CN209539347U - 一种斜井泵实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机械技术及实验领域，具体而言，涉及一种斜井泵实验装置，其包括动力系统、试验系统、数字显示控制仪系统、数据采集系统和供排液系统；动力系统、试验系统、数据采集系统和供排液系统均与数字显示控制仪系统连接；动力系统包括抽油泵、动力装置和空气压缩机；试验系统包括泵阀装置，泵阀装置被配置为固定用于试验的阀体；数据采集系统包括流量计和差压计，流量计和差压计均设置在试验系统上，且均与数字显示控制仪系统连接；供排液系统与抽油泵连接。

Description

一种斜井泵实验装置

技术领域

本实用新型涉及机械技术及实验领域，具体而言，涉及一种斜井泵实验装置。

背景技术

国内外采油经验表明，有杆抽油泵作为一种传统的人工举升方式在机械采油方式中占有主导地位。随着油田开发的不断深入，受地面条件的限制和海油陆采的需要，定向井、斜井以及斜直井成为油田开发的重要手段，且数量逐年增多。井斜泵存在严重的狗腿度，且固定阀的启闭条件和运动规律是影响泵充满程度的重要因素，工作状况较为复杂。而且随着国内大部分油田计入开发后期，面临着油层出砂、高含水、高汽、高气油比等问题，对抽油泵的要求越来越高，对于不同倾角下，不同型号的泵及其阀结构的研究至关重要。

目前针对优化斜井泵采油方案，提高泵效问题，主要集中在两个方面。

一方面是改善泵的结构，采用适合定向井生产的特种抽油泵。在我国，目前用于定向井的抽油泵，只是在常规泵中选用，其主体结构并未变动，仍以球阀为主。

另一方面是通过室内试验的方式，研究不同倾斜角、不同工况条件、抽油泵结构和不同抽吸参数下抽油泵的工作性能，从而得到最优化的斜井有杆泵举升设计方案。

斜井抽油泵的工作状况复杂，为了确保斜井抽油泵有良好的工作性能，需探索合理的泵阀组合和泵阀结构形式，除了必要的理论分析外，还需要进行模拟试验。为了更好的实现设计意图和增加试验结果的工作可靠性，实验装置的设计和完善通过大量的理论和初步试验结果分析来保证。

实用新型内容

本实用新型的目的包括提供一种斜井泵实验装置，其能够实现多项模拟功能的可视化抽油泵试验装置，能够实现对泵内结构以及泵阀启闭，阀球运动情况的观测。

本实用新型的实施例通过以下技术方案实现：

一种斜井泵实验装置，其包括:

动力系统、试验系统、数字显示控制仪系统、数据采集系统和供排液系统；动力系统、试验系统、数据采集系统和供排液系统均与数字显示控制仪系统连接；

动力系统包括抽油泵、动力装置和空气压缩机；试验系统包括泵阀装置，泵阀装置被配置为固定用于试验的阀体；

数据采集系统包括流量计和差压计，流量计和差压计均设置在试验系统上，且均与数字显示控制仪系统连接；

供排液系统与抽油泵连接。

斜井泵实验装置通过上述系统能够解决现有技术中斜井泵两相流实验装置没有能够对内部结构以及阀球运动状况直接进行观察，缺少一种可视化实验装置的问题，同时还能多项模拟功能的可视化抽油泵试验装置，能够实现对泵内结构以及泵阀启闭，阀球运动情况的观测。这样的斜井泵实验装置结构简单、操作方便，能够明显地提高试验的效率，且制造方便，有利于大规模流水线生产。

在本实用新型的一种实施例中：

上述动力系统的动力装置为电机。

在本实用新型的一种实施例中：

上述抽油泵的频率可调，且试验流体流量则是通过改变抽油泵频率来调节。

在本实用新型的一种实施例中：

上述泵阀装置包括阀套与固定套；

阀套与固定套均由透明材质制成。

在本实用新型的一种实施例中：

上述阀套与固定套均由有机玻璃制成。

在本实用新型的一种实施例中：

上述动力系统还包括储气罐；

储气罐用于储存来自空气压缩机的压缩气体。

在本实用新型的一种实施例中：

上述差压计为双波纹管差压计。

在本实用新型的一种实施例中：

上述数字显示控制仪系统还包括气体阀门、液体流量计、气体流量计、气液混合装置、液体阀门和单回路数字显示控制仪；

气体阀门通过储气罐与空气压缩机连接，气体阀门的另一端通过液体流量计分别与气液混合装置、单回路数字显示控制仪连接；

液体阀门的一端与阀体连接，液体阀门的另一端通过伸缩式气体流量计分别与气液混合装置的另一端、单回路数字显示控制仪的另一端连接。

在本实用新型的一种实施例中：

上述供排液系统包括水箱；

水箱的两端分别与阀体、抽油泵连接。

在本实用新型的一种实施例中：

上述数字显示控制仪系统还包括计算机；

计算机分别与抽油泵和单回路数字显示控制仪连接。

本实用新型实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

针对现有斜井泵实验装置与流量与设计的不足，本方案设计了一种具有多项模拟功能的可视化抽油泵试验装置，能够实现对泵内结构以及泵阀启闭，阀球运动情况的观测。同时提供了一种可以实时监测与控制不同型号的常规抽油泵在不同倾斜角、不同工作状况下的流量、压差及过阀阻力的试验方法。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的斜井泵实验装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的斜井泵实验装置的第一示意图；

图3为本实用新型实施例提供的斜井泵实验装置的第二示意图；

图4为本实用新型实施例提供的斜井泵实验装置的第三示意图；

图5为本实用新型实施例提供的斜井泵实验装置的第四示意图。

图标：10-斜井泵实验装置；100-动力系统；110-抽油泵；120-动力装置；130-空气压缩机；140-储气罐；200-试验系统；210-阀体；300-数字显示控制仪系统；310-气体阀门；320-液体流量计；330-气体流量计；340-气液混合装置；350-液体阀门；360-单回路数字显示控制仪；370-计算机；400-数据采集系统；410-差压计；500-供排液系统；510-水箱。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“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，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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实用新型中的具体含义。

为了克服上述问题，在下面的实施例中提供一种斜井泵实验装置10。

请参照图1，图1为本实用新型实施例提供的斜井泵实验装置10的结构示意图。从图1中可以看出一种斜井泵实验装置10包括动力系统100、试验系统200、数字显示控制仪系统300、数据采集系统400和供排液系统500。

动力系统100、试验系统200、数据采集系统400和供排液系统500均与数字显示控制仪系统300连接；

动力系统100包括抽油泵110、动力装置120和空气压缩机130；试验系统200包括泵阀装置，泵阀装置被配置为固定用于试验的阀体210；

数据采集系统400包括流量计和差压计410，流量计和差压计410均设置在试验系统200上，且均与数字显示控制仪系统300连接；供排液系统500与抽油泵110连接。

斜井泵实验装置10通过上述系统能够解决现有技术中斜井泵两相流实验装置没有能够对内部结构以及阀球运动状况直接进行观察，缺少一种可视化实验装置的问题，同时还能多项模拟功能的可视化抽油泵110试验装置，能够实现对泵内结构以及泵阀启闭，阀球运动情况的观测。这样的斜井泵实验装置10结构简单、操作方便，能够明显地提高试验的效率，且制造方便，有利于大规模流水线生产。

在本实用新型的本实施例中，上述动力系统100的动力装置120为电机。进一步的，抽油泵110的动力系统100主要是为试验装置提供动力，采用YTP160L-6，功率大小为11KW的电机为实验装置提供动力。

上述抽油泵110的频率可调，且试验流体流量则是通过改变抽油泵110频率来调节。而试验流体流量则是通过改变抽油泵110频率来调节。抽油泵110频率通过显示控制仪调节实验过程中分级调节频率范围：15～25Hz。

气体则通过型号为OX-0.668，最大流量0.66m3/min的空气压缩机130提供动力。

在本实施例中，试验系统200主要包括φ44mm、φ56mm、φ70mm常规泵及其相应的泵阀装置等。其中上述泵阀装置包括阀套与固定套；阀套与固定套均由透明材质制成。可选的，上述阀套与固定套均由有机玻璃制成。

其中φ44mm泵的结构的阀套与阀固定套材料为有机玻璃能观察阀球运动状况。并且可以安装摄像机对不同倾斜角度下固定阀球的运功规律进行试验研究分析，包括固定阀启闭滞后现象以及固定阀球的运动轨迹等。

具体的，上述动力系统100还包括储气罐140；储气罐140用于储存来自空气压缩机130的压缩气体。

抽油泵110流量范围0～20m3/h，储气罐140体积为0.3m3。首先通过使用常规阀球组合验证试验装置的可靠性，再对泵阀组合进行优化，在进行大量对比试验后优化出适用于大排量斜井有杆抽油泵110的球阀组合和球阀结构形式；抽油泵110频率用于调节流体流量的大小，以保证在试验过程中流体能在适当流量范围内自由选取。

该系统还可以在不同型号泵及其阀结构情况下，进行过阀阻力测量实验。通过监测计量记对实验过程中过固定阀两端的出入口压力、压差、流体流量等进行实时记录，为后期的数据处理提供数据依据。可直观反映固定阀在不同泵、不同倾斜角度等工况下的过阀阻力情况。

在本实用新型的本实施例中，上述数字显示控制仪系统300还包括气体阀门310、液体流量计320、气体流量计330、气液混合装置340、液体阀门350和单回路数字显示控制仪360；

气体阀门310通过储气罐140与空气压缩机130连接，气体阀门310的另一端通过液体流量计320分别与气液混合装置340、单回路数字显示控制仪360连接；

液体阀门350的一端与阀体210连接，液体阀门350的另一端通过伸缩式气体流量计330分别与气液混合装置340的另一端、单回路数字显示控制仪360的另一端连接。

在本实用新型的本实施例中，上述供排液系统500包括水箱510；

水箱510的两端分别与阀体210、抽油泵110连接。

具体的，数字显示控制仪系统300采用的NHR-5100系列单回路数字显示控制仪360，具有很强的干扰能力。双屏的LED数码显示内容更丰富。与压力、流量传感器等配合使用，实现对压力、流量、压差等物理量的测量显示，可为实验提供直观的实验数据。

在抽油泵110实验中，通过对试验泵试验过程中所需要的试验井斜角度进行调节，在相同井斜角下再调节排液量，调节抽油泵110频率和吸液阀及排液阀门可控制试验流体流量的大小；斜井泵的倾斜角可根据需要进行调节。

频率分为五个档，实验过程中调节的流量范围应使固定阀的实验压差大于0，试验时抽油泵110的工作参数和工况条件可模拟现场实际工况。

在本实用新型的本实施例中，上述数字显示控制仪系统300还包括计算机370；计算机370分别与抽油泵110和单回路数字显示控制仪360连接。

数据采集系统400在试验过程中，采用流量计进行流量计量和差压计410进行差压记录。可选的，上述差压计为双波纹管差压计410。其中双波纹差压计410测试范围为0～60KPa。流量计与差压计410与电脑数据采集系统400相连接，可以通过电脑软件观测到不同时刻的流量与压差。流量计与差压计410和显示控制仪配合使用，能够实现对液体流量、气体流量和压力的实时监测。

供排液系统500除了具有正常的供排液功能外，还能为抽油泵110实验提供局部流体循环，同时气液混合装置340下端的液体排出阀门还可以与流量控制共同作用实现对流量的精确控制，具有良好的经济效益性。

本实验装置可以用于测试斜井泵生产临界倾斜角，实验流程如下：

(1)根据实验要求选取抽油泵110型号，抽油泵110型号可以自行更换；

(2)试验倾斜角通过控制台进行角度调节，固定某一角度；

(3)抽油泵110将储液罐中的流体吸入增压后，以最大的流量流经固定阀；过阀压降通过连接在固定阀两端的差压计反映并记录；流量与压降均通过计算机370实时监控，从而可得出某一流量条件下流体通过固定阀时产生的压降；

(4)流量由大到小进行调节，待数据稳定后记录该流量情况下的压力与压降。试验过程中过阀流量通过电磁流量计计量，流量的大小通过电机显示控制仪与阀门控制调节；流量调节至流量为0或者压差为0。

(5)通过控制台调节抽油泵110倾角，调节角度后重复步骤(3)、(4)。

(6)如果需要测试不同型号抽油泵110，则可以更换抽油泵110。重复步骤(1)～(5)。

利用本实验装置可以研究斜井抽油泵110中流体介质通过其固定阀的流体阻力与压降规律，通过本装置可以测试不同型号的常规抽油泵110在不同倾斜角、不同工作状况下过阀阻力(通过固定阀两端压差测量)，得到井斜角、固定阀结构参数、流体物性参数等对斜井有杆抽油泵110的影响规律，从而评价斜井抽油泵110的效果。此外本实验装置还可以通过透明有机玻璃罩实现对泵内结构以及阀球运动情况的观察。

使用时，电机带动螺杆泵运行，在螺杆泵的作用下水箱510中的液体被吸出加压后液体流经液体阀门350，通过阀门调节流量后流经金属管浮子流量计；同时气罐中的气体在空气压缩机130的作用下流经阀门，调节流量后流经流量计；气液两相通过装置混合后流经抽油泵110，泵内结构如图所示。流体通过抽油泵110后返回水箱510，实现流体的循环利用。单回路数字显示控制仪360可以通过控制电机频率调节液体流量并显示电机频率。

双波纹差压计410与流量计同时与电脑相连，通过压力流量采集软件实时记录气液的流量与抽油泵110两端压差。

本实用新型实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

1、本方案可以通过数字显示控制仪与气液阀门实现对流量的精确控制，流量控制精度可以控制在0.001m3/h。

2、本方案通过透明的有机玻璃阀套可以观察泵内阀球的运动状况。

3、本方案可以实现泵倾斜角可以在0～180度之间任意调节，精度可以控制在1度。

4、本方案通过浮子流量计与双波纹差压计410与压力流量采集软件可以实现对液体、气体流量与压力的实时测量，可以实现每10秒进行一次数据测量。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种斜井泵实验装置，其特征在于，包括:

动力系统、试验系统、数字显示控制仪系统、数据采集系统和供排液系统；所述动力系统、所述试验系统、所述数据采集系统和所述供排液系统均与所述数字显示控制仪系统连接；

所述动力系统包括抽油泵、动力装置和空气压缩机；所述试验系统包括泵阀装置，所述泵阀装置被配置为固定用于试验的阀体；

所述数据采集系统包括流量计和差压计，所述流量计和所述差压计均设置在所述试验系统上，且均与所述数字显示控制仪系统连接；

所述供排液系统与所述抽油泵连接。

2.根据权利要求1所述的斜井泵实验装置，其特征在于：

所述动力系统的所述动力装置为电机。

3.根据权利要求1所述的斜井泵实验装置，其特征在于：

所述抽油泵的频率可调，且试验流体流量则是通过改变所述抽油泵频率来调节。

4.根据权利要求1所述的斜井泵实验装置，其特征在于：

所述泵阀装置包括阀套与固定套；

所述阀套与所述固定套均由透明材质制成。

5.根据权利要求4所述的斜井泵实验装置，其特征在于：

所述阀套与所述固定套均由有机玻璃制成。

6.根据权利要求1所述的斜井泵实验装置，其特征在于：

所述动力系统还包括储气罐；

所述储气罐用于储存来自空气压缩机的压缩气体。

7.根据权利要求1所述的斜井泵实验装置，其特征在于：

所述差压计为双波纹管差压计。

8.根据权利要求1所述的斜井泵实验装置，其特征在于：

所述数字显示控制仪系统还包括气体阀门、液体流量计、气体流量计、气液混合装置、液体阀门和单回路数字显示控制仪；

所述气体阀门通过储气罐与所述空气压缩机连接，所述气体阀门的另一端通过所述液体流量计分别与所述气液混合装置、所述单回路数字显示控制仪连接；

所述液体阀门的一端与所述阀体连接，所述液体阀门的另一端通过伸缩式气体流量计分别与所述气液混合装置的另一端、所述单回路数字显示控制仪的另一端连接。

9.根据权利要求1所述的斜井泵实验装置，其特征在于：

所述供排液系统包括水箱；

所述水箱的两端分别与所述阀体、所述抽油泵连接。

10.根据权利要求1所述的斜井泵实验装置，其特征在于：

所述数字显示控制仪系统还包括计算机；

所述计算机分别与所述抽油泵和单回路数字显示控制仪连接。