如今,低渗透油气藏及非常规油气资源的利用和开采成为未来油气开采的重要方向。我国陆上油气勘探与开发领域也在逐渐向外围扩展,以低压、低孔隙度、低渗透率为特征的非自喷井和非自喷地层在天然气开采中所占比例也在逐年上升。对于这类气田,在开采后期气井积液现象不可避免,并且积液现象也会逐渐成为气井产量下降甚至井淹停产的首要原因。涡流排水采气技术是最早由美国投入试验生产由中国石油天然气集团于近几年引入国内的新技术,但是单从涡流排水采气工艺在国内气田的试验结果来看效果并不理想,远不能达到预期的效果。本文主要针对目前井下涡流排水采气工具在国内应用不理想的现状,本着提升工艺排采性能为目的展开研究。首先,设计了一种新型密封式涡流排水采气工具,通过所设计的密封单元显著减少工具容积损失,提升涡流工具排采能力。其次,通过理论研究和数值模拟的方法,研究了涡流工具在井下时油管内的流态及工具携液机理,并分析对比了涡流工具密封前后的携液性能。计算表明,涡流工具可将油管内两相流速提高17%,井筒截面持液率提高13%。分别研究了不同工况参数以及工具主要结构参数对涡流工具排采性能的影响,计算得出不同参数条件下涡流工具的携液量以及流域截面液相的最大速度值,确定了影响涡流工具排采效果的主要因素。最后,基于工具的主要结构参数对排采效果的影响规律,采用响应曲面法(RSM)结合粒子群优化算法(PSO)对涡流工具进行优化设计,将工具携液能力提升16%。通过优化确定出不同工况条件下排采效果最佳的工具参数值,达到涡流工具排水采气的最优化。对提高工具排水采气效率、延长排采连续性、提高天然气采收率具有重要意义。