,提出了一种钻杆自动清洗的解决技术方案,并在此基础上确定了针对23/8in～51/2in车杆自动清洗装置的总体布局、主要技术参数和自动控制流程；基于钻杆自动清洗装置的总体方案对其关键部件(自动传输线系统、外壁打磨系统、高压水射流清洗集成系统)进行了结构方案确定与设计计算,初步验证了其结构的合理性,并运用二维制图软件绘制了各部件的详细图纸,以及利用三维建模软件建立了各部件的实体模型及总装配图；针对钻杆清洗执行部件—喷嘴进行了射流流场特性分析,根据计算流体动力学理论,运用Fluent软件对不同喷嘴结构参数进行了优化分析,包括内孔截面形状、收缩角、出口直径、长径比等,在选定最佳的喷嘴结构参数组合后对其清洗参数进行了分析,获得了该结构参数的喷嘴清洗钻杆的最佳清洗靶距与最佳冲击角度,为钻杆自动清洗装置中的喷嘴设计与安装提供了指导意见。综上所述,本文在广泛调研国内外高压水射流清洗技术与装置的基础上,结合钻杆的结构特点、结垢物性质以及清洗污垢作用机理研究,提出了一种钻杆自动清洗的解决技术方案,在此基础上设计了一套钻杆自动清洗装置,并完成了对其关键部件的结构设计与分析计算,这对提高我国石油行业运用高压水射流清洗技术实现钻杆清洗的机电一体化控制具有重要的社会意义与经济价值。