在海洋油气开发中,气液混输逐渐成为一种重要的油气运输方式,通常采用由卧底管和立管组成的管道系统进行油气资源的输送。由于气液两相间物性差异,导致运送过程中容易出现气液两相不规则流动的现象,其中以严重段塞流最为典型。严重段塞流会造成管道内压力、速度等参数发生剧烈波动,对管道系统和油气采集设备造成危害。随着油气开采不断向深海迈进,对严重段塞流现象的深入研究变得越发关键和重要。本文针对卧底管-立管系统,选取常见的垂直立管和悬链线立管两种管型,通过建立理论模型进行数值模拟计算,对气液严重段塞流特性及其变化规律进行研究,主要工作如下:对卧底管系统采用分层流理论模型,立管系统采用分相流理论模型,考虑立管内摩擦压降,结合漂移流速度模型,对初始条件提出一种不需要经验模型的方法,建立了卧底管-立管系统气液两相流动的一维瞬态理论模型。对下倾管-垂直立管/悬链线立管两类系统,结合文献中的实验结果,将数值模拟结果与实验结果进行对比,结果表明,对严重段塞流周期和压力波动幅值等,本文理论模型的数值结果与实验数据吻合良好。在此基础上,本文成功地模拟了四类流型,并将其细分为严重段塞流I型、II型、III型和稳定流型,得到了下倾管-垂直立管/悬链线立管两类系统的流型图,结果表明,严重段塞流I型主要出现在卧底管入口气液折算速度较低的工况下,而出现严重段塞流II型、III型工况对应的范围处于严重段塞流I型与稳定流型之间,可以将这两种流型视为过渡流型。根据严重段塞流I型的流动特性,对严重段塞流I型和严重段塞流II型的转换边界进行了修正,与Pots判定准则的对比结果表明本文提出的转换边界可以更好进行预测。最后,利用理论模型计算结果,进一步对严重段塞流压力波动与周期、立管内气液流动速度、含气率及质量分布特性等重要参数进行了分析,结果表明:严重段塞流现象会导致卧底管-立管系统内气液流动参数剧烈波动;严重段塞流I型压力波动、立管两端气液相速度和立管平均含气率变化的幅度均大于其它流型,且波动幅度最大的工况均在严重段塞流I型和严重段塞流II型的转换边界上;悬链线立管系统内的气液两相流动参数波动的剧烈程度要小于垂直立管系统,主要原因是悬链线立管的几何形式的不同。