專利名稱：排水采氣模擬實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種煤層氣井或其它產水氣井進行排水采氣的模擬裝置，適用于有桿 排采工藝系統(tǒng)。
背景技術：
目前，現(xiàn)有的模擬實驗裝置是由動力機、抽油機、油管、抽油桿和抽油泵組成的有 桿設備，用于油井的液體舉升，實驗時，向抽油桿和油管組成的環(huán)空中注入一定量的液體， 啟動動力裝置，通過抽油機將動力機的旋轉運動轉換成懸點的上下往復運動，以此近似模 擬油井開采中的井下狀況，完成井液流速、固粒沉降和桿管受力情況的測試與分析工作。但 是，這些模擬裝置沒有提供油管與套管組成的另外一個環(huán)行空間，不能模擬桿管環(huán)空排水， 同時油套環(huán)空出氣的排采狀況，因此并不適合產水氣井的實驗模擬；而且，只能向桿管環(huán)空 中注入定量的液體，而實際井的桿管環(huán)空充滿井液，其外的油套環(huán)空中也存在一定沉沒度 的液體，且沉沒度的高度隨排采的進行而不斷變化；同時，桿柱和管柱通常僅為1 3m，無 法完成對動液面和沉沒度高度變化的模擬；另外，抽油機的沖次一定，無法連續(xù)調整，而實 際開采中排液量不斷變化，需要實現(xiàn)無極調速，以滿足排液要求。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有的有桿舉升模擬實驗裝置的不足，本發(fā)明的目的是提供一種排水采 氣模擬實驗裝置，該模擬裝置不僅能提供桿管環(huán)空排水，水套環(huán)空出氣，沉沒度在一定高度 內和排液量在一定范圍內實時調整的實驗系統(tǒng)，而且能夠實現(xiàn)排液量、動液面、井壓、井液 成份和桿件受力實時監(jiān)測，以及沖次在較大范圍內連續(xù)可調的實驗要求。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是開發(fā)一種桿柱和管柱的高度為30m， 排液量在3 30m3/d，具有排量、壓力、含氣量和含煤粉計量系統(tǒng)的排水采氣模擬實驗裝置， 包括螺旋錐齒輪減速機、抽水機、井口裝置、儲水裝置、檢測裝置、套管柱、水管柱、排采桿柱 和排采泵。用水管柱把排采泵的泵筒下到井內動液面以下，泵筒下部裝有只能向上打開的 固定閥，用排采桿柱把柱塞從水管柱內下入泵筒，柱塞上裝有只能向上打開的游動閥。在減 速機的一側安裝由單曲柄、單連桿、游梁和支架順序聯(lián)接組成的四桿機構，游梁通過游梁支 撐作用在支架上，并通過驢頭連接驅動井口光桿，實現(xiàn)懸點的上下往復運動，光桿位于排采 桿柱的最上端，通過井口裝置懸掛在驢頭上，用排采桿柱帶動排采泵的柱塞運動，井中的液 體流經排采桿柱和水管柱間的桿管環(huán)形空間舉升至井口，而氣體在壓差的作用下從水管柱 和套管柱間的水套環(huán)形空間中排出。抽水機是地面驅動裝置的主體，用來把動力機的旋轉運動變?yōu)榕挪蓷U柱的往復運 動。根據(jù)煤層氣井不同運行狀況和沖程的要求，對抽水機四桿機構的結構尺寸進行優(yōu)化，以 滿足不同工況的需要。抽水機采用復合平衡的方式，曲柄平衡采用單曲柄結構，整個柄體由 生鐵鑄造而成，平衡重的位置可連續(xù)調整，實現(xiàn)抽水機的較好平衡；游梁平衡采用可調式的 結構，平衡重采用分體式結構，即整個平衡重是由數(shù)個鑄造而成的單體平衡塊組成，并依靠兩個貫穿所有平衡塊的長螺栓固定于游梁尾部，在進行平衡調整時，只需要增加或減少平 衡塊的數(shù)量，即可使抽水機處在較好的平衡狀態(tài)，對實現(xiàn)節(jié)能和減輕工人調平衡塊勞動強 度有較大意義。抽水機的曲柄通過曲柄銷與連桿聯(lián)接，連桿采用槽鋼結構，并通過橫梁支撐 與游梁聯(lián)接在一起；橫梁支撐采用對開式二螺旋正滑動軸承結構，由軸承蓋、軸承座、剖分 軸瓦和聯(lián)接螺栓所組成，具有較好的潤滑性能，替代了目前較復雜的支撐結構形式；游梁主 體采用工字鋼結構，驢頭主體由槽鋼焊接而成，可進一步簡化抽水機的結構；游梁通過游梁 支撐作用在支架上，支架的前腿和后腿以及橫撐和斜撐均采用角鋼焊接而成，結構簡單。抽 水機的底座設計有導軌裝置，該導軌由三塊鋼板焊接而成，三塊鋼板構成一個凹槽結構，與 底座主體所用工字鋼的低端面配合在一起；同時，底座的一端設計有螺桿和手柄，螺桿采用 梯形螺紋結構，通過旋轉手柄而使底座產生沿導軌方向的軸向運動，便于修井作業(yè)時，抽水 機讓出井口位置。動力機為抽水機提供動力，采用螺旋錐齒輪減速機作為抽水機的動力機及無極變速傳動系統(tǒng)，減速機的一側安裝有單曲柄和單連桿結構，并通過由槽鋼焊接而成的框架結 構固定在抽水機的底座上。該減速機將動力機、調速器和減速器集成在一起，其調速器上設 計調速手柄，通過旋轉手柄，實現(xiàn)沖次在較大傳動比范圍內的連續(xù)調整。而且，減速機的輸 出力矩依據(jù)所調整沖次的大小而變化，可滿足小型抽水機輸出力矩的需要。井口裝置自上而下依次由密封盒、三通、水管頭、四通、套管頭和井口支撐連接而 成。井口支撐上下兩端均設計有圓盤狀法蘭，通過地腳螺栓固定在地面上。套管頭采用塑 料材質的雙片法蘭，用來實現(xiàn)套管柱頂端的固定，套管頭通過雙頭螺栓與四通和井口支撐 聯(lián)接在一起。三通的端口與出水管連接，而四通的一個端口與進水管連接，另一端口與出氣 管連接，也可與入氣管連接。水管頭用來實現(xiàn)水管柱頂端的固定，與三通和四通的兩端均采 用雙片法蘭結構，并通過螺栓聯(lián)接在一起。密封盒包括壓蓋、密封腔和底板三個部分，其外 端均設計有法蘭盤結構，壓蓋與密封腔間通過螺栓聯(lián)接，通過調節(jié)螺栓軸向移動壓蓋，來壓 緊密封腔中盤根，實現(xiàn)井口裝置與光桿的密封；盤根采用新舊普通V帶均可，繞光桿螺旋纏 繞，置入密封腔。實驗中，井中的液體通過桿管環(huán)空的輸送，從三通的端口排出，進入儲水罐 儲存，然后通過四通的一個端口向水套環(huán)空中注入等體積相同成分的井液，及時補充排出 的井液，由此實現(xiàn)井液的循環(huán)利用，保持一定的沉沒度，且動液面高度不變，四通的另一個 端口用于排出和補充水套環(huán)空中的氣體，并安裝有壓力計，實時測量井口壓力值。套管頭、 四通、水管頭和三通間均安裝3 5mm厚的墊片實現(xiàn)密封，并方便管柱長度冗余時進行調
iF. ο儲水裝置用來儲存井液并及時向井中補充井液，包括儲水罐、罐底座、進水管、出 水管和水閥幾部分。儲水罐由鋼板焊接而成，中間部分用角鋼圓周焊的方式進行加固，罐底 座的主體采用槽鋼，并用地腳螺栓固定在地面上。出水管和進水管由水管、變徑接頭、90° 彎頭和三通連接而成，出水管的一端與儲水罐連接，另一端與井口三通連接，而進水管的一 端與儲水罐連接，另一端則與井口四通連接。出水管和進水管上均安裝有水閥，用于控制液 體流速，進而模擬井中排液量的變化，另外，改變進水管和出水管中的井液流速，可調整水 套環(huán)空中的動液面高度。排采桿柱用于抽水機和井下排采泵之間的聯(lián)接，包括光桿、排采桿、接箍和變徑 短接桿四部分。排采桿采用實心圓形斷面的鋼桿，兩端加工有外螺紋接頭、卸載槽和扳手方頸，外螺紋接頭采用普通螺紋，用來與接箍相聯(lián)接；卸載槽形狀與退刀槽相同，用來減輕 由于螺紋和截面變化引起的應力集中；扳手方頸由兩個平行扳手平面構成，在裝卸排采桿 時，用來卡住排采桿。光桿是排采桿柱上部一根特殊的排采桿，其結構與尺寸與排采桿相 同，但需要進行精密加工，其表面拋光處理，桿體表面粗糙度不大于3. 2 μ m，沒有深度大于 0. 15mm的橫向缺陷和縱向缺陷，桿體上任意305mm長度內的直線度偏差不得大于1. 5mm,以 實現(xiàn)與井口密封盒的配合，密封井口。接箍采用圓環(huán)形斷面的鋼管，管外壁帶扳手方頸，內 壁加工有內螺紋，與光桿和排采桿的外螺紋接頭相配合。變徑短接桿兩端加工有不同尺寸 的外螺紋接頭，其上端與排采桿柱下部的接箍聯(lián)接，下端與排采泵的柱塞聯(lián)接。水管柱與排采桿柱組成桿管環(huán)形空間，用來輸送液體，進行排水， 包括水管、上接 頭、下接頭、尾管、本體和底部端蓋幾部分。水管、上接頭和下接頭均采用透明塑料，上接頭 和下接頭通過螺紋聯(lián)接在一起后，兩端再與水管連接；尾管貫穿于本體的腔體中，其上端與 泵筒和水管柱的下部順次聯(lián)接，下端通過銷軸與底部端蓋和本體錨定在一起，管壁上加工 有不同直徑的篩孔，便于井液攜帶不同大小的固體顆粒穿過；本體位于水管柱的最下面，兩 端采用法蘭盤結構，上端通過雙頭螺紋固定在底座上，并用墊片實現(xiàn)密封；底部端蓋上端采 用柱狀結構，置入尾管內壁中，端蓋上端加工有五個環(huán)形溝槽，用來放置〇形橡膠密封圈， 實現(xiàn)井底尾管的密封，端蓋下端為法蘭盤結構，通過螺栓與本體底部聯(lián)接在一起，并用墊片 實現(xiàn)密封。套管柱與水管柱構成水套環(huán)形空間，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，通過由令連接在一起；井底三通位于套管柱的底部，其上端與 套管聯(lián)接，下端通過雙片法蘭與密封盒的密封底板和密封本體聯(lián)接，并用墊片實現(xiàn)密封，在 砂、煤粉和煤矸石等造成井底發(fā)生堵塞時，可從井底三通的端口清理出淤積的固體顆粒；密 封盒包括襯套、密封本體、密封盤根和密封底板，密封盤根從尾管的底端置入密封腔中，采 用常規(guī)式聚四氟乙烯密封圈，其獨特的截面形狀，使其具有良好的工作性能和徑向補償能 力；襯套采用柱狀結構，從尾管的底端置入密封腔中，擠壓襯套，壓緊密封盤根，實現(xiàn)井底套 管與水管間的密封；密封底板上加工有一個環(huán)形溝槽，放置〇形橡膠密封圈，進一步加強三 通端面與密封盒之間的密封；密封底板和密封本體的兩端均采用圓盤狀法蘭，通過螺栓聯(lián) 接密封本體與底板；底板通過由槽鋼焊接而成的框架結構固定在井底的端面上。實驗中，水 套環(huán)形空間的物性分布從上至下依次為氣柱段、氣水兩相液柱段和水柱段三段，桿管環(huán)形 空間產出水的同時，水套環(huán)形空間中生產氣體。排采泵由泵筒總成、柱塞總成和固定閥總成組成。泵筒總成包括水管接箍、加長短 節(jié)、泵筒和泵筒接箍，水管接箍和泵筒接箍采用圓環(huán)形斷面的鋼管，內壁加工有內螺紋，水 管接箍直接連接在井下水管柱的下端，把排采泵固定在水管柱上；而泵筒接箍上端與加長 短節(jié)聯(lián)接并密封，下端與泵筒聯(lián)接并密封；泵筒兩端帶有外螺紋，內壁表面電鍍，然后精密 加工，耐磨、耐腐蝕性好，并與柱塞高精度配合；加長短節(jié)上下各一件，分別聯(lián)接在兩端的泵 筒接箍上。柱塞總成包括柱塞和游動閥總成；其中，游動閥總成位于柱塞上端，包括游動閥 罩、游動閥球與閥座；游動閥罩通過兩端的螺紋，上部與變徑短接桿聯(lián)接，下部與柱塞聯(lián)接， 閥罩內部安裝游動閥球與閥座，游動閥球與閥座的密封性要求高；實驗中，該游動閥只能向 上打開，以便將泵筒中柱塞下部的井液及時排入桿管環(huán)空中。固定閥總成位于泵筒的下端， 包括固定閥罩、固定閥球和閥座，固定閥罩由鎖緊裝置將其固定，固定閥球和閥座置入固定閥罩內，二者之間的密封性要求高，實驗中，該固定閥只能向上打開，以保證水套環(huán)形空間中的液體流經尾管進入泵筒中。檢測裝置用來完成實驗中數(shù)據(jù)的實時采集、分析與處理。在需要測試的構件上面 貼上應變片，采用無線動態(tài)應力、加速度測試儀，測量抽水機負荷與位移、桿件應力與應變 和曲柄軸扭矩等，以便完善有桿泵設備的設計與計算；將電流互感器卡住減速機的電源線， 用游梁式抽水機分節(jié)點效率分析與平衡狀態(tài)測試儀，測試各節(jié)點效率、平衡重調整和電機 功率等；采用激光測距儀和轉速表，測量懸點與柱塞的位移和速度，檢驗設備動力學性能； 在井口裝置的四通端口和井底三通端口處，安裝壓力變送器，測量井口和井底壓力值，檢測 壓力與產能的變化關系；在儲水裝置的進水管上安裝電磁流量計，測量管中液體流速和排 液量；液位變送器安裝在水套環(huán)空中動液面以下的井底處，測量液位，監(jiān)控動液面和沉沒度 的變化；數(shù)據(jù)采集器和單輸入通道儀表通過串口，一端與檢測設備連接，另一端與計算機連 接，通過檢測設備測試采集到的所有數(shù)據(jù)，均由數(shù)據(jù)采集器和單輸入通道儀表及時輸入計 算機，在對數(shù)據(jù)作分析和反饋后，進行相應的處理。本發(fā)明所能達到的技術效果是，采用排采桿柱、水管柱和套管柱，提供兩個環(huán)形空 間，實現(xiàn)桿管環(huán)空排水的同時，水套環(huán)空出氣的現(xiàn)場模擬；水套環(huán)空中自上而下的氣柱、氣 水兩相液柱和水柱的物性分布現(xiàn)場模擬，可完成兩相流中氣體充分分離時間與條件的試驗 研究；采用螺旋錐齒輪減速機構成的無極變速傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)較大傳動比和沖次連續(xù)可調， 結合電磁流量計，實現(xiàn)排液量實時測量和在3 30m3/d任意調整的低排量現(xiàn)場模擬，完成 砂、煤粉和煤焦的運動特性和排出條件的試驗研究；管柱總高度30m，通過液位變送器，實 現(xiàn)水套環(huán)空中動液面的實時測量和沉沒度在0 20m范圍內任意調整的現(xiàn)場模擬，完成低 沉沒度下泵閥開啟條件的試驗研究；安裝壓力變送器，實時測量井口壓力和井底壓力，完成 產能隨壓力變化的氣井動態(tài)分析試驗研究；采用無線動態(tài)應力測試儀和激光測距儀，完成 懸點負荷、桿件應力與應變和懸點與柱塞位移的實時測量；采用自行研制游梁式抽水機分 節(jié)點效率分析與平衡狀態(tài)測試儀，完成模擬裝置各節(jié)點效率、平衡重調整和電機功率的實 時測試；游梁平衡重采用分體式結構，曲柄平衡重位置可連續(xù)調整，實現(xiàn)抽水機的較好平 衡，并且底座上設計有導軌和旋轉螺桿，方便整機移動，以便修井時讓出井口位置；采用集 成的傳動系統(tǒng)，以及單曲柄、單連桿和滑動軸承結構，使整機尺寸和占地面積減小，節(jié)約成 本。


下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明圖1是根據(jù)本發(fā)明所提出的排水采氣模擬實驗裝置的典型結構主視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明所提出的排水采氣模擬實驗裝置的典型結構俯視圖。圖3是排水采氣模擬實驗裝置中抽水機的結構示意圖。圖4是排水采氣模擬實驗裝置中井口裝置的結構示意圖。圖5是排水采氣模擬實驗裝置中井底總成的結構示意圖。圖中1-排采泵，2-套管柱，3-水管柱，4-排采桿柱，5-井□裝置，6-檢測裝置， 7-儲水裝置，8-抽水機，9-減速機，10-支架，11-懸繩器，12-驢頭，13-游梁，14-游梁平衡 重，15-橫梁支撐，16-連桿，17-曲柄，18-減速機底座，19-底座，20導軌，21-壓蓋，22-密封腔，23-底板，24-三通，25-雙片法蘭，26-水管頭，27-四通，28-壓力變送器，29-套管頭， 30-井口支撐，31-泵筒，32-泵筒接箍，33-加長短節(jié)，34-水管接箍，35-水管，36-下接頭， 37-上接頭，38-套管，39-排采桿，40-接箍，41-由令，42-變徑短接桿，43-游動閥總成， 44-柱塞，45-固定閥總成，46井底三通，47-尾管，48-密封盤根，49-密封本體，50-襯套， 51-底板，52-本體，53-底部端蓋。
具體實施例方式在圖1中，用水管柱3把排采泵1的泵筒下到井內動液面以下，用排采桿柱4把柱 塞從水管柱內下入泵筒，水管柱從套管柱2內下入，形成水套環(huán)形空間，用于模擬氣水兩相 流，進行采氣，排采桿柱從水管柱內下入，形成桿管環(huán)形空間，用來輸送井液，排采桿柱上端 的光桿通過井口裝置5懸掛在抽水機8的驢頭上，借助于抽水機的四連桿機構，把減速機9 的旋轉運動變?yōu)閼尹c的往復運動。動力從地面經排采桿柱4傳到井下，排采泵1的柱塞在 桿柱的帶動下作往復運動，從而將井中的液體經由桿管環(huán)空輸送至井口的三通，然后通過 儲水裝置7的出水管輸送至儲水罐中儲存，并通過儲水罐及時向井中補充井液，液體經由 進水管輸送至井口的四通，進入水套環(huán)空中，再經由尾管和泵柱塞進入桿管環(huán)空，由此實現(xiàn) 模擬實驗中井液的循環(huán)利用和井下動液面的相對穩(wěn)定。另外，減速機將動力機、調速器和減 速器集成在一起，保證實驗中沖次在較大傳動比范圍內的連續(xù)調整；無線動態(tài)應力測試儀、 激光測距儀、壓力變送器、電磁流量計、液位變送器、數(shù)據(jù)采集器等檢測裝置6保證實驗中 數(shù)據(jù)的實時采集、分析與處理。在圖1中，修井作業(yè)或者更換水管和排采泵型號時，應首先關閉減速機9的電源， 將井下水套環(huán)形空間中的氣體抽出，井中的液體從井底三通46的端口排出，卸掉井中原有 的壓力；然后從懸繩器11上卸下排采桿柱4 ；接著，松開抽水機底座19上的地腳螺栓，通過 手柄旋轉螺桿，使抽水機沿著導軌20運動一段距離，讓出井口位置；最后，松開井口裝置5 中密封盒與三通24聯(lián)接的螺栓，并取下密封盒。在圖3中，減速機9驅動抽水機8，在減速機的一側安裝由單曲柄17、單連桿16、 游梁13和支架10順序聯(lián)接組成的四桿機構，游梁通過驢頭12和懸繩器11連接并驅動井 口排采桿柱，實現(xiàn)懸點的上下往復運動。各構件的結構尺寸經過優(yōu)化設計，采用游梁平衡 與曲柄平衡的復合平衡形式，游梁平衡重14采用分體式結構，且曲柄平衡重位置可連續(xù)調 整，由此使抽水機達到較好的平衡狀態(tài)。該抽水機通過曲柄孔的選擇，進行沖程調整，通過 減速機調整沖次，可實現(xiàn)沖程的有級、沖次的較大范圍內無級調節(jié)。減速機通過減速機底座 18固定在抽水機底座19上，橫梁支撐15用來聯(lián)接連桿和游梁，采用對開式二螺旋正滑動軸 承，通過軸承蓋上的油杯潤滑軸承，底座19上設計有導軌20，通過手柄旋轉螺桿，即可方便 地移動整個抽水機。支架10可采用前部兩腿和后部兩腿的四腿形式放置在底座19上，也 可以采用前部單腿和后部兩腿的三腿形式放置，整體布局較為方便，穩(wěn)定性好。
在圖4中，密封盒位于井口裝置5的最上端，由壓蓋21、密封腔22和底板23組成， 材料選用45鋼，壓蓋與密封腔間通過螺栓聯(lián)接，盤根繞光桿螺旋纏繞置入密封腔22中，調 節(jié)螺栓通過壓蓋21壓緊盤根，產生徑向力，實現(xiàn)井口的密封；三通24和四通27的兩端均采 用雙片法蘭25的結構，通過螺栓聯(lián)接密封盒和三通24上端，三通與桿管環(huán)形空間聯(lián)通，實 驗中，井液從三通的端口排出；三通下端、水管頭26和四通27上端通過螺栓聯(lián)接在一起，四通與水套環(huán)形空間聯(lián)通，實驗中，氣體從四通的一個端口排出，井中形成流動的氣柱，通過控制氣體排出的速度，來調整井中氣柱的壓力，同時在此端口安裝壓力變送器28，測量井口 套壓，而儲水罐中的液體從四通的另一個端口注入，及時補充排出的井液；井口裝置的最下 端用雙頭螺栓聯(lián)接四通下端、套管頭29和井口支撐30，地腳螺栓通過井口支撐下端的法蘭 盤將整個井口裝置5固定在地面上。在圖5中，排采桿39通過螺紋與接箍40聯(lián)接成排采桿柱4，材料選用45鋼，排采 桿柱上端采用光桿，依靠懸繩器11懸掛在抽水機的驢頭12上，并同井口裝置5的密封盒配 合密封井口，光桿通過接箍40聯(lián)接井下的排采桿柱，排采桿柱下端通過螺紋將接箍、變徑 短接桿42和柱塞44聯(lián)接在一起，柱塞隨排采桿柱作上下往復運動，進行排水。水管35通過 上接頭37和下接頭36聯(lián)接成水管柱3，與排采桿柱形成桿管環(huán)形空間，水管柱上端依靠雙 片法蘭25結構的水管頭26固定在井口上，并實現(xiàn)密封，水管柱下端通過水管接箍34與泵 筒31和尾管47順次聯(lián)接在一起，尾管47通過銷軸與本體52和底部端蓋53錨定在一起，由 此井液經過尾管的篩孔進入泵筒并通過柱塞的運動進入桿管環(huán)空中。套管38通過由令41 聯(lián)接成套管柱2，與水管柱形成水套環(huán)形空間，氣體依靠環(huán)空中的壓力差排出；套管柱上端 采用雙片法蘭25結構的套管頭29固定在井口上，套管柱下端通過井底三通46與密封盒聯(lián) 接，密封盒由襯套50、密封本體49和密封底板組成，材料選用45鋼，密封盤根48沿著尾管 47置入密封本體49的密封腔中，旋緊密封本體49和本體52的聯(lián)接螺栓，通過襯套50壓緊 密封盤根48，產生徑向力，實現(xiàn)水管柱與套管柱下端的密封；通過雙頭螺栓將密封盒和本 體52 —起固定在底板51上。實驗中，氣體從井底三通46的端口充入，與水套環(huán)空中的液 體形成氣水兩相流，并及時補充氣柱段中的氣體，維持一定的井口壓力；在尾管47外發(fā)生 堵塞的情況下，需要打開井底三通46端口的端蓋，取出淤積的固體顆粒，將井底清理干凈， 然后蓋上端蓋即可；在尾管47的管筒里淤積固體顆粒并造成卡泵時，需要松開本體52和底 部端蓋53的聯(lián)接螺栓，拔出錨定用的銷軸，打開底部端蓋53，將尾管47清理干凈，然后蓋上 底部端蓋，插入銷軸，擰緊螺栓即可。在圖5中，排采泵1的泵筒31是按照設計的泵掛深度由水管接箍34直接聯(lián)接在 水管柱3的下端，然后通過加長短節(jié)33和泵筒接箍32與尾管47聯(lián)接，而柱塞44則隨排采 桿柱4下入泵筒31內，柱塞上端有一套游動閥總成43，另外，固定閥總成45由鎖緊裝置與 泵筒固定在一起。上沖程中，柱塞44隨排采桿柱4上行，柱塞以下的泵筒容積增大，壓力降 低，游動閥在上下壓差的作用下關閉，而固定閥在水套環(huán)形空間中的沉沒度作用下打開，井 液經尾管47的篩孔和固定閥孔流入泵筒中，同時，柱塞及游動閥以上的井液隨排采桿柱向 上運動，被舉升到井口，通過出水管排出。下沖程中，柱塞下行，泵筒內壓力增大，游動閥打 開，固定閥關閉，井液經過游動閥進入柱塞以上的桿管環(huán)空中，這樣，柱塞上下往復運動一 次，排采泵完成了一個抽吸周期。隨周期重復不斷進行，井液就不斷被舉升至井口。在圖5中，作業(yè)時，應首先拆卸排采桿柱4，用起吊裝置將排采桿柱從水管柱3中 取出，扳手卡住排采桿39和接箍40的扳手方頸，松開二者間的聯(lián)接螺紋，順次卸下每節(jié)排 采桿，最后卸下排采桿柱下端的柱塞44 ；然后，拆卸水管柱3，松開井口裝置5中三通24和 四通27的聯(lián)接螺栓，并卸下三通，接著松開本體52與底板51聯(lián)接的螺栓并拔出銷軸，卸下 本體和底部端蓋53，再用起吊裝置將水管柱從套管柱2中取出，扳手卡住上接頭37和下接 頭36的卡箍，松開二者間的聯(lián)接螺紋，順次卸下每節(jié)水管，最后卸下水管柱下端的泵筒31和尾管47 ；接著，拆卸套管柱2，松開密封本體49和井底三通46的聯(lián)接螺栓，取出密封盤根 48和襯套50，卸下密封盒，移開底板51，整個套管柱依據(jù)套管頭29和井口支撐30的固定作 用，處于自然伸長的懸掛狀態(tài)即可；最后，從井口處向套管柱2中注入清水 ，將套管柱的管 壁清洗干凈。
權利要求
一種排水采氣模擬實驗裝置，包括減速機、抽水機、井口裝置、儲水裝置、檢測裝置、套管柱、水管柱、排采桿柱和排采泵，采用減速機作為動力機和傳動系統(tǒng)，由曲柄、連桿、游梁和支架順次聯(lián)接組成的四桿機構實現(xiàn)懸點的上下往復運動，用排采桿帶動井下排采泵的柱塞進行排水，同時水套環(huán)空進行采氣，其特征是排采桿柱、水管柱和套管柱由里而外依次排列，提供桿管和水套兩個環(huán)形空間，水套環(huán)形空間的物性分布自上而下依次為氣柱、氣水兩相液柱和水柱；在減速機的一側安裝單曲柄、單連桿和含滑動軸承的橫梁支撐，游梁通過驢頭聯(lián)接并驅動井口光桿；采用電動機、調速器和減速器集成于一體的減速機作為實驗裝置的動力機和無極變速傳動系統(tǒng)，減速機通過槽鋼焊接結構的框架固定在抽水機底座上；抽水機的游梁尾部裝有平衡重，該平衡重采用分體式結構，由數(shù)個單體平衡塊組成，橫梁支撐采用滑動軸承結構，由軸承蓋、軸承座、剖分軸瓦和聯(lián)接螺栓所組成，軸承蓋上有潤滑軸承的油杯，抽水機的底座上有導軌和螺桿，導軌采用由三塊鋼板焊接構成的凹槽結構，與底座主體的工字鋼端面配合，螺桿采用梯形螺紋，通過旋轉螺桿使底座沿導軌運動，讓出井口；井口裝置包括密封盒、三通、水管頭、四通、套管頭和井口支撐，密封盒的壓蓋通過螺栓與密封腔聯(lián)接，三通的端口與出水管連接，四通的一個端口與進水管連接，另一端口與出氣管(或入氣管)連接并安裝壓力計，水管頭通過螺栓與三通和四通的端面聯(lián)接，套管頭通過雙頭螺栓與四通和井口支撐聯(lián)接；儲水罐由鋼板焊接而成，中間用圓周焊的角鋼加固；排采桿柱包括光桿、排采桿、接箍和變徑短接桿，排采桿和光桿采用兩端加工有外螺紋接頭的實心鋼桿，其上有卸載槽和扳手方頸，接箍采用鋼管，管外壁帶扳手方頸，內壁加工有內螺紋，與光桿和排采桿的外螺紋接頭相配合，變徑短接桿兩端有不同尺寸的外螺紋接頭，上端與接箍聯(lián)接，下端與柱塞聯(lián)接；水管通過上接頭和下接頭進行連接，尾管的管壁上有不同直徑的篩孔，其上端與泵筒和水管柱聯(lián)接，下端通過銷軸與底部端蓋和本體錨定在一起；套管通過由令進行連接，井底三通的端口與入氣管連接，其上端通過螺栓與套管柱聯(lián)接，下端與密封盒的密封底板和密封本體聯(lián)接，密封本體的下端通過雙頭螺栓與底板聯(lián)接，底板通過槽鋼焊接結構的框架固定在井底的端面上；游動閥總成位于柱塞上端，其上部與變徑短接桿聯(lián)接，下部與柱塞聯(lián)接，固定閥總成通過鎖緊裝置固定在泵筒的下端；電磁流量計安裝在儲水裝置的進水管上，壓力變送器安裝在井口裝置的四通端口和井底三通端口處，液位變送器安裝在水套環(huán)空中動液面以下的井底處，在抽水機的各桿件和排采桿柱的上端貼上無線動態(tài)應力儀的應變片，測試桿件受力。
2.根據(jù)權利要求1所述的排水采氣模擬實驗裝置，其特征是井口裝置密封盒的盤根 采用新舊普通V帶均可，套管柱底部密封盒的密封盤根采用矩形密封圈。
3.根據(jù)權利要求1所述的排水采氣模擬實驗裝置，其特征是數(shù)據(jù)采集器和單輸入通 道儀表通過串口，一端與檢測設備連接，另一端與計算機連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的排水采氣模擬實驗裝置，其特征是抽水機的支架為前部兩 腿和后部兩腿的四腿形式固定在底座上。
5.根據(jù)權利要求1所述的排水采氣模擬實驗裝置，其特征是抽水機的支架為前部單 腿和后部兩腿的三腿形式固定在底座上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種排水采氣模擬實驗裝置，用于模擬煤層氣井或其它產水氣井的排水采氣。它是由減速機、抽水機、井口裝置、儲水裝置、檢測裝置、套管柱、水管柱、排采桿柱和排采泵組成。排采桿柱、水管柱和套管柱提供兩個環(huán)形空間，桿管環(huán)空排水的同時，水套環(huán)空出氣；水套環(huán)空中的物性分布實現(xiàn)兩相流氣體分離條件的研究；減速機集成動力機和傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)較大傳動比和沖次連續(xù)可調，以及排液量在3～30m3/d和沉沒度在0～20m的任意調整；檢測裝置實現(xiàn)排液量、動液面、壓力、井液成分和桿件受力的實時監(jiān)測；游梁平衡重采用分體式結構，曲柄平衡重位置可連續(xù)調整，實現(xiàn)抽水機較好平衡；采用單曲柄、單連桿和滑動軸承結構，減小整機尺寸。
文檔編號E21B43/00GK101806202SQ201010139150
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權日2010年3月31日
發(fā)明者劉新福, 劉春花, 李延祥, 楊磊, 綦耀光 申請人:中國石油大學(華東)