水力喷砂射孔技术是提高低渗透气藏采收率的有效措施，该技术的核心工具之一就是喷嘴。然而，目前现场常用的圆锥形喷嘴能量转化效率低，导致射孔穿透深度较短，影响了该技术的施工效果。因此，设计出一种高效的新型喷嘴对发展水力喷砂射孔技术具有很重大的意义。本文采用理论结合实验的方法，根据工程流体力学和水射流理论，通过数值模拟研究了应用于气井5寸套管水力喷砂射孔常用喷嘴（其总长为23mm、出口直径为4.5mm）的能量损失，改进了常用喷嘴的结构，提出了一种新型喷嘴结构模型，并对其结构进行了参数优化设计和性能评价。主要研究成果如下：①通过数值模拟，研究了常用喷嘴入口能量损失，发现受离心力和二次流动作用的影响，常用喷嘴入口能量损失很大，这种损失主要是由局部能量损失造成。并根据工程流体力学理论，建立了喷嘴入口局部能量损失方程；②根据工程流体力学和水射流理论，对常用喷嘴入口处的结构进行了改进，提出一种增加了过渡段的新型喷嘴结构模型。由理论分析可知，新型喷嘴入口局部能量损失较低，性能较优；③利用Fluent软件对新型喷嘴过渡段结构进行了优化，通过流量系数测试实验以及喷嘴出口射流速度场测试实验，研究了过渡段长度和过渡段倒角角度对新型喷嘴性能的影响，当过渡段长度为2mm、过渡段倒角为45°时，新型喷嘴性能最优，其出口射流速度最高；④将优化后的新型喷嘴与常用喷嘴进行了性能对比测试实验，包括喷嘴流量系数、出口射流速度场以及冲蚀能力的对比测试。研究表明，相对于常用喷嘴，新型喷嘴的流量系数提高了8%，出口射流轴线速度提高了16%，对水泥试件的冲蚀深度提高了60%。