随着我国气田开发进度的不断加快,很多气井的含水率不断升高,气井自身的携液能力降低,井筒中产生的液体无法仅依靠地层能量被携带出井口,导致形成井底积液甚至水淹停产,天然气井正常的开采生产受到严重影响,减少了气井的开采周期和最终采收率,需要采用有效的排水采气技术来解决这类问题,尽快恢复气井的正常生产。涡流工具作为一种新型的排液采气技术被广泛应用于各大气井解决气井积液问题,但目前传统涡流工具应用于减少井筒积液时存在导向腔严重回流的结构缺陷、压力损耗较高、有效作用距离短等问题,降低了涡流工具的排采效率,因此需要研发新型排液采气工具以提高气井的排采效率。本文在调研国内外排水采气技术的基础上,将射流与涡流的运动原理相结合,提出并设计了一种射流涡流排水采气工具,在不需要增加额外动力设备的条件下,有效的解决传统涡流工具导向腔回流及有效作用距离不足的问题,提高传统涡流工具排采效率。为进一步明确射流涡流工具排液采气的有效作用机理,采用理论分析与数值模拟相结合的方法展开以下几方面的研究:首先,分别对液滴与液膜的最低临界携液流速展开理论研究,结合液膜力平衡模型和界面扰动波计算旋流有效长度公式,明确射流涡流工具的携液原理和结构的可行性。其次,采用数值模拟的方法,研究分析射流涡流工具的携液能力,结果表明:流体的流态在射流涡流工具的作用下由紊流转变为稳定的螺旋环状流,同时解决了传统涡流工具导向腔回流造成的额外能量损耗和压力损失,井筒中心高速螺旋上升的气核提高了天然气的轴向速度和切向速度,延长了管壁环状液膜维持距离和射流涡流工具有效旋流长度,进而有效提高了气井持续开采的能力和效率。在此基础上,从出口位置气相速度、切向速度和气液分离效果三个方面着重对涡流部分主要结构参数进行模拟计算和对比分析,确定影响射流涡流工具携液效率的因素,结果表明:射流涡流工具螺旋变速体直径、导流锥角度和螺距的改变对气井中气体轴向速度、切向速度和气液分离效果影响显著,螺旋导流翼截面夹角和导程数对射流涡流工具影响相对较小,螺旋导流翼截面为梯形的射流涡流工具对气液两相流体的螺旋整流作用相比于矩形和圆形截面更加明显,后续气液两相分离更充分,管壁处形成的环状液膜更加稳定。最后,考虑不同结构参数组合和气井井况对射流涡流工具排液采气效率的综合影响,设计正交优化方案,对射流涡流工具分别进行在气液条件一定和变化时的结构参数优化,得到了射流涡流工具在不同气液条件下的最优结构参数以及在不同气液条件下射流涡流工具结构参数对出口速度影响显著程度的大小。