CN117831399A - 抽油系统工况室内智能模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

抽油系统工况室内智能模拟实验装置，涉及抽油泵部件的性能测试和工况模拟实验技术领域，包括支撑台，支撑台为水平设置的方形座，支撑台的上表面一侧固接有竖向的混料箱，混料箱内设有搅拌混料组件，支撑台的上表面另一侧固接有竖向的支撑侧板，支撑侧板和混料箱之间摆动设有模拟箱，模拟箱内设有工况模拟组件；支撑侧板的横向外端面上固接有摆动驱动电机，摆动驱动电机的输出轴末端水平穿过支撑侧板并固接至模拟箱的外侧壁。本发明解决了在采用现有的设备进行抽油系统工况室内模拟实验的过程中，普遍存在的模拟安装难度大、模拟实验的通用性差、无法对不同泵入液的物理的化学性质进行模拟和调节以及模拟原油利用率低的问题。

Description

抽油系统工况室内智能模拟实验装置

技术领域

本发明涉及抽油泵部件的性能测试和工况模拟实验技术领域，具体为一种抽油系统工况室内智能模拟实验装置。

背景技术

抽油系统由三部分组成：一是地面部分的抽油机，它由电动机、减速箱和四连杆机构（包括曲柄、连杆和游梁）等组成；二是井下部分的抽油泵（包括吸入阀、泵筒、柱塞和排出阀等），它悬挂在套管中油管下端，可分为杆式泵和管式泵；三是联接地面抽油机和抽油泵的中间部分—抽油杆柱，它由一种或几种直径的抽油杆和接箍组成。

其中，井下部分的抽油泵是抽油系统的核心部分，抽油泵的泵效高低直接关系到油田生产的效率和经济效益。又由于抽油泵在工作时需要伸入井下，而井下复杂的工况条件会对抽油泵的泵效产生诸多影响。

具体来说，工况参数是影响抽油泵泵效的重要因素。在油田生产中，泵的工况参数包括井口流压、井口流量、泵入液量、泵入液温度、泵入液粘度、泵出口压力等。这些工况参数的变化会直接影响到抽油泵的运行状态和泵送效率。井口流压的升高会增加抽油泵的吸水高度和功率消耗，导致泵效降低；泵入液温度和粘度的增加会降低抽油泵的泵送效率；泵出口压力的变化会影响到抽油泵的扬程和产量等。

因而，为提高泵效，降低抽油泵的井下故障率，在抽油系统进行井下安装前，通常需要进行复杂的工况模拟实验，通过对实验数据的分析，进行抽油泵的设计和选型，并根据地质情况和工艺参数优化泵的结构。

而采用现有的设备进行抽油系统工况室内模拟实验的过程中，普遍存在以下几个难以克服的技术问题：

1、抽油泵形状特殊，难以实现模拟安装的问题。具体来说，抽油泵的整体长度可达数米，且其在井下安装过程中通常是处于垂直状态的，为真实还原抽油泵在进行的工作状态，消除因重力所造成的模拟误差，在模拟组装时，也需要将抽油泵进行垂直吊装，这无疑会增加安装难度，耗费大量的人力和时间。

2、无法进行斜井泵、定向井、侧钻井等特种油井的抽油模拟的问题。具体来说，在某些情况下，抽油泵需要以特定的角度伸入到井下，因而在模拟实验的过程中需要根据模拟场景，对抽油泵的抽油角度进行调节。

3、无法对不同泵入液的物理的化学性质进行模拟和调节的问题。而泵入液的流压、温度和粘度，恰恰都是影响抽油泵泵效的重要因素。

4、用于模拟的原油的利用率低的问题。具体来说，现有的装置通常采用原油吸入-排出的一次性采用模拟的方式，容易造成原油的外漏，浪费资源。

5、只能进行特定的抽油泵的工况模拟，模拟的多样性和适应性差 。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供抽油系统工况室内智能模拟实验装置，用以解决在采用现有的设备进行抽油系统工况室内模拟实验的过程中，普遍存在的模拟安装难度大、模拟实验的通用性差、无法对不同泵入液的物理的化学性质进行模拟和调节以及模拟原油利用率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

抽油系统工况室内智能模拟实验装置，包括支撑台，所述支撑台为水平设置的方形座，所述支撑台的上表面一侧固接有竖向的混料箱，所述混料箱内设有搅拌混料组件，所述支撑台的上表面另一侧固接有竖向的支撑侧板，所述支撑侧板和所述混料箱之间摆动设有模拟箱，所述模拟箱内设有工况模拟组件。

作为一种优化的方案，所述支撑侧板的横向外端面上固接有摆动驱动电机，所述摆动驱动电机的输出轴末端水平穿过所述支撑侧板并固接至所述模拟箱的外侧壁。

作为一种优化的方案，所述混料箱相对的横向外侧壁上分别固接有第一管接头和第二管接头，所述第一管接头和所述第二管接头分别与所述混料箱连通设置，所述第一管接头和所述第二管接头均与所述摆动驱动电机的输出轴处于同一水平线上。

作为一种优化的方案，所述模拟箱靠近上部的横向外壁上固接有回油管，所述回油管的一端与所述模拟箱相连通，所述回油管的另一端与所述第一管接头转动相连。

作为一种优化的方案，所述模拟箱靠近下部的横向外壁上固接有进油管，所述进油管与所述回油管设于同侧，所述进油管的末端延伸至至所述混料箱的外侧并与所述第二管接头转动相连，所述进油管上设有电控止通阀。

作为一种优化的方案，所述工况模拟组件包括设于所述模拟箱内底面上的加热盘管，所述模拟箱的外底面上固接有供电模组，所述供电模组与所述加热盘管连接供电。

作为一种优化的方案，所述模拟箱为上端开口的方形箱，所述模拟箱的上端开口处固接有可拆端盖，所述可拆端盖的上表面固接有两个对称的液压伸缩缸，两个所述液压伸缩缸的上部伸缩端固接有水平的电机安装板，所述电机安装板的上表面中心处固接有步进电机，所述步进电机的输出末端向下穿过所述电机安装板并固接有夹持卡座，所述可拆端盖的上表面中心处开设有升降连通口。

作为一种优化的方案，所述可拆端盖的下表面固接有安装卡环，所述安装卡环内固定安装有外油管，所述外油管内自下而上依次固定有除垢器、防蜡器和工作泵筒，所述工作泵筒内升降设有抽油柱塞，所述抽油柱塞上接抽油杆，所述抽油杆的上端穿过所述升降连通口并夹持安装在所述夹持卡座内。

作为一种优化的方案，所述混料箱为方形箱，所述搅拌混料组件包括升降设置的推压板，所述推压板为水平设置的方形板，所述推压板紧贴卡装在所述混料箱内周壁上，所述混料箱的内底面上固接有两个对称的升降伸缩缸，每个所述升降伸缩缸的上部伸缩端分别固接至所述推压板的下表面。

作为一种优化的方案，所述推压板的下表面中心处固接有转动驱动电机，所述转动驱动电机的输出轴末端向上穿过所述推压板并固接有搅拌立柱，所述搅拌立柱上沿轴向及周向分别固接有若干片搅拌扇叶。

作为一种优化的方案，所述混料箱的上端面上固接有加料斗，所述加料斗的下部开口延伸至所述混料箱内，所述加料斗的相对内壁上固接有纵向的支撑梁，所述支撑梁的的下表面固接有电控伸缩缸，所述电控伸缩缸的下部伸缩端固接有锥形塞，所述锥形塞紧贴所述加料斗下部开口处的内壁设置。

作为一种优化的方案，所述混料箱的纵向外侧壁上固接有压缩气泵，所述压缩气泵的进气管固接连通至所述混料箱。

作为一种优化的方案，所述外油管靠近下端的外周壁上开设有若干个进油口，所述外油管靠近上端的外周壁上开设有若干个出油口。

作为一种优化的方案，所述模拟箱的内周壁上固接有支撑安装架，所述外油管卡装限位在所述支撑安装架内。

作为一种优化的方案，所述外油管的外周壁上固接有密封座，所述密封座的侧面与所述模拟箱的内周壁接触相抵，所述密封座将所述外油管和所述模拟箱之间的空间分隔，使得从出油口流出的原油直接流入回油管。

作为一种优化的方案，所述支撑台上对应所述模拟箱和所述进油管分别开设有第一摆动避让口和第二摆动避让口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中摆动设置的模拟箱可便于模拟过程中抽油泵系统的组装，具体来说，本发明中的模拟箱整体上摆动安装在支撑侧板上，并可在摆动驱动电机的控制下进行水平和竖直状态的摆动切换，使得抽油泵的组合安装可在水平面内进行，在组合安装完毕后再恢复至竖直的工况模拟状态，从而大大降低了抽油泵的模拟安装难度，节省了人力物力；进一步地，通过模拟箱整体的摆动可进行抽油泵的角度调节，以适应斜井泵、定向井、侧钻井等特种油井的抽油工况模拟。

本发明中设置的模拟箱可实现不同种类的抽油泵的井下工况模拟。具体来说，模拟箱的上端口固接有可拆盖板，可拆盖板上伸缩设有电机安装板，电机安装板上转动设有夹持卡座，在工况模拟实验过程中，夹持卡座可将抽油杆的上端夹持固定，通过液压伸缩缸的伸缩可模拟管式抽油泵的往复抽油过程，通过步进电机的转动可带动螺杆泵的转子转动，从而对螺杆泵的迥转啮合抽油过程进行模拟。

本发明中用于模拟实验的原油在抽油系统抽入模拟箱的上部后，可经回油管流回混料箱中，从而实现原油的循环利用。

本发明中设置的混料箱及其内部设置的搅拌混料组件可通过添加混合物来改变原油的粘度和含砂量，通过压缩气泵泵入气体来改变泵入口流压，而设于模拟箱底部的加热盘管则可对进入到模拟箱中的原油进行温度调节，以此来改变泵入液的物化性质，实现多种复杂工况模拟的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明中的各组件在主视方向上的内部结构全剖示意图；

图2为模拟箱摆至水平位置时本发明中的各组件在侧视方向上的内部结构半剖示意图；

图3为本发明在俯视方向上的内部结构剖视示意图；

图4为模拟箱摆至水平位置时本发明中的各组件在主视方向上的外部整体示意图；

图5为本发明在侧视方向上的外部整体结构示意图；

图6为模拟箱摆至水平位置时本发明中的各组件在俯视方向上的外部整体示意图；

图7为图1中A处的局部放大示意图；

图8为本发明中的可拆端盖在俯视方向上的外部整体示意图；

图中：1-支撑台，2-混料箱，3-支撑侧板，4-模拟箱，5-摆动驱动电机，6-推压板，7-升降伸缩缸，8-转动驱动电机，9-搅拌立柱，10-搅拌扇叶，11-加料斗，12-支撑梁，13-电控伸缩缸，14-锥形塞，15-压缩气泵，16-第一管接头，17-第二管接头，18-回油管，19-进油管，20-电控止通阀，21-加热盘管，22-供电模组，23-可拆端盖，24-液压伸缩缸，25-电机安装板，26-步进电机，27-夹持卡座，28-升降连通口，29-安装卡环，30-外油管，31-除垢器，32-防蜡器，33-工作泵筒，34-抽油柱塞，35-抽油杆，36-进油口，37-出油口，38-支撑安装架，39-密封座。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至图8所示，抽油系统工况室内智能模拟实验装置，包括支撑台1，支撑台1为水平设置的方形座，支撑台1的上表面一侧固接有竖向的混料箱2，混料箱2内设有搅拌混料组件，支撑台1的上表面另一侧固接有竖向的支撑侧板3，支撑侧板3和混料箱2之间摆动设有模拟箱4，模拟箱4内设有工况模拟组件。

支撑侧板3的横向外端面上固接有摆动驱动电机5，摆动驱动电机5的输出轴末端水平穿过支撑侧板3并固接至模拟箱4的外侧壁。

混料箱2为方形箱，搅拌混料组件包括升降设置的推压板6，推压板6为水平设置的方形板，推压板6紧贴卡装在混料箱2内周壁上，混料箱2的内底面上固接有两个对称的升降伸缩缸7，每个升降伸缩缸7的上部伸缩端分别固接至推压板6的下表面。

推压板6的下表面中心处固接有转动驱动电机8，转动驱动电机8的输出轴末端向上穿过推压板6并固接有搅拌立柱9，搅拌立柱9上沿轴向及周向分别固接有若干片搅拌扇叶10。

混料箱2的上端面上固接有加料斗11，加料斗11的下部开口延伸至混料箱2内，加料斗11的相对内壁上固接有纵向的支撑梁12，支撑梁12的的下表面固接有电控伸缩缸13，电控伸缩缸13的下部伸缩端固接有锥形塞14，锥形塞14紧贴加料斗11下部开口处的内壁设置，通过锥形塞14的升降，可控制加料斗11与混料箱2的连通和隔断。

混料箱2的纵向外侧壁上固接有压缩气泵15，压缩气泵15的进气管固接连通至混料箱2。

混料箱2相对的横向外侧壁上分别固接有第一管接头16和第二管接头17，第一管接头16和第二管接头17分别与混料箱2连通设置，第一管接头16和第二管接头17均与摆动驱动电机5的输出轴处于同一水平线上。

模拟箱4靠近上部的横向外壁上固接有回油管18，回油管18的一端与模拟箱4相连通，回油管18的另一端与第一管接头16转动相连。

模拟箱4靠近下部的横向外壁上固接有进油管19，进油管19与回油管18同侧设置，进油管19的末端延伸至至混料箱2的外侧并与第二管接头17转动相连，进油管19上设有电控止通阀20。

工况模拟组件包括设于模拟箱4内底面上的加热盘管21，模拟箱4的外底面上固接有供电模组22，供电模组22与加热盘管21连接供电。

模拟箱4为上端开口的方形箱，模拟箱4的上端开口处固接有可拆端盖23，可拆端盖23的上表面固接有两个对称的液压伸缩缸24，两个液压伸缩缸24的上部伸缩端固接有水平的电机安装板25，电机安装板25的上表面中心处固接有步进电机26，步进电机26的输出末端向下穿过电机安装板25并固接有夹持卡座27，可拆端盖23的上表面中心处开设有升降连通口28。

可拆端盖23的下表面固接有安装卡环29，安装卡环29内固定安装有外油管30，外油管30内自下而上依次固定有除垢器31、防蜡器32和工作泵筒33，工作泵筒33内升降设有抽油柱塞34，抽油柱塞34上接抽油杆35，抽油杆35的上端穿过升降连通口28并夹持安装在夹持卡座27内。

外油管30靠近下端的外周壁上开设有若干个进油口36，外油管30靠近上端的外周壁上开设有若干个出油口37。

模拟箱4的内周壁上固接有支撑安装架38，外油管30卡装限位在支撑安装架38内。

外油管30的外周壁上固接有密封座39，密封座39的侧面与模拟箱4的内周壁接触相抵，密封座39将外油管30和模拟箱4之间的空间分隔，使得从出油口37流出的原油直接流入回油管18。

支撑台1上对应模拟箱4和进油管19分别开设有第一摆动避让口40和第二摆动避让口41。

本发明在使用时：首先将抽油泵的外油管30、除垢器31、防蜡器32、工作泵筒33、抽油柱塞34及抽油杆35进行外部组装，然后将外油管30的开口端通过安装卡环29固定在可拆端盖23的下表面，抽油杆35穿过升降连通口28并夹装在夹持卡座27上；启动摆动驱动电机5，摆动驱动电机5控制模拟箱4摆动至水平位置，将组装好的抽油泵及可拆端盖23插接安装到模拟箱4内，并通过支撑安装架38及密封座39将外油管30约束定位；控制电控伸缩缸13伸长，使锥形塞14下降，加料斗11与混料箱2连通，将添加剂由加料斗11加入到混料箱2中，启动转动驱动电机8，转动驱动电机8带动搅拌立柱9转动，利用搅拌扇叶10对混料箱2中循环使用的原油及新加入的添加剂进行混合搅拌，以改变工况模拟过程中所使用的原油的粘度和含砂量；控制升降伸缩缸7伸长，使推压板6整体上升，同时启动压缩气泵15，将原油从混料箱2经第二管接头17和进油管19压入到模拟箱4中；启动供电模组22，供电模组22对加热盘管21供电，利用加热盘管21对流入模拟箱4中的原油进行加热调温，从而实现抽油过程中不同的泵口流压和泵入液温度的模拟；控制液压伸缩缸24伸长，同时启动步进电机26，利用抽油柱塞34的往复抽拉将原油从进油口36抽取至出油口37，继而从回油管18进第一管接头16回流至混料箱2内，从而实现模拟原油的循环使用；进一步地，对于螺杆泵的工况模拟，则只需要在抽油泵筒组装过程中将管式泵更换为螺杆泵，并通过夹持卡座27将螺杆泵转子夹紧，启动步进电机26带动转子（通常为偏心螺杆）转动，在转子与定子之间周期性地形成密封腔室，将油液吸入、排出，实现螺杆式抽油泵工况的模拟。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.抽油系统工况室内智能模拟实验装置，其特征在于：包括水平设置的支撑台（1），所述支撑台（1）的上表面一侧固接有竖向的混料箱（2），所述混料箱（2）内设有搅拌混料组件，所述支撑台（1）的上表面另一侧固接有竖向的支撑侧板（3），所述支撑侧板（3）和所述混料箱（2）之间摆动设有模拟箱（4），所述模拟箱（4）内设有工况模拟组件；

所述支撑侧板（3）的横向外端面上固接有摆动驱动电机（5），所述摆动驱动电机（5）的输出轴末端水平穿过所述支撑侧板（3）并固接至所述模拟箱（4）的外侧壁；

所述混料箱（2）相对的横向外侧壁上分别固接有第一管接头（16）和第二管接头（17），所述第一管接头（16）和所述第二管接头（17）分别与所述混料箱（2）连通设置，所述第一管接头（16）和所述第二管接头（17）均与所述摆动驱动电机（5）的输出轴处于同一水平线上；

所述模拟箱（4）靠近上部的横向外壁上固接有回油管（18），所述回油管（18）的一端与所述模拟箱（4）相连通，所述回油管（18）的另一端与所述第一管接头（16）转动相连；

所述模拟箱（4）靠近下部的横向外壁上固接有进油管（19），所述进油管（19）与所述回油管（18）设于同侧，所述进油管（19）的末端延伸至至所述混料箱（2）的外侧并与所述第二管接头（17）转动相连，所述进油管（19）上设有电控止通阀（20）；

所述工况模拟组件包括设于所述模拟箱（4）内底面上的加热盘管（21），所述模拟箱（4）的外底面上固接有供电模组（22），所述供电模组（22）与所述加热盘管（21）连接供电；

所述模拟箱（4）为上端开口的方形箱，所述模拟箱（4）的上端开口处固接有可拆端盖（23），所述可拆端盖（23）的上表面固接有两个对称的液压伸缩缸（24），两个所述液压伸缩缸（24）的上部伸缩端固接有水平的电机安装板（25），所述电机安装板（25）的上表面中心处固接有步进电机（26），所述步进电机（26）的输出末端向下穿过所述电机安装板（25）并固接有夹持卡座（27），所述可拆端盖（23）的上表面中心处开设有升降连通口（28）；

所述可拆端盖（23）的下表面固接有安装卡环（29），所述安装卡环（29）内固定安装有外油管（30），所述外油管（30）内自下而上依次固定有除垢器（31）、防蜡器（32）和工作泵筒（33），所述工作泵筒（33）内升降设有抽油柱塞（34），所述抽油柱塞（34）上接抽油杆（35），所述抽油杆（35）的上端穿过所述升降连通口（28）并夹持安装在所述夹持卡座（27）内。

2.根据权利要求1所述的抽油系统工况室内智能模拟实验装置，其特征在于：所述混料箱（2）为方形箱，所述搅拌混料组件包括升降设置的推压板（6），所述推压板（6）为水平设置的方形板，所述推压板（6）紧贴卡装在所述混料箱（2）内周壁上，所述混料箱（2）的内底面上固接有两个对称的升降伸缩缸（7），每个所述升降伸缩缸（7）的上部伸缩端分别固接至所述推压板（6）的下表面。

3.根据权利要求2所述的抽油系统工况室内智能模拟实验装置，其特征在于：所述推压板（6）的下表面中心处固接有转动驱动电机（8），所述转动驱动电机（8）的输出轴末端向上穿过所述推压板（6）并固接有搅拌立柱（9），所述搅拌立柱（9）上沿轴向及周向分别固接有若干片搅拌扇叶（10）。

4.根据权利要求1所述的抽油系统工况室内智能模拟实验装置，其特征在于：所述混料箱（2）的上端面上固接有加料斗（11），所述加料斗（11）的下部开口延伸至所述混料箱（2）内，所述加料斗（11）的相对内壁上固接有纵向的支撑梁（12），所述支撑梁（12）的的下表面固接有电控伸缩缸（13），所述电控伸缩缸（13）的下部伸缩端固接有锥形塞（14），所述锥形塞（14）紧贴所述加料斗（11）下部开口处的内壁设置。

5.根据权利要求1所述的抽油系统工况室内智能模拟实验装置，其特征在于：所述混料箱（2）的纵向外侧壁上固接有压缩气泵（15），所述压缩气泵（15）的进气管固接连通至所述混料箱（2）。

6.根据权利要求1所述的抽油系统工况室内智能模拟实验装置，其特征在于：所述外油管（30）靠近下端的外周壁上开设有若干个进油口（36），所述外油管（30）靠近上端的外周壁上开设有若干个出油口（37）。

7.根据权利要求1所述的抽油系统工况室内智能模拟实验装置，其特征在于：所述模拟箱（4）的内周壁上固接有支撑安装架（38），所述外油管（30）卡装限位在所述支撑安装架（38）内。

8.根据权利要求1所述的抽油系统工况室内智能模拟实验装置，其特征在于：所述外油管（30）的外周壁上固接有密封座（39），所述密封座（39）的侧面与所述模拟箱（4）的内周壁接触相抵，所述密封座（39）将所述外油管（30）和所述模拟箱（4）之间的空间分隔，使得从出油口（37）流出的原油直接流入回油管（18）。

9.根据权利要求1所述的抽油系统工况室内智能模拟实验装置，其特征在于：所述支撑台（1）上对应所述模拟箱（4）和所述进油管（19）分别开设有第一摆动避让口（40）和第二摆动避让口（41）。