开采进入中后期的部分油气田具有低产液量、高气液比的特点,在采用抽油机采油时总是存在气液两相同时进泵的问题。气体进泵必然降低进入泵内的液体量,减小泵的充满系数,导致抽油泵泵效下降,严重时发生气锁,对油田开发投资的经济性产生较大影响。国内外油气田广泛采用气锚、防气抽油泵或两者组合工艺来降低气体对泵效的影响,很多学者亦采用CFD仿真技术对气锚、常规抽油泵进行优化设计。然而井下工具内部气液两相流动的复杂性使得当前气锚、防气泵优化设计存在以下问题:①采用CFD仿真技术对气锚工作全过程进行流体仿真时由于不考虑抽油泵的存在,采用的定流速和定压力边界条件与气锚实际工作情况严重不符;②采用CFD仿真技术对常规抽油泵研究时,通常假定泵内为不含气的原油,而对防气泵进行CFD仿真计算必须把含气量作为一个最重要参数来考虑;③在使用常规方法研究常规抽油泵泵阀运动规律时,通常假设泵内气、液两相均匀分布,在此基础上计算泵的充满系数,然而,防气泵正是利用气液之间的密度差来实现泵筒与防气接箍之间的气体置换,从而促使固定阀、游动阀及时打开。针对上述问题,本文在对国内外利用气锚、防气泵解决高气液比井机采问题相关技术资料调研的基础上,基于流体力学、传热传质学理论,采用理论、实验和数值模拟相结合的方法,改进气锚-防气泵组合CFD模拟出口边界条件,对组合式气锚和防气泵进行了气液两相流场模拟、仿真和结构优化,建立了气锚-防气泵系统内气液分布计算模型和泵阀运动规律模型,编写了气锚-防气泵组合系统瞬态模拟程序,为推荐适合现场实施的有杆抽油防气方案提供了理论和技术支撑。具体的研究内容和取得的研究成果如下:（1）根据地面示功图推导了抽油泵柱塞运动规律,对气锚-防气泵组合CFD仿真出口边界条件进行了改进;开发了与气锚-防气泵组合体系压力数据进行链接UDF文件,从而实现了对固定阀、游动阀的打开、关闭和运动的控制;采用Visual Basic语言、C++语言和Scheme脚本语言联合编程,实现了气锚-防气泵组合CFD仿真时欧拉模型-PBM模型的耦合、动静网格的结合及计算数据的实时交互传递。（2）针对低产液量、高气液比油井特点,结合多杯式气锚和螺旋式气锚的优点,采用多杯加螺旋的新型组合式气锚设计方式:利用数值仿真软件FLUENT对多杯式气锚进行了瞬态仿真,对多杯式气锚的吸入口结构、重力段吸入管长度、分离杯类型、分离杯个数进行了优化;以多杯式气锚参数方案为前提,对螺旋段的螺旋圈数、螺旋片半径和螺距进行了优化;根据优化结果,加工了新型组合式气锚试样。（3）分析了防气泵防止气锁、提高泵效的机理,利用FLUENT软件对防气泵进行了瞬态仿真,从而对防气接箍轴向位置、直径、长度进行了优化,加工了防气泵试样;（4）搭建了高度为18m、可对气锚-防气泵系统进行全尺寸模拟的实验架,设计了一台微型直线抽油机,该抽油机在控制柜和行程开关的配合下可以模拟多种抽油机光杆运动规律,提供实验中防气泵抽汲流体时所需的往复运动,在此基础上对气锚-防气泵系统进行了分气效率及泵效实验测试,测试表明,气锚-防气泵系统在高气液比情况下仍然顽强工作,防气泵虽然无法将进泵气体排出至套管,但能强制转移泵内气体至泵上部油管,使之在较低泵效情况下工作,有效地避免了气锁。（5）在考虑气泡产生、运动的基础上,计算气锚分离效率,构造防气泵二维矩阵,建立防气泵瞬态模拟模型,编写了气锚-防气泵组合系统瞬态模拟程序,对泵筒气液分布、泵筒压力变化和泵功图进行了预测,同时也解决了以往研究泵充满系数时假定气、液两相均匀分布与实际情况不符的问题。（6）以X试验区的X4井为例进行了机抽设计和防气方案设计,并对组合式气锚-常规泵和组合式气锚-防气泵两种方案进行了泵功图预测,对X4井、X7井和X10井的实施前后泵效对比表明,组合式气锚-防气泵方案对于井底存在供液不足的井没有明显优势,但若影响泵效的主要因素为气体影响时,采用组合式气锚-防气泵方案较常规气锚-常规泵泵效有明显提高。