一种采油负载的模拟装置.pdf

一种采油负载的模拟装置由滑轮换向机构、控制单元模块和液压单元模块构成，所述的滑轮换向机构由钢丝绳连接绳卡、固定的转向滑轮、钢丝绳固定端子、两个行程开关、钢丝绳、动滑轮、油缸活塞杆、地锚、导轨构成，所述控制单元模块由PLC、计算机、示功仪、位移传感器、拉力传感器构成，所述液压单元模块由液压管路和高速单作用油缸组成。本实用新型可以精确的复现抽油机采油过程中载荷谱，从而对抽油机性能进行准确测试，并节约测试时间和成本。

1.  一种采油负载的模拟装置由滑轮换向机构、控制单元模块和液压单元模块构成，其特征在于所述滑轮换向机构的转向滑轮(2)、钢丝绳固定端子(3)和导轨(7)固定在地面，动滑轮(6)固定在油缸活塞杆(8)的端部，两个行程开关(4)分别安装在导轨(7)的左右两侧，钢丝绳连接绳卡(1)连接两段钢丝绳(5)，其中上段钢丝绳(5)的另一端连接于待测试抽油机(11)的驴头上，下段钢丝绳(5)的另一端经转向滑轮(2)和动滑轮(6)后固定于钢丝绳固定端子(3)处；所述控制单元模块的位移传感器(12)安装于待测试抽油机(11)驴头处，拉力传感器(13)安装于钢丝绳连接绳卡(1)处；所述液压单元模块由液压管路(17)和高速单作用油缸(10)构成，液压管路(17)的油路端口分别连通高速单作用油缸(10)的有杆腔和无杆腔，高速单作用油缸(10)通过地锚(9)固定在地面，液压管路(17)中的高压变量柱塞油泵(21)排油口与先导减压阀(30)进油口相通，先导减压阀(30)排油口连通电磁液动插装换向阀(32)的进油口，回油通路由电磁比例调压阀(35)和组合式风冷却器(38)连接构成。

一种采油负载的模拟装置
所属技术领域
本实用新型涉及一种可对抽油机性能测试的采油负载模拟装置。
背景技术
抽油机在出厂前，为了测试其驱动特性、平衡性能、效率、能耗、受力状态、振动等性能指标.需要进行负荷运行实验，以确保抽油机的质量。为了真实地模拟抽油机的现场工作状态，试验中需要提供一种与油井实际载荷一致的负载装置。
目前常用的采油负载模拟方法主要有以下几种：(一)吊挂重物加载的方法。该方法简单易行，但该法不能反映抽油机工作时上、下冲程静载相差很大的实际工况，真实性较差。(二)斜面重物加载。利用重物与斜面之间的摩擦力来模拟油井的液柱载荷，通过弹性系统模拟抽油杆的弹性变形，比吊挂重物的方法有一定的进步，但是摩擦过程中的发热，噪声等使得这种方法在实际应用中受到限制。(三)水井模拟加载。在试验台处钻一深水井，利用抽水法对抽油机进行加载试验，这种加载方法与油井的某些实际工况很接近，但是该方法参数调节难度大，周期长，投资高。(见参考文献：《抽油机加载型式试验方法》，王晓珂等，石油机械，1990年第18卷第2期)
实用新型内容
为了真实模拟油田抽油机工况，考虑抽油过程中各种外界参数的影响，并降低抽油机测试成本，本实用新型提出了一种可模拟抽油机在抽油过程中负载变化状况的装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种采油负载的模拟装置由滑轮换向机构、控制单元模块和液压单元模块构成，所述滑轮换向机构的转向滑轮、钢丝绳固定端子和导轨固定在地面，动滑轮固定在油缸活塞杆的端部，两个行程开关分别安装在导轨的左右两侧，钢丝绳连接绳卡连接两段钢丝绳，其中上段钢丝绳的另一端连接于待测试抽油机的驴头上，下段钢丝绳的另一端经转向滑轮和动滑轮后固定于钢丝绳固定端子处；所述控制单元模块的位移传感器安装于待测试抽油机驴头处，拉力传感器安装于钢丝绳连接绳卡处；所述液压单元模块由液压管路和高速单作用油缸构成，液压管路的油路端口分别连通高速单作用油缸的有杆腔和无杆腔，高速单作用油缸通过地锚固定在地面，液压管路中的高压变量柱塞油泵排油口与先导减压阀进油口相通，先导减压阀排油口连通电磁液动插装换向阀的进油口，回油通路由电磁比例调压阀和组合式风冷却器连接构成。
本实用新型采油模拟装置的工作原理是：将由现场示功仪采集到的油井实测示功图，通过RS232送入计算机，进行数据处理，转换成为关于力和位移关系的离散数据信号；同时把从抽油机上的位移传感器发出的位移信号和拉力传感器的拉力信号输入PLC中，将某一位移信号所对应的实测拉力值与由示功仪输入的拉力信号进行PID运算控制，以控制液压单元中的油缸压力输出值，使悬点在该位移处的载荷等于示功图上该对应位移点处的力值，通过反复的执行这一过程，从而达到复现抽油机现场工作载荷的目的。
本实用新型的有益效果是，由于负载来自油井实测示功图，故抽油机实际工况下的惯性载荷、振动载荷、泵工况等均包含其中，使被测抽油机的悬点载荷接近实际工况，符合抽油机性能测试过程中对负载真实性的要求，可以对抽油机性能进行准确测试，并可以节约测试时间和成本。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：
图1是本实用新型的组成结构图；
图2是本实用新型液压单元模块的结构详图；
图3是本实用新型控制单元模块的结构详图；
具体实施方式
下面结合图1，图2，图3详细说明本装置工作情况。
在图1中，滑轮换向机构由钢丝绳连接绳卡1、固定的转向滑轮2、钢丝绳固定端子3、两个行程开关4、钢丝绳5、动滑轮6、导轨7、油缸活塞杆8、地锚9组成。工作时，待测试抽油机11带动钢丝绳5做上下往复运动，在钢丝绳的连接绳卡1处安装有一拉力传感器13。在抽油机11驴头做上下往复运动的时候，钢丝绳5经过固定的转向滑轮2和动滑轮6拉动油缸活塞杆8在导轨7上做左右的往复运动，两个行程开关4限制活塞杆的左右极限位置(根据待测试抽油机型号行程开关的位置可以做相应调整)，油缸10的压力输出由控制单元模块和液压单元模块进行控制，油缸10由地锚9固定在地面上。在抽油机11顶部还安装有一位移传感器12，在钢丝绳5做上下往复运动的过程中，位移传感器12和拉力传感器13可以定时的采集拉力和位移信号，送至PLC15中。在测试试验之前，示功仪16从油井现场采集到的载荷、位移数据通过RS232存入到计算机14中，测试过程中计算机14定时的将载荷和位移数据传送至PLC15中，PLC15利用在同一位移处计算机14传输过来的载荷拉力值与实验过程中钢丝绳5实测拉力值进行PID控制运算，通过液压管路17来控制液压单元中油缸10的压力输出值。
结合图2说明液压单元模块具体实施方式。
在图2中，空气滤清器19、吸油过滤器20、管路高压过滤总成23、单向阀24、油压耐震压力表27、压力表开关28、高压球形截断开关29、先导减压阀30、电接点震压力表31、单向阀33、回油过滤器39、浮球液位控制器40、油箱温度计41、电磁卸荷溢流阀37构成了液压单元模块的保护系统。液压单元模块利用组合式风冷却器38对油液进行降温。高速单作用油缸10为本装置的执行机构，相对于油缸10活塞行程而言，抽油机11的冲程要比其大得多，制造这样大行程的油缸存在一定困难，为此本装置设计了滑轮换向机构，驴头钢丝绳5通过一个定滑轮2换向后，再经过一个固定于活塞杆端部的动滑轮6，与钢丝绳固定端子3相连。这样，可以使液压缸活塞的行程减半，代价是需要将液压单元模块压力增加到原载荷的两倍。
抽油上冲程中，活塞杆8被外拉，连通于油缸10有杆腔侧的电磁液动插装换向阀32中电磁铁2DT和连通于油缸10无杆腔侧的电磁液动插装换向阀32中电磁铁3DT同时失电，油缸10有杆腔中的油经过抗衡顺序阀34和电磁比例调压阀35回到油箱18，通过调节电磁比例调压阀35的阀芯开度，即可调节油缸10的压力输出值，无杆腔在真空力的作用下，充液阀36打开，向该腔注入液压油。与此同时，电机22不断的向蓄能器26注油，当蓄能器26中油压达到额定值之后，蓄能器安全阀25将会打开，液压油被导回油箱18。
抽油下冲程中，连通于油缸10有杆腔侧的电磁液动插装换向阀32中电磁铁2DT和连通于油缸10无杆腔侧的电磁液动插装换向阀32中电磁铁3DT同时得电，油泵21与蓄能器26中的液压油向油缸10有杆腔注入，活塞杆8被拉回，无杆腔中的油会经过抗衡顺序阀34和电磁比例调压阀35回到油箱，通过调节电磁比例调压阀35，调节油缸10的压力输出值，可以控制油缸10背压输出值。
结合图3说明控制单元模块具体实施方式。
如图3所示，控制单元由计算机14、PLC15、示功仪16、位移传感器12、拉力传感器13以及相应的开关按钮构成。
示功仪16用于获取油田现场示功图信息，计算机14用于数据处理以及实验参数设置，PLC15采集实验过程中拉力、位移信息并进行PID控制运算。
现场获取的示功图信息通过RS232通信由示功仪16传输到计算机14中，这些信息在计算机14中被处理成关于力和位移相对应的数据库信息。控制单元模块PLC15采用德国西门子S7-200系列中的CPU224型号，同时需要一个EM235模拟量扩展模板46，计算机14通过PLC15的通信口将数据库信息传送至PLC15中，EM235模拟量扩展模板46的四个模拟量输入分别接入位移传感器12信号、钢丝绳拉力传感器13信号、油箱温度计41信号、系统油压传感器31信号，接口对应关系如图3所示。PLC15中数字量输入接口I0.0接油箱18内的浮球液位控制器40的高液位信号，当油箱18中油的液位过高时产生液位高检测信号，数字量输入接口I0.1接油箱18内浮球液位控制器40低液位信号，当油箱18中油的液位过低时产生检测信号，PLC15中数字量输入接口I0.2～I0.5，依次接控制按钮SB1～SB4，完成对液压单元的加载/卸载、运行/停止、电机开/停、急停等操作。数字量输出接口Q0.0～Q0.2依次接油箱液位高报警L1、油箱液位低报警L2、油路温度高报警L3，完成液压单元报警功能，保证安全。数字量输出接口Q0.3～Q0.6分别接电磁继电器1DT、2DT、3DT、5DT，用以控制实验过程中各控制阀的换向。数字量输出接口Q0.7控制液压单元油泵电动机22的运行或断开。模拟量输出端口AQW0控制电磁比例调压阀35，调节液压单元输出压力。
实验过程中，PLC15定时采集位移信号和拉力信号与示功图中同位移处拉力值进行PID运算，从而控制电磁比例调压阀35，达到控制液压单元输出压力的目的。