针对国内外普遍存在的低压低效连续气举井气液两相上升流动过程中液相滑脱损失严重的核心问题,在U型双管球塞连续气举的基础上,提出新型单管球塞连续气举生产系统,球塞从油套偏心环空下落,随喇叭口收集的来自地层与井口注入的天然气一起进入气液混合器,并在举升油管内形成一系列稳定理想的段塞流,降低井底流压,提高油气藏的采收率。特别适于高气液比井,无需注入天然气,利用等时段投入球塞的固体界面作用辅助油气井自喷生产——单管球塞助喷。但单管球塞连续气举系统较U型双管球塞连续气举系统更复杂:如何保持油管柱恒定径向偏心、球塞偏心环空中的下落轨迹以及单管球塞气举卸载等。针对上述问题,本文从理论与先导试验上进行了深入研究,完成了以下主要研究工作: (1) 在准确预测连续气举井气液两相流压力分布的基础上,对20口低压低效连续气举井液相滑脱损失进行了统计分析,确定了单管球塞连续气举的临界举液量以及沉没度(将井底流压折算为动液面与注气点深度之差)与井深之比的临界值;并结合其自身的特点,对井身结构提出了具体要求。 (2) 在原U型球塞气举实验架的基础上,改进设计,新建成高25m内径Ф40mm(井筒内径Ф124mm,高11.3m)的可视化实验架,模拟了球塞连续气举与球塞助喷排水采气过程,观察球塞在偏心环空中的下落情况、举升管内气、球塞、液三相流动型态以及选用不同球塞时气窜与液体漏失现象,并测试了常规连续气举、球塞连续气举以及球塞助喷稳定时举升管测量短节内压力、差压变化曲线。 (3) 在对物理模拟实验现象全面分析的基础上,开展了气液球三相流上升过程中气窜与液体漏失的研究,建立球塞密度小于气体密度时的液体漏失模型以及球塞密度大于气体密度时气窜量的实验确定方法。并深入研究了气液球三相上升流动机理,考虑相邻两段塞单元之间流体流动的瞬变性,建立了描述气液球三相上升流压力数学模型,采用长度与时间差分提出了其数值求解方法,为单管球塞连续气举工艺设计提供了重要的理论依据。 (4) 针对单管球塞连续气举偏心环空作为球塞下落通道不便于安装气举阀卸载的技术难题,提出不装卸载阀,采用油管与偏心环空同时注气逼压将井筒积液回注入产层,再油管瞬间放喷进行连续气举卸载,待连续气举稳定后逐渐转为单管球塞