相对于直井的开采方式,水平井具有加大泄气面积,提高单井产量,减少直井钻井,经济性显著的优点。但由于水平井特殊的井身结构及特点,目前在直井内常用的应用效果良好的排水采气方式并不适用于水平井,因此需要针对水平井的排水采气技术进行研发和推进。根据直井涡流工具产生气液两相旋流能够提高气井排水采气能力的思想,设计了水平井内螺旋工具,可以与套管直接相连下入水平井水平段,在天然气进入内螺旋工具后,改变气液两相流流态,提高携液能力。本文对适用于水平井的内螺旋排水采气工具进行了结构参数优化以及排液效果研究,以解决水平井积液问题。为准确判断水平井积液情况,本文对临界携液流量模型中的气液界面张力、气体压缩因子、液滴变形参数以及曳力系数进行了修正,利用30口气井的生产数据对改进后的临界携液模型进行验证,证明了其准确性。对旋流场内的液滴及液膜进行了动力学分析,为后续应用内螺旋工具后旋流场中气液两相流的分析提供理论基础。为提高气井携液能力,改善内螺旋工具的作用效果,采用正交试验法,对内螺旋工具结构参数进行优化,并分析了优化后内螺旋工具的携液效果。基于内螺旋工具携液效果分析,利用气液两相流流体理论对流经内螺旋工具的气液两相流进行研究,借助量级分析及变量分离等数学手段建立了内螺旋工具排水采气应用计算模型,预测内螺旋工具在不同影响因素及不同工况下的有效作用距离。对经过内螺旋工具后的两相流进行数值模拟,分析工具作用后气液两相旋流的衰减规律,对比数值模拟结果与理论模型计算结果,验证数学模型的准确性,以此评价内螺旋工具的作用效果。为完善内螺旋工具应用计算模型,充分考虑了井斜角对内螺旋工具作用效果的影响,对不同井身位置的内螺旋工具下入级数进行了设计。研究得到:内螺旋工具的结构参数对排液效果影响的重要程度依次为:旋流角>旋线高度>旋线宽度>旋线数,确定最优结构参数为:旋流角60°、旋线高度20mm、旋线宽度4mm、旋线数1条,内螺旋工具可以改变气液两相流的流动轨迹和流动状态,提高气井的携液能力,内螺旋工具作用效果随距离增加而衰减。对15口实际生产的气井进行内螺旋工具的现场应用设计,可为内螺旋工具的现场实际应用提供选择依据。以上成果能够为水平气井应用内螺旋工具提供理论指导。