有杆泵举升模拟试验系统.doc

有杆泵举升模拟试验系统1 引言目前应用最广泛的有杆抽油设备是游梁式抽油机抽油泵装置，随着油田进入高含水开采后期，开采难度逐渐加大，应用新技术、新材料是油田发展的必然趋势。而室内试验研究应走到科研项目的前沿，从而有力推动了科研项目的发展，保障科研项目现场施工的成功率，为科研项目提供有力的技术支持。因此为深入开展抽油机、抽油杆、抽油泵方面的研究，在大庆油田建立了有杆泵举升模拟系统，该系统能够模拟泵筒倾斜0900范围内抽油泵的工作状况，它的完成可为有杆抽油系统的试验研究提供有利的技术支持，尤其为开发适应定向井和水平井的高效举升设备提供试验手段，对油田生产及提高油田开发经济效益具有重要意义。国内外为进行有杆泵举升试验，研制过相关的试验设备。大庆石油学院在九十年代初研制了“深井泵抽油机试验装置”，该装置可实现不同冲程、冲次下，抽油泵倾角4590的模拟试验，压力、流量等参数手工计量，它的最大特点是可以观察固定凡尔球的工作状况，但系统最高压力不超过0.3MPa。江汉石油学院于1997年研制成功了“水平井抽油泵试验装置”，该装置抽油泵能在5090倾角范围内工作，泵最大冲程0.6m，泵出口最高压力1.0MPa，适合介质粘度02000mPa.s，冲次410min-1。胜利油田在1995年设计并建造了一套“水平井抽油泵模拟试验装置”，该装置出口最高压力可达20MPa，冲程3m，具有气、液两相混合供液能力，由于自动化程度较高，控制装置协调性差，所以未能正常运转。通过对以上研究的总结，研制了有杆泵举升模拟试验装置。试验装置（如图1）由两大部分构成：有杆泵举升模拟机械装置、有杆泵举升模拟数据采集系统。 2 有杆泵举升模拟试验机械装置2.1装置的组成1）动力驱动系统：主要由电动机提供动力，带动减速机、曲柄、导向轮等作回转运动，并转化为抽油泵的往复运动。2）抽油泵倾角模拟系统：主要指滑动小车、游动支架在电动机的作用下，实现泵筒不同倾角（090）变化的相关装置。支架抽油机悬点抽油泵滑动小车导轨图1 有杆泵举升模拟装置示意图游动支架3）试验介质循环系统：主要指在试验中使用的介质所循环的管路部分，包括管线、阀门、畜能器等装置。2.2试验装置的主要功能：1）能够模拟一定举升高度和一定沉没度条件下，抽油泵在不同倾角范围的工作状态，并测试不同冲程、冲次下的各项水力参数（载荷、位移、流量、压力等）。2）能够完成抽油泵摩擦阻力、漏失量和液体流过凡尔时的阻力等特殊试验参数的测试。2.3有杆泵举升模拟系统的工艺流程1）常规试验工艺流程（图2）图2.常规试验控制图1螺杆泵变频器 2螺杆泵驱动装置 3恒温控制器 4加热器 5电动阀门 6总控制室 7抽油机驱动装置 8抽油机变频器 9螺杆泵、抽油机控制器总控制室123456789常规试验主要模拟一定举升高度和一定沉没度条件下，抽油泵在不同倾角范围的工作状态，并测试不同冲程、冲次下的各项水力参数。其工作过程为：首先开启加热装置，待达到某一定温度后，启动供液螺杆泵，液体经螺杆泵、吸入管线、抽油泵及排出管线返回供液罐。调节泵出口阀门，直至抽油泵吸入口压力稳定于预定值（吸入口压力范围在03MPa）。随后启动抽油机，通过调节阀调节抽油泵排出口压力。工作参数的录取由数据采集系统完成。2）加气试验工艺流程（图3）图3. 加气试验控制图1螺杆泵变频器 2螺杆泵驱动装置 3总控制室 4恒温控制器 5加热器 6空气压缩机 7空气压缩机控制器 8电动阀门组 9抽油机驱动装置 10抽油机变频器 11螺杆泵和抽油机控制器12345678910011总控制室加气试验在常规试验的基础上，向试验介质中加入气体，其工作过程为：启动供液螺杆泵，通过调节阀的开启度使抽油泵吸入口压力稳定于某一设定值，待工况稳定后，启动空气压缩机，再缓慢打开供气阀，气体和液体经静态混合器混合后进入抽油泵，再启动抽油机，进行工作参数的录取。图4. 抽油泵漏失量测试工艺流程1、3、6、9阀门 2补液泵 4电子秤 5抽油泵7压力计 8蓄能器 10溢流阀 11供液池12345678910113）漏失量测试工艺流程（图4）抽油泵漏失量测试流程为：首先启动补液泵，将抽油泵及蓄能器内充满液体，然后启动抽油泵，将泵排出口压力调至某一稳定值，工况稳定后测试一定时间内（或冲程内）泵的漏失量。漏失量通过电子秤直接输入工控机，再进入计算机进行处理。实际抽油泵在工作时，只是在上冲程柱塞上下两端存在压力差，泵筒与柱塞发生漏失，下冲程时柱塞上下两端压力相等，可以认为没有液体漏失；而实际测试过程中柱塞上下两端的压力差在上下冲程基本上不变，因此实际抽油泵的漏失量应为测试量的二分之一，即。3 有杆泵举升模拟数据采集系统此系统利用PCL-812PG板卡，将各传感器模拟电压信号采集至芯片，利用A/D转换功能将模拟信号转换成数字信号，并将数字信号传输至计算机，由于利用了并行传输数据的方式，使采集速度大大提高（采集原理见图2）。图2 数据采集系统原理图泵排量系数泵效悬点位移曲线悬点速度曲线悬点加速度曲线悬点示功图计算机压力传感器流量传感器温度传感器悬点载荷悬点位移A/D转换数据传输到计算机后，存储在预定的存储器中，通过编制接口程序，将存储器中数据提取出来，并转换成工程值，并存储起来，完成数据采集过程。图3 数据采集系统主界面系统软件利用Visual Basic语言编制，通过调用Windows中API函数，实现与硬件的接口，并利用API函数读取采集板存储器中数据，并将数据显示在界面中。软件的主要功能包括：数据采集、数据处理、数据保存、绘图输出等功能。软件采用传统Windows人机交互系统，使操作过程简单直观，程序主界面见图3。软件中制作了绘图功能，可将采集到的数据以曲线的方式显示在界面上，为研究人员提供了方便。图4为程序数据采集所绘制的示功图曲线。图4 数据采集系统位移与载荷关系曲线5 结论 综上所述，该装置克服了其它有杆泵试验装置的缺点，在冲程、冲次方面可调范围较大，抽油泵排出口最高压力可达10MPa，泵吸入口压力在03MPa范围内可控。泵筒倾角在090范围内可控。能够同时采集抽油泵吸入口和排出口压力、流量、温度