柱塞气举是通过在油管柱内上下循环运动的柱塞把地层产液举出地面的人工举升方法。它在举升气体和被举升液体之间形成一种固体密封界面,使举升过程中的气体滑脱和液体回落大大减少,从而改善了常规气举的不稳定性,使气体的举升效率得以有效提高。柱塞气举是间歇气举中最有效的举升方式之一,在经济成本、气体的利用效率及清除结蜡结垢等方面,优于其它的人工举升方式。它是连续气举采油最有效的接替技术,技术的关键是对柱塞运动的控制。 一个完整的柱塞举升周期由柱塞上行、液段产出、气体放喷及液段再生四个阶段组成。本文通过对四个阶段过程的分析,分别建立了相应的动力学模型,应用四阶龙格—库塔法进行求解,并以实例井对模型进行了检验,模型预测结果与实例井数据得到较好的吻合。 通过对柱塞气举系统中各敏感性参数的计算和分析,得出各参数之间的内在关系及对举升效率的影响,提出了各关键参数优化设计的思路,为优化气举系统设计提供了理论依据,以达到提高气举效率、降低开采成本、提高采收率的目的。 本文在柱塞气举的理论方面主要完成了以下研究工作: 1.考虑柱塞举升过程中不同时刻和位移的井筒温度、流体粘度、气体偏差系数、液体回落量、采液指数等参数的变化及地层产液与举升液量的协调关系,对举升过程进行了详细的动力学模拟; 2.在动态模拟的基础上,应用四阶Runge—Kutta法及Visual Basic语言,编制计算程序对柱塞气举参数进行求解,用于柱塞气举的特性分析及举升效果预测; 3.对柱塞气举参数进行了敏感性分析,并重点分析了举升效率的影响因素,如注气量、举升液量、气液比、采液指数、周期压力的变化及其对柱塞速度、举升周期及液体回落量等因素的影响。在此基础上,得出了各举升参数之间的关系及其对举升特性的影响; 4.推导出了柱塞举升中最佳注气压力的动态关系方程式,建立了举升中其它关键参数的优化方法。从而优化出达到最佳举升效果的参数。柱塞举升的优化研究有助于提高效率、增加产量和采收率。