CN107893649A - 一种油田注水模拟实验平台 - Google Patents

Abstract

一种油田注水模拟实验平台。主要目的在于提供一套模拟注水实验装置。其特征在于：包括管网系统、模拟井系统、支撑框架结构、底盘机构以及工作站；管网系统包括螺旋管线、流向测量装置以及多通阀，模拟井系统包含若干个模拟井单元，用于模拟实际注水时的井口压力；支撑框架结构包括液压立柱单元以及框架单元两部分，底盘机构分为上下两层，下底盘安装有液压行走机构，可以带动整个系统进行前后、左右移动，上底盘；工作站包括水箱、水泵、液压油箱、液压泵以及阀箱。本装置，可以模拟井口压力和实际油田注水时的沿程损失，可灵活组合螺旋管长度以及井口数，能够满足多种模拟条件，实现对油田注水系统进行模拟，调节注水泵达到最优排量，节省能源和水资源。

Description

一种油田注水模拟实验平台

技术领域

本发明涉及一种油田注水模拟实验装置。

背景技术

注水驱油是二次采油的主要手段之一，向地层注水能够补充地层压力，防止地层坍塌。近年来，国内油田开发陆续进入后期，每天注水量非常大，耗能严重，为了节省能源，需要对油田注水系统进行仿真优化，通过调度开启泵的最佳排量，但由于油田注水系统是个庞大的系统，地理上跨度大、结构上非常复杂，涉及到的管理部门较多，因此利用实际注水管网进行实验非常困难。另一方面，对油田注水系统进行分析和优化势在必行，因此，建立一套模拟注水实验装置，通过对模拟注水实验装置进行优化调度计算，来分析实际注水管网系统是一种可行的方法。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种油田注水模拟实验装置。该系统能够通过模拟实际生产中油井数量多，油井间地理位置跨度大等情况，以及实际注水采油时的井口压力以及多口油井间存在的沿程损失，通过调节注水泵的流量进行测试，以得出实验数据，获得注水泵的最佳流量，进而达到节省能源和水资源的目的。

本发明的技术方案是：该油田注水模拟实验系统，包括管网系统、模拟井系统、支承框架结构、底盘系统以及工作站，其独特之处在于：

底盘机构为整个实验平台提供安装位置，并可带动整个实验平台进行位移；支撑框架结构通过其液压立柱单元安装在底盘机构上，并为管网系统提供安装固定位置；管网系统通过螺栓安装在支撑框架结构上，模拟井系统安装在底盘机构的上底盘上；

所述管网系统包括若干个螺旋管单元和多通阀；

所述多通阀具有圆筒状的阀体，阀体上方连接压力计用于检测阀内的液体压力，在阀体的圆柱面上均布八个阀口，所述八个阀口内部的液流通道彼此相通，但每个液流通道上均安装有球阀，每个球阀均可单独控制启闭；在所述阀体的底部开有节流阀连接孔，所述节流阀连接孔与所述八个阀口内部的液流通道相连通，所述节流阀连接孔用于和模拟井系统中的节流阀通过软管相连；

所述螺旋管单元包括螺旋管、螺旋管安装盒以及流向测量装置，所述螺旋管固定于螺旋管安装盒中，所述流向测量装置包括机械测量装置以及单片机系统，所述流向测量装置安装在螺旋管安装盒的上方，机械测量装置的测量空腔与所述螺旋管相连通，在所述测量空腔内置有指针和第一触点以及第二触点，第一触点和第二触点分别连接至单片机系统的不同数据输入端；所述指针的顶端可在不同方向的液体推力的作用下分别与第一触点或第二触点相触，指针与第一触点或第二触点相触，所述单片机系统获得不同的流向信号，并通过显示屏显示流向；

所述螺旋管单元中的螺旋管可以通过管路和管网内的任一多通阀上的任一阀口相连接，从而实现对管网内液体流通路径的自由组合与控制；

所述多通阀具有圆筒状的阀体，阀体上方连接压力计用于检测阀内的液体压力，在阀体的圆柱面上均布八个液流通道，所述八个阀口内部的液流通道彼此相通，但每个液流通道上均安装有球阀，每个球阀均可单独控制启闭；在所述阀体的底部开有节流阀连接孔，所述节流阀连接孔与所述八个阀口内部的液流通道相连通，并用于和模拟井系统中的节流阀通过软管相连；

所述支撑框架结构包括四个液压立柱单元以及框架单元；

液压立柱单元包括立柱、多级液压缸以及悬臂吊车，其中，立柱为槽钢结构，可为框架单元的上下移动提供导向作用，立柱的上下均焊接有钢板以及加强筋，上钢板通过螺栓安装悬臂吊车，下钢板通过螺栓固定多级液压缸，同时可将立柱固定在下底盘上；立柱的侧板开有方型孔，通过同时在四个立柱的等高的方形孔内插入方形插销，可以实现框架单元在相应高度的停放；多级液压缸的首级缸体通过螺栓安装在下钢板上，多级液压缸的末级缸体位于框架单元的下部但是不与框架单元形成固定连接；

框架单元的整体结构为矩形网格状，内部划分为正方形，框架单元最外侧的梁均采用工字型材，包括两个纵向最外侧梁以及两个横向最外侧梁；纵向最外侧梁的首尾均安装导向滑轮，内部纵向梁也采用工字型材，同时用多个短钢板连接纵向梁的方式代替内部的横向梁，内部纵向梁与横向最外侧梁均采用框架连接件通过螺栓连接，短钢板通过螺栓直接固定在梁上；

框架单元上的导向滑轮位于立柱的内槽中，可在立柱上滑动，以实现在对框架单元进行举升时，利用立柱作为导轨；悬臂吊车立柱通过螺栓固定在立柱的上钢板上，回转臂可在回转臂驱动装置驱动下实现连续旋转，回转臂上安装有电葫芦，其可沿回转臂直线运动，并可以起吊重物；

所述底盘机构包括八个移动脚架、下底盘、控制台、上底盘导轨、上底盘以及液压推拉机构；

移动脚架用于实现整个系统的左右以及前后移动，每个移动脚架包括两个支撑液压缸和一个驱动液压缸以及移动脚架底盘和连接器；移动脚架底盘是在一块矩形钢板上焊接脚架导轨和连接耳形成的；两个支撑液压缸缸体通过法兰固定在下底盘上，活塞杆通过法兰固定在连接器上；连接器包括连接器滑轮、连接器轴、连接器轴承以及连接器身，连接器用于将移动脚架连接为一个整体，每个移动脚架都包括两个连接器，两个连接器分别安装于驱动液压缸缸体的首尾，驱动液压缸缸体的活塞杆穿过连接器身上的通孔，而后再安装活塞杆接头；连接器身法兰与支撑液压缸活塞杆相连，连接器轴穿过连接器身的轴孔，连接器滑轮安装在连接器轴首尾两端，与脚架导轨配合，连接器轴承用于支承连接器轴，连机器身与驱动液压缸缸体法兰固定连接，驱动液压缸的活塞杆与移动脚架底盘的连接耳连接，当支撑液压缸均被固定在下底盘后，通过驱动液压缸即可控制移动脚架底盘的伸出与收回；

八个移动脚架分为横向移动组和纵向移动组两组，横向移动组包括四个移动脚架，分为左移组和右移组，在横向移动组中，不同组别的移动脚架安装方向相反；纵向移动组分为前移组和后移组，每组两个移动脚架，在纵向移动组中，不同组别的移动脚架安装方向相反；

所述八个移动脚架内的支撑液压缸和驱动液压缸均由控制台控制；所述控制台按照如下模式进行控制，当进行前移时，横向移动组的支撑液压缸活塞杆伸出，将整个系统进行举升，此时纵向移动组的移动脚架底盘已经离开地面并悬空，通过控制台控制纵向移动组的前移组的驱动液压缸的活塞杆伸出，活塞杆通过连接耳带动移动脚架底盘向前移动，然后横向移动组的支撑液压缸的活塞杆收回，使得压力作用在纵向移动组的移动脚架上，然后控制前移组的驱动液压缸收回活塞杆，借助连接器滑轮和脚架导轨，带动整个模拟实验平台向前移动；当要实现向其它方向的移动时，通过调整不同分组的移动脚架的工作顺序及状态，即可完成相应的位移；

上底盘导轨通过螺栓安装在下底盘上，内部有圆柱滚子，以减小和上底盘之间的摩擦；上底盘的上表面开有T型槽，用于安装模拟井系统；上底盘的侧边安装在上底盘导轨内，上底盘左右侧边均开有一列圆孔，所述圆孔用于插入圆柱插销；

液压推拉机构用于将上底盘进行左右平移，液压推拉机构包括Y型接头液压缸、液压缸固定件、垫片、连接板以及电磁弹簧缸；其中，液压缸固定件安装在下底盘上，Y型接头液压缸缸体焊接在液压缸固定件上，Y型接头液压缸的活塞杆与电磁弹簧缸相连；电磁弹簧缸包括缸体后盖、电磁装置、弹簧、圆柱插销以及电磁弹簧缸缸体，圆柱插销安装在电磁弹簧缸缸体内，圆柱插销的小径端可以伸出电磁弹簧缸缸体外；

所述液压推拉机构将上底盘右移时，按照如下模式动作，即电磁装置断电，弹簧将圆柱插销推出，圆柱插销插入上底盘的圆孔中，Y型接头液压缸活塞杆伸出，将上底盘沿上底盘导轨推出，而后电磁弹簧缸通电，圆柱插销收回，Y型接头液压缸活塞杆收回，电磁装置断电，圆柱插销放出并插入下一个圆孔，重复上述过程，直至上底盘移出至合适位置；

所述液压推拉机构将上底盘左移时，按照如下模式动作，Y型接头液压缸活塞杆先处于伸出状态，电磁装先处于断电状态，圆柱插销插入圆孔中，通过将Y型接头液压缸活塞杆收回，带动上底盘收回，然后电磁装置通电，圆柱插销收回，Y型接头液压缸活塞伸出，电磁弹簧缸断电，圆柱插销伸出插入至圆孔中，重复上述过程直至上底盘到达指定位置；

控制台是通过电气控制来实现对多级液压缸、悬臂吊车、移动脚架以及液压推拉机构的控制；控制台的数量为四个，安装于下底盘上。

工作站包括水泵、水箱、液压泵、液压阀箱以及液压油箱，工作站安放在上底盘上，位于管网系统的一侧，均通过螺栓固定在上底盘上；水泵用于将水从水箱中泵入管网系统中，从模拟井系统的出水孔中流出，经管路流回水箱中；液压泵通过液压阀箱中的不同回路，控制模拟实验平台中的不同液压缸工作。

本发明具有如下有益效果：本装置包括管网系统、模拟井系统、支撑框架结构、底盘机构以及工作站。管网系统是本设计的核心，包括用于模拟实际注水时沿程损失的螺旋管线，用于测量和显示水流方向的流向测量装置，用于连接螺旋管线的多通阀。模拟井系统包含若干个模拟井单元，用于模拟实际注水时的井口压力，模拟井单元包括液压缸、填充缸、流量计以及节流阀。支撑框架结构包括液压立柱单元以及框架两部分，液压立柱单元包括立柱、多级液压缸和悬臂吊车，立柱为槽钢形状，其中多级液压缸用于将框架举升，立柱用于举升框架时进行导向，悬臂吊车用于对物体进行起吊和搬运，框架是为了对管网进行支撑和固定，是利用工字型材和普通板材组合成的，呈现网格状，便于管网系统的安装固定和模拟井单元的调节。底盘机构分为上下两层，下底盘安装有液压行走机构，可以带动整个系统进行前后、左右移动，便于调整模拟系统的摆放位置，上底盘可以通过液压系统进行左右平移，便于对系统的定期维护和维修，上底盘开有T型槽，便于模拟井单元的安装固定。工作站包括水箱、水泵、液压油箱、液压泵以及阀箱等，将其集中在一起可方便维修与管理，工作站部件安装在上底盘的一侧。本发明所提供的注水模拟实验装置，其通过模拟井单元的液压活塞挤压填充缸内的沙子来模拟井口压力，通过管网系统中的螺旋管线来模拟实际油田注水时的沿程损失，可以通过调节多通阀中的球阀来灵活的组合螺旋管长度以及井口数，能够满足多种模拟条件，通过工作站中的水泵将水箱中的水从多通阀泵入管网中，同时通过多级液压缸伸缩来调整框架的高度，从而方便其它部分通过上底盘，通过多级液压缸可以将管网升至较高位置，插入方形插销可以将其保持在该高度，便于对模拟井系统的维修与保养，同时，通过液压推拉机构可以实现上底盘相对于下底盘的左右移动，将上底盘移出合适位置，可以方便人员对底盘系统以及工作站的维护工作，同时，通过安装悬臂吊车，可以降低系统的安装维护难度，方便起吊液压油箱和水箱等重物。

本发明的模拟对象为油田注水系统是大型多源非线性网络系统, 对此系统建模和制定优化运行方案十分困难, 迄今为止, 国内外尚未见到现成理论方法, 且不能用经典数学和优化方法解决。本发明所提供的油田注水模拟实验装置是一种新型的、一体化自动控制的模拟装置。它适用于实验室内观察、数据采集和对系统的优化分析。

附图说明：

图1是本发明的总装图。

图2是本发明所述管网系统结构图。

图3是本发明所述管网系统的螺旋管单元结构示意图。

图4是本发明所述螺旋管单元的螺旋管结构示意图。

图5a是本发明所述管网系统的多通阀结构剖视图。

图5b是本发明所述管网系统的多通阀俯视结构示意图。

图6是本发明所述多通阀的球阀结构示意图。

图7是本发明所述管网系统的流向测量装置工作原理示意图。

图8是本发明所述模拟井系统的模拟井单元结构示意图。

图9是本发明所述模拟井单元的填充缸的结构示意图。

图10是本发明所述支撑框架结构的结构示意图。

图11是本发明所述支撑框架结构的液压立柱单元结构示意图。

图12是本发明所述液压立柱单元的立柱结构示意图。

图13是本发明所述液压立柱单元的多级液压缸结构示意图。

图14是本发明所述液压立柱单元的悬臂吊车示意图。

图15是本发明所述支撑框架结构的框架单元示意图。

图16是本发明所述框架单元的纵向最外侧梁结构示意图。

图17是本发明所述框架单元的横向最外侧梁结构示意图。

图18是本发明所述框架单元的纵向内部梁结构示意图。

图19是本发明所述框架单元的短钢板结构示意图。

图20是本发明所述框架单元的框架连接件示意图。

图21是本发明所述框架单元的导向滑轮结构示意图。

图22是本发明所述底盘系统的结构示意图。

图23是本发明所述移动脚盘的分组示意图。

图24是本发明所述底盘系统的移动脚架的结构示意图。

图25是本发明所述移动脚架的支撑液压缸结构示意图。

图26是本发明所述移动脚架的驱动液压缸结构示意图。

图27是本发明所述连接器的连接器结构示意图。

图28是本发明所述连接器的连接器身结构示意图。

图29是本发明所述移动脚架的脚架底盘机构示意图。

图30是本发明所述底盘系统的底盘导轨结构示意图。

图31是本发明所述底盘机构的上底盘机构示意图。

图32是本发明所述底盘系统的液压推拉机构结构示意图。

图33是本发明所述液压推拉机构的Y型接头液压缸结构示意图。

图34是本发明所述液压推拉机构的液压缸固定件结构示意图。

图35是本发明所述液压推拉机构的垫片示意图。

图36是本发明所述液压推拉机构的连接板示意图。

图37是本发明所述液压推拉机构的电磁弹簧缸的剖视图。

图38是本发明所述电磁弹簧缸的缸体后盖结构示意图。

图39是本发明所述电磁弹簧缸的缸体结构示意图。

图40是本发明所述电磁弹簧缸的圆柱销结构示意图。

图41是本发明所述底盘机构的控制台结构示意图。

图42是本发明所述工作站示意图。

图中1-管网系统，2-模拟井系统，3-支撑框架结构，4-底盘机构，5-工作站，6-螺旋管单元，7-多通阀，8-流向测量装置，8a-机械测量装置，8b-单片机系统，9-螺旋管安装盒，10-压力计，11-阀体，12-液流通道，13-球阀，14-节流阀连接孔， 15a-第一触点，15b-第二触点，16-指针，17-液压缸，18-填充缸，19-流量计，20-节流阀，21-活塞杆孔，22-出水孔，23-连接法兰，24-液压立柱单元，25-框架单元，26-立柱，27-多级液压缸，28-悬臂吊车，29-上钢板，30-方形孔，31-下钢板，32-首级缸体，33-末级缸体，34-悬臂吊车立柱，35-回转臂驱动装置，36-回转臂，37-电葫芦，38-纵向最外侧梁，39-横向最外侧梁，40-内部纵向梁，41-短钢板，42-框架连接件，43-导向滑轮，44-移动脚架，45-下底盘，46-控制台，47-上底盘导轨，48-上底盘，49-液压推拉机构，50-横向移动组，50a-左移组，50b-右移组，51-纵向移动组，51a-前移组，51b-后移组，52-支撑液压缸，53-驱动液压缸，54-移动脚架底盘，55-连接器，56-连接器滑轮，57-连接器轴，58-连接器轴承，59-连接器身，60-连接器身法兰，61-轴孔，62-通孔，63-脚架导轨，64-连接耳，65-T型槽，66-圆孔，67-Y型接头液压缸，68-液压缸固定件，69-垫片，70-连接板，71-电磁弹簧缸，72-缸体后盖，73-电磁装置，74-弹簧，75-圆柱插销，76-电磁弹簧缸缸体，77-水泵，78-水箱，79-液压泵，80-液压阀箱，81-液压油箱。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1至图42所示，该种油田注水模拟实验平台，包括管网系统1、模拟井系统2、支撑框架结构3、底盘机构4以及工作站5。

其中，底盘机构4为整个实验平台提供安装位置，并可带动整个实验平台进行位移；支撑框架结构3通过其液压立柱单元17安装在底盘机构4上，并为管网系统1提供安装固定位置；管网系统1通过螺栓安装在支撑框架结构3上，模拟井系统2安装在底盘机构4的上底盘48上。

所述管网系统，包括若干个螺旋管单元6和多通阀7；所述多通阀具有圆筒状的阀体11，阀体11上方连接压力计10用于检测阀内的液体压力，在阀体11的圆柱面上均布八个阀口，所述八个阀口内部的液流通道彼此相通，但每个液流通道上均安装有球阀13，每个球阀13均可单独控制启闭；在所述阀体11的底部开有节流阀连接孔14，所述节流阀连接孔与所述八个阀口内部的液流通道14相连通，并用于和模拟井系统2中的节流阀20通过软管相连。

所述螺旋管单元包括螺旋管、螺旋管安装盒9以及流向测量装置，所述螺旋管固定于螺旋管安装盒9中，所述流向测量装置包括机械测量装置8a以及单片机系统8b，所述流向测量装置安装在螺旋管安装盒9的上方，机械测量装置8a的测量空腔与所述螺旋管相连通，在所述测量空腔内置有指针16和第一触点15a以及第二触点15b，第一触点15a和第二触点15b分别连接至单片机系统8b的不同数据输入端；所述指针16的顶端可在不同方向的液体推力的作用下分别与第一触点15a或第二触点15b相触，指针16与第一触点或第二触点相触，所述单片机系统获得不同的流向信号，并通过显示屏显示流向。

具体实施时，螺旋管单元为了在模拟实际注水采油时的沿程损失的情况下节省空间，选用了螺旋管，为了方便螺旋管的固定安装，将螺旋管安放在一个螺旋管安装盒中，通过对螺旋管安装盒的安装固定实现了对螺旋管的安装固定，流向测量装置包括机械测量装置以及单片机系统，均安装在螺旋管安装盒的上方，机械测量装置接入管网中，通过液体压力将指针推向一方，指针接触触点，电路接通，向单片机系统发出电信号，单片机系统借此做出判断，通过显示屏显示螺旋管内液体的流动方向。

所述螺旋管单元中的螺旋管可以通过管路和管网内的任一多通阀上的任一阀口相连接，从而实现对管网内液体流通路径的自由组合与控制；管网可从不同方向连接至多通阀，也可以通过多通阀来控制管路的工作状态，多通阀的通道通过硬质管连接至螺旋管单元，阀体的底部开有一个底孔，与模拟井系统的节流阀通过软管相连。

模拟井系统2由若干个模拟井单元组成，每个模拟井单元均包括液压缸17、填充缸18、流量计19以及节流阀20。其中，填充缸18的一端通过连接法兰20与流量计19连接，填充缸18的另一端为活塞杆孔21，液压缸17的活塞杆与活塞杆孔21相配合，所述填充缸18内填充有沙粒，通过液压缸17挤压沙粒模拟井口压力；填充缸18的缸体上开有出水孔22，出水孔22通过软管连接水箱78；流量计19一端与填充缸18的连接法兰23相连接，流量计19的另一端连接节流阀20，节流阀20的另一端用于连接多通阀7的节流阀连接孔14。

所述支撑框架结构3包括四个液压立柱单元24以及框架单元25。

液压立柱单元包括立柱26、多级液压缸27以及悬臂吊车28，其中，立柱26为槽钢结构，可为框架单元25的上下移动提供导向作用，立柱26的上下均焊接有钢板以及加强筋，上钢板29通过螺栓安装悬臂吊车28，下钢板31通过螺栓固定多级液压缸27，同时可将立柱26固定在下底盘45上；立柱26的侧板开有方型孔27，通过同时在四个立柱26的等高的方形孔30内插入方形插销，可以实现框架单元25在相应高度的停放；多级液压缸27的首级缸体32通过螺栓安装在下钢板31上，多级液压缸27的末级缸体33位于框架单元25的下部但是不与框架单元25形成固定连接。

框架单元25的整体结构为矩形网格状，内部划分为正方形，框架单元25最外侧的梁均采用工字型材，包括两个纵向最外侧梁38以及两个横向最外侧梁39；纵向最外侧梁38的首尾均安装导向滑轮43，内部纵向梁40也采用工字型材，同时用多个短钢板41连接纵向梁的方式代替内部的横向梁，内部纵向梁40与横向最外侧梁36均采用框架连接件42通过螺栓连接，短钢板41通过螺栓直接固定在梁上。

框架单元25上的导向滑轮43位于立柱26的内槽中，可在立柱26上滑动，以实现在对框架单元25进行举升时，利用立柱26作为导轨；悬臂吊车立柱34通过螺栓固定在立柱26的上钢板29上，回转臂36可在回转臂驱动装置35驱动下实现连续旋转，回转臂36上安装有电葫芦37，其可沿回转臂36直线运动，并可以起吊重物。

立柱为槽钢结构，可为框架结构的上下移动提供导向作用，立柱的上下均焊接有钢板以及加强筋，其中上钢板用于安装悬臂吊车，下钢板用于固定多级液压缸，立柱的侧板有方型孔，通过同时在四个液压立柱的等高方形孔插入方形插销，可以实现框架结构在相应高度的停放，此时多级液压缸可以停止工作，多级液压缸的首级缸体通过螺栓安装在下钢板上，末级缸体并不与框架结构固连，以防止四台多级液压缸同时举升框架结构产生不平衡现象，导致框架结构卡死，在对框架结构进行举升时，利用立柱作为导轨，框架结构上的导向滑轮可在立柱上滑动，减小两者间摩擦，悬臂吊车立柱通过螺栓固定在立柱的上钢板上，回转臂可在回转臂驱动装置驱动下实现连续旋转，回转臂上安装有电葫芦，其可沿回转臂直线运动，并可以起吊重物。框架结构是为管网系统提供固定安装位置，其总体上呈矩形网格状，内部划分为正方形，为获得较强的抗弯性能，框架结构最外侧的梁均采用工字型材，包括两个纵向最外梁以及两个横向最外梁，纵向最外梁的首尾均安装导向滑轮装置，内部纵向梁因跨度较长，也采用工字型材，同时用多个短钢板连接纵向梁的方式代替内部的横向梁，内部纵向梁与横向最外梁均采用框架连接件通过螺栓连接，短钢板通过螺栓直接固定在梁上。

所述底盘机构4包括八个移动脚架44、下底盘45、控制台46、上底盘导轨47、上底盘48以及液压推拉机构49。

移动脚架44用于实现整个系统的左右以及前后移动，每个移动脚架44包括两个支撑液压缸52和一个驱动液压缸53以及移动脚架底盘54和连接器55。移动脚架底盘54是在一块矩形钢板上焊接脚架导轨63和连接耳64形成的；两个支撑液压缸52缸体通过法兰固定在下底盘45上，活塞杆通过法兰固定在连接器55上；连接器55包括连接器滑轮56、连接器轴57、连接器轴承58以及连接器身59，连接器55用于将移动脚架44连接为一个整体，每个移动脚架44都包括两个连接器55，两个连接器55分别安装于驱动液压缸53缸体的首尾，驱动液压缸53缸体的活塞杆穿过连接器身59上的通孔62，而后再安装活塞杆接头；连接器身法兰60与支撑液压缸52活塞杆相连，连接器轴57穿过连接器身59的轴孔61，连接器滑轮56安装在连接器轴57首尾两端，与脚架导轨63配合，连接器轴承58用于支承连接器轴57，连机器身54与驱动液压缸53缸体法兰固定连接，驱动液压缸48的活塞杆与移动脚架底盘54的连接耳64连接，当支撑液压缸52均被固定在下底盘45后，通过驱动液压缸53即可控制移动脚架44底盘的伸出与收回。

八个移动脚架44分为横向移动组50和纵向移动组51两组，横向移动组包括四个移动脚架，分为左移组50a和右移组50b，在横向移动组中，不同组别的移动脚架安装方向相反；纵向移动组51分为前移组50a和后移组50b，每组两个移动脚架，在纵向移动组中，不同组别的移动脚架安装方向相反。

所述八个移动脚架内的支撑液压缸52和驱动液压缸53均由控制台46控制；所述控制台按照如下模式进行控制，当进行前移时，横向移动组50的支撑液压缸52活塞杆伸出，将整个系统进行举升，此时纵向移动组51的移动脚架底盘54已经离开地面并悬空，通过控制台46控制纵向移动组48的前移组48a的驱动液压缸53的活塞杆伸出，活塞杆通过连接耳64带动移动脚架底盘54向前移动，然后横向移动组50的支撑液压缸52的活塞杆收回，使得压力作用在纵向移动组51的移动脚架44上，然后控制前移组51a的驱动液压缸53收回活塞杆，借助连接器滑轮56和脚架导轨63，带动整个模拟实验平台向前移动；当要实现向其它方向的移动时，通过调整不同分组的移动脚架44的工作顺序及状态，即可完成相应的位移。

具体实施时，移动脚架可实现整个系统的左右以及前后移动。移动脚架底盘是在一块矩形钢板上焊接脚架导轨和连接耳形成的，两个支撑液压缸缸体通过法兰固定在下底盘上，活塞杆通过法兰固定在连接器上。连接器是将移动脚架连接为一个整体的装置，每个移动脚架都包括两个连接器，分别安装于驱动液压缸缸体的首尾，驱动液压缸缸体的活塞杆穿过连接器身的通孔，而后再安装活塞杆接头，连接器包括连接器滑轮、连接器轴、连接器轴承以及连接器身，连接器身法兰与支撑液压缸活塞杆相连，连接器轴穿过连接器身的轴孔，连接器滑轮安装在连接器轴首尾两端，与脚架导轨配合，连接器轴承用于支承连接器轴，连机器身与驱动液压缸缸体法兰固连，驱动液压缸的活塞杆与移动脚架底盘的连接耳连接，当支撑液压缸均被固定在下底盘后，通过驱动液压缸即可控制移动脚架底盘的伸出与收回。当进行前移时，横向移动组的支撑液压缸活塞杆伸出，将整个系统进行举升，此时纵向移动组的移动脚架底盘已经离开地面并悬空，通过控制台控制纵向移动组的前移组的驱动液压缸的活塞杆伸出，活塞杆通过连接耳带动移动脚架底盘向前移动，然后横向移动组的支撑液压缸的活塞杆收回，使得压力作用在纵向移动组的移动脚架上，然后控制前移组的驱动液压缸收回活塞杆，借助连接器滑轮和脚架导轨，带动整个模拟平台向前移动，同理可利用后其它组的移动脚架实现整个模拟平台在其它方向的运动。

上底盘导轨47通过螺栓安装在下底盘45上，内部有圆柱滚子，以减小和上底盘48之间的摩擦；上底盘48的上表面开有T型槽65，用于安装模拟井系统2；上底盘48的侧边安装在上底盘导轨47内，上底盘48左右侧边均开有一列圆孔66，所述圆孔用于插入圆柱插销75。

液压推拉机构49用于将上底盘48进行左右平移，液压推拉机构49包括Y型接头液压缸67、液压缸固定件68、垫片69、连接板70以及电磁弹簧缸71；其中，液压缸固定件68安装在下底盘45上，Y型接头液压缸67缸体焊接在液压缸固定件68上，Y型接头液压缸67的活塞杆与电磁弹簧缸71相连；电磁弹簧缸71包括缸体后盖72、电磁装置73、弹簧74、圆柱插销75以及电磁弹簧缸缸体76，圆柱插销75安装在电磁弹簧缸缸体76内，圆柱插销75的小径端可以伸出电磁弹簧缸缸体76外。

所述液压推拉机构将上底盘48右移时，按照如下模式动作，即电磁装置73断电，弹簧74将圆柱插销75推出，圆柱插销75插入上底盘48的圆孔66中，Y型接头液压缸67活塞杆伸出，将上底盘48沿上底盘导轨47推出，而后电磁弹簧缸71通电，圆柱插销75收回，Y型接头液压缸67活塞杆收回，电磁装置73断电，圆柱插销75放出并插入下一个圆孔66，重复上述过程，直至上底盘48移出至合适位置。

所述液压推拉机构将上底盘48左移时，按照如下模式动作，Y型接头液压缸67活塞杆先处于伸出状态，电磁装置73先处于断电状态，圆柱插销75插入圆孔66中，通过将Y型接头液压缸67活塞杆收回，带动上底盘48收回，然后电磁装置73通电，圆柱插销75收回，Y型接头液压缸67活塞伸出，电磁弹簧缸71断电，圆柱插销75伸出插入至圆孔66中，重复上述过程直至上底盘48到达指定位置。

控制台46是通过电气控制来实现对多级液压缸27、悬臂吊车28、移动脚架44以及液压推拉机构49的控制；控制台46的数量为四个，安装于下底盘45上。

工作站5包括水泵77、水箱78、液压泵79、液压阀箱80以及液压油箱81，工作站5安放在上底盘48上，位于管网系统1的一侧，均通过螺栓固定在上底盘48上；水泵77用于将水从水箱78中泵入管网系统1中，从模拟井系统2的出水孔22中流出，经管路流回水箱78中；液压泵79通过液压阀箱80中的不同回路，控制实验平台中的不同液压缸工作状态。

使用时，本装置按照如下过程作业：

步骤1：检查设备是否正常工作，将框架单元高度调整到合适位置；

步骤2：根据要模拟的情况，调整模拟井单元的压力以及多通阀每个阀口的启闭；

步骤3：开启水泵，不断调整水泵的注水压力和流量，通过单片机系统可以观察螺旋管内水流的方向，记录流量计的读数；

步骤4：分析所得数据，可得出注水泵的最佳流量范围；

步骤5：在进行维修保养时，先将模拟井单元与多通阀的连接断开，然后启动四个多级液压缸，将框架单元和管网升至合适高度，插入方形插销，将其保持在该位置，然后通过液压推拉机构，将上底盘沿导轨平移至合适位置，将底盘以及模拟井单元、工作站移出遮挡区域，方便人员接触，悬臂吊车可以起吊重物，如液压油箱、水泵等，方便安装维护。

Claims (1)

1.一种油田注水模拟实验平台，包括管网系统（1）、模拟井系统（2）、支撑框架结构（3）、底盘机构（4）以及工作站（5），其中，

底盘机构（4）为整个实验平台提供安装位置，并可带动整个实验平台进行位移；支撑框架结构（3）通过其液压立柱单元（17）安装在底盘机构（4）上，并为管网系统（1）提供安装固定位置；管网系统（1）通过螺栓安装在支撑框架结构（3）上，模拟井系统（2）安装在底盘机构（4）的上底盘（48）上；

所述管网系统包括若干个螺旋管单元（6）和多通阀（7）；

所述多通阀具有圆筒状的阀体（11），阀体（11）上方连接压力计（10）用于检测阀内的液体压力，在阀体（11）的圆柱面上均布八个阀口，所述八个阀口内部的液流通道（12）彼此相通，但每个液流通道上均安装有球阀（13），每个球阀（13）均可单独控制启闭；在所述阀体（11）的底部开有节流阀连接孔（14），所述节流阀连接孔与所述八个阀口内部的液流通道（14）相连通，并用于和模拟井系统（2）中的节流阀（20）通过软管相连；

所述螺旋管单元包括螺旋管、螺旋管安装盒（9）以及流向测量装置，所述螺旋管固定于螺旋管安装盒（9）中，所述流向测量装置包括机械测量装置（8a）以及单片机系统（8b），所述流向测量装置安装在螺旋管安装盒（9）的上方，机械测量装置（8a）的测量空腔与所述螺旋管相连通，在所述测量空腔内置有指针（16）和第一触点（15a）以及第二触点（15b），第一触点（15a）和第二触点（15b）分别连接至单片机系统（8b）的不同数据输入端；所述指针（16）的顶端可在不同方向的液体推力的作用下分别与第一触点（15a）或第二触点（15b）相触，指针（16）与第一触点（15a）或第二触点（15b）相触，所述单片机系统获得不同的流向信号，并通过显示屏显示流向；

所述螺旋管单元（6）中的螺旋管可以通过管路和管网内的任一多通阀上的任一阀口相连接，从而实现对管网内液体流通路径的自由组合与控制；

模拟井系统（2）由若干个模拟井单元组成，每个模拟井单元均包括液压缸（17）、填充缸（18）、流量计（19）以及节流阀（20）；其中，填充缸（18）的一端通过连接法兰（20）与流量计（19）连接，填充缸（18）的另一端为活塞杆孔（21），液压缸（17）的活塞杆与活塞杆孔（21）相配合，所述填充缸（18）内填充有沙粒，通过液压缸（17）挤压沙粒模拟井口压力；填充缸（18）的缸体上开有出水孔（22），出水孔（22）通过软管连接水箱（78）；流量计（19）一端与填充缸（18）的连接法兰（23）相连接，流量计（19）的另一端连接节流阀（20），节流阀（20）的另一端用于连接多通阀（7）的节流阀连接孔（14）；

所述支撑框架结构（3）包括四个液压立柱单元（24）以及框架单元（25）；

液压立柱单元（24）包括立柱（26）、多级液压缸（27）以及悬臂吊车（28），其中，立柱（26）为槽钢结构，可为框架单元（25）的上下移动提供导向作用，立柱（26）的上下均焊接有钢板以及加强筋，上钢板（29）通过螺栓安装悬臂吊车（28），下钢板（31）通过螺栓固定多级液压缸（27），同时可将立柱（26）固定在下底盘（45）上；立柱（26）的侧板开有方型孔（27），通过同时在四个立柱（26）的等高的方形孔（30）内插入方形插销，可以实现框架单元（25）在相应高度的停放；多级液压缸（27）的首级缸体（32）通过螺栓安装在下钢板（31）上，多级液压缸（27）的末级缸体（33）位于框架单元（25）的下部但是不与框架单元（25）形成固定连接；

框架单元（25）的整体结构为矩形网格状，内部划分为正方形，框架单元（25）最外侧的梁均采用工字型材，包括两个纵向最外侧梁（38）以及两个横向最外侧梁（39）；纵向最外侧梁（38）的首尾均安装导向滑轮（43），内部纵向梁（40）也采用工字型材，同时用多个短钢板（41）连接纵向梁的方式代替内部的横向梁，内部纵向梁（40）与横向最外侧梁（36）均采用框架连接件（42）通过螺栓连接，短钢板（41）通过螺栓直接固定在梁上；

框架单元（25）上的导向滑轮（43）位于立柱（26）的内槽中，可在立柱（26）上滑动，以实现在对框架单元（25）进行举升时，利用立柱（26）作为导轨；悬臂吊车立柱（34）通过螺栓固定在立柱（26）的上钢板（29）上，回转臂（36）可在回转臂驱动装置（35）驱动下实现连续旋转，回转臂（36）上安装有电葫芦（37），其可沿回转臂（36）直线运动，并可以起吊重物；

所述底盘机构（4）包括八个移动脚架（44）、下底盘（45）、控制台（46）、上底盘导轨（47）、上底盘（48）以及液压推拉机构（49）；

移动脚架（44）用于实现整个系统的左右以及前后移动，每个移动脚架（44）包括两个支撑液压缸（52）和一个驱动液压缸（53）以及移动脚架底盘（54）和连接器（55）；移动脚架底盘（54）是在一块矩形钢板上焊接脚架导轨（63）和连接耳（64）形成的；两个支撑液压缸（52）缸体通过法兰固定在下底盘（45）上，活塞杆通过法兰固定在连接器（55）上；连接器（55）包括连接器滑轮（56）、连接器轴（57）、连接器轴承（58）以及连接器身（59），连接器（55）用于将移动脚架（44）连接为一个整体，每个移动脚架（44）都包括两个连接器（55），两个连接器（55）分别安装于驱动液压缸（53）缸体的首尾，驱动液压缸（53）缸体的活塞杆穿过连接器身（59）上的通孔（62），而后再安装活塞杆接头；连接器身法兰（60）与支撑液压缸（52）活塞杆相连，连接器轴（57）穿过连接器身（59）的轴孔（61），连接器滑轮（56）安装在连接器轴（57）首尾两端，与脚架导轨（63）配合，连接器轴承（58）用于支承连接器轴（57），连机器身（54）与驱动液压缸（53）缸体法兰固定连接，驱动液压缸（48）的活塞杆与移动脚架底盘（54）的连接耳（64）连接，当支撑液压缸（52）均被固定在下底盘（45）后，通过驱动液压缸（53）即可控制移动脚架（44）底盘的伸出与收回；

八个移动脚架（44）分为横向移动组（50）和纵向移动组（51）两组，横向移动组包括四个移动脚架，分为左移组（50a）和右移组（50b），在横向移动组中，不同组别的移动脚架安装方向相反；纵向移动组（51）分为前移组（50a）和后移组（50b），每组两个移动脚架，在纵向移动组中，不同组别的移动脚架安装方向相反；

所述八个移动脚架内的支撑液压缸（52）和驱动液压缸（53）均由控制台（46）控制；所述控制台按照如下模式进行控制，当进行前移时，横向移动组（50）的支撑液压缸（52）活塞杆伸出，将整个系统进行举升，此时纵向移动组（51）的移动脚架底盘（54）已经离开地面并悬空，通过控制台（46）控制纵向移动组（48）的前移组（48a）的驱动液压缸（53）的活塞杆伸出，活塞杆通过连接耳（64）带动移动脚架底盘（54）向前移动，然后横向移动组（50）的支撑液压缸（52）的活塞杆收回，使得压力作用在纵向移动组（51）的移动脚架（44）上，然后控制前移组（51a）的驱动液压缸（53）收回活塞杆，借助连接器滑轮（56）和脚架导轨（63），带动整个模拟实验平台向前移动；当要实现向其它方向的移动时，通过调整不同分组的移动脚架（44）的工作顺序及状态，即可完成相应的位移；

上底盘导轨（47）通过螺栓安装在下底盘（45）上，内部有圆柱滚子，以减小和上底盘（48）之间的摩擦；上底盘（48）的上表面开有T型槽（65），用于安装模拟井系统（2）；上底盘（48）的侧边安装在上底盘导轨（47）内，上底盘（48）左右侧边均开有一列圆孔（66），所述圆孔用于插入圆柱插销（75）；

液压推拉机构（49）用于将上底盘（48）进行左右平移，液压推拉机构（49）包括Y型接头液压缸（67）、液压缸固定件（68）、垫片（69）、连接板（70）以及电磁弹簧缸（71）；其中，液压缸固定件（68）安装在下底盘（45）上，Y型接头液压缸（67）缸体焊接在液压缸固定件（68）上，Y型接头液压缸（67）的活塞杆与电磁弹簧缸（71）相连；电磁弹簧缸（71）包括缸体后盖（72）、电磁装置（73）、弹簧（74）、圆柱插销（75）以及电磁弹簧缸缸体（76），圆柱插销（75）安装在电磁弹簧缸缸体（76）内，圆柱插销（75）的小径端可以伸出电磁弹簧缸缸体（76）外；

所述液压推拉机构将上底盘（48）右移时，按照如下模式动作，即电磁装置（73）断电，弹簧（74）将圆柱插销（75）推出，圆柱插销（75）插入上底盘（48）的圆孔（66）中，Y型接头液压缸（67）活塞杆伸出，将上底盘（48）沿上底盘导轨（47）推出，而后电磁弹簧缸（71）通电，圆柱插销（75）收回，Y型接头液压缸（67）活塞杆收回，电磁装置（73）断电，圆柱插销（75）放出并插入下一个圆孔（66），重复上述过程，直至上底盘（48）移出至合适位置；

所述液压推拉机构将上底盘（48）左移时，按照如下模式动作，Y型接头液压缸（67）活塞杆先处于伸出状态，电磁装置（73）先处于断电状态，圆柱插销（75）插入圆孔（66）中，通过将Y型接头液压缸（67）活塞杆收回，带动上底盘（48）收回，然后电磁装置（73）通电，圆柱插销（75）收回，Y型接头液压缸（67）活塞伸出，电磁弹簧缸（71）断电，圆柱插销（75）伸出插入至圆孔（66）中，重复上述过程直至上底盘（48）到达指定位置；

控制台（46）是通过电气控制来实现对多级液压缸（27）、悬臂吊车（28）、移动脚架（44）以及液压推拉机构（49）的控制；控制台（46）的数量为四个，安装于下底盘（45）上；

工作站（5）包括水泵（77）、水箱（78）、液压泵（79）、液压阀箱（80）以及液压油箱（81），工作站（5）安放在上底盘（48）上，位于管网系统（1）的一侧，均通过螺栓固定在上底盘（48）上；水泵（77）用于将水从水箱（78）中泵入管网系统（1）中，从模拟井系统（2）的出水孔（22）中流出，经管路流回水箱（78）中；液压泵（79）通过液压阀箱（80）中的不同回路，控制实验平台中的不同液压缸工作状态。