目前,国外部分气田已在实际生产中应用井下气液分离及回注技术,并收到了良好的效果。近两年,国内也开始进行了相关工艺研究,但井下气液分离器的尺寸受到井下空间的限制,压力难以保持稳定,这些不利因素制约了该项技术在油气田生产中的应用。本文针对井下气液分离和产出水回注系统,设计出了适合井下气液分离的压力平衡与排气装置。在分离器的溢流口处安装压力平衡装置,可根据实际压力工况,设定所需开启压力,调整压力平衡,达到气液分离器的压力工作要求,实现高效分离。在回注层安装一个过桥封隔器,使回注到注水层的富水流中的少量气体通过聚集,再经由排气装置回到开采层。在井口安装了一个放气阀,可以使油套环空中的气体放入油管中。过桥封隔器和放气阀两种排气装置的使用可以极大提高油田的采气量。利用流体动力学软件FLUENT,以k-ε模型为湍流模型,基于控制体积法,应用SIMPLE算法,对简化排气装置的内部流场进行了数值模拟。得到简化的排气装置的压力分布特性规律。根据井下气液分离工艺参数设计出了压力平衡与排气的室内模拟实验装置,完成了井下气液分离压力平衡装置的室内模拟实验,得出了压力平衡装置调节块旋入尺寸和开启压力之间的关系。为了验证数值计算结果,对简化的排气装置进行了实验研究,结果表明,实验结果与数值计算结果吻合较好。通过数值模拟和实验研究建立了浮子结构及参数与浮子开启压力及压力差值(闭合压力与开启压力的差值)的关系,通过对以上影响关系的分析可知,排气装置采用直径为5.5 mm的球浮子可获得更佳的排气阻水效果。本文工作为进一步研究井下气液分离压力平衡与排气装置的结构特性及结构优化设计提供了一定的理论和经验。