气举采油是世界上使用最为广泛的人工举升方式之一。目前设计气举井都是基于稳态流动条件设计,往往不能达到同单点注气、稳定以及高效生产那样令人满意的生产动态。事实上,所有气举井从关井到投产都必须经历一个瞬态卸载过程。用稳态方程很难近似固有的瞬态卸载过程。常规气举经常出现不稳定及滑脱损失严重现象,球塞气举通过投入气举球使在举升管柱内形成一段气、一段液,并在气液间形成固体界面,从而达到稳定、减小滑脱损失的目的,同时也能降低井底回压,提高采收率。为了正确地描述连续气举及单管球塞气举卸载过程,准确地预测卸载时间和启动压力等参数,首次对单管球塞气举的卸载过程进行了数值模拟研究,主要完成了如下工作: 1) 对常规气举卸载和单管球塞气举卸载过程作了完整地描述,将常规气举卸载分成单相不稳定流阶段和气液两相瞬态流动阶段;单管球塞气举卸载过程分成注气管和生产管同时注气阶段、放喷阶段以及气液两相瞬态流动阶段。 2) 以质量守恒和动量守恒原理为基础,导出了管流瞬态流动控制方程,即连续性方程和运动方程,方程分别考虑了气举阀和变管径问题。根据油管内流体质量守恒原理建立了注气管内连续性方程;并建立了计算地面气嘴下游压力的动态数学模型。本研究基于质量守恒、动量守恒以及封闭关系式方程建立了模拟常规气举与单管球塞气举卸载过程的综合数学模型。 3) 气液两相不稳定流数学模型为一组非线性的偏微分方程,本文建立了气液两相不稳定流非线性偏微分方程组的数值算法。分别对空间微分和时间微分采用向后欧拉差分和中心空间差分与向后时间差分,然后应用非线性方程组的牛顿-拉斐森方法求解差分方程组。 4) 将以上理论和方法用Visual Basic语言实现,开发了一个模拟常规气举与单管球塞气举卸载的模拟器。为连续气举现场应用处理设备的选择以及气举稳定性分析提供了理论依据,并为单管球塞气举的现场应用提供指导性意见。该模拟器可以用于指导常规连续气举设计,也可以作为单管球塞气举设计的辅助手段。 以蜀南气矿隆32排水采气井为例,利用编写的模拟器分别对气举卸载和单管球塞气举卸载过程进行了动态模拟,分析了影响卸载的各因素,如回流系数、回流指数等,模拟了卸载过程中井口压力、注气速度、液面高度等随时间的变化情况。本文将隆32井采用连续气举卸载与单管球塞气举卸载过程进行了对比分析。