CN114876445A - 模拟抽油杆变形的实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟抽油杆变形的实验装置及实验方法，该装置包括供油腔体、供液腔体、供气腔体、混合腔体及计量腔体；抽油机、抽油杆及注入泵；以及摄像装置、数据采集控制面板及中央控制器。本发明中的中央控制器根据摄像装置拍摄的抽油杆及透明管式泵的运行情况，利用图像识别分析抽油杆不同时间点的变形；通过摄像装置连续拍摄的透明井筒内的流体流动图像，利用粒子图像测速对流体流场进行测试分析速度分布；通过数据采集控制面板采集的数据分析产液量及电机功率。本发明实施例能够模拟抽油杆变形，分析抽油杆的应力及变形，分析流体流场及速度分布，分析不同条件下的最佳产液量及电机功率，以通过优化采油参数提高产液量。
Description
技术领域
本发明涉及油田开采技术领域，尤其涉及模拟抽油杆变形的实验装置及实验方法。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
游梁式有杆泵抽油是国内油田主要的采油方式。其中井下抽油杆的变形量直接关系到冲程损失，极大影响到采油参数优化。由于采油井筒复杂性和流体多样性，无法进行重复多次的施工实验分析，以优化采油参数。因为需要在室内对抽油杆运行过程及参数模拟研究，再根据相似性原则对采油参数进行优化。
目前井下抽油杆的变形量靠理论公式计算和采油过程中示功图计算得到；但存在如下问题：一、没有一种专门模拟抽油杆变形的实验装置及实验方法。二、缺乏有效实验数据来优化采油参数。
发明内容
本发明实施例提供一种模拟抽油杆变形的实验装置，用以实现抽油杆变形模拟，优化采油参数以提高产量，该模拟抽油杆变形的实验装置包括：
供油腔体、供液腔体、供气腔体、混合腔体及计量腔体；第一管道、第二管道及第三管道；透明管式泵、透明油管、透明井筒、抽油机、抽油杆及注入泵；以及摄像装置、数据采集控制面板及中央控制器；
供油腔体上装设有第一流量调节控制阀、第一液体流量计及第一压力传感器，供液腔体上装设有第二流量调节控制阀、第二液体流量计及第二压力传感器，供气腔体上装设有第三流量调节控制阀、第一气体流量计及第三压力传感器；供油腔体、供液腔体及供气腔体分别通过第一管道连接至装设有第一承重传感器的混合腔体；
装设有单向阀的透明管式泵嵌套在透明油管内，透明油管嵌套在透明井筒内，抽油机及透明管式泵分别连接预设位置装设有配重块的抽油杆，注入泵通过第二管道分别连接混合腔体及透明井筒；透明油管的井口通过装设有阀门及回压阀的第三管道连接至装设有第二承重传感器的计量腔体；
第一液体流量计、第二液体流量计及第一气体流量计，第一压力传感器、第二压力传感器及第三压力传感器，配重块、第一承重传感器、第二承重传感器及摄像装置通过电缆连接数据采集控制面板；摄像装置及数据采集控制面板分别连接中央控制器；
将供油腔体中加热至预设温度的、与原油相同粘度的白油、供液腔体中加热至预设温度的液体，以及供气腔体中的气体，按照预设比例泵入混合腔体中进行混合；通过注入泵将混合腔体中的混合物泵入到透明井筒中，抽油机按照预设冲程冲次带动抽油杆运动，控制透明井筒和透明油管内的混合物维持在预定位置，以及控制透明管式泵满足预设沉没度；透明油管内的混合物通过装设在第三管道上的回压阀进入计量腔体，通过第一承重传感器对计量腔体中的混合物进行称重；通过第二承重传感器对混合腔体中的混合物进行称重；
通过摄像装置连续拍摄抽油杆及透明管式泵的运行情况，中央控制器根据抽油杆及透明管式泵的运行情况，利用图像识别分析抽油杆不同时间点的变形；通过摄像装置连续拍摄透明井筒内的流体流动图像，中央控制器根据流体流动图像，利用粒子图像测速对流体流场进行测试，分析气体、液体及气液混合物的速度分布；中央控制器通过数据采集控制面板采集的数据分析产液量及电机功率。
本发明实施例还提供一种模拟抽油杆变形的实验方法，用以实现抽油杆变形模拟，优化采油参数以提高产量，该模拟抽油杆变形的实验方法包括：
将供油腔体中加热至预设温度、与原油相同粘度的白油、供液腔体中加热至预设温度的液体，以及供气腔体中的气体，按照预设比例泵入混合腔体中进行混合；
通过注入泵将混合腔体中的混合物泵入到透明井筒中，抽油机按照预设冲程冲次带动抽油杆运动，控制透明井筒和透明油管内的混合物维持在预定位置，以及控制透明管式泵满足预设沉没度；
透明油管内的混合物通过装设在第三管道上的阀门及回压阀进入计量腔体；
分别通过第一承重传感器对计量腔体中的混合物进行称重，及通过第二承重传感器对混合腔体中的混合物进行称重；
通过摄像装置连续拍摄抽油杆及透明管式泵的运行情况，中央控制器根据抽油杆及透明管式泵的运行情况，利用图像识别分析抽油杆不同时间点的变形；
通过摄像装置连续拍摄透明井筒内的流体流动图像，中央控制器根据流体流动图像，利用粒子图像测速对流体流场进行测试，分析气体、液体及气液混合物的速度分布；
中央控制器通过数据采集控制面板采集的数据分析产液量及电机功率。
本发明实施例中，中央控制器根据摄像装置拍摄的抽油杆及透明管式泵的运行情况，利用图像识别分析抽油杆不同时间点的变形；通过摄像装置连续拍摄的透明井筒内的流体流动图像，利用粒子图像测速对流体流场进行测试分析速度分布；通过数据采集控制面板采集的数据分析产液量及电机功率。本发明实施例能够模拟抽油杆变形，分析抽油杆的应力及变形，分析流体流场及速度分布，分析不同条件下的最佳产液量及电机功率，以通过优化采油参数提高产液量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例提供的模拟抽油杆变形的实验装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的模拟抽油杆变形的实验方法的实现流程图；
图3为本发明实施例提供的模拟抽油杆变形的实验方法的另一实现流程图；
图4为本发明实施例提供的模拟抽油杆变形的实验方法的再一实现流程图；
图5为本发明实施例提供的模拟抽油杆变形的实验方法的又一实现流程图；
图6为本发明实施例提供的模拟抽油杆变形的实验方法的又一实现流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图1示出了本发明实施例提供的模拟抽油杆变形的实验装置的结构示意，为便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图1所示，模拟抽油杆变形的实验装置，包括：
供油腔体1、供液腔体2、供气腔体3、混合腔体4及计量腔体5；第一管道6、第二管道7及第三管道8；透明管式泵9、透明油管10、透明井筒11、抽油机12、抽油杆13及注入泵14；以及摄像装置15、数据采集控制面板16及中央控制器17；
供油腔体1上装设有第一流量调节控制阀18、第一液体流量计19及第一压力传感器20，供液腔体2上装设有第二流量调节控制阀21、第二液体流量计22及第二压力传感器23，供气腔体3上装设有第三流量调节控制阀24、第一气体流量计25及第三压力传感器26；供油腔体1、供液腔体2及供气腔体3分别通过第一管道6连接至装设有第一承重传感器44的混合腔体4；
装设有单向阀27的透明管式泵9嵌套在透明油管10内，透明油管10嵌套在透明井筒11内，抽油机12及透明管式泵9分别连接预设位置装设有配重块28的抽油杆13，注入泵14通过第二管道7分别连接混合腔体4及透明井筒11；透明油管10的井口29通过装设有阀门30及回压阀31的第三管道8连接至装设有第二承重传感器32的计量腔体5；
第一液体流量计19、第二液体流量计22及第一气体流量计25，第一压力传感器20、第二压力传感器23及第三压力传感器26，配重块28、第一承重传感器44、第二承重传感器32及摄像装置15通过电缆33连接数据采集控制面板16；摄像装置15及数据采集控制面板16分别连接中央控制器17；
将供油腔体1中加热至预设温度的、与原油相同粘度的白油、供液腔体2中加热至预设温度的液体，以及供气腔体3中的气体，按照预设比例泵入混合腔体4中进行混合；通过注入泵14将混合腔体4中的混合物泵入到透明井筒11中，抽油机12按照预设冲程冲次带动抽油杆13运动，控制透明井筒11和透明油管10内的混合物维持在预定位置，以及控制透明管式泵9满足预设沉没度；透明油管10内的混合物通过装设在第三管道8上的回压阀31进入计量腔体5，通过第一承重传感器44对计量腔体5中的混合物进行称重；通过第二承重传感器32对混合腔体4中的混合物进行称重；
通过摄像装置15连续拍摄抽油杆13及透明管式泵9的运行情况，中央控制器17根据抽油杆13及透明管式泵9的运行情况，利用图像识别分析抽油杆13不同时间点的变形；通过摄像装置15连续拍摄透明井筒11内的流体流动图像，中央控制器17根据流体流动图像，利用粒子图像测速对流体流场进行测试，分析气体、液体及气液混合物的速度分布；中央控制器17通过数据采集控制面板16采集的数据分析产液量及电机功率。
其中，抽油机12包括变频电机。第一管道6、第二管道7及第三管道8包括不锈钢管道，第一管道6、第二管道7及第三管道8的内径均为40毫米。透明管式泵9的内径为38毫米，透明油管10的内径为62毫米，透明井筒11的内径为121毫米。供油腔体1规格为1.5米×1米×1米，供液腔体2规格为1.5米×1米×1米，混合腔体4规格为1.5米×1米×1米，计量腔体5规格为1.5米×1米×1米。抽油杆13规格为D级，直径为16毫米和19毫米，长度为18米。透明井筒11长度为10米，透明油管10长度为9米，透明管式泵9长度为3.5米。摄像装置15包括高清摄像头，数据采集控制面板16包括数据采集卡，中央控制器17至少包括计算机。其中，可以通过抽油机12的电压和电流确定电机功率。
其中，预设温度为第一温度区间内的任一温度。第一温度区间为80℃至90℃。预设比例为预先设定的比例，本领域技术人员可以根据实际情况和具体需求预先设定该预设比例。配重块28可以设置在距离抽油杆13顶端5米位置处。预设冲程冲次为为预先设定的冲程冲次，本领域技术人员可以根据实际情况和具体需求预先设定该预设冲程冲次，例如预设冲程冲次为0.5米至2.8米。
在本发明实施例中，中央控制器17根据摄像装置15拍摄的抽油杆13及透明管式泵9的运行情况，利用图像识别分析抽油杆13不同时间点的变形；通过摄像装置15连续拍摄的透明井筒11内的流体流动图像，利用粒子图像测速对流体流场进行测试分析速度分布；通过数据采集控制面板16采集的数据分析产液量及电机功率。本发明实施例能够模拟抽油杆13变形，分析抽油杆13的应力及变形，分析流体流场及速度分布，分析不同条件下的最佳产液量及电机功率，以通过优化采油参数提高产液量。
在本发明的一实施例中，为优化采油参数以提高产液量，其中：
中央控制器17还通过数据采集控制面板16采集的数据分析不同冲程冲次下对应的最佳产液量及电机功率。
中央控制器17还通过数据采集控制面板16采集的数据分析不同流量下对应的最佳产液量及电机功率。
中央控制器17还通过数据采集控制面板16采集的数据分析不同配重块28重量下对应的最佳产液量及电机功率。
具体的，可以通过变频电机调节抽油机12的冲程冲次，在不同的抽油机12冲程冲次条件下重复试验过程，通过数据采集控制面板16采集不同冲程冲次下的数据，中央控制器17通过数据采集控制面板16采集的不同冲程冲次下的数据，确定不同冲程冲次下对应的最佳产液量及电机功率。
具体的，可以通过第一流量调节控制阀18调节供油腔体1的流量，和/或通过第二流量调节控制阀21调节供液腔体2的流量，和/或通过第三流量调节控制阀24调节供气腔体3的流量，在不同流量条件下重复试验过程，通过数据采集控制面板16采集不同流量下的数据，中央控制器17通过数据采集控制面板16采集的不同流量下的数据，确定不同流量下对应的最佳产液量及电机功率。
具体的，可以通过调节配重块28的重量，在不同的配重块28重量条件下重复试验过程，通过数据采集控制面板16采集不同配重块28重量下的数据，中央控制器17通过数据采集控制面板16采集的不同配重块28重量下的数据，确定不同配重块28重量下对应的最佳产液量及电机功率。
在本发明的一实施例中，为分析抽油杆13变形及受力，如图1所示，抽油杆13上配重块28两侧分别设有第一应力传感器34及第二应力传感器35，连接中央控制器17的数据采集控制面板16分别通过电缆33连接第一应力传感器34及第二应力传感器35；中央控制器17通过分析第一应力传感器34及第二应力传感器35的应力变化分析抽油杆13受力。
在本发明的一实施例中，为提高密封效果，如图1所示，通过密封填料36将抽油杆13与透明油管10的井口29进行密封。该密封填料36包括盘根。
在本发明的一实施例中，为进行液体回收，如图1所示，模拟抽油杆13变形的实验装置还包括：
装设在供油腔体1上的第一放液阀37；和/或
装设在供液腔体2上的第二放液阀38；和/或
装设在混合腔体4上的第三放液阀39；和/或
装设在计量腔体5上的第四放液阀40。
其中，通过开启第一放液阀37放掉供油腔体1内的白油，通过开启第二放液阀38放掉供液腔体2内的液体，通过开启第三放液阀39放掉混合腔体4内的混合物，通过开启第四放液阀40放掉供计量腔体5内的液体。
在本发明的一实施例中，为提高抽油杆13运行的稳定性，如图1所示，抽油机12包括游梁式抽油机12，游梁式抽油机12通过设置在抽油杆13上的方卡子42及钢丝绳41带动抽油杆13运动。
在本发明的一实施例中，为监测不同位置处的压力，如图1所示，模拟抽油杆13变形的实验装置，还包括：
设置在注入泵14与透明井筒11之间的第二管道7上靠近注入泵14的第一压力表43；和/或
设置在第三管道8上回压阀31一侧的第二压力表，和/或设置在第三管道8上回压阀31另一侧的第三压力表。
采用本发明的实验装置，可以对游梁式有杆泵抽油杆13运动过程进行相似性模拟，以研究有杆泵抽油杆13运动规律和不同采油参数对抽油杆13的变形影响，以便于优化有杆泵采油参数。同时，本发明的实验装置中，根据实验对比需要，多次实验中和闭环控制进行调整采油参数，以调整实验中采油参数和实际油田多相流体组分从而进一步研究有杆泵抽油杆13运动规律和流态。为使实验过程中，可以根据数据采集系统采集的压力变化情况，通过回压泵调节相应腔体的压力，使实验结果更接近实际。
(1)为便于精确向透明井筒11内加注实验液体，所述供气腔体3、供液腔体2以及供油腔体1连接的用于将气体、液体以及油中的至少两种进行混合的气液混合系统，气液混合系统的出口连接模拟井筒系统口。
(2)透明井筒11和透明油管10是采用透明有机玻璃制成，承压能力4MPa。
(3)供气腔体3包括气瓶(氮气)、气体入口端连通且连接管道上设置有减压阀和压力表。
(4)供油腔体1包括加热套、密闭容器，设置有第一流量调节控制阀18、第一压力传感器20和第一放空阀。
(5)供液腔体2包括加热套、密闭容器，设置有第二流量调节控制阀21、第二压力传感器23和第二放空阀。
(6)参数测量包括温度传感器、第一应力传感器34及第二应力传感器35、第一液体流量计19及第二液体流量计22，第一气体流量计25，以及第一承重传感器44及第二承重传感器32。
所述温度传感器至少设置于供液腔体2的出液管线，供油腔体1的出油管线，及油气水混合总管线。
第一液体流量计19至少设置于供油腔体1的出油管线，第二液体流量计22至少设置于供液腔体2的出油管线，第一气体流量计25至少设置于供气腔体3的出气管线。
本发明实施例还提供一种应用于上述实施例所述的模拟抽油杆13变形的实验装置的模拟抽油杆13变形的实验方法，如下面的实施例所述。
图2示出了本发明实施例提供的模拟抽油杆13变形的实验方法的实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图2所示，模拟抽油杆13变形的实验方法，其包括：
步骤201，将供油腔体1中加热至预设温度、与原油相同粘度的白油、供液腔体2中加热至预设温度的液体，以及供气腔体3中的气体，按照预设比例泵入混合腔体4中进行混合；
步骤202，通过注入泵14将混合腔体4中的混合物泵入到透明井筒11中，抽油机12按照预设冲程冲次带动抽油杆13运动，控制透明井筒11和透明油管10内的混合物维持在预定位置，以及控制透明管式泵9满足预设沉没度；
步骤203，透明油管10内的混合物通过装设在第三管道8上的阀门30及回压阀31进入计量腔体5；
步骤204，分别通过第一承重传感器44对计量腔体5中的混合物进行称重，及通过第二承重传感器32对混合腔体4中的混合物进行称重；
步骤205，通过摄像装置15连续拍摄抽油杆13及透明管式泵9的运行情况，中央控制器17根据抽油杆13及透明管式泵9的运行情况，利用图像识别分析抽油杆13不同时间点的变形；
步骤206，通过摄像装置15连续拍摄透明井筒11内的流体流动图像，中央控制器17根据流体流动图像，利用粒子图像测速对流体流场进行测试，分析气体、液体及气液混合物的速度分布；
步骤207，中央控制器17通过数据采集控制面板16采集的数据分析产液量及电机功率。
其中，预设温度为第一温度区间内的任一温度。
在本发明实施例中，中央控制器17根据摄像装置15拍摄的抽油杆13及透明管式泵9的运行情况，利用图像识别分析抽油杆13不同时间点的变形；通过摄像装置15连续拍摄的透明井筒11内的流体流动图像，利用粒子图像测速对流体流场进行测试分析速度分布；通过数据采集控制面板16采集的数据分析产液量及电机功率。本发明实施例能够模拟抽油杆13变形，分析抽油杆13的应力及变形，分析流体流场及速度分布，分析不同条件下的最佳产液量及电机功率，以通过优化采油参数提高产液量。
图3示出了本发明实施例提供的模拟抽油杆13变形的实验方法的另一实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
在本发明的一实施例中，为了分析不同冲程冲次下对应的最佳产液量及电机功率，如图3所示，模拟抽油杆13变形的实验方法，还包括：
步骤301，调节抽油机12的冲程冲次，中央控制器17通过数据采集控制面板16采集的数据分析不同冲程冲次下对应的最佳产液量及电机功率。
具体的，可以通过变频电机调节抽油机12的冲程冲次，在不同的抽油机12冲程冲次条件下重复试验过程，通过数据采集控制面板16采集不同冲程冲次下的数据，中央控制器17通过数据采集控制面板16采集的不同冲程冲次下的数据，确定不同冲程冲次下对应的最佳产液量及电机功率。
图4示出了本发明实施例提供的模拟抽油杆13变形的实验方法的再一实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
在本发明的一实施例中，为了分析不同流量下对应的最佳产液量及电机功率，如图4所示，模拟抽油杆13变形的实验方法，还包括：
步骤401，分别调节第一流量调节控制阀18和/或第二流量调节控制阀21和/或第三流量调节控制阀24；
步骤402，中央控制器17通过数据采集控制面板16采集的数据分析不同流量下对应的最佳产液量及电机功率。
具体的，可以通过第一流量调节控制阀18调节供油腔体1的流量，和/或通过第二流量调节控制阀21调节供液腔体2的流量，和/或通过第三流量调节控制阀24调节供气腔体3的流量，在不同流量条件下重复试验过程，通过数据采集控制面板16采集不同流量下的数据，中央控制器17通过数据采集控制面板16采集的不同流量下的数据，确定不同流量下对应的最佳产液量及电机功率。
图5示出了本发明实施例提供的模拟抽油杆13变形的实验方法的又一实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
在本发明的一实施例中，为了分析不同配重块28重量下对应的最佳产液量及电机功率，如图5所示，模拟抽油杆13变形的实验方法，还包括：
步骤501，调节配重块28的重量，中央控制器17通过数据采集控制面板16采集的数据分析不同配重块28重量下对应的最佳产液量及电机功率。
具体的，可以通过调节配重块28的重量，在不同的配重块28重量条件下重复试验过程，通过数据采集控制面板16采集不同配重块28重量下的数据，中央控制器17通过数据采集控制面板16采集的不同配重块28重量下的数据，确定不同配重块28重量下对应的最佳产液量及电机功率。
图6示出了本发明实施例提供的模拟抽油杆13变形的实验方法的又一实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
在本发明的一实施例中，抽油杆13上配重块28两侧分别设有第一应力传感器34及第二应力传感器35，连接中央控制器17的数据采集控制面板16分别通过电缆33连接第一应力传感器34及第二应力传感器35。为了分析抽油杆13应力变化及受力，如图6所示，模拟抽油杆13变形的实验方法，还包括：
步骤601，中央控制器17通过分析第一应力传感器34及第二应力传感器35的应力变化分析抽油杆13受力。
以下结合模拟抽油杆13变形的实验过程，对本发明的模拟抽油杆13变形的实验工作原理进行简要说明：
1、根据需模拟的实际需要，准备与原油相同黏度的白油、自来水和氮气，并将实验装置各部件通过管道或电缆33连接，第一应力传感器34、第二应力传感器35二、第一液体流量计19、第二液体流量计22、第一气体流量计25、第一承重传感器44、第二承重传感器32、数据采集控制面板16及中央控制器17通过电缆33依次连接，摄像装置15设置开启摄像。
2、打开回压阀31(前后带上压力表)、第一流量调节控制阀18、第二流量调节控制阀21、第三流量调节控制阀24和阀门30。
3、开启数据采集控制面板16，将准备好的与原油相同黏度的白油、自来水和氮气，分别装入供油腔体1(加热到80℃～90℃)、供水腔体17(加热到80℃～90℃)和供气腔体3，按照一定比例泵入到混合腔体4中进行混合，通过注入泵14从离井筒底部(0.2m)处泵入透明井筒11(长10m)，使透明井筒11和透明油管10(长度9m)达到规定高度，使透明管式泵9(长度3.5m)有一定沉没度。
4、按照一定实际深度抽油杆13自重，加上配重块285(设置在抽油杆135m处)，启动游梁式抽油机12(包括变频电机)，设置一定冲程和冲次(0.5m～2.8m和小于)，使钢丝绳41带动抽油杆13(长9米)运动，保持透明井筒11和透明油管10的液位高度。
5、所有混合物进入到计量罐腔体，通过第一承重传感器44计量。
6、数据采集控制面板16与参数测量系统(各种传感器)连接，包括中央控制器17连接的数据采集卡，数据采集卡汇集变频电机(电机电流、电机电压)，第一应力传感器34、第二应力传感器35、回压阀31(前后带上压力表)、透明井筒11进液口的第一压力表43、第一液体流量计19、第一压力传感器20、第二压力传感器23、第三压力传感器26、第二液体流量计22、第一气体流量计25、第一承重传感器44、第二承重传感器32的数据后上传至中央控制器17。
7、可将工作流程显示在中央控制器17的界面上，实时显示各点参数，实现人机对话，中央控制器17自动控制流量、冲程(所有冲程在3.5m以内调节)和冲次。
8、采用摄像装置15连续拍摄抽油杆13的运行过程和管式泵的运行过程，通过拍摄抽油杆13的运行过程传到中央控制器17，通过图形识别来分析抽油杆13不同时间点的变形；同时通过应力变化来分析抽油杆13受力情况。
9、采用摄像装置15连续拍摄井筒内流体流动画面，不仅可观察流动流型，实验系统可采用粒子图像测速技术对流场进行测试，能够了解气体、液体、气液混合物的速度分布。
10、通过中央控制器17分析井筒不同位置压力变化情况，通过重量计算实际产液量；通过测量到电流和电压算出电机的功率。
11、通过中央控制器17改变冲程冲次重，复上面实验过程1～10，找出不同冲程冲次条件下对应的最佳产量和电机的功率。
12、改变一定流量，重复上面实验1～1同1，找出不流量条件下对应的最佳产量和电机的功率。
13、改变配重块28的重量，重复上面实验1～12，找出不同配重块28重量条件下对应的最佳产量和电机的功率。
综上所述，本发明实施例中，中央控制器17根据摄像装置15拍摄的抽油杆13及透明管式泵9的运行情况，利用图像识别分析抽油杆13不同时间点的变形；通过摄像装置15连续拍摄的透明井筒11内的流体流动图像，利用粒子图像测速对流体流场进行测试分析速度分布；通过数据采集控制面板16采集的数据分析产液量及电机功率。本发明实施例能够模拟抽油杆13变形，分析抽油杆13的应力及变形，分析流体流场及速度分布，分析不同条件下的最佳产液量及电机功率，以通过优化采油参数提高产液量。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种模拟抽油杆变形的实验装置，其特征在于，包括：
供油腔体、供液腔体、供气腔体、混合腔体及计量腔体；第一管道、第二管道及第三管道；透明管式泵、透明油管、透明井筒、抽油机、抽油杆及注入泵；以及摄像装置、数据采集控制面板及中央控制器；
供油腔体上装设有第一流量调节控制阀、第一液体流量计及第一压力传感器，供液腔体上装设有第二流量调节控制阀、第二液体流量计及第二压力传感器，供气腔体上装设有第三流量调节控制阀、第一气体流量计及第三压力传感器；供油腔体、供液腔体及供气腔体分别通过第一管道连接至装设有第一承重传感器的混合腔体；
装设有单向阀的透明管式泵嵌套在透明油管内，透明油管嵌套在透明井筒内，抽油机及透明管式泵分别连接预设位置装设有配重块的抽油杆，注入泵通过第二管道分别连接混合腔体及透明井筒；透明油管的井口通过装设有阀门及回压阀的第三管道连接至装设有第二承重传感器的计量腔体；
第一液体流量计、第二液体流量计及第一气体流量计，第一压力传感器、第二压力传感器及第三压力传感器，配重块、第一承重传感器、第二承重传感器及摄像装置通过电缆连接数据采集控制面板；摄像装置及数据采集控制面板分别连接中央控制器；
将供油腔体中加热至预设温度的、与原油相同粘度的白油、供液腔体中加热至预设温度的液体，以及供气腔体中的气体，按照预设比例泵入混合腔体中进行混合；通过注入泵将混合腔体中的混合物泵入到透明井筒中，抽油机按照预设冲程冲次带动抽油杆运动，控制透明井筒和透明油管内的混合物维持在预定位置，以及控制透明管式泵满足预设沉没度；透明油管内的混合物通过装设在第三管道上的回压阀进入计量腔体，通过第一承重传感器对计量腔体中的混合物进行称重；通过第二承重传感器对混合腔体中的混合物进行称重；
通过摄像装置连续拍摄抽油杆及透明管式泵的运行情况，中央控制器根据抽油杆及透明管式泵的运行情况，利用图像识别分析抽油杆不同时间点的变形；通过摄像装置连续拍摄透明井筒内的流体流动图像，中央控制器根据流体流动图像，利用粒子图像测速对流体流场进行测试，分析气体、液体及气液混合物的速度分布；中央控制器通过数据采集控制面板采集的数据分析产液量及电机功率。
2.如权利要求1所述的模拟抽油杆变形的实验装置，其特征在于，
中央控制器还通过数据采集控制面板采集的数据分析不同冲程冲次下对应的最佳产液量及电机功率；和/或
中央控制器还通过数据采集控制面板采集的数据分析不同流量下对应的最佳产液量及电机功率；和/或
中央控制器还通过数据采集控制面板采集的数据分析不同配重块重量下对应的最佳产液量及电机功率。
3.如权利要求1所述的模拟抽油杆变形的实验装置，其特征在于，抽油杆上配重块两侧分别设有第一应力传感器及第二应力传感器，连接中央控制器的数据采集控制面板分别通过电缆连接第一应力传感器及第二应力传感器；中央控制器通过分析第一应力传感器及第二应力传感器的应力变化分析抽油杆受力。
4.如权利要求1所述的模拟抽油杆变形的实验装置，其特征在于，通过密封填料将抽油杆与透明油管的井口进行密封。
5.如权利要求1所述的模拟抽油杆变形的实验装置，其特征在于，还包括：
装设在供油腔体上的第一放液阀；和/或
装设在供液腔体上的第二放液阀；和/或
装设在混合腔体上的第三放液阀；和/或
装设在计量腔体上的第四放液阀。
6.如权利要求1所述的模拟抽油杆变形的实验装置，其特征在于，抽油机包括游梁式抽油机，游梁式抽油机通过设置在抽油杆上的方卡子及钢丝绳带动抽油杆运动。
7.如权利要求1所述的模拟抽油杆变形的实验装置，其特征在于，还包括：
设置在注入泵与透明井筒之间的第二管道上靠近注入泵的第一压力表；和/或
设置在第三管道上回压阀一侧的第二压力表，和/或设置在第三管道上回压阀另一侧的第三压力表。
8.如权利要求1所述的模拟抽油杆变形的实验装置，其特征在于，预设温度为第一温度区间内的任一温度。
9.一种应用于如权利要求1至8任一项所述的模拟抽油杆变形的实验转置的模拟抽油杆变形的实验方法，其特征在于，包括：
将供油腔体中加热至预设温度、与原油相同粘度的白油、供液腔体中加热至预设温度的液体，以及供气腔体中的气体，按照预设比例泵入混合腔体中进行混合；
通过注入泵将混合腔体中的混合物泵入到透明井筒中，抽油机按照预设冲程冲次带动抽油杆运动，控制透明井筒和透明油管内的混合物维持在预定位置，以及控制透明管式泵满足预设沉没度；
透明油管内的混合物通过装设在第三管道上的阀门及回压阀进入计量腔体；
分别通过第一承重传感器对计量腔体中的混合物进行称重，及通过第二承重传感器对混合腔体中的混合物进行称重；
通过摄像装置连续拍摄抽油杆及透明管式泵的运行情况，中央控制器根据抽油杆及透明管式泵的运行情况，利用图像识别分析抽油杆不同时间点的变形；
通过摄像装置连续拍摄透明井筒内的流体流动图像，中央控制器根据流体流动图像，利用粒子图像测速对流体流场进行测试，分析气体、液体及气液混合物的速度分布；
中央控制器通过数据采集控制面板采集的数据分析产液量及电机功率。
10.如权利要求9所述的模拟抽油杆变形的实验方法，其特征在于，还包括：
调节抽油机的冲程冲次，中央控制器通过数据采集控制面板采集的数据分析不同冲程冲次下对应的最佳产液量及电机功率。
11.如权利要求9所述的模拟抽油杆变形的实验方法，其特征在于，还包括：
分别调节第一流量调节控制阀和/或第二流量调节控制阀和/或第三流量调节控制阀；
中央控制器通过数据采集控制面板采集的数据分析不同流量下对应的最佳产液量及电机功率。
12.如权利要求9所述的模拟抽油杆变形的实验方法，其特征在于，还包括：
调节配重块的重量，中央控制器通过数据采集控制面板采集的数据分析不同配重块重量下对应的最佳产液量及电机功率。
13.如权利要求9所述的模拟抽油杆变形的实验方法，其特征在于，抽油杆上配重块两侧分别设有第一应力传感器及第二应力传感器，连接中央控制器的数据采集控制面板分别通过电缆连接第一应力传感器及第二应力传感器，还包括：
中央控制器通过分析第一应力传感器及第二应力传感器的应力变化分析抽油杆受力。
14.如权利要求9所述的模拟抽油杆变形的实验方法，其特征在于，预设温度为第一温度区间内的任一温度。
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