潜油电泵采油技术是目前最常用的人工举升方式之一,是油田实现高产的重要手段。但气体的存在会造成增压能力大幅下降,偏离设计预期的举升效果。关于气液两相条件下的增压特点,目前研究主要集中在探讨叶轮内部气液流动形态与两相流特性曲线变化规律的联系,衍生出的机理模型更倾向于离心泵结构设计,缺乏与潜油电泵工艺设计基础理论的衔接,导致潜油电泵允许进泵的含气率界限认识不清,防气措施设计不匹配,现场应用效果不佳。针对以上问题,本文采用实验、理论与工程实践相结合的思路,对潜油电泵在高气液比条件下的增压特性进行了深入研究。具体工作如下:(1)自行设计并建立了一套潜油电泵采油实验装置,主体支撑架高11m,采用Baker Hughes CRELCP40000潜油电泵,共25级,最大扬程109.3m,配套气液循环系统与数据采集系统,为开展不同气液流量、入口压力、转速条件下的潜油电泵增压特性实验提供实验手段。(2)以空气、水为实验介质,测试了 6组纯水以及40组气水两相流增压特性曲线,分析了气液流量、入口压力、转速对增压特性的影响规律。将两相流特性曲线的零增压点以及转折点分别定义为敞开界限与异常界限,由此将特性曲线划分为负增压阶段、正常增压阶段与异常降压阶段。(3)确定了潜油电泵抽气液两相的有效工作区:敞开界限与异常界限为液量边界,极限含气率为气量边界。基于实验数据建立液量边界条件数学模型,平均相对误差分别为0.29%和2.82%。并建立了潜油电泵有效工作区两相流特性曲线预测模型,平均相对误差3.88%,结合两相流相似定律,可预测变频对潜油电泵两相流特性曲线的影响规律。(4)利用节点系统分析方法,建立了两相流条件潜油电泵举升数学模型,并且以常规潜油电泵举升工艺设计方法为基础,结合潜油电泵特性修正模型,提出了高气液比潜油电泵工艺设计方法。编写了高气液比潜油电泵设计程序,可计算井下气液流动条件,设计离心泵参数,预测变工况条件下的举升效果,为潜油电泵高效举升提供了重要工具。(5)选取Halfaya油田X井作为实例井进行举升工艺设计,与常规设计方法相比,本文提出的高气液比潜油电泵工艺设计方法计算单级扬程减小21.76%,级数增加25级。本文的研究成果提升了对于潜油电泵两相流增压特性的认识,为高气液比潜油电泵井的工艺设计、运行状态诊断以及工作制度调整提供了重要的技术支持。