专利名称：排水采气模拟实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种煤层气井或其它产水气井进行排水采气的模拟装置，适用于 有杆排采工艺系统。
背景技术：
目前，现有的模拟实验装置是由动力机、抽油机、油管、抽油杆和抽油泵组成的有 杆设备，用于油井的液体举升，实验时，向抽油杆和油管组成的环空中注入一定量的液体， 启动动力装置，通过抽油机将动力机的旋转运动转换成悬点的上下往复运动，以此近似模 拟油井开采中的井下状况，完成井液流速、固粒沉降和杆管受力情况的测试与分析工作。但 是，这些模拟装置没有提供油管与套管组成的另外一个环行空间，不能模拟杆管环空排水， 同时油套环空出气的排采状况，因此并不适合产水气井的实验模拟；而且，只能向杆管环空 中注入定量的液体，而实际井的杆管环空充满井液，其外的油套环空中也存在一定沉没度 的液体，且沉没度的高度随排采的进行而不断变化；同时，杆柱和管柱通常仅为1 :3m，无 法完成对动液面和沉没度高度变化的模拟；另外，抽油机的冲次一定，无法连续调整，而实 际开采中排液量不断变化，需要实现无极调速，以满足排液要求。
实用新型内容为了克服现有的有杆举升模拟实验装置的不足，本实用新型的目的是提供一种排 水采气模拟实验装置，该模拟装置不仅能提供杆管环空排水，水套环空出气，沉没度在一定 高度内和排液量在一定范围内实时调整的实验系统，而且能够实现排液量、动液面、井压、 井液成份和杆件受力实时监测，以及冲次在较大范围内连续可调的实验要求。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种杆柱和管柱的高度为 30m，排液量在3 30m3/d，具有排量、压力、含气量和含煤粉计量系统的排水采气模拟实验 装置，包括螺旋锥齿轮减速机、抽水机、井口装置、储水装置、检测装置、套管柱、水管柱、排 采杆柱和排采泵。用水管柱把排采泵的泵筒下到井内动液面以下，泵筒下部装有只能向上 打开的固定阀，用排采杆柱把柱塞从水管柱内下入泵筒，柱塞上装有只能向上打开的游动 阀。在减速机的一侧安装由单曲柄、单连杆、游梁和支架顺序联接组成的四杆机构，游梁通 过游梁支撑作用在支架上，并通过驴头连接驱动井口光杆，实现悬点的上下往复运动，光杆 位于排采杆柱的最上端，通过井口装置悬挂在驴头上，用排采杆柱带动排采泵的柱塞运动， 井中的液体流经排采杆柱和水管柱间的杆管环形空间举升至井口，而气体在压差的作用下 从水管柱和套管柱间的水套环形空间中排出。抽水机是地面驱动装置的主体，用来把动力机的旋转运动变为排采杆柱的往复运 动。根据煤层气井不同运行状况和冲程的要求，对抽水机四杆机构的结构尺寸进行优化，以 满足不同工况的需要。抽水机采用复合平衡的方式，曲柄平衡采用单曲柄结构，整个柄体由 生铁铸造而成，平衡重的位置可连续调整，实现抽水机的较好平衡；游梁平衡采用可调式的 结构，平衡重采用分体式结构，即整个平衡重是由数个铸造而成的单体平衡块组成，并依靠两个贯穿所有平衡块的长螺栓固定于游梁尾部，在进行平衡调整时，只需要增加或减少平 衡块的数量，即可使抽水机处在较好的平衡状态，对实现节能和减轻工人调平衡块劳动强 度有较大意义。抽水机的曲柄通过曲柄销与连杆联接，连杆采用槽钢结构，并通过横梁支撑 与游梁联接在一起；横梁支撑采用对开式二螺旋正滑动轴承结构，由轴承盖、轴承座、剖分 轴瓦和联接螺栓所组成，具有较好的润滑性能，替代了目前较复杂的支撑结构形式；游梁主 体采用工字钢结构，驴头主体由槽钢焊接而成，可进一步简化抽水机的结构；游梁通过游梁 支撑作用在支架上，支架的前腿和后腿以及横撑和斜撑均采用角钢焊接而成，结构简单。抽 水机的底座设计有导轨装置，该导轨由三块钢板焊接而成，三块钢板构成一个凹槽结构，与 底座主体所用工字钢的低端面配合在一起；同时，底座的一端设计有螺杆和手柄，螺杆采用 梯形螺纹结构，通过旋转手柄而使底座产生沿导轨方向的轴向运动，便于修井作业时，抽水 机让出井口位置。动力机为抽水机提供动力，采用螺旋锥齿轮减速机作为抽水机的动力机及无极变 速传动系统，减速机的一侧安装有单曲柄和单连杆结构，并通过由槽钢焊接而成的框架结 构固定在抽水机的底座上。该减速机将电动机、调速器和减速器集成在一起，其调速器上设 计调速手柄，通过旋转手柄，实现冲次在较大传动比范围内的连续调整。而且，减速机的输 出力矩依据所调整冲次的大小而变化，可满足小型抽水机输出力矩的需要。井口装置自上而下依次由密封盒、三通、水管头、四通、套管头和井口支撑连接而 成。井口支撑上下两端均设计有圆盘状法兰，通过地脚螺栓固定在地面上。套管头采用塑 料材质的双片法兰，用来实现套管柱顶端的固定，套管头通过双头螺栓与四通和井口支撑 联接在一起。三通的端口与出水管连接，而四通的一个端口与进水管连接，另一端口与出气 管连接，也可与入气管连接。水管头用来实现水管柱顶端的固定，与三通和四通的两端均采 用双片法兰结构，并通过螺栓联接在一起。密封盒包括压盖、密封腔和底板三个部分，其外 端均设计有法兰盘结构，压盖与密封腔间通过螺栓联接，通过调节螺栓轴向移动压盖，来压 紧密封腔中盘根，实现井口装置与光杆的密封；盘根采用新旧普通V带均可，绕光杆螺旋缠 绕，置入密封腔。实验中，井中的液体通过杆管环空的输送，从三通的端口排出，进入储水罐 储存，然后通过四通的一个端口向水套环空中注入等体积相同成分的井液，及时补充排出 的井液，由此实现井液的循环利用，保持一定的沉没度，且动液面高度不变，四通的另一个 端口用于排出和补充水套环空中的气体，并安装有压力计，实时测量井口压力值。套管头、 四通、水管头和三通间均安装3 5mm厚的垫片实现密封，并方便管柱长度冗余时进行调 整。储水装置用来储存井液并及时向井中补充井液，包括储水罐、罐底座、进水管、出 水管和水阀几部分。储水罐由钢板焊接而成，中间部分用角钢圆周焊的方式进行加固，罐底 座的主体采用槽钢，并用地脚螺栓固定在地面上。出水管和进水管由水管、变径接头、90° 弯头和三通连接而成，出水管的一端与储水罐连接，另一端与井口三通连接，而进水管的一 端与储水罐连接，另一端则与井口四通连接。出水管和进水管上均安装有水阀，用于控制液 体流速，进而模拟井中排液量的变化，另外，改变进水管和出水管中的井液流速，可调整水 套环空中的动液面高度。排采杆柱用于抽水机和井下排采泵之间的联接，包括光杆、排采杆、接箍和变径 短接杆四部分。排采杆采用实心圆形断面的钢杆，两端加工有外螺纹接头、卸载槽和扳手方颈，外螺纹接头采用普通螺纹，用来与接箍相联接；卸载槽形状与退刀槽相同，用来减轻 由于螺纹和截面变化引起的应力集中；扳手方颈由两个平行扳手平面构成，在装卸排采杆 时，用来卡住排采杆。光杆是排采杆柱上部一根特殊的排采杆，其结构与尺寸与排采杆相 同，但需要进行精密加工，其表面抛光处理，杆体表面粗糙度不大于3. 2 μ m，没有深度大于 0. 15mm的横向缺陷和纵向缺陷，杆体上任意305mm长度内的直线度偏差不得大于1. 5mm,以 实现与井口密封盒的配合，密封井口。接箍采用圆环形断面的钢管，管外壁带扳手方颈，内 壁加工有内螺纹，与光杆和排采杆的外螺纹接头相配合。变径短接杆两端加工有不同尺寸 的外螺纹接头，其上端与排采杆柱下部的接箍联接，下端与排采泵的柱塞联接。水管柱与排采杆柱组成杆管环形空间，用来输送液体，进行排水，包括水管、上接 头、下接头、尾管、本体和底部端盖几部分。水管、上接头和下接头均采用透明塑料，上接头 和下接头通过螺纹联接在一起后，两端再与水管连接；尾管贯穿于本体的腔体中，其上端与 泵筒和水管柱的下部顺次联接，下端通过销轴与底部端盖和本体锚定在一起，管壁上加工 有不同直径的筛孔，便于井液携带不同大小的固体颗粒穿过；本体位于水管柱的最下面，两 端采用法兰盘结构，上端通过双头螺纹固定在底座上，并用垫片实现密封；底部端盖上端采 用柱状结构，置入尾管内壁中，端盖上端加工有五个环形沟槽，用来放置〇形橡胶密封圈， 实现井底尾管的密封，端盖下端为法兰盘结构，通过螺栓与本体底部联接在一起，并用垫片 实现密封。套管柱与水管柱构成水套环形空间，套管柱包括套管、由令、井底三通和密封盒四 部分。套管采用透明塑料管，通过由令连接在一起；井底三通位于套管柱的底部，其端口与 入气管连接，上端通过螺栓与套管柱联接，下端通过双片法兰与密封盒的密封底板和密封 本体联接，并用垫片实现密封，在砂、煤粉和煤矸石等造成井底发生堵塞时，可从井底三通 的端口清理出淤积的固体颗粒；密封盒包括衬套、密封本体、密封盘根和密封底板，套管柱 底部密封盒的密封盘根从尾管的底端置入密封腔中，采用矩形密封圈，其独特的截面形状， 使其具有良好的工作性能和径向补偿能力；衬套采用柱状结构，从尾管的底端置入密封腔 中，挤压衬套，压紧密封盘根，实现井底套管与水管间的密封；密封底板上加工有一个环形 沟槽，放置〇形橡胶密封圈，进一步加强三通端面与密封盒之间的密封；密封底板和密封本 体的两端均采用圆盘状法兰，密封本体的下端通过双头螺栓与底板联接；底板通过由槽钢 焊接而成的框架结构固定在井底的端面上。实验中，水套环形空间的物性分布从上至下依 次为气柱段、气水两相液柱段和水柱段三段，杆管环形空间产出水的同时，水套环形空间中 生产气体。排采泵由泵筒总成、柱塞总成和固定阀总成组成。泵筒总成包括水管接箍、加长短 节、泵筒和泵筒接箍，水管接箍和泵筒接箍采用圆环形断面的钢管，内壁加工有内螺纹，水 管接箍直接连接在井下水管柱的下端，把排采泵固定在水管柱上；而泵筒接箍上端与加长 短节联接并密封，下端与泵筒联接并密封；泵筒两端带有外螺纹，内壁表面电镀，然后精密 加工，耐磨、耐腐蚀性好，并与柱塞高精度配合；加长短节上下各一件，分别联接在两端的泵 筒接箍上。柱塞总成包括柱塞和游动阀总成；其中，游动阀总成位于柱塞上端，包括游动阀 罩、游动阀球与阀座；游动阀罩通过两端的螺纹，上部与变径短接杆联接，下部与柱塞联接， 阀罩内部安装游动阀球与阀座，游动阀球与阀座的密封性要求高；实验中，该游动阀只能向 上打开，以便将泵筒中柱塞下部的井液及时排入杆管环空中。固定阀总成位于泵筒的下端，包括固定阀罩、固定阀球和阀座，固定阀罩由锁紧装置将其固定，固定阀球和阀座置入固定 阀罩内，二者之间的密封性要求高，实验中，该固定阀只能向上打开，以保证水套环形空间 中的液体流经尾管进入泵筒中。检测装置用来完成实验中数据的实时采集、分析与处理。在抽水机的各杆件和排 采杆柱的上端贴上无线动态应力仪的应变片，测试杆件受力，采用无线动态应力、加速度测 试仪，测量抽水机负荷与位移、杆件应力与应变和曲柄轴扭矩等，以便完善有杆泵设备的设 计与计算；将电流互感器卡住减速机的电源线，用游梁式抽水机分节点效率分析与平衡状 态测试仪，测试各节点效率、平衡重调整和电机功率等；采用激光测距仪和转速表，测量悬 点与柱塞的位移和速度，检验设备动力学性能；在井口装置的四通端口和井底三通端口处， 安装压力变送器，测量井口和井底压力值，检测压力与产能的变化关系；在储水装置的进水 管上安装电磁流量计，测量管中液体流速和排液量；液位变送器安装在水套环空中动液面 以下的井底处，测量液位，监控动液面和沉没度的变化；数据采集器和单输入通道仪表通过 串口，一端与检测设备连接，另一端与计算机连接，通过检测设备测试采集到的所有数据， 均由数据采集器和单输入通道仪表及时输入计算机，在对数据作分析和反馈后，进行相应 的处理。本实用新型的有益效果是，采用排采杆柱、水管柱和套管柱，提供两个环形空间， 实现杆管环空排水的同时，水套环空出气的现场模拟；水套环空中自上而下的气柱、气水 两相液柱和水柱的物性分布现场模拟，可完成两相流中气体充分分离时间与条件的试验研 究；采用螺旋锥齿轮减速机构成的无极变速传动系统，实现较大传动比和冲次连续可调，结 合电磁流量计，实现排液量实时测量和在3 30m3/d任意调整的低排量现场模拟，完成砂、 煤粉和煤焦的运动特性和排出条件的试验研究；管柱总高度30m，通过液位变送器，实现水 套环空中动液面的实时测量和沉没度在0 20m范围内任意调整的现场模拟，完成低沉没 度下泵阀开启条件的试验研究；安装压力变送器，实时测量井口压力和井底压力，完成产能 随压力变化的气井动态分析试验研究；采用无线动态应力测试仪和激光测距仪，完成悬点 负荷、杆件应力与应变和悬点与柱塞位移的实时测量；采用自行研制游梁式抽水机分节点 效率分析与平衡状态测试仪，完成模拟装置各节点效率、平衡重调整和电机功率的实时测 试；游梁平衡重采用分体式结构，曲柄平衡重位置可连续调整，实现抽水机的较好平衡，并 且底座上设计有导轨和旋转螺杆，方便整机移动，以便修井时让出井口位置；采用集成的传 动系统，以及单曲柄、单连杆和滑动轴承结构，使整机尺寸和占地面积减小，节约成本。以下结合附图对本实用新型作进一步的说明
图1是根据本实用新型所提出的排水采气模拟实验装置的典型结构主视图。图2是根据本实用新型所提出的排水采气模拟实验装置的典型结构俯视图。图3是排水采气模拟实验装置中抽水机的结构示意图。图4是排水采气模拟实验装置中井口装置的结构示意图。图5是排水采气模拟实验装置中井底总成的结构示意图。图中1-排采泵，2-套管柱，3-水管柱，4-排采杆柱，5-井口装置，6-检测装置， 7-储水装置，8-抽水机，9-减速机，10-支架，11-悬绳器，12-驴头，13-游梁，14-游梁平衡重，15-横梁支撑，16-连杆，17-曲柄，18-减速机底座，19-底座，20-导轨，21-压盖，22-密 封腔，23-底板，24-三通，25-双片法兰，26-水管头，27-四通，28-压力变送器，29-套管头， 30-井口支撑，31-泵筒，32-泵筒接箍，33-加长短节，34-水管接箍，35-水管，36-下接头， 37-上接头，38-套管，39-排采杆，40-接箍，41-由令，42-变径短接杆，43-游动阀总成， 44-柱塞，45-固定阀总成，46-井底三通，47-尾管，48-密封盘根，49-密封本体，50-衬套， 51-底板，52-本体，53-底部端盖。
具体实施方式
在
图1中，排采杆柱4、水管柱3和套管柱2由里而外依次排列，用水管柱3把排采 泵1的泵筒下到井内动液面以下，用排采杆柱4把柱塞从水管柱内下入泵筒，水管柱从套管 柱2内下入，形成水套环形空间，用于模拟气水两相流，进行采气，排采杆柱从水管柱内下 入，形成杆管环形空间，用来输送井液，排采杆柱上端的光杆通过井口装置5悬挂在抽水机 8的驴头上，借助于抽水机的四连杆机构，把减速机9的旋转运动变为悬点的往复运动。动 力从地面经排采杆柱4传到井下，排采泵1的柱塞在杆柱的带动下作往复运动，从而将井中 的液体经由杆管环空输送至井口的三通，然后通过储水装置7的出水管输送至储水罐中储 存，并通过储水罐及时向井中补充井液，液体经由进水管输送至井口的四通，进入水套环空 中，再经由尾管和泵柱塞进入杆管环空，由此实现模拟实验中井液的循环利用和井下动液 面的相对稳定。另外，减速机将电动机、调速器和减速器集成在一起，保证实验中冲次在较 大传动比范围内的连续调整；无线动态应力测试仪、激光测距仪、压力变送器、电磁流量计、 液位变送器、数据采集器等检测装置6保证实验中数据的实时采集、分析与处理。在
图1中，修井作业或者更换水管和排采泵型号时，应首先关闭减速机9的电源， 将井下水套环形空间中的气体抽出，井中的液体从井底三通46的端口排出，卸掉井中原有 的压力；然后从悬绳器11上卸下排采杆柱4 ；接着，松开抽水机底座19上的地脚螺栓，通过 手柄旋转螺杆，使抽水机沿着导轨20运动一段距离，让出井口位置；最后，松开井口装置5 中密封盒与三通M联接的螺栓，并取下密封盒。在图3中，减速机9驱动抽水机8，在减速机的一侧安装单曲柄17、单连杆16和含 滑动轴承的横梁支撑15，曲柄17通过曲柄销与连杆16下端联接，连杆上端与横梁支撑15 联接在一起，单曲柄17、单连杆16、游梁13和支架10顺序联接组成抽水机的四杆机构，游 梁通过驴头12和悬绳器11连接并驱动井口排采杆柱，实现悬点的上下往复运动。各构件 的结构尺寸经过优化设计，采用游梁平衡与曲柄平衡的复合平衡形式，游梁平衡重14采用 分体式结构，且曲柄平衡重位置可连续调整，由此使抽水机达到较好的平衡状态。该抽水 机通过曲柄孔的选择，进行冲程调整，通过减速机调整冲次，可实现冲程的有级、冲次的较 大范围内无级调节。减速机通过减速机底座18固定在抽水机底座19上，横梁支撑15用 来联接连杆和游梁，采用对开式二螺旋正滑动轴承，通过轴承盖上的油杯润滑轴承，底座19 上设计有导轨20，通过手柄旋转螺杆，即可方便地移动整个抽水机。支架10可采用前部两 腿和后部两腿的四腿形式固定在底座19上，也可以采用前部单腿和后部两腿的三腿形式 固定在底座上，整体布局较为方便，稳定性好。在图4中，密封盒位于井口装置5的最上端，由压盖21、密封腔22和底板23组成， 材料选用45钢，压盖与密封腔间通过螺栓联接，盘根绕光杆螺旋缠绕置入密封腔22中，调节螺栓通过压盖21压紧盘根，产生径向力，实现井口的密封；三通M和四通27的两端均采 用双片法兰25的结构，通过螺栓联接密封盒和三通M上端，三通与杆管环形空间联通，实 验中，井液从三通的端口排出；三通下端、水管头沈和四通27上端通过螺栓联接在一起，四 通与水套环形空间联通，实验中，气体从四通的一个端口排出，井中形成流动的气柱，通过 控制气体排出的速度，来调整井中气柱的压力，同时在此端口安装压力变送器观，测量井口 套压，而储水罐中的液体从四通的另一个端口注入，及时补充排出的井液；井口装置的最下 端用双头螺栓联接四通下端、套管头四和井口支撑30，地脚螺栓通过井口支撑下端的法兰 盘将整个井口装置5固定在地面上。在图5中，排采杆39通过螺纹与接箍40联接成排采杆柱4，材料选用45钢，排采 杆柱上端采用光杆，依靠悬绳器11悬挂在抽水机的驴头12上，并同井口装置5的密封盒配 合密封井口，光杆通过接箍40联接井下的排采杆柱，排采杆柱下端通过螺纹将接箍、变径 短接杆42和柱塞44联接在一起，柱塞随排采杆柱作上下往复运动，进行排水。水管35通过 上接头37和下接头36联接成水管柱3，与排采杆柱形成杆管环形空间，水管柱上端依靠双 片法兰25结构的水管头沈固定在井口上，并实现密封，水管柱下端通过水管接箍34与泵 筒31和尾管47顺次联接在一起，尾管47通过销轴与本体52和底部端盖53锚定在一起， 由此井液经过尾管的筛孔进入泵筒并通过柱塞的运动进入杆管环空中。套管38通过由令 41联接成套管柱2，与水管柱形成水套环形空间，气体依靠环空中的压力差排出；套管柱上 端采用双片法兰25结构的套管头四固定在井口上，套管柱下端通过井底三通46与密封盒 联接，密封盒由衬套50、密封本体49和密封底板组成，材料选用45钢，密封盘根48沿着尾 管47置入密封本体49的密封腔中，旋紧密封本体49和本体52的联接螺栓，通过衬套50 压紧密封盘根48，产生径向力，实现水管柱与套管柱下端的密封；通过双头螺栓将密封盒 和本体52 —起固定在底板51上。实验中，气体从井底三通46的端口充入，与水套环空中 的液体形成气水两相流，并及时补充气柱段中的气体，维持一定的井口压力；在尾管47外 发生堵塞的情况下，需要打开井底三通46端口的端盖，取出淤积的固体颗粒，将井底清理 干净，然后盖上端盖即可；在尾管47的管筒里淤积固体颗粒并造成卡泵时，需要松开本体 52和底部端盖53的联接螺栓，拔出锚定用的销轴，打开底部端盖53，将尾管47清理干净， 然后盖上底部端盖，插入销轴，拧紧螺栓即可。在图5中，排采泵1的泵筒31是按照设计的泵挂深度由水管接箍34直接联接在 水管柱3的下端，然后通过加长短节33和泵筒接箍32与尾管47联接，而柱塞44则随排采 杆柱4下入泵筒31内，柱塞上端有一套游动阀总成43，另外，固定阀总成45由锁紧装置与 泵筒固定在一起。上冲程中，柱塞44随排采杆柱4上行，柱塞以下的泵筒容积增大，压力降 低，游动阀在上下压差的作用下关闭，而固定阀在水套环形空间中的沉没度作用下打开，井 液经尾管47的筛孔和固定阀孔流入泵筒中，同时，柱塞及游动阀以上的井液随排采杆柱向 上运动，被举升到井口，通过出水管排出。下冲程中，柱塞下行，泵筒内压力增大，游动阀打 开，固定阀关闭，井液经过游动阀进入柱塞以上的杆管环空中，这样，柱塞上下往复运动一 次，排采泵完成了一个抽吸周期。随周期重复不断进行，井液就不断被举升至井口。在图5中，作业时，应首先拆卸排采杆柱4，用起吊装置将排采杆柱从水管柱3中 取出，扳手卡住排采杆39和接箍40的扳手方颈，松开二者间的联接螺纹，顺次卸下每节排 采杆，最后卸下排采杆柱下端的柱塞44 ；然后，拆卸水管柱3，松开井口装置5中三通M和四通27的联接螺栓，并卸下三通，接着松开本体52与底板51联接的螺栓并拔出销轴，卸下 本体和底部端盖53，再用起吊装置将水管柱从套管柱2中取出，扳手卡住上接头37和下接 头36的卡箍，松开二者间的联接螺纹，顺次卸下每节水管，最后卸下水管柱下端的泵筒31 和尾管47 ；接着，拆卸套管柱2，松开密封本体49和井底三通46的联接螺栓，取出密封盘根 48和衬套50，卸下密封盒，移开底板51，整个套管柱依据套管头四和井口支撑30的固定作 用，处于自然伸长的悬挂状态即可；最后，从井口处向套管柱2中注入清水，将套管柱的管 壁清洗干净。9
权利要求1.一种排水采气模拟实验装置，包括减速机、抽水机、井口装置、储水装置、检测装置、 套管柱、水管柱、排采杆柱和排采泵，采用减速机作为动力机和传动系统，由曲柄、连杆、游 梁和支架顺次联接组成的四杆机构实现悬点的上下往复运动，其特征是排采杆柱、水管柱 和套管柱由里而外依次排列，提供杆管和水套两个环形空间，水套环形空间的物性分布自 上而下依次为气柱、气水两相液柱和水柱；在减速机的一侧安装单曲柄、单连杆和含滑动轴 承的横梁支撑，游梁通过驴头联接并驱动井口光杆；采用电动机、调速器和减速器集成于一 体的减速机作为实验装置的动力机和无极变速传动系统，减速机通过槽钢焊接结构的框架 固定在抽水机底座上；抽水机的游梁尾部装有平衡重，该平衡重采用分体式结构，由数个单 体平衡块组成，横梁支撑采用滑动轴承结构，由轴承盖、轴承座、剖分轴瓦和联接螺栓所组 成，轴承盖上有润滑轴承的油杯，抽水机的底座上有导轨和螺杆，导轨采用由三块钢板焊接 构成的凹槽结构，与底座主体的工字钢端面配合，螺杆采用梯形螺纹，通过旋转螺杆使底座 沿导轨运动，让出井口 ；井口装置包括密封盒、三通、水管头、四通、套管头和井口支撑，密封 盒的压盖通过螺栓与密封腔联接，三通的端口与出水管连接，四通的一个端口与进水管连 接，另一端口与出气管连接，也可与入气管连接，并安装压力计，水管头通过螺栓与三通和 四通的端面联接，套管头通过双头螺栓与四通和井口支撑联接；储水罐由钢板焊接而成，中 间用圆周焊的角钢加固；排采杆柱包括光杆、排采杆、接箍和变径短接杆，排采杆和光杆采 用两端加工有外螺纹接头的实心钢杆，其上有卸载槽和扳手方颈，接箍采用钢管，管外壁带 扳手方颈，内壁加工有内螺纹，与光杆和排采杆的外螺纹接头相配合，变径短接杆两端有不 同尺寸的外螺纹接头，上端与接箍联接，下端与柱塞联接；水管通过上接头和下接头进行连 接，尾管的管壁上有不同直径的筛孔，其上端与泵筒和水管柱联接，下端通过销轴与底部端 盖和本体锚定在一起；套管通过由令进行连接，井底三通的端口与入气管连接，其上端通过 螺栓与套管柱联接，下端与密封盒的密封底板和密封本体联接，密封本体的下端通过双头 螺栓与底板联接，底板通过槽钢焊接结构的框架固定在井底的端面上；游动阀总成位于柱 塞上端，其上部与变径短接杆联接，下部与柱塞联接，固定阀总成通过锁紧装置固定在泵筒 的下端；电磁流量计安装在储水装置的进水管上，压力变送器安装在井口装置的四通端口 和井底三通端口处，液位变送器安装在水套环空中动液面以下的井底处，在抽水机的各杆 件和排采杆柱的上端贴上无线动态应力仪的应变片，测试杆件受力。
2.根据权利要求1所述的排水采气模拟实验装置，其特征是井口装置密封盒的盘根 采用新旧普通V带均可，套管柱底部密封盒的密封盘根采用矩形密封圈。
3.根据权利要求1所述的排水采气模拟实验装置，其特征是数据采集器和单输入通 道仪表通过串口，一端与检测设备连接，另一端与计算机连接。
4.根据权利要求1所述的排水采气模拟实验装置，其特征是抽水机的支架为前部两 腿和后部两腿的四腿形式固定在底座上。
5.根据权利要求1所述的排水采气模拟实验装置，其特征是抽水机的支架为前部单 腿和后部两腿的三腿形式固定在底座上。
专利摘要本实用新型提供了一种排水采气模拟实验装置，用于模拟煤层气井或其它产水气井的排水采气。它是由减速机、抽水机、井口装置、储水装置、检测装置、套管柱、水管柱、排采杆柱和排采泵组成。排采杆柱、水管柱和套管柱提供两个环形空间，杆管环空排水的同时，水套环空出气；水套环空的物性分布实现两相流气体分离条件的研究；减速机集成动力机和传动系统，实现较大传动比和冲次连续可调，以及排液量在3～30m3/d和沉没度在0～20m的任意调整；检测装置实现排液量、动液面、压力、井液成分和杆件受力的实时监测；游梁平衡重采用分体式结构，曲柄平衡重位置可连续调整，实现抽水机较好平衡；采用单曲柄、单连杆和滑动轴承结构，减小整机尺寸。
文档编号F16H3/06GK201835794SQ20102015018
公开日2011年5月18日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者刘新福, 刘春花, 李延祥, 杨磊, 綦耀光 申请人:中国石油大学(华东)