相对于常规煤层气储层,传统的改造工艺易造成喉孔堵塞,并伤害储层结构。为了提高产量,需要对堵塞的喉孔进行疏通。液流空化技术是利用空化泡溃灭产生瞬时高能量和高热量来贯通煤层孔隙,达到解堵目的的一种物理增产方法。本文以适用于煤层气的液流空化解堵增产工具为研究对象,通过理论计算、数值模拟和实验验证的方法来研究适用于煤层气解堵增产工具结构特点,并根据研究结果对结构进行优化设计。根据空化与蒸发和沸腾的区别,判断空化效应的产生条件,为了解空化效应对煤储层的影响,建立空泡动力学模型,并分析了流体黏性、压缩性、壁面及压力梯度对空泡溃灭的影响,得到了空泡壁面运动方程。针对空化波在煤储层传播特点、煤储层特性和煤层气赋存特性,通过解堵工具及配套工艺的实施,改善煤岩储层的渗透率,增加煤体裂缝,以达到增产的目的。通过对空化解堵机理的分析,设计出喷射式、环腔式、扰流式三种流场的增产工具,并计算出相应的尺寸;通过CFD数值模拟,建立了增产工具的几何模型,分析结构、流速、腔径比和喷口直径对空化性能的影响,优化了解堵工具的结构;通过空化射流试验台,模拟储层环境来验证这一结果。结果表明:三种流场结构,喷射式能量转化效率最高;对喷射式工艺参数进行优化,推荐采用30m/s作为空化增产工具的最佳流速;振荡腔是影响空化性能的重要因素,分析得出长径比0.6~0.7大于0.5~0.6时的空化性能。研究结果为煤层气液流空化增产技术提供参考。