一种新型游梁式抽油系统动态模拟装置的制作方法

本发明属于石油机械实验室模拟测试技术领域。涉及到一种游梁式抽油系统各节点动态参数测量和不同油气水混合液比例、不同混合液温度、不同沉没度和不同抽油泵吸入压力下的抽油系统模拟试验和教学设备。

背景技术：

随着原油的不断开采，我国东部地区各大油田相继进入开发中后期，杆管偏磨严重、检泵周期缩短、综合经济效益降低，特别是聚驱井、三元复合驱井、深井、超深井、低渗透井等特种井的开发规模不断扩大，系统载荷不断增加，油井作业次数增加、杆管报废量增大、机采效益降低，检泵维修费用直线升高，严重影响油井的正常生产。有杆抽油系统动力学仿真建模是进行有杆泵井参数计算、提高系统效率的前提，是有杆抽油系统优化设计和杆管防偏磨措施合理制定的基础。井下杆管泵系统仿真模拟是进行有杆泵系统整体动力学仿真的关键，然而，由于抽油机井井下环境复杂多变，实验仪器无法直接测得井下系统动态数据，同时井眼结构的非线性、多项流体流动非线性、柱塞载荷的非线性，使得杆管泵系统瞬时载荷仿真实验较为困难。为此，本发明设计一种新型有杆抽油系统井下模拟实验装置，用来对有杆抽油系统进行动态仿真，可实现不同油气水混合液比例、不同混合液温度、不同沉没度和不同抽油泵吸入压力下的各节点动态参数实验，获得有杆抽油系统工作的实时参数，从而为有杆抽油系统动力学仿真和系统参数优化设计提供必要的实验条件，对提高油井开采效益具有重要的实际意义。。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种结构简单、制作容易、测试方便的新型游梁式抽油系统科研和教学模拟装置，能够模拟现场工作各种工况，进行游梁式抽油系统各节点动态参数测量和单元效率计算，为有杆抽油系统仿真优化模型提供实验数据支撑。

本发明设计的新型游梁式抽油系统动态模拟装置，由（见图1）停车系统1、变频调速电动机2、皮带传动系统3、减速箱4、曲柄连杆机构5、机架6、横梁7、驴头8、钢丝绳滑轮机构9、悬绳器10、加载装置11、功图测量仪12、出油管13、压力调节阀14、抽油杆15、油管16、套管17、泵筒18、出油阀19、进油阀20、储液箱21、油水分离机22、电动泵23、温度计24、加热器25、电磁阀26、单向阀27、空压机28、先导式可调减压稳压阀29，气体流量计30，机座31等组成。

进一步地，所述动力装置如图1所示，由电动机2，经皮带传动系统3、减速箱4、曲柄连杆机构5、横梁7、驴头8、钢丝绳滑轮机构9，将电动机旋转运动转化为悬点处的上下往复运动。同时在加载装置11的共同作用下，抽油杆15实现上下往复运动。加载装置11在配重的作用下模拟抽油杆自重，使抽油杆下冲程平稳运动，模拟实际工况。

进一步地，所述井下抽油系统模拟装置如图1所示，通过油气水三路供给系统，混合液从抽油泵排出进入出油管13后，回流至储液箱21，在电动泵23和电磁阀的作用下进入油水分离机22，混合液分离后分别进入储油箱和储水箱，经加热器25加热到试验所需温度，通过电动泵和电磁阀26对管路流体的流量和压力调节，经单向阀流入抽油泵底端进油口后，进行抽油泵抽油的模拟过程。同时空压机28将空气，经电磁阀调节压力和流量后送入抽油泵底端。

进一步地，所述停车系统1如图1所示，实验装置完成试验后，拉杆31带动刹车片30制动减速箱输出轴，停止系统运行，避免系统惯性对零部件损坏。

进一步地，所述新型游梁式抽油系统动态模拟装置，其特征在于，通过电动泵23、加热器25、电磁阀26、空压机28可实现不同温度下油气水混合液的配比和抽油泵底端压力的调节，模拟不同油气水混合液比例、不同混合液温度、不同抽油泵吸入压力、不同沉没度下的系统动态参数模拟和单元效率计算。

附图说明。

图1是新型游梁式抽油系统动态模拟装置主视图。

图2是新型游梁式抽油系统动态模拟装置俯视图。

图3是加载系统和抽油机井模拟装置结构示意图。

具体实施方式。

下面将结合本发明设计实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，一种新型游梁式抽油系统动态模拟装置，包括停车系统1、变频调速电动机2、皮带传动系统3、减速箱4、曲柄连杆机构5、机架6、横梁7、驴头8、钢丝绳滑轮机构9、悬绳器10、加载装置11、功图测量仪12、出油管13、压力调节阀14、抽油杆15、油管16、套管17、泵筒18、出油阀19、进油阀20、储液箱21、油水分离机22、电动泵23、温度计24、加热器25、电磁阀26、单向阀27、空压机28、先导式可调减压稳压阀29，气体流量计30，机座31等组成。

如图1和图2所示，模拟装置的动力系统，由电动机2，经皮带传动系统3、减速箱4、曲柄连杆机构5、横梁7、驴头8、钢丝绳滑轮机构9，将电动机旋转运动转化为悬点处的上下往复运动。

如图1和图3所示，在加载装置11的共同作用下，抽油杆15实现上下往复运动。加载装置11在配重的作用下模拟抽油杆自重，使抽油杆下冲程平稳运行，模拟实际工况。

如图3所示，模拟抽油杆自重加载装置，主要由横梁34、螺母35、螺栓36、配重杆37、盖板38、配重39、托盘40等组成。

如图3所示，模拟抽油杆自重加载装置，通过改变两侧配重数量，系统在配重的带动下，完成抽油杆下冲程运动，可实现不同重量下抽油系统模拟试验。

如图1所示，模拟装置的停车系统1，在实验装置停止动力输入后，拉杆31带动刹车片30制动减速箱输出轴，停止系统运行，避免整体模拟试验装置零部件损坏。

如图1和图2所示，模拟装置的井下抽油系统，通过油气水三路供给系统，混合液从抽油泵排出进入出油管13后，回流至储液箱21，在电动泵23和电磁阀的作用下进入油水分离机22，混合液分离后分别进入储油箱和储水箱，经加热器25加热到试验所需温度，通过电动泵和电磁阀26对管路流体的流量和压力调节，经单向阀流入抽油泵底端进油口后，进行抽油泵抽油的模拟过程。同时空压机28将空气，经电磁阀调节压力和流量后送入抽油泵底端。

如图1和图2所示，空压机28将空气，经电磁阀调节压力和流量后送入抽油泵底端，与油水混合形成油气水三相混合液。

如图1和图2所示，电动机输出轴、皮带传动系统输出轴、减速箱输出轴处安装转速扭矩传感器，可实现电动机转子、小皮带轮、大皮带轮、减速箱输出轴和曲柄处的转速和扭矩瞬时测量。

如图1和图2所示，调节皮带传动系统3中带轮大小、曲柄连杆机构5中曲柄半径、炉头8悬点位置，可调节系统冲程、冲次。

如图1和图2所示，根据悬点示功图测量仪12，可获取悬点载荷与位移的瞬时变化规律。

如图1和图3所示，通过电磁阀26调节油、气、水管路流量和管路压力可进行不同比例混合液、不同抽油泵吸入压力、不同沉没度下的游梁式抽油系统动态参数试验。

如图1和图3所示，通过加热器25、温度计24将油水调节到所需温度，可进行不同温度下游梁式抽油系统动态参数瞬时模拟仿真。

如图1和图3所示，抽油杆15、油管16内壁贴应变片，可获取不同工况下杆管轴向载荷变化规律。

如图1所示，本设计混合液供给系统是新型游梁式抽油系统动态模拟试验装置的关键技术，可进行不同工况下游梁式抽油系统模拟分析，使试验尽量接近不同油井实际工况。

本实施例的教学应用性

如图3所示，井下油管16、套管17采用透明亚克力管，采购带有透明泵筒18的抽油泵，实现系统运行过程中各机构运动状态可视化，可作为游梁式抽油机教学实验平台。

本实施例的科研应用性

本实施例的新型游梁式抽油系统动态模拟装置，通过改变油气水混合液比例、抽油泵底端压力、抽油泵沉没压力、混合液温度等参数，实现系统悬点示功图和各节点动态参数的测量。

综上所述，本实施例的新型游梁式抽油系统动态模拟装置技术创新包括：1）地面传动系统由动力传动系统和停车系统组成，动力传动系统各节点输出轴处安装无线扭矩转速传感器，可实现各节点参数的实时测量，停车系统可防止实验装置停止动力输入后系统惯性对零部件损坏；2）多层配重加载装置，实现系统下冲程平稳运行，模拟抽油杆自重下的系统下冲程实际工况，进行不同配重下的系统动态参数测试与分析；3）油气水管路供给系统，实现油气水三相混合的配比，模拟油井不同实际工况，进行不同含水率、汽油比下的系统动态参数测试与分析；4）混合液供给系统中油气水加热装置，供给特定温度条件下混合液，模拟不同井况下系统运行状态，进行不同温度下系统动态参数测试与分析；5）油气水管路供给系统通过电磁阀对管理流量、压力调节，模拟不同抽油泵吸入压力、不同沉没度下的实际工况，进行系统动态参数测试与分析。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是管路连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，术语“混合液”、“油气水”、“油气水三相混合液”、“油气水混合液”等的描述意指所述实施方式的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式描述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。