柱塞举升是间歇气举的一种特殊形式,柱塞作为一种固体的密封界面,将举升气体和被举升液体分开,减少气体窜流和液体回落,从而提高举升效率。柱塞举升的能量主要来源于地层气,当地层能量不足时,也可以向井中注入一定的高压气(通常称为柱塞气举)。柱塞和其上部的液体在气体的推动下向上运动,排除井底积液,增大生产压差,从而延长生产周期。柱塞举升可以充分利用地层气体能量,初期投资和运行费用比较低,易于管理。柱塞举升适用于高气液比油井生产和气井的排水采气。 为了有效的对柱塞举升系统进行设计和操作管理,需要正确预测分析把握柱塞在上下行程中的动态和油套压等参数的变化情况,本文通过对柱塞举升单个周期内的举升阶段、续流阶段和关井压力恢复阶段进行了动态模拟,所做的主要工作如下: (1) 考虑了摩阻损失和液体漏失(回落)损失的影响,建立了柱塞举升和间歇举升井的举升效率模型,并利用实例进行了对比分析; (2) 在假设柱塞与油管间流体沿环空直线运动和做轴对称运动基础上,利用连续性方程和Navier-Stokes方程建立了柱塞上行程的液体漏失数学模型; (3) 将柱塞举升的单个周期分为三个阶段:柱塞上行阶段、续流阶段和关井压力,恢复阶段,建立了柱塞举升系统模型。在考虑油管和油套环空中的气体膨胀以及地层流入动态的基础上,利用质量守恒和动量平衡方程,分析了柱塞的动态特征,建立了柱塞运动动力学模型。关井压力恢复阶段在考虑气液在油管中的理想分配基础上,利用质量守恒方程分析了油压、套压和井底流压之间的关系; (4) 在验证柱塞举升系统模型可靠性基础上,结合柱塞举升数据进行计算,分析了影响柱塞举升的主要因素,为柱塞举升工艺参数的优化提供了依据; (5) 在分析影响柱塞举升的各个主要因素基础上,以最大产量为目标对柱塞举升井的井口套压和续流时间进行了工艺参数的优化设计研究; 以蜀南气矿威37井为例,利用自行编制的程序,对柱塞举升的单个周期进行了动态模拟,分析了柱塞举升单个周期内油压、套压、井底流压和产气量随时间的变化规律;分析了柱塞上行程油管液体段塞长度随时间的变化情况;模拟分析了柱塞在上下行程中加速度、速度、所处的位置等参数的变化规律。重新设计了该井的柱塞举升部分参数。