排水採氣模擬實驗裝置的製作方法

2023-05-14 18:13:31 5

專利名稱：排水採氣模擬實驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種煤層氣井或其它產水氣井進行排水採氣的模擬裝置，適用於有杆 排採工藝系統。
背景技術：
目前，現有的模擬實驗裝置是由動力機、抽油機、油管、抽油杆和抽油泵組成的有 杆設備，用於油井的液體舉升，實驗時，向抽油杆和油管組成的環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 擬油井開採中的井下狀況，完成井液流速、固粒沉降和杆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行空間，不能模擬杆管環空排水， 同時油套環空出氣的排採狀況，因此並不適合產水氣井的實驗模擬；而且，只能向杆管環空 中注入定量的液體，而實際井的杆管環空充滿井液，其外的油套環空中也存在一定沉沒度 的液體，且沉沒度的高度隨排採的進行而不斷變化；同時，杆柱和管柱通常僅為1 3m，無 法完成對動液面和沉沒度高度變化的模擬；另外，抽油機的衝次一定，無法連續調整，而實 際開採中排液量不斷變化，需要實現無極調速，以滿足排液要求。

發明內容
為了克服現有的有杆舉升模擬實驗裝置的不足，本發明的目的是提供一種排水採 氣模擬實驗裝置，該模擬裝置不僅能提供杆管環空排水，水套環空出氣，沉沒度在一定高度 內和排液量在一定範圍內實時調整的實驗系統，而且能夠實現排液量、動液面、井壓、井液 成份和杆件受力實時監測，以及衝次在較大範圍內連續可調的實驗要求。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是開發一種杆柱和管柱的高度為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的排水採氣模擬實驗裝置， 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、排採杆柱 和排採泵。用水管柱把排採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，用排採杆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遊動閥。在減 速機的一側安裝由單曲柄、單連杆、遊梁和支架順序聯接組成的四桿機構，遊梁通過遊梁支 撐作用在支架上，並通過驢頭連接驅動井口光杆，實現懸點的上下往復運動，光杆位於排採 杆柱的最上端，通過井口裝置懸掛在驢頭上，用排採杆柱帶動排採泵的柱塞運動，井中的液 體流經排採杆柱和水管柱間的杆管環形空間舉升至井口，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為排採杆柱的往復運 動。根據煤層氣井不同運行狀況和衝程的要求，對抽水機四桿機構的結構尺寸進行優化，以 滿足不同工況的需要。抽水機採用複合平衡的方式，曲柄平衡採用單曲柄結構，整個柄體由 生鐵鑄造而成，平衡重的位置可連續調整，實現抽水機的較好平衡；遊梁平衡採用可調式的 結構，平衡重採用分體式結構，即整個平衡重是由數個鑄造而成的單體平衡塊組成，並依靠兩個貫穿所有平衡塊的長螺栓固定於遊梁尾部，在進行平衡調整時，只需要增加或減少平 衡塊的數量，即可使抽水機處在較好的平衡狀態，對實現節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杆聯接，連杆採用槽鋼結構，並通過橫梁支撐 與遊梁聯接在一起；橫梁支撐採用對開式二螺旋正滑動軸承結構，由軸承蓋、軸承座、剖分 軸瓦和聯接螺栓所組成，具有較好的潤滑性能，替代了目前較複雜的支撐結構形式；遊梁主 體採用工字鋼結構，驢頭主體由槽鋼焊接而成，可進一步簡化抽水機的結構；遊梁通過遊梁 支撐作用在支架上，支架的前腿和後腿以及橫撐和斜撐均採用角鋼焊接而成，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杆和手柄，螺杆採用 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，便於修井作業時，抽水 機讓出井口位置。動力機為抽水機提供動力，採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，減速機的一側安裝有單曲柄和單連杆結構，並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，實現衝次在較大傳動比範圍內的連續調整。而且，減速機的輸 出力矩依據所調整衝次的大小而變化，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。套管頭採用塑 料材質的雙片法蘭，用來實現套管柱頂端的固定，套管頭通過雙頭螺栓與四通和井口支撐 聯接在一起。三通的埠與出水管連接，而四通的一個埠與進水管連接，另一埠與出氣 管連接，也可與入氣管連接。水管頭用來實現水管柱頂端的固定，與三通和四通的兩端均採 用雙片法蘭結構，並通過螺栓聯接在一起。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接，通過調節螺栓軸向移動壓蓋，來壓 緊密封腔中盤根，實現井口裝置與光杆的密封；盤根採用新舊普通V帶均可，繞光杆螺旋纏 繞，置入密封腔。實驗中，井中的液體通過杆管環空的輸送，從三通的埠排出，進入儲水罐 儲存，然後通過四通的一個埠向水套環空中注入等體積相同成分的井液，及時補充排出 的井液，由此實現井液的循環利用，保持一定的沉沒度，且動液面高度不變，四通的另一個 埠用於排出和補充水套環空中的氣體，並安裝有壓力計，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厚的墊片實現密封，並方便管柱長度冗餘時進行調
iF. ο儲水裝置用來儲存井液並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 座的主體採用槽鋼，並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，用於控制液 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 套環空中的動液面高度。排採杆柱用於抽水機和井下排採泵之間的聯接，包括光杆、排採杆、接箍和變徑 短接杆四部分。排採杆採用實心圓形斷面的鋼杆，兩端加工有外螺紋接頭、卸載槽和扳手方頸，外螺紋接頭採用普通螺紋，用來與接箍相聯接；卸載槽形狀與退刀槽相同，用來減輕 由於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，在裝卸排採杆 時，用來卡住排採杆。光杆是排採杆柱上部一根特殊的排採杆，其結構與尺寸與排採杆相 同，但需要進行精密加工，其表面拋光處理，杆體表面粗糙度不大於3. 2 μ m，沒有深度大於 0. 15mm的橫向缺陷和縱向缺陷，杆體上任意305mm長度內的直線度偏差不得大於1. 5mm,以 實現與井口密封盒的配合，密封井口。接箍採用圓環形斷面的鋼管，管外壁帶扳手方頸，內 壁加工有內螺紋，與光杆和排採杆的外螺紋接頭相配合。變徑短接杆兩端加工有不同尺寸 的外螺紋接頭，其上端與排採杆柱下部的接箍聯接，下端與排採泵的柱塞聯接。水管柱與排採杆柱組成杆管環形空間，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、上接頭和下接頭均採用透明塑料，上接頭 和下接頭通過螺紋聯接在一起後，兩端再與水管連接；尾管貫穿於本體的腔體中，其上端與 泵筒和水管柱的下部順次聯接，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，便於井液攜帶不同大小的固體顆粒穿過；本體位於水管柱的最下面，兩 端採用法蘭盤結構，上端通過雙頭螺紋固定在底座上，並用墊片實現密封；底部端蓋上端採 用柱狀結構，置入尾管內壁中，端蓋上端加工有五個環形溝槽，用來放置〇形橡膠密封圈， 實現井底尾管的密封，端蓋下端為法蘭盤結構，通過螺栓與本體底部聯接在一起，並用墊片 實現密封。套管柱與水管柱構成水套環形空間，套管柱包括套管、由令、井底三通和密封盒四 部分。套管採用透明塑料管，通過由令連接在一起；井底三通位於套管柱的底部，其上端與 套管聯接，下端通過雙片法蘭與密封盒的密封底板和密封本體聯接，並用墊片實現密封，在 砂、煤粉和煤矸石等造成井底發生堵塞時，可從井底三通的埠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，採 用常規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；襯套採用柱狀結構，從尾管的底端置入密封腔中，擠壓襯套，壓緊密封盤根，實現井底套 管與水管間的密封；密封底板上加工有一個環形溝槽，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採用圓盤狀法蘭，通過螺栓聯 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，杆管環形 空間產出水的同時，水套環形空間中生產氣體。排採泵由泵筒總成、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、泵筒和泵筒接箍，水管接箍和泵筒接箍採用圓環形斷面的鋼管，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，把排採泵固定在水管柱上；而泵筒接箍上端與加長 短節聯接並密封，下端與泵筒聯接並密封；泵筒兩端帶有外螺紋，內壁表面電鍍，然後精密 加工，耐磨、耐腐蝕性好，並與柱塞高精度配合；加長短節上下各一件，分別聯接在兩端的泵 筒接箍上。柱塞總成包括柱塞和遊動閥總成；其中，遊動閥總成位於柱塞上端，包括遊動閥 罩、遊動閥球與閥座；遊動閥罩通過兩端的螺紋，上部與變徑短接杆聯接，下部與柱塞聯接， 閥罩內部安裝遊動閥球與閥座，遊動閥球與閥座的密封性要求高；實驗中，該遊動閥只能向 上打開，以便將泵筒中柱塞下部的井液及時排入杆管環空中。固定閥總成位於泵筒的下端， 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據的實時採集、分析與處理。在需要測試的構件上面 貼上應變片，採用無線動態應力、加速度測試儀，測量抽水機負荷與位移、杆件應力與應變 和曲柄軸扭矩等，以便完善有杆泵設備的設計與計算；將電流互感器卡住減速機的電源線， 用遊梁式抽水機分節點效率分析與平衡狀態測試儀，測試各節點效率、平衡重調整和電機 功率等；採用雷射測距儀和轉速表，測量懸點與柱塞的位移和速度，檢驗設備動力學性能； 在井口裝置的四通埠和井底三通埠處，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係；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空中動液面以下的井底處，測量液位，監控動液面和沉沒度 的變化；數據採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，通過檢測設備測試採集到的所有數據，均由數據採集器和單輸入通道儀表及時輸入計 算機，在對數據作分析和反饋後，進行相應的處理。本發明所能達到的技術效果是，採用排採杆柱、水管柱和套管柱，提供兩個環形空 間，實現杆管環空排水的同時，水套環空出氣的現場模擬；水套環空中自上而下的氣柱、氣 水兩相液柱和水柱的物性分布現場模擬，可完成兩相流中氣體充分分離時間與條件的試驗 研究；採用螺旋錐齒輪減速機構成的無極變速傳動系統，實現較大傳動比和衝次連續可調， 結合電磁流量計，實現排液量實時測量和在3 30m3/d任意調整的低排量現場模擬，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 現水套環空中動液面的實時測量和沉沒度在0 20m範圍內任意調整的現場模擬，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分析試驗研究；採用無線動態應力測試儀和雷射測距儀，完成 懸點負荷、杆件應力與應變和懸點與柱塞位移的實時測量；採用自行研製遊梁式抽水機分 節點效率分析與平衡狀態測試儀，完成模擬裝置各節點效率、平衡重調整和電機功率的實 時測試；遊梁平衡重採用分體式結構，曲柄平衡重位置可連續調整，實現抽水機的較好平 衡，並且底座上設計有導軌和旋轉螺杆，方便整機移動，以便修井時讓出井口位置；採用集 成的傳動系統，以及單曲柄、單連杆和滑動軸承結構，使整機尺寸和佔地面積減小，節約成 本。


下面結合附圖對本發明作進一步的說明圖1是根據本發明所提出的排水採氣模擬實驗裝置的典型結構主視圖。圖2是根據本發明所提出的排水採氣模擬實驗裝置的典型結構俯視圖。圖3是排水採氣模擬實驗裝置中抽水機的結構示意圖。圖4是排水採氣模擬實驗裝置中井口裝置的結構示意圖。圖5是排水採氣模擬實驗裝置中井底總成的結構示意圖。圖中1-排採泵，2-套管柱，3-水管柱，4-排採杆柱，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-遊梁，14-遊梁平衡 重，15-橫梁支撐，16-連杆，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，34-水管接箍，35-水管，36-下接頭， 37-上接頭，38-套管，39-排採杆，40-接箍，41-由令，42-變徑短接杆，43-遊動閥總成， 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把排採泵1的泵筒下到井內動液面以下，用排採杆柱4把柱 塞從水管柱內下入泵筒，水管柱從套管柱2內下入，形成水套環形空間，用於模擬氣水兩相 流，進行採氣，排採杆柱從水管柱內下入，形成杆管環形空間，用來輸送井液，排採杆柱上端 的光杆通過井口裝置5懸掛在抽水機8的驢頭上，藉助於抽水機的四連杆機構，把減速機9 的旋轉運動變為懸點的往復運動。動力從地面經排採杆柱4傳到井下，排採泵1的柱塞在 杆柱的帶動下作往復運動，從而將井中的液體經由杆管環空輸送至井口的三通，然後通過 儲水裝置7的出水管輸送至儲水罐中儲存，並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，進入水套環空中，再經由尾管和泵柱塞進入杆管環空，由此實現 模擬實驗中井液的循環利用和井下動液面的相對穩定。另外，減速機將動力機、調速器和減 速器集成在一起，保證實驗中衝次在較大傳動比範圍內的連續調整；無線動態應力測試儀、 雷射測距儀、壓力變送器、電磁流量計、液位變送器、數據採集器等檢測裝置6保證實驗中 數據的實時採集、分析與處理。在圖1中，修井作業或者更換水管和排採泵型號時，應首先關閉減速機9的電源， 將井下水套環形空間中的氣體抽出，井中的液體從井底三通46的埠排出，卸掉井中原有 的壓力；然後從懸繩器11上卸下排採杆柱4 ；接著，鬆開抽水機底座19上的地腳螺栓，通過 手柄旋轉螺杆，使抽水機沿著導軌20運動一段距離，讓出井口位置；最後，鬆開井口裝置5 中密封盒與三通24聯接的螺栓，並取下密封盒。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、單連杆16、 遊梁13和支架10順序聯接組成的四桿機構，遊梁通過驢頭12和懸繩器11連接並驅動井 口排採杆柱，實現懸點的上下往復運動。各構件的結構尺寸經過優化設計，採用遊梁平衡 與曲柄平衡的複合平衡形式，遊梁平衡重14採用分體式結構，且曲柄平衡重位置可連續調 整，由此使抽水機達到較好的平衡狀態。該抽水機通過曲柄孔的選擇，進行衝程調整，通過 減速機調整衝次，可實現衝程的有級、衝次的較大範圍內無級調節。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用來聯接連杆和遊梁，採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，通過手柄旋轉螺杆，即可方便 地移動整個抽水機。支架10可採用前部兩腿和後部兩腿的四腿形式放置在底座19上，也 可以採用前部單腿和後部兩腿的三腿形式放置，整體布局較為方便，穩定性好。
在圖4中，密封盒位於井口裝置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接，盤根繞光杆螺旋纏繞置入密封腔22中，調 節螺栓通過壓蓋21壓緊盤根，產生徑向力，實現井口的密封；三通24和四通27的兩端均採 用雙片法蘭25的結構，通過螺栓聯接密封盒和三通24上端，三通與杆管環形空間聯通，實 驗中，井液從三通的埠排出；三通下端、水管頭26和四通27上端通過螺栓聯接在一起，四通與水套環形空間聯通，實驗中，氣體從四通的一個埠排出，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，同時在此埠安裝壓力變送器28，測量井口 套壓，而儲水罐中的液體從四通的另一個埠注入，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，排採杆39通過螺紋與接箍40聯接成排採杆柱4，材料選用45鋼，排採 杆柱上端採用光杆，依靠懸繩器11懸掛在抽水機的驢頭12上，並同井口裝置5的密封盒配 合密封井口，光杆通過接箍40聯接井下的排採杆柱，排採杆柱下端通過螺紋將接箍、變徑 短接杆42和柱塞44聯接在一起，柱塞隨排採杆柱作上下往復運動，進行排水。水管35通過 上接頭37和下接頭36聯接成水管柱3，與排採杆柱形成杆管環形空間，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，並實現密封，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並通過柱塞的運動進入杆管環空中。套管38通過由令41 聯接成套管柱2，與水管柱形成水套環形空間，氣體依靠環空中的壓力差排出；套管柱上端 採用雙片法蘭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 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的聯接螺栓，通過襯套50壓緊 密封盤根48，產生徑向力，實現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的埠充入，與水套環空中的液 體形成氣水兩相流，並及時補充氣柱段中的氣體，維持一定的井口壓力；在尾管47外發生 堵塞的情況下，需要打開井底三通46埠的端蓋，取出淤積的固體顆粒，將井底清理乾淨， 然後蓋上端蓋即可；在尾管47的管筒裡淤積固體顆粒並造成卡泵時，需要鬆開本體52和底 部端蓋53的聯接螺栓，拔出錨定用的銷軸，打開底部端蓋53，將尾管47清理乾淨，然後蓋上 底部端蓋，插入銷軸，擰緊螺栓即可。在圖5中，排採泵1的泵筒31是按照設計的泵掛深度由水管接箍34直接聯接在 水管柱3的下端，然後通過加長短節33和泵筒接箍32與尾管47聯接，而柱塞44則隨排採 杆柱4下入泵筒31內，柱塞上端有一套遊動閥總成43，另外，固定閥總成45由鎖緊裝置與 泵筒固定在一起。上衝程中，柱塞44隨排採杆柱4上行，柱塞以下的泵筒容積增大，壓力降 低，遊動閥在上下壓差的作用下關閉，而固定閥在水套環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，柱塞及遊動閥以上的井液隨排採杆柱向 上運動，被舉升到井口，通過出水管排出。下衝程中，柱塞下行，泵筒內壓力增大，遊動閥打 開，固定閥關閉，井液經過遊動閥進入柱塞以上的杆管環空中，這樣，柱塞上下往復運動一 次，排採泵完成了一個抽吸周期。隨周期重複不斷進行，井液就不斷被舉升至井口。在圖5中，作業時，應首先拆卸排採杆柱4，用起吊裝置將排採杆柱從水管柱3中 取出，扳手卡住排採杆39和接箍40的扳手方頸，鬆開二者間的聯接螺紋，順次卸下每節排 採杆，最後卸下排採杆柱下端的柱塞44 ；然後，拆卸水管柱3，鬆開井口裝置5中三通24和 四通27的聯接螺栓，並卸下三通，接著鬆開本體52與底板51聯接的螺栓並拔出銷軸，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，鬆開二者間的聯接螺紋，順次卸下每節水管，最後卸下水管柱下端的泵筒31和尾管47 ；接著，拆卸套管柱2，鬆開密封本體49和井底三通46的聯接螺栓，取出密封盤根 48和襯套50，卸下密封盒，移開底板51，整個套管柱依據套管頭29和井口支撐30的固定作 用，處於自然伸長的懸掛狀態即可；最後，從井口處向套管柱2中注入清水 ，將套管柱的管 壁清洗乾淨。
權利要求
一種排水採氣模擬實驗裝置，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、排採杆柱和排採泵，採用減速機作為動力機和傳動系統，由曲柄、連杆、遊梁和支架順次聯接組成的四桿機構實現懸點的上下往復運動，用排採杆帶動井下排採泵的柱塞進行排水，同時水套環空進行採氣，其特徵是排採杆柱、水管柱和套管柱由裡而外依次排列，提供杆管和水套兩個環形空間，水套環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、單連杆和含滑動軸承的橫梁支撐，遊梁通過驢頭聯接並驅動井口光杆；採用電動機、調速器和減速器集成於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，減速機通過槽鋼焊接結構的框架固定在抽水機底座上；抽水機的遊梁尾部裝有平衡重，該平衡重採用分體式結構，由數個單體平衡塊組成，橫梁支撐採用滑動軸承結構，由軸承蓋、軸承座、剖分軸瓦和聯接螺栓所組成，軸承蓋上有潤滑軸承的油杯，抽水機的底座上有導軌和螺杆，導軌採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，螺杆採用梯形螺紋，通過旋轉螺杆使底座沿導軌運動，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接，三通的埠與出水管連接，四通的一個埠與進水管連接，另一埠與出氣管(或入氣管)連接並安裝壓力計，水管頭通過螺栓與三通和四通的端面聯接，套管頭通過雙頭螺栓與四通和井口支撐聯接；儲水罐由鋼板焊接而成，中間用圓周焊的角鋼加固；排採杆柱包括光杆、排採杆、接箍和變徑短接杆，排採杆和光杆採用兩端加工有外螺紋接頭的實心鋼杆，其上有卸載槽和扳手方頸，接箍採用鋼管，管外壁帶扳手方頸，內壁加工有內螺紋，與光杆和排採杆的外螺紋接頭相配合，變徑短接杆兩端有不同尺寸的外螺紋接頭，上端與接箍聯接，下端與柱塞聯接；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，井底三通的埠與入氣管連接，其上端通過螺栓與套管柱聯接，下端與密封盒的密封底板和密封本體聯接，密封本體的下端通過雙頭螺栓與底板聯接，底板通過槽鋼焊接結構的框架固定在井底的端面上；遊動閥總成位於柱塞上端，其上部與變徑短接杆聯接，下部與柱塞聯接，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埠和井底三通埠處，液位變送器安裝在水套環空中動液面以下的井底處，在抽水機的各杆件和排採杆柱的上端貼上無線動態應力儀的應變片，測試杆件受力。
2.根據權利要求1所述的排水採氣模擬實驗裝置，其特徵是井口裝置密封盒的盤根 採用新舊普通V帶均可，套管柱底部密封盒的密封盤根採用矩形密封圈。
3.根據權利要求1所述的排水採氣模擬實驗裝置，其特徵是數據採集器和單輸入通 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.根據權利要求1所述的排水採氣模擬實驗裝置，其特徵是抽水機的支架為前部兩 腿和後部兩腿的四腿形式固定在底座上。
5.根據權利要求1所述的排水採氣模擬實驗裝置，其特徵是抽水機的支架為前部單 腿和後部兩腿的三腿形式固定在底座上。
全文摘要
本發明提供了一種排水採氣模擬實驗裝置，用於模擬煤層氣井或其它產水氣井的排水採氣。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、排採杆柱和排採泵組成。排採杆柱、水管柱和套管柱提供兩個環形空間，杆管環空排水的同時，水套環空出氣；水套環空中的物性分布實現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，實現較大傳動比和衝次連續可調，以及排液量在3～30m3/d和沉沒度在0～20m的任意調整；檢測裝置實現排液量、動液面、壓力、井液成分和杆件受力的實時監測；遊梁平衡重採用分體式結構，曲柄平衡重位置可連續調整，實現抽水機較好平衡；採用單曲柄、單連杆和滑動軸承結構，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 優先權日2010年3月31日
發明者劉新福, 劉春花, 李延祥, 楊磊, 綦耀光 申請人:中國石油大學(華東)