抽油泵泵阀模拟试验装置的制作方法

本发明涉及石油装备试验检测，特别是涉及到一种抽油泵泵阀模拟试验装置。

背景技术：

1、在国内外油井采油生产中，以抽油泵、抽油杆、油管和抽油机组成的有杆抽油泵采油系统是最主要的采油方式。抽油泵是一种基本、可靠、使用范围广泛的抽油设备，抽油泵设备对整个油井生产起着至关重要的作用。抽油泵主要由泵筒、柱塞、游动阀和固定阀组成。游动阀在柱塞内，固定阀处于泵筒底部，游动阀和固定阀都由阀球、阀座和阀罩组成，阀球与阀座密封配合，起单向阀作用，阀罩起限制阀球离开阀座距离的作用。在抽油泵工作时，抽油杆带动柱塞在泵筒内往复运动，改变游动阀和固定阀之间的泵腔体积，游动阀和固定阀都是需要满足阀球下方的压力大于其上方压力时才打开，让液体通过阀座孔，否则阀球与阀座密封，阻止液体回流。上冲程中抽油杆带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受阀球自重和管内压力作用关闭，泵腔容积增大压力降低，固定阀在油井沉没压力与泵内压力差的作用下被打开，原油进泵，同时柱塞推动泵上液体，井口排出液体；下冲程中抽油杆带着柱塞向下运动，固定阀关闭，柱塞挤压泵中液体使泵内压力升高至高于柱塞上方压力时，游动阀球被顶开，泵中液体排到柱塞上方的油管中。泵阀在整个抽油泵工作过程中反复受到井筒中流体的液力冲击作用，阀球与阀罩、阀座反复发生碰撞，导致泵阀某个部位受损，阀球与阀座之间的密封性能降低，或者阀罩破裂，这都严重影响抽油泵的性能，如果流体具有腐蚀性，或者含有砂子等固相介质，会造成泵阀加速损坏。

2、游动阀、固定阀是抽油泵的核心部件，这两种泵阀的工作环境恶劣，是影响抽油泵寿命的易损坏部件，通过对泵阀进行冲击、磨损试验，检测不同材质、热处理工艺、表面处理和结构设计的泵阀抗冲击、耐磨损性能，对泵阀设计加工优选方案，提高工作寿命、验证抽油泵的工作能力具有指导意义。但目前尚未发现有通过液压泵站正、反双向交替输出高压液体，模拟油井内抽油泵上、下冲程中泵阀受冲击状况，该装置可实现对泵阀进行冲击、耐磨损性能的试验，并进一步研究压差、流体、砂粒等其阀球、阀座、阀罩的影响作用。

3、在申请号：cn01239850.0的中国专利申请中，涉及到一种小载荷疲劳试验机,偏心加载机构上有上死点b和下死点a,当偏心轴由下死点a点转向上死点b时,使试样加载点向右方移动,完成这半周加载的同时,推动支撑活塞向右运动,把支撑油缸中的油通过油管压入蓄能油缸,在升起支撑活塞的同时使砝码上升至最高位蓄能。当偏心轴由上死点b返回至下死点a时,砝码及蓄能活塞下降使支撑活塞推动试样加载点向左方移动直至偏心轴达到下死点a,完成一个周期,如此循环直到试样断裂,完成一根试样的疲劳试验。

4、在申请号：cn91227346.1的中国专利申请中，涉及到一种磨球冲击疲劳试验机，其结构特点是在直立框架底部设置有电机及减速传动装置，在传动装置外周间隔连接有外倾的提斗，直立框架上部有一倾斜的上滑道，与上滑道相贯通的是一垂直的竖管，竖管下端连有弯管、弯管出口端衔接有小滑道，与小滑道相连的是下滑道，当传动装置上的提斗将磨球带转到上滑道中并通过竖管和弯管滚落到小滑道，然后从小滑道滚到下滑道并落入转动的提斗中进行反复提转试验。该申请采用直立框架底部设置有电机及减速传动装置，利用传动装置的提斗将磨球带转到滑道并滚落到小滑道，然后循环往复实验。其速度慢，冲击力小。目前抽油泵阀组评价方法，采用真空试验法，在最小真空度64.32kpa，在其空远隔离后，至少3s无泄漏。在试验期间，阀球应在阀座上任意旋转，该方法对于存在一定表层下缺陷的阀组不能检测出来，为此进一步采用冲击疲劳法提高检测效果。

5、在申请号：cn201010559969.4的中国专利申请中，涉及到一种多功能有杆泵举升模拟试验系统，所述系统包括：电液比例提升驱动控制系统、倾角模拟系统、机械连接系统、循环流程系统和数据采集及控制系统；所述电液比例提升驱动控制系统为抽油泵动态性能试验提供往复直线运动的动力；所述倾角模拟系统实现泵筒与铅垂线的夹角在0°到90°的范围内变化；所述循环流程系统模拟抽油泵的井下实际工况，实现抽油泵的性能测试；所述机械连接系统将抽油泵固定在支撑架上，模拟抽油泵的实际加载工况，并保证试验介质的吸入、排出、动密封，以及在试验过程中细长光杆的稳定性；所述数据采集及控制系统对数据进行采集、计算和处理。该申请可进行抽油泵的工况模拟，满足但其结构复杂。

6、大庆石油学院在1990～1994年研制了“深井泵-抽油机试验装置”，该装置冲程分别为0.5m、0.9m和1.2m三级可调，压力、流量等参数手工计量，但系统的最高压力不超过0.3mpa。

7、石油大学和中原石油勘探局联合建立了开放型采油工艺试验站，抽油泵能在50°～90°倾角范围内工作，试验泵的最大冲程0.6m，泵出口最高压力1.0mpa。此装置能模拟一定倾角下抽油泵性能试验，但装置整体承压无法模拟深井泵阀工作。

8、2004年，大庆石油学院针对大庆油田推广应用水平技术研制了一套“有杆泵举升模拟地面试验系统”，该系统可研究抽油泵在一定倾角下的抽油泵性能试验和水力特性变化。该系统不可做含砂等流程试验。

9、以上现有技术均与本发明有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们发明了一种新的抽油泵泵阀模拟试验装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种验证磊磊泵阀的工作性能，并解决现有模拟装置不能承受高压、携砂等难题的抽油泵泵阀模拟试验装置。

2、本发明的目的可通过如下技术措施来实现：抽油泵泵阀模拟试验装置，该抽油泵泵阀模拟试验装置包括液压泵站和抽油泵泵阀总成，该液压泵站向该抽油泵泵阀总成正、反双向交替输出高压液体，实现上、下冲程对该抽油泵泵阀总成内阀球的冲击，模拟油井内抽油泵阀球、阀座和阀罩的工作，从而对阀球、阀座和阀罩抗进行抗冲击、耐磨损性能检测。

3、本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

4、该抽油泵泵阀模拟试验装置还包括过滤器，该过滤器连接在该抽油泵泵阀总成入口和出口处，过滤该抽油泵泵阀总成内的砂粒，模拟抽油泵在出砂油井的工况。

5、该液压泵站包括油箱、吸油过滤器、电动机、风冷却器、钟罩联轴器、高压过滤器、插装式单向阀、电磁换向阀和齿轮泵，该电动机连接于该钟罩联轴器，该钟罩联轴器连接于该齿轮泵，该吸油过滤器连接在该齿轮泵与该油箱中间，该齿轮泵连接于该插装式单向阀，该高压过滤器连接在该插装式单向阀与该电磁换向阀中间，该电磁换向阀连接于该过滤器，该风冷却器连接于该电磁换向阀，当模拟固定阀上冲程时，该电动机工作，带动该钟罩联轴器，进一步驱动该齿轮泵，并由该油箱吸入模拟用介质，模拟介质通过该吸油过滤器，再经该齿轮泵增压进入该插装式单向阀后，通过该高压过滤器过滤后经该电磁换向阀，再经过该过滤器进入该抽油泵泵阀总成的入口进入该抽油泵泵阀总成，然后经过该抽油泵泵阀总成的出口，经由该过滤器，再经该电磁换向阀，然后经过该风冷却器进入该油箱。

6、该液压泵站还包括插装式电磁阀和插装式溢流阀，该插装式单向阀连接于该插装式电磁阀和该插装式溢流阀，该插装式电磁阀连接于该电磁换向阀，当模拟固定阀下冲程时，该电动机转动后，带动该钟罩联轴器，进一步驱动该齿轮泵，并由该油箱吸入模拟用介质，模拟介质通过该吸油过滤器，再经该齿轮泵增压进入该插装式电磁阀，再经该电磁换向阀，经过该抽油泵泵阀总成的出口，进入该抽油泵泵阀总成，当压力超过该插装式溢流阀预定压力时，模拟介质经该插装式溢流阀的溢出口流出，然后经过该风冷却器进入该油箱。

7、该液压泵站还包括叠加调速阀，该叠加调速阀位于该电磁换向阀与该过滤器之间，调节保障该抽油泵泵阀总成入口端、出口端压力。

8、该液压泵站还包括测压工具，该测压工具位于该插装式单向阀与该高压过滤器之间，测量该叠加调速阀流入端压力。

9、该液压泵站还包括测压接头，该测压接头位于该叠加调速阀与该过滤器之间，测量该抽油泵泵阀总成入口端、出口端压力。

10、该液压泵站还包括空气滤清器，该空气滤清器位于该风冷却器，空气经该空气滤清器进入盘管冷却管路里的介质。

11、该液压泵站还包括液位液温计，测量该油箱内部介质是否充足、温度是否超过该油箱、管线的温度界限。

12、该抽油泵泵阀总成为抽油泵固定阀阀总成，包括外壳、阀罩、阀球和阀座，该阀罩上、下端连接该外壳，该阀球和该阀座均位于该阀罩内，该阀球位于该阀座上，该阀罩与该外壳相连接，该阀罩、该阀座起到限制该阀球运动的目的，该阀球在该阀罩、该阀座构成的内腔内运动，正常状态时，该阀球坐于该阀座上，流体在该阀罩内为上下流动。

13、该抽油泵泵阀总成为抽油泵游动阀阀总成，包括外壳、阀罩、阀球、阀座、被截断的抽油杆头，该外壳连接该阀罩上端，该被截断的抽油杆头连接该阀罩将该阀罩上部出液孔封堵，该阀罩下端连接该外壳，该阀座、该阀球位于该阀罩内，该阀罩、该阀座起到限制该阀球运动的目的，该阀球在该阀罩、该阀座构成的内腔内运动，该阀罩内部上下为通孔结构，侧向垂直轴向有贯通孔，该阀罩外壁与上端连接的壳内腔构成介质流动的通道。

14、本发明中的抽油泵泵阀模拟试验装置，可通过液压泵站正反双向交替输出高压液体，模拟深井井下抽油泵在上、下冲程中阀球受冲击的状况，对阀球、阀座和阀罩进行抗冲击、耐磨损性能检测，从而验证泵阀的工作性能，并解决现有模拟装置不能承受高压、携砂等难题。与现有技术相比，其有益效果在于：

15、(1)本发明利用液压泵站向抽油泵泵阀总成中正、反双向交替输出高压液体，模拟井下抽油泵工作过程中阀球、阀座和阀罩受冲击状况，实现了对阀球、阀座和阀罩进行抗冲击、耐磨损性能的检测，为实验室内研究阀球、阀座和阀罩的性能提供了一种装置。

16、(2)本发明在抽油泵泵阀总成入口和出口接入过滤器，过滤器能保护回流至液压泵站的液体清洁。此种设计可实现模拟抽油泵泵阀在出砂油井的工作状况，采用在抽油泵泵阀总成内加入砂粒的方式，对泵阀在携砂粒的固液两相流体中的冲击、磨损情况进行试验。

17、(3)本发明装置结构简单，能对抽油泵的关键核心部件进行高压差下高含水、高矿化度、携砂流体等工况模拟。