随着气井的不断开采,携液能力降低,井筒中产生的液体无法被携带出井口,滞留在井筒内形成井筒积液,严重影响气井的正常开采,需要采用相应的排液采气技术使气井恢复生产。涡流工具是一种新型、高效的排液采气技术,被广泛应用于各大气井解决井筒积液问题。但目前常用的涡流工具为了能够使其顺利下放并安装到井筒内,涡流工具与油管间必须留有间隙,间隙的存在使涡流工具无法充分发挥旋流分离作用,降低了涡流工具的携液效率。基于上述问题,本文提出并研究一种接箍式涡流工具,其特征是改变结构组成并以接箍的形式安装在油管内,进而能够有效的解决涡流工具与油管存在间隙的问题,提高涡流工具的携液效率。为了进一步明确接箍式涡流工具提高携液能力的有效作用机理,采用理论分析、数值模拟以及室内试验相结合的方法展开以下几方面的研究:首先,从最低临界携液流速的角度对液滴与液膜的受力模型进行理论分析,明确接箍式涡流工具的携液原理。采用数值模拟的方法,对接箍式涡流工具的内流场以及携液有效性进行分析,结果表明:流体在涡流工具导流翼的起旋作用下,快速形成旋流场,使流体的流态由紊流转变为螺旋环状流,减小了油管内的压力损失梯度,气芯的形成提高了天然气的轴向速度,液膜的形成改变了天然气的携液方式,降低了最低临界携液流速,进而有效提高气井携液能力、减少井筒积液。其次,采用数值模拟的方法,探究涡流工具结构参数对外流场中气液相分布、轴向速度、切向速度以及压力损失所产生的影响,确定涡流工具携液效率的影响因素,其中,针对涡流工具尾端出现的涡旋区域,提出并设计了减涡旋锥减来减缓涡旋区域的形成,结果表明:减涡旋锥角度越小,对涡旋区域的减弱效果更佳。考虑多因素对携液效率的综合影响,设计正交优化方案,对涡流工具进行结构优化,确定携液效率的显著影响因素以及最优结构组合参数。并对涡流工具在不同工况下的适应性进行分析,得出涡流工具在高气液比k、高流速v的工况时具有更高的携液效率。最后,采用试验研究法,对优化结果中三组涡流工具的携液特性进行室内试验研究,结果表明:增大气体流量,减小液体流量,可使涡流工具的携液效率提高。对三组涡流工具在相同工况下进行分析,最优结构参数组合的接箍式涡流工具携液效率最高,压力损失最小,确定接箍式涡流工具的最优结构参数组合,验证了模拟分析的正确性与有效性。