基于Fluent软件的新型柱塞气举流场的数值模拟

段进贤，李颖川，钟海全 （油气藏地质及开发工程国家重点实验室 （西南石油大学）

（西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都610500）

新型柱塞是由外径略小于油管内径的下端带锥面的空心圆柱筒以及圆钢球构成的一种组合器件[1]。在采油及排液采气过程中作为一种固体的密封界面，举升时将举升气体和被举升液体分开，显著地减少了气体的滑脱及液体的回落。而且该新型柱塞由于其新颖的结构使得在柱塞下落过程中比常规柱塞所受阻力更小，速度更快，大大缩短了油气井的关井时间甚至不关井生产，从而提高了油气井的生产效率[2，3]。但由于柱塞外壁与油管内壁之间存在一定的间隙，故在其举升过程中有部分气体的窜流，从而影响举升效率。为了解决上述问题，有必要对柱塞的外表面结构进行优化，使其在举升过程中柱塞与油管的密封性更好，从而减小气窜量。一般可以通过物理模拟实验进行优化，但实验测量会耗费大量的人力、物力和财力，而且实验过程受各种实验仪器的精度及不稳定因素影响难以得到准确的结果。为了解决上述问题，运用Fluent软件，通过对油管内部柱塞周围流场的数值模拟，得到了柱塞周围流场的压力及速度分布，为后面计算柱塞气窜量及漏失量提供依据。

1 柱塞流场求解模型

1.1 控制方程

柱塞周围流体的运动控制方程包括连续性方程、N－S（Navier－Stokes）方程以及能量方程[4]。笔者假设柱塞在举升时其周围流体无热传导发生，所以在计算过程中不需求解能量方程。……