持续的天然气开采造成地层能量不足,边底水入侵,形成气井积液。气井积液问题严重影响天然气采收率,因此亟需采用有效的排水采气措施稳定积液气井产量。水平井具有加大泄气面积、增加单井产量和经济性显著的优点,成为当前气井的热点开发方式。随着水平气井的大范围应用,水平气井积液问题不可避免。目前已知大牛气田,徐深气田等国内气田均出现了水平井大面积出水的问题。国内外多年的开发实践中研发了多种针对直井的排水采气技术,但在直井气井中应用效果良好的排水采气方式并不适用于水平井,因此需要针对水平气井排水采气技术进行研发和推进,以解决水平气井积液问题。为准确预测气井积液情况并对积液气井采取有效措施,需要计算气井的临界携液流速对气井积液情况进行判断。本文考虑了液膜剪切及液滴夹带机制,结合剪切扰动波被剪切破碎的过程,建立了新的临界携液模型,讨论了产液量、液相组分、气相组分、油管直径和温度等影响气井积液的因素对临界携液流速的影响,并选取经典模型与本文模型同时判断气井积液情况,验证了模型具有更高的准确性。借鉴直井设计了一种用于排出水平气井积液的内螺旋工具。利用数值模拟方法对水平井内螺旋工具气液两相旋流流动规律进行研究,解释内螺旋工具排液机理,并探究了内螺旋工具结构参数对排液效果的影响。研究结果表明:井下气液两相流体流经内螺旋工具螺旋线时,气液两相流受到螺旋线诱导,由于气液两相的密度差,在惯性力作用下绝大部分液体被甩至井筒壁面,而气相则在井筒中心做高速旋流。此时气井内气液两相无规则混流转换为液相流动面积明显降低的螺旋层流,这种流动状态能够降低两相流体间滑脱损失以及流体与管壁的摩擦阻力,因此能够利用气井自身能量完成气井排液。基于动量矩定理,建立了内螺旋工具后气液两相自由旋流的切向速度、当地阻力系数以及旋流数衰减模型,对工具后两相旋流的衰减规律进行了研究,研究表明:相同长径比时工具自由旋流衰减比当地阻力系数衰减缓慢,说明内螺旋工具后的自由旋流可维持一定距离,同时旋流维持过程中还能降低气体携液过程的能量损失,这无疑对保存气井能量、提高气井排液效率有重要作用。最后,利用室内实验装置验证了内螺旋工具排液效果的数值模拟结果,室内实验与数值模拟的流动状态和压力变化规律一致,证明内螺旋工具能够提高水平气井排液能力,解决水平气井积液的问题。