柱塞气举是实现低产气井排水采气的有效措施。目前柱塞的排液机理仍不明确,极大限制了柱塞结构与工艺参数的优化。采用VOF模型结合动网格方法,对柱塞运动流场进行CFD数值模拟,分析柱塞气举过程中气液流动规律、密封机理与柱塞运行规律。结果表明,上行过程中,气体在柱塞与井筒的环隙之间,气体上窜时产生的绕流阻力是柱塞上行的主要动力,窜气必然存在,液体泄漏较少,密封环槽内涡流不明显;下行过程中,槽内形成较强涡流。无论上行还是下行,柱塞均会快速达到受力平衡。在井况相近情况下柱塞的绕流阻力系数基本不变,可根据井况采用平衡速度估算柱塞的总体运行时间。

运用均匀设计方法研究了原油含水浓度、入口流量、转筒转速、分流比等参数对动态水力旋流器脱水性能的影响,借助均匀设计软件采用回归分析法拟合试验数据,使用优选的回归方程定量描述性能与各参数间的关系,在试验范围内预测了动态水力旋流器性能并作了验证,模型计算值与试验值吻合良好。

喷砂器是水平井压裂管柱的重要过流部件,随着施工排量的增加,喷砂器的冲刷磨损日益严重。本文对水平井压裂管柱喷砂器内流场进行了LDA测试,得到了其内流场的速度分布规律,结果表明,喷砂孔位置轴向速度存在正负向流动,存在复杂涡流;雷诺数不同时,各截面的回流位置和回流量都存在较大差异,当雷诺数增大到某一值时,重力对流场的影响很小;测得喷砂器试验工装入口和出口的压差,计算得到结构压力系数。可为研究喷砂器磨损规律及结构优化设计提供理论指导,同时也可作为复杂结构湍流流动的研究基础。

针对旋流器在井下油水分离的应用过程中，壁面随螺杆泵旋转这一问题，本文基于大涡模拟（LES）方法对壁面旋转旋流分离器内部流场进行数值模拟，并通过LDV测试结果验证了模型的可靠性，得到了壁面旋转旋流分离器内部流场的分布规律。结果表明，正转时，外涡流区的切向速度逐渐增加，内涡流区切向速度增加不明显，轴向速度的变化梯度增大，反转时，影响趋势则正好相反。且旋转效应对不同轴向位置截面的影响并不相同，轴向速度有较明显的差异。