天然气井在开发过程中容易出现水合物冰堵的现象,对气井生产效率和科学管理造成巨大影响。由于常规的地面节流工艺需要加热保温装置,会增加经济成本以及井口处的风险性,可以利用井下节流技术。将节流器安装在井筒中某合适深度,对气流进行降温降压,同时借助地层热量来提高气流温度,以保证节流后气体温度高于该压力条件下水合物生成温度,避免水合物的生成。本文从井下节流原理入手,基于能量、质量和动量守恒定律并结合井筒径向传热原理,同时考虑流体物性参数与井筒温度、压力间相互关系和温度压力耦合效应,构建气井温度压力耦合预测模型。对所建立的模型采用四阶龙格-库塔法求解,并编制MATLAB程序,获得气井温度、压力随井深分布图。以节流器所在深度为节点,根据节流温降、压降数学模型,分段计算来得到节流工况下气井参数变化图,分析气体相对密度和气井产量对温度、压力的影响。结合相关计算公式确定节流器的主要工艺参数,包括节流器合理下入深度和气嘴口径等,并以实际井例验证。利用建立的模型和程序能得到气井内流体参数沿井深的分布情况,考虑到节流气嘴周围流体流态十分复杂,且气嘴直径的突变会导致稳定的层流变为湍流状态,流体流速加快,容易产生涡流。对于复杂的流动状态可以采用二维方法来描述。借助Fluent软件,在确定合理的边界条件以及相应参数后,对节流气嘴网格模型展开数值模拟,可获得气流流速、压力、温度和密度的分布情况。由于气嘴直径和长度对流态变化影响较大,为了简化气嘴的设计和加工,对共计15组节流气嘴尺寸结构的流场模拟,选出最合适的尺寸。