多功能有杆泵举升模拟试验系统的制作方法

专利名称：多功能有杆泵举升模拟试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油开发行业中机械采油试验设备领域，特别涉及一种多功能有杆泵 举升模拟试验系统，对直井、斜井、定向井和水平井的有杆抽油泵进行性能测试。
背景技术：
有杆抽油泵作为油田重要的举升设备，其性能直接影响到油田的产量和经济效 益。为了试验评价提高抽油泵各项技术性能，给新型抽油泵研发提供可靠的试验数据，需要 一套多功能有杆泵举升模拟试验系统，模拟油田实际工况，解决全泵径范围抽油泵各项性 能测试。大庆石油学院在1990 1994年研制了 “深井泵-抽油机试验装置”，该装置冲程 分别为0. 5m、0. 9m和1. 2m三级可调，压力、流量等参数手工计量，系统的最高压力不超过 0.3MPa。石油大学和中原石油勘探局联合建立了开放型采油工艺试验站，抽油泵能在 50° 90°倾角范围内工作，试验泵的最大冲程0.6m，泵出口最高压力l.OMPa，做抽油试 验时，地面安装一台游梁式抽油机。尽管此装置能模拟一定倾角下抽油泵性能试验，但装置 整体功能单一，属简易型试验装置。胜利油田采油工艺研究院与石油大学在1995年联合研制并建造了一套“水平井 抽油泵模拟试验装置”，由于控制装置工作协调性差，因此该装置一直未能正常运转，也未 见其成功试验的相关报道。2004年，大庆石油学院针对大庆油田推广应用水平井技术研制了一套“有杆泵举 升模拟地面试验系统”，该系统可研究抽油泵在一定倾角下的抽油泵性能试验和水力特性 变化规律，但此系统不可做全泵径性能测试；冲程不能实现无级可调，并且最大冲程仅为 3m ；不可做含砂等多流程试验。采集的试验数据不全面，导致试验数据与生产数据相差较 大，无法对抽油泵进行全面细致的研究。由此在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术的缺陷在于现有的有杆泵动 态模拟试验系统或装置可测试泵的泵径涵盖范围不全，不能满足稠油开采的研发需求，无 法对耐高温大排量泵进行室内性能试验，例如稠油SAGD开采过程中所用Φ140抽油泵、 Φ 120抽油泵等特种泵就无法对其进行性能测试；无法对防砂类抽油泵进行性能测试；并 且，模拟的泵入口出口压力范围不大；此外，不能实现试验数据的远程传输及控制等。

发明内容
本发明实施例提供一种多功能有杆泵举升模拟试验系统，目的在于对直井、斜井、 定向井和水平井的有杆抽油泵进行性能测试。为达到上述目的，本发明实施例提供一种多功能有杆泵举升模拟试验系统，该系 统包括电液比例提升驱动控制系统、倾角模拟系统、机械连接系统、循环流程系统和数据 采集及控制系统；
电液比例提升驱动控制系统为抽油泵动态性能试验提供往复直线运动的动力；倾 角模拟系统实现泵筒与铅垂线的夹角在0°到90°的范围内变化；循环流程系统模拟抽油 泵的井下实际工况，实现抽油泵的性能测试；机械连接系统将抽油泵固定在支撑架上，模拟 抽油泵的实际加载工况，并保证试验介质的吸入、排出、动密封，以及在试验过程中细长光 杆的稳定性；数据采集及控制系统对数据进行采集、计算和处理。本发明实施例的有益效果在于，通过多功能有杆泵举升模拟试验系统，可以克服 现有试验系统的缺陷，能够对直井、斜井、定向井和水平井的有杆抽油泵进行性能测试，满 足油田抽油泵的性能测试需求，对新下井的抽油泵提供科学的检测数据。


此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中图1是本发明实施例中多功能有杆泵举升模拟试验系统的整体结构实例图；图2是本发明实施例中电液比例提升驱动控制系统的结构实例图；图3是本发明实施例中倾角模拟系统的结构实例图；图4是本发明实施例中循环流程系统的结构实例图；图5是本发明实施例中机械连接系统的结构实例图。
具体实施例方式为使本发明的目的、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 例作进一步详细说明。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。本发明实施例提供一种多功能有杆泵举升模拟试验系统，所述多功能有杆泵举升 模拟试验系统包括电液比例提升驱动控制系统、倾角模拟系统、机械连接系统、循环流程 系统和数据采集及控制系统；其中，电液比例提升驱动控制系统为抽油泵动态性能试验提供往复直线运动的动力；倾 角模拟系统实现泵筒与铅垂线的夹角在0°到90°的范围内变化；机械连接系统将抽油泵 固定在支撑架上，模拟抽油泵的实际加载工况，并保证试验介质的吸入、排出、动密封，以及 在试验过程中细长光杆的稳定性；循环流程系统模拟抽油泵的井下实际工况，实现抽油泵 的性能测试；数据采集及控制系统对数据进行采集、计算和处理。图1是本发明实施例中多功能有杆泵举升模拟试验系统的整体结构实例图。如 图1所示，第1部分为电液比例提升驱动控制系统；第2部分为倾角模拟系统和机械连接系 统；第3部分为流程循环系统；数据采集及控制系统分布在1、2、3部分中。通过上述的多功能有杆泵举升模拟试验系统，可以克服现有试验系统的缺陷，能 够满足油田抽油泵的性能测试需求，对新下井的抽油泵提供科学的检测数据；并且，可对大 参数泵进行限参数检测，对使用或维修过的旧抽油泵进行性能检测和评定；此外，还可对不 同结构、不同厂家的抽油泵进行性能对比试验，为研究不同介质不同倾斜角度下工作的有 杆抽油泵泵效影响因素、以及泵阀运动规律的研究提供可能。在本实施例中，具体地，电液比例提升驱动控制系统采用双泵供液、比例换向阀的控制方式，由此可取得较好的速度控制效果。电液比例提升驱动控制系统具体包括动力源 部分、阀控部分、液压配重部分、执行机构部分和手动驱动部分。在动力源部分采用一大一小双泵集中供液，根据冲程冲次的需要，选择不同的开启方式(小泵、 大泵、小泵+大泵)，可使泵出口流量根据系统流量需要自动进行调节，以减少多余流量的 溢流，有利于降低能耗、减少发热，达到节能的效果。并且，每个泵出口都配有溢流阀作为安全阀使用，可对泵出口压力等级进行限制， 以保护泵不承受过高压力，避免损坏，同时可通过溢流阀自带的卸荷功能，在比例换向阀处 于中位时或在紧急情况下对压力油进行卸荷。在阀控部分核心部件为三位四通比例换向阀，通过此比例阀既能根据电磁铁的通断调节油路 的方向，又能根据输入电流或电压的大小精确调节油路的流量，以达到对执行机构进行无 级调速的效果。当油缸处于上升状态时，比例阀工作的IYA电磁铁通电，比例阀工作在左位，出 口压力油进入主缸的无杆腔，推动负载上行，蓄能器供油至复合缸的配重腔提供附加驱动 力；当油缸处于停层状态时，此时比例阀工作的IYA电磁铁断电，比例阀工作在中位， 同时主泵电机停机或通过溢流阀卸荷；当油缸处于下行状态时，比例阀工作的2YA电磁铁通电，比例阀工作在右位，出口 压力油进入主缸的有杆腔，推动负载下行，同时驱动复合缸配重腔往蓄能器内充油。在液压配重部分利用蓄能器作为载体的液压配重，较之传统的机械配重有着体积小、灵活方便、安 全系数高、可降低装机功率等突出优点，根据计算，采用液压配重，装机功率可降低接近一 半，从而可大大降低了成本，减少不必要的能耗。当油缸处于上冲程时，蓄能器向复合缸配重腔排油产生推力，当油缸处于下冲程 时，复合缸配重腔的油液往蓄能器回充，如此循环工作。同时，对于油液内泄漏的问题，蓄能器还配有一套补油装置，可在蓄能器工作压力 下降时对其进行补油，以保持正常的工作压力等级。在执行机构部分由两复合缸组成，复合缸为特殊设计缸，每支复合缸由三个腔体构成。当油液进入 复合缸下腔时，活塞杆上行，当油液进入复合缸上时，活塞杆下行；复合缸的配重腔上行靠 蓄能器的排出油液的推力，下行靠主缸活塞杆的带动。油缸还装有外置式位移传感器、行程 开关等，可向控制系统传送相关工作状态信息。在手动驱动部分手动驱动部分仅在断电或者其他原因导致驱动油路无法驱动复合缸动作，而又需 要复合缸位置进行微调的情况下使用。在配重系统连接的状态下，手摇泵只能驱动复合缸 回缩。手动油路的动力由手摇泵提供，手摇泵每摇一次的排量为90ml，复合缸相应移动 约10mm。此部分为系统的冗余设计。
在控制部分主要具备控制和监测两大功能。根据实际工况需要，通过调节控制定量泵和比例 阀，可实现冲程和冲次的自动无级控制；利用各类传感器可实时显示压力、流量、温度等工 作状态，起到实时监测的作用；在压力过高、行程过大、温升超标或其它紧急情况下，可自动 发出报警信号，必要时还能自动强制停机，以保证电液比例提升驱动系统的安全。图2是本发明实施例中电液比例提升驱动控制系统的结构实例图。如图2所示， 该电液比例提升驱动控制系统包括油箱1、吸油过滤器2、柱塞泵3、电机4、单向阀5、先导 式溢流阀6、管路过滤器7、压力表8、压力传感器9、比例换向阀10、手动换向阀11、手动泵 12、风冷却器13、直动式溢流阀14、手动截止阀15、囊式蓄能器16、液压缸17、高压球阀18、 压力继电器19和安全阀20。在本实施例中，具体地，倾角模拟系统主要包括立架、垂直导轨、电动葫芦、电动 葫芦支架、垂直滑车、水平导轨、水平滑车、支撑架、倾角锁定机构、斜坡装置及液压站。其中，支撑架两端分别用铰链支撑在垂直滑车和水平滑车之上。当电动葫芦带动 垂直滑车在立架上的垂直导轨中上下运动时，水平滑车就在水平导轨上作水平移动，支撑 架的倾角随之发生变化。抽油泵刚性地固定在支撑架上，并与之平行。因此，泵筒倾角与 支撑架的倾角相同，依靠倾角模拟系统可实现泵筒与铅垂线的夹角在0° 90°范围内变 化。倾角模拟系统的工作原理为当支撑架处于垂直位置时，泵筒与铅垂线的夹角为 0°，此时松开水平滑车上的倾角锁定机构，缓慢下放电葫芦，水平滑车沿斜坡下行，整个支 撑架下落，到达一定的倾角后，支撑架及其上的设备就会依靠重力的作用而自行下放。达到 所要求的倾角后，用倾角锁定机构将水平滑车锁定，从而实现了对支撑架的锁定，然后即可 进行抽油泵的试验工作。当支撑架从水平位置向垂直位置起升时，过程与上相反，起升电动葫芦，支撑架的 倾角逐渐增大，当倾角接近垂直位置时，水平滑车爬上斜坡，为下次的下放工作做好了准 备。倾角模拟系统中还设置了倾角锁定机构和斜坡装置。倾角锁定机构的作用是在某 一倾角下进行抽油泵试验时，实现对支撑架的可靠锁紧；斜坡装置的作用是保证从垂直位 置下放时，支撑架及其上的设备能够依靠重力的作用自行下落，简化起下操作。液压站提供 动力，通过液压系统回路的切换控制，可实现倾角锁定系统的锁定、保持、解锁等功能。图3是本发明实施例中倾角模拟系统的结构实例图。如图3所示，该倾角模拟系统 包括电动葫芦支架301、电动葫芦302、立架303、垂直导轨304、垂直滑车305、支撑架306、 试验泵307、水平导轨308、斜坡309、倾角锁定机构310、水平滑车311和液压站312。在本实施例中，具体地，循环流程系统包括储液罐、计量罐、手动阀、电动阀、供液 螺杆泵、入口流量计、出口流量计、入口电动调节阀、出口电动调节阀，以及入口和出口蓄能 器组、静态混合器、管道泵和高压气源等。图4是本发明实施例中循环流程系统的结构实例图。如图4所示，进一步地，手动 阀为7个，即SF I SF ΥΠ ；电动阀为7个，即DF I DF ΥΠ ；供液螺杆泵为两个；入口流量 计为两个；出口流量计为两个；出口电动调节阀为两个。抽油泵入口压力调节方法为起动所选定的螺杆泵向待试验的抽油泵中灌注试验介质，螺杆泵灌注的试验介质排量必须大于抽油泵的排量，通过调节入口电动调节阀的开 度实现对抽油泵入口压力(即沉没压力)的调节。同时，为了稳定吸入系统的流量，也为了沉没压力的调节与稳定，在供液泵的排出 端设置了入口蓄能器组，可以根据抽油泵在试验过程中所需流量的大小补充不足的液量或 储存多余的液量。进一步地，为了实现大的流量变化范围09 500m3/d)内大的压力范围(0 15MPa)的压力调节，设置了两套电动调节阀装置，并用出口蓄能器维持出口流量的稳定，以 提高出口压力调节的精度和稳定性。通过该流程循环系统可实现常规不模拟入口沉没压力试验、常规模拟入口沉没压 力试验、加气试验及加砂试验。其中，常规不模拟入口沉没压力试验的操作方法为打开手动阀SF I，关闭手动阀 SF II，不启动供液螺杆泵。此时，抽油泵直接从储液罐中吸入试验介质，不模拟入口沉没压 力。常规模拟入口沉没压力试验的操作方法为关闭手动阀SF I，打开手动阀SF II, 根据被检测抽油泵的排量大小，选择起动1#供液螺杆泵(打开手动阀SF III)，或者起动 2#供液螺杆泵(打开手动阀SF IV )。根据被检测抽油泵的排量大小，选用1#入口流量计 (打开电动阀DF I，关闭电动阀DF II )或姊入口流量计(打开电动阀DF II，关闭电动阀 DF I )，同时打开手动阀SF V，关闭手动阀SF VI和手动阀SF ΥΠ。吸入抽油泵的试验介质 的流量由所选定的入口电磁流量计进行计量。加气试验的操作方法为关闭手动阀SF V，打开手动阀SF IV、手动阀SF VL根 据所模拟的沉没压力的大小，通过调压阀调节气源的压力，通过静态混合器实现气、液的混 合。其他试验过程与常规试验相同。加砂试验的操作方法与常规试验的操作方法相同。只是在试验之前，要在供液罐 中加入一定量的增加介质粘度的添加剂和一定量的试验用砂，并用搅拌器搅拌均勻。在本实施例中，机械连接系统的作用是，将抽油泵固定在支撑架上，模拟抽油泵的 实际加载工况，并保证试验介质的吸入、排出、动密封，以及在试验过程中细长光杆的稳定 性。具体地，该系统机械连接包括两大部分，第一部分是抽油泵的固定和试验介质的 吸入、排出及动密封部分，另一部分是动力加载和光杆扶正部分。其中，进一步地，该抽油泵的固定和试验介质的吸入、排出及动密封部分，具体包括固 定装置、扶正装置、过渡短节、活节式泵筒连接器、高压三通、动密封等。抽油泵的筒体在吸入端通过过渡短节和活节式泵筒连接器与固定装置连接，由固 定装置承受试验过程中产生的轴向载荷，同时试验介质通过固定装置导入抽油泵中；抽油 泵的筒体在排出端通过过渡短节、高压三通与动密封装置连接，试验介质从高压三通中导 出，动密封装置保证试验过程中的动密封。进一步地，该动力加载和光杆扶正部分，具体包括动力滑车、加载横梁、加载螺 栓、拉压传感器、活节式光杆连接器、光杆、光杆定位装置，以及扶正滑车及其扶正块等。加载横梁带动动力滑车运动，通过加载螺栓、拉压传感器、活节式光杆连接器，带 动光杆作往复运动。其中扶正滑车是为了防止在下冲程中细长的光杆失稳而设计的，由复合绳轮机构组成的随动扶正滑车，始终处于伸出的光杆的中间位置，也就是扶正滑车的运 动距离永远是动力滑车的一半，从而保证光杆在运动过程中不会失稳。图5是本发明实施例中机械连接系统的结构实例图。如图5所示，该机械连接系 统包括动力滑车501、加载横梁502、拉压传感器503、光杆连接器504、动密封505、过渡短 节506、扶正装置507、过渡短节508、泵筒连接器509、加载螺栓510、光杆定位装置511、扶 正滑车512、扶正块513、光杆514、高压三通515、抽油泵516和固定装置517。在本实施例中，具体地，数据采集及控制系统需要采集的主要参数包括悬点载 荷、悬点位移、泵出口压力、泵入口压力、实际流量、试验介质温度、加气流量、加气压力等数 据的采集、处理与控制。进一步地，悬点载荷传感器和悬点位移传感器将悬点载荷、悬点位移信号，转换成 4 20mA电信号，经ADAM-4117数据采集模块1转换成数字信号，由RS485通讯卡进入控制 计算机，再由测试软件完成测量数据的计算机屏幕显示与数据处理。泵出口流量、泵入口流量、气体流量、气体压力等参数由相应的传感器进行检测， 经ADAM-4117数据采集模块2转换成数字信号，由RS485通讯卡进入控制计算机，再由测试 软件完成测量数据的计算机屏幕显示与数据处理。泵出口压力、泵入口压力等参数由相应的压力传感器进行检测，分别由XMT-3智 能数显控制仪表实现控制台面板的数据显示，并完成相应的控制功能，同时由仪表本身的 RS485变送输出端子将检测到的数据送入RS485通讯卡，进入控制计算机再由测试软件完 成测量数据的计算机屏幕显示与数据处理。并且，泵的出口流量还可通过计量罐进行计量，液位传感器将液位信号进行变换 后，送入XMG-2G型智能数显控制仪，经变换后将液位数值由仪表本身的RS485变送输出端 子送入RS485通讯卡，进入控制计算机，再由测试软件根据计量灌的结构参数和计量时间 等完成流量数据的换算，然后显示在计算机屏幕上并完成相应的数据处理。此外，试验介质的温度由温度传感器进行检测，传输给XM908-3型智能数显控制 仪，完成介质的加热控制，同时经仪表本身的RS485变送输出端子送入RS485通讯卡，在进 入控制计算机，再由测试软件进行相应的数据处理。经计算机数据采集、计算和处理，最后 得到抽油泵的各项性能参数和抽油泵的示功图。在本实施例中，首先，可将待检测泵安装固定在支撑架上，利用电动葫芦调整好倾 角模拟系统的角度并进行锁定；其次，连接待检测泵与流程系统的连接管线，并按照试验流 程设定循环流程系统的管路流程，启动电液比例驱动控制系统驱动试验泵按照设定的冲程 冲次做往复运动；同时，通过数据采集及控制系统调节试验泵入口压力、出口压力等参数， 待调节参数稳定后进行关键数据的采集、存储、输出报表及示功图。在本实施例中，抽油泵出口压力最高可达15MPa，泵吸入口压力在常压 3. OMPa 之间可控；抽油泵柱塞冲程1 5m连续可调，冲次在1 6之间无级可调；泵筒倾角在 0° 90°范围内分级可调，10°为一个等级；试验介质温度在室温 90°C范围内任意控 制。并且，可以同时采集抽油泵吸入口流量、排出流量、吸入口压力、排出口压力、排出 口液体温度、冲程、悬点载荷、气体压力和气体流量等参数，采集数据比较齐全；依据采集数 据，利用所编制的软件可计算悬点冲次、泵排量系数、悬点速度和加速度，并绘制抽油泵流量曲线及悬点示功图。以及，采用液压系统驱动抽油泵工作，动力大，能满足Φ 140抽油泵、Φ 120抽油泵 等大泵的试验要求；采用双速电动葫芦和斜坡装置，保证了倾角调节过程的平稳、顺畅，而 且操作简单、易行；采用半程随动扶正装置，可保证扶正体始终处于伸出泵筒光杆的二分之 一处，有效防止光杆失稳。此外，研制了抽油泵光杆高压密封装置，采用双级密封，能够满足15MPa的高压密 封要求；在抽油泵的吸入口及排出口安装蓄能器，使泵吸入口及排出口压力能保持相对稳 定；排出流量可应用电磁流量计计量和计量罐自动计量两种计量方式，流程的切换实现了 远程控制，便于操作。而且，整套试验系统可靠稳定，在设备调试期间，共进行了上百次试验。从试验过 程看，装置的机械可靠性高，数据录取稳定，能够很好地满足抽油泵科学检测的需要。在本实施例中，通过上述的多功能有杆泵举升模拟试验系统，能够试验评价的抽 油泵，从Φ38泵到Φ140泵，覆盖了目前油田现场所使用的抽油泵的范围；同时，为了提高 系统的设备利用率和性价比，对大参数的泵进行限参数检测，具体控制和检测的参数及其 技术指标如下1.泵筒倾角范围，0 90°，每隔10° —个等级，分级可调；
2.最大冲程5m，无级可调；3.最高冲次6冲/分，连续可调；4.试验介质温度，室温 90°C ；5.泵吸入沉没压力，0 3MPa ；6.泵出口压力，0 15MPa ；7.悬点最大载荷可达120kN ；8.瞬时最大流量400m7d ；9.含砂量，不大于3% (体积比)；10.加气量，不大于Im3Aiin (折算成标准大气压下的数值)。由上述实施例可知，通过上述的多功能有杆泵举升模拟试验系统，可以克服现有 试验系统的缺陷，能够为直井、斜井、定向井和水平井的有杆抽油泵进行性能测试，满足油 田抽油泵的性能测试需求，对新下井的抽油泵提供科学的检测数据；并且，可对大参数泵进行限参数检测，对使用或维修过的旧抽油泵进行性能检测 和评定；此外，还可对不同结构、不同厂家的抽油泵进行性能对比试验，为研究不同介质不 同倾斜角度下工作的有杆抽油泵泵效影响因素、以及泵阀运动规律的研究提供可能。本领域普通技术人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各 示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地 说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及 步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束 条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这 种实现不应认为超出本发明的范围。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的 软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域 内所公知的任意其它形式的存储介质中。 以上所述的具体实施方式
，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方式
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。
权利要求
1.一种多功能有杆泵举升模拟试验系统，其特征在于，所述系统包括电液比例提升 驱动控制系统、倾角模拟系统、机械连接系统、循环流程系统和数据采集及控制系统；所述电液比例提升驱动控制系统为抽油泵动态性能试验提供往复直线运动的动力；所 述倾角模拟系统实现泵筒与铅垂线的夹角在0°到90°的范围内变化；所述循环流程系统 模拟抽油泵的井下实际工况，实现抽油泵的性能测试；所述机械连接系统将抽油泵固定在 支撑架上，模拟抽油泵的实际加载工况，并保证试验介质的吸入、排出、动密封，以及在试验 过程中细长光杆的稳定性；所述数据采集及控制系统对数据进行采集、计算和处理。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电液比例提升驱动控制系统采用双 泵供液、比例换向阀的控制方式。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电液比例提升驱动控制系统具体包 括动力源部分、阀控部分、液压配重部分、执行机构部分、手动驱动部分和控制部分；所述动力源部分采用一大一小双泵集中供液，根据冲程冲次的需要，选择不同的开启 方式；所述阀控部分的核心部件为三位四通比例换向阀；所述液压配重部分利用蓄能器作 为载体的液压配重；所述执行机构部分由两复合缸组成，每支复合缸由三个腔体构成；所 述手动驱动部分在动力源部分无法驱动复合缸动作、而又需要复合缸位置进行微调时使 用。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述动力源部分的每个泵出口配有溢流 阀作为安全阀使用。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述阀控部分当油缸处于上升状态时，比例阀工作的IYA电磁铁通电，比例阀工作在左位，出口压力 油进入主缸的无杆腔，推动负载上行，蓄能器供油至复合缸的配重腔提供附加驱动力；当油缸处于停层状态时，比例阀工作的IYA电磁铁断电，比例阀工作在中位，同时主泵 电机停机或通过溢流阀卸荷；当油缸处于下行状态时，比例阀工作的2YA电磁铁通电，比例阀工作在右位，出口压力 油进入主缸的有杆腔，推动负载下行，同时驱动复合缸配重腔往蓄能器内充油。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述液压配重部分当油缸处于上冲程时，蓄能器向复合缸配重腔排油产生推力；当油缸处于下冲程时，复 合缸配重腔的油液往蓄能器回充。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述液压配重部分的蓄能器还配有一套 补油装置，在蓄能器工作压力下降时对其进行补油，以保持正常的工作压力等级。
8.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述执行机构部分当油液进入复合缸下腔时，活塞杆上行，当油液进入复合缸上时，活塞杆下行；复合缸 的配重腔上行靠蓄能器的排出油液的推力，下行靠主缸活塞杆的带动。
9.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述手动驱动部分在配重系统连接的状态下，手摇泵驱动复合缸回缩；手动油路的动力由手摇泵提供。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，手摇泵每摇一次的排量为90ml，复合缸 相应移动10mm。
11.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述控制部分所述控制部分根据实际工况需要，通过调节控制动力源部分的定量泵和比例换向阀，实现冲程和冲次的自动无级控制；并利用各类传感器实时显示包括压力、流量、温度的工作 状态；以及在压力过高、行程过大、温升超标时，自动发出报警信号或者自动强制停机，以保证电 液比例提升驱动系统的安全。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述倾角模拟系统包括立架、垂直导 轨、电动葫芦、电动葫芦支架、垂直滑车、水平导轨、水平滑车、支撑架、倾角锁定机构、斜坡 装置及液压站；所述支撑架两端分别用铰链支撑在垂直滑车和水平滑车之上；抽油泵刚性地固定在所 述支撑架上，并与所述支撑架平行。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，当所述电动葫芦带动垂直滑车在立架 上的垂直导轨中上下运动时，水平滑车在水平导轨上作水平移动，支撑架的倾角随之发生变化。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，当所述支撑架处于垂直位置时，泵筒与 铅垂线的夹角为0°，此时松开水平滑车上的倾角锁定机构，缓慢下放电葫芦，水平滑车沿 斜坡下行，整个支撑架下落，到达一定的倾角后，支撑架及其上的设备依靠重力的作用而自 行下放，达到所要求的倾角后，用倾角锁定机构将水平滑车锁定；当支撑架从水平位置向垂直位置起升时，起升电动葫芦，支撑架的倾角逐渐增大，当倾 角接近垂直位置时，水平滑车爬上斜坡。
15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述倾角锁定机构在一倾角下进行抽 油泵试验时，实现对支撑架的可靠锁紧；所述斜坡装置保证从垂直位置下放时，支撑架及其上的设备依靠重力的作用自行下落；所述液压站提供动力，通过液压系统回路的切换控制，实现倾角锁定系统的锁定、保 持、解锁。
16.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述循环流程系统包括储液罐、计量 罐、手动阀、电动阀、供液螺杆泵、入口流量计、出口流量计、入口电动调节阀、出口电动调节 阀，以及入口和出口蓄能器组、静态混合器、管道泵和高压气源。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述手动阀为7个，即SFI SFVII、所 述电动阀为7个，即DF I DF通、所述供液螺杆泵为两个、所述入口流量计为两个、所述出 口流量计为两个、所述出口电动调节阀为两个。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，起动所选定的螺杆泵向待试验的抽油 泵中灌注试验介质，螺杆泵灌注的试验介质排量大于抽油泵的排量；并且，通过调节入口电 动调节阀的开度实现对抽油泵入口压力的调节。
19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述入口蓄能器组设置在供液泵的排 出端，根据抽油泵在试验过程中所需流量的大小补充不足的液量或储存多余的液量。
20.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述电动调节阀实现的流量变化范围 为49 500m7d，压力变化范围为0 15MPa ；所述出口蓄能器维持出口流量的稳定，以提高出口压力调节的精度和稳定性。
21.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，在所述循环流程系统中打开手动阀SF I、关闭手动阀SF II、不启动供液螺杆泵时，抽油泵直接从储液罐中吸 入试验介质，不模拟入口沉没压力，以完成常规不模拟入口沉没压力试验。
22.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，在所述循环流程系统中关闭手动阀SF I，打开手动阀SF II，根据被检测抽油泵的排量大小，打开手动阀SFIII 或者手动阀SF IV ；根据被检测抽油泵的排量大小，打开电动阀DF I、关闭电动阀DF II或者打开电动阀 DF II、关闭电动阀DF I，同时打开手动阀SF V、关闭手动阀SF VI和手动阀SF ΥΠ ；吸入抽油泵的试验介质的流量由所选定的入口电磁流量计进行计量，以完成常规模拟 入口沉没压力试验。
23.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，在所述循环流程系统中关闭手动阀SF V，打开手动阀SF IV、手动阀SF VL根据所模拟的沉没压力的大小，通 过调压阀调节气源的压力，通过静态混合器实现气、液的混合，以完成加气试验。
24.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，在所述循环流程系统中在加砂试验之前，在供液罐中加入一定量的增加介质粘度的添加剂和一定量的试验用 砂，并用搅拌器搅拌均勻。
25.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机械连接系统包括抽油泵的固定 和试验介质的吸入、排出及动密封部分；以及动力加载和光杆扶正部分。
26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述抽油泵的固定和试验介质的吸入、 排出及动密封部分，具体包括固定装置、扶正装置、过渡短节、活节式泵筒连接器、高压三 通、动密封装置；其中，抽油泵的筒体在吸入端通过过渡短节和活节式泵筒连接器与所述固定装置连接，由所 述固定装置承受试验过程中产生的轴向载荷，同时试验介质通过固定装置导入抽油泵中；抽油泵的筒体在排出端通过过渡短节、高压三通与所述动密封装置连接，试验介质从 高压三通中导出，所述动密封装置保证试验过程中的动密封。
27.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述动力加载和光杆扶正部分，具体包 括动力滑车、加载横梁、加载螺栓、拉压传感器、活节式光杆连接器、光杆、光杆定位装置， 以及扶正滑车及其扶正块；其中，所述加载横梁带动动力滑车运动，通过加载螺栓、拉压传感器、活节式光杆连接器带动 光杆作往复运动；所述扶正滑车用于防止在下冲程中细长的光杆失稳，由复合绳轮机构组成的随动扶正 滑车，始终处于伸出的光杆的中间位置，从而保证光杆在运动过程中不会失稳。
28.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集及控制系统具体用于对 悬点载荷、悬点位移、泵出口压力、泵入口压力、泵出口流量、泵入口流量、气体流量、气体压 力、试验介质温度进行采集、处理与控制。
29.根据权利要求观所述的系统，其特征在于，所述数据采集及控制系统包括悬点载 荷传感器和悬点位移传感器；所述悬点载荷传感器和悬点位移传感器将悬点载荷、悬点位移信号转换成4 20mA电 信号，经ADAM-4117数据采集模块转换成数字信号，由RS485通讯卡进入控制计算机，再由 测试软件完成测量数据的计算机屏幕显示与数据处理。
30.根据权利要求观所述的系统，其特征在于，泵出口流量、泵入口流量、气体流量、气 体压力由相应的传感器进行检测，经ADAM-4117数据采集模块转换成数字信号，由RS485通 讯卡进入控制计算机，再由测试软件完成测量数据的计算机屏幕显示与数据处理。
31.根据权利要求观所述的系统，其特征在于，泵出口压力、泵入口压力由相应的压力 传感器进行检测，分别由XMT-3智能数显控制仪表实现控制台面板的数据显示，并完成相 应的控制功能，同时由仪表本身的RS485变送输出端子将检测到的数据送入RS485通讯卡， 进入控制计算机，再由测试软件完成测量数据的计算机屏幕显示与数据处理。
32.根据权利要求观所述的系统，其特征在于，泵出口流量通过计量罐进行计量，液位 传感器将液位信号进行变换后，送入XMG-2G型智能数显控制仪，经变换后将液位数值由仪 表本身的RS485变送输出端子送入RS485通讯卡，进入控制计算机，再由测试软件根据计量 灌的结构参数和计量时间完成流量数据的换算，然后显示在计算机屏幕上并完成相应的数 据处理。
33.根据权利要求观所述的系统，其特征在于，试验介质温度由温度传感器进行检测， 传输给XM908-3型智能数显控制仪，完成介质的加热控制，同时经仪表本身的RS485变送输 出端子送入RS485通讯卡，进入控制计算机再由测试软件进行相应的数据处理。
全文摘要
本发明实施例提供一种多功能有杆泵举升模拟试验系统，该系统包括电液比例提升驱动控制系统、倾角模拟系统、机械连接系统、循环流程系统和数据采集及控制系统。通过本发明实施例，可以克服现有试验系统的缺陷，能够对直井、斜井、定向井和水平井的有杆抽油泵进行性能测试，满足油田抽油泵的性能测试需求，对新下井的抽油泵提供科学的检测数据。
文档编号F04B51/00GK102094803SQ201010559969
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者丁磊, 刘佳欣, 刘玉文, 周贺, 安九泉, 彭松良, 曲玉辰, 朱富林, 李付文, 李国玉, 李彪, 杨俊 , 金鑫, 黄盛华 申请人:中国石油天然气股份有限公司