采油机具试验机

采油机具试验机

甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司（原兰石所）2012-4-11目录1、用途和组成2、总体布置3、试验井系统4、多功能试验机5、配套的液压系统6、供液系统7、热空气加热系统8、主测控和监控系统9、105MPa气密试验装置1、用途和组成用途：为了满足高温高压深层油气井、水平井以及大位移井等特殊井型井下工具的研制需要，解决采油工艺和井下工具研发过程中间试验要求，需要建设一套全尺寸试验井、高性能试验检测系统，能对采油工具进行多参数、高精度、动态检测的采油机具试验机系统。采油机具试验机型号：

CJS-100/150E-SGC-5000-120-60组成：采油机具试验机主要包括以下七大系统：试验井系统、多功能试验机系统、配套液压系统、供液系统（含静压试验系统）、热空气加热系统、主测控系统（含监控系统）、105MPa气密试验系统。通常各系统配合进行试验。见下图测控系统液压系统水平井多功能实验机常温井高温井加热系统供液系统试验系统相互关联图目录1、用途和组成2、总体布置3、试验井系统4、多功能试验机5、配套的液压系统6、供液系统7、热空气加热系统8、主测控和监控系统9、

105MPa气密试验装置2、总体布置采油机具试验机系统统一布置在吉林油田采油工艺研究院的采油机具试验室内。其中三口试验井和多功能试验机布置在主厂房内，其他系统布置在周围辅助厂房内。供液系统的设备、循环水箱和部分阀组布置在泵房内，供液管线穿过隔墙进入主厂房，接入试验井和试验机。液压系统的泵站、油箱和部分阀块布置在液压间内，液压管线通过地沟进入主厂房接入试验机。热空气加热系统的设备布置在加热间内，加热管线通过地沟接入试验井内测控系统和监控系统布置主控制室。传感器和监控摄像头布置在现场。105MPa气密试验系统的布置设备房内，试验地坑布置在泵房旁边的辅助厂房内，试压气管线通过地沟，由设备房铺设到试验地坑边。测控系统和监控系统独立布置在辅助控制房内。采油机具试验室平面布置（图1）试验基地主厂房内部总貌（大港）目录1、用途和组成2、总体布置3、试验井系统4、多功能试验机5、配套的液压系统6、供液系统7、热空气加热系统8、主测控和监控系统9、105MPa气密试验装置3、试验井系统功能：在室内建立全尺寸、可更换试验井筒套管的模拟试验井，包括常温井（含多流道井）、高温井和水平井，为井下工具和工艺试验提供模拟井底和井中段的试验条件。布置：在采油机具试验站的主厂房内建立一个内径为6m、深14m的垂直沉井，沉井内建立4层钢平台，并在各层平台上开孔，安装常温试验直井及高温试验直井各一口；沿两口试验直井中心线方向建立宽1.8m、长37m，最深处2.3m长形地槽，布置一口预制成型的模拟水平井。结构：常温试验井和水平试验井包括：井口四通、井口密封桶体、井筒套管、井筒悬挂座、中间平台扶正、井底井筒扶正定位座、水平井支撑架和井底排污阀等。高温试验井除上述部件外还有井筒加热环空和保温层等。试验介质：清水

用途：为常温工况下的井下工具和工艺试验提供模拟试验井筒条件结构：试验井筒为复合井筒上段7in下段51/2in，上、下段井筒套管长度约6.3m，上、下段井筒套管采用API法兰连接钢圈密封，井筒套管与连接法兰之间采用焊接。常温井位置可更换51/2in或7in的多流道井筒，多流道井筒分四段，各段连接同样采用API法兰连接钢圈密封，各段连接法兰处上开进出液流道，连接循环进出液管线，可进行四层流道的循环和压力试验。试验压力：井口和井筒耐压70MPa井筒套管选材：7in井筒套管壁厚

10.36mm套管材料Q125；

51/2in井筒套管壁厚

9.17mm套管材料Q125。3、1常温试验井3、2高温试验井用途：为高温工况下的井下工具和工艺试验提供模拟试验井筒条件结构：内层试验井筒为复合井筒上段7in下段51/2in，上、下段井筒套管长度约6m，上、下段井筒采用变径接箍相连(连接扣型为TPCQ或FOX气密扣)。外层套装采用133/8in套管，井筒内、外层套管之间的环空为加热空气通道。采用循环热空气可将内层井筒套管中的试验介质加热到180℃。内层可更换95/8in井筒套管，井筒上下端有进出液口。外层133/8in套管的上下端有进出循环热空气的接口，连接加热系统循环管线。试验参数：常温井口和井筒耐压60MPa、高温180℃，井口和井筒耐压60MPa3、3水平试验井用途：为水平工况下的井下工具和工艺试验提供模拟试验井筒条件结构：水平试验井安装在37m长的水平地槽中，上部为井口四通，试验井筒套管分为斜直段、圆弧段和水平段，各段井筒套管之间采用API法兰连接钢圈密封。斜直段与地面的夹角10º，圆弧段由套管冷弯预制成型，最大曲率30º/30m，可更换预置成不同曲率的井筒套管。试验井口和井筒利用支承座固定在水平地槽中。支座可适应10º/30m—30º/30m不同曲率的试验井筒安装。此次设计7in、51/2in两种试验井筒，圆弧段套管确定为20º/30m曲率。根据需要也可换装95/8in试验井筒套管。试验压力：井口和井筒耐压70MPa井筒套管选材：同上述试验井垂直试验井口装置图片水平试验井图片1、用途和组成2、总体布置3、试验井系统4、多功能试验机5、配套的液压系统6、供液系统7、热空气加热系统8、主测控和监控系统9、

105MPa气密试验装置目录4、多功能试验机功能：实现对各试验井中试验管柱（包括试验工具）施加旋转扭矩、施加拉、压力载荷，实现起升、下放试验管柱等主要功能。同时满足对试验井筒的夹持、试验管柱的上卸扣等辅助功能。布置：主厂房垂直沉井井口上面的架设两根钢筋混凝土横梁，横梁上部铺设重型钢轨道，供多功能试验机行走。更换试验井筒时多功能试验机驶离井口位置，试验时，多功能试验机行驶到对应试验井口位置，两边地锚定位，试验机夹持并提升试验井筒，安装下入试验连接管柱（包含试验工具），进行工具试验。水平井试验时试验机门架翻倒对着水平井井口，夹持试验井口，下入连接工具的试验管柱进行试验。多功能试验机采用全液压加载和控制方式，序号参数技术指标1试验拉伸载荷额定值：0～100t2试验压缩载荷额定值：0～100t3试验扭矩载荷0～5000N.m4中心管转速0～120rpm5主液压缸行程6试验机工作角度0-80°可调节7双向水龙头中心管通径DN408最高压力70MPa主要技术参数表1注：多功能试验机上安装了拉、压力传感器、扭矩转速传感器、

位移传感器，真实的测量各种试验参数。各部分组成及功能①行走底座：由行走电机驱动减速箱带动装有行走轮的试验机底座，在地面轨道上移动行走，以实现对各模拟井口移动定位，底座两边采用锥销地锚连接准确定位对中试验机中心管和井口中心。②执行机构装置：通过液压缸、液压马达、连接执行机构实现对模拟井中的试验工具施加拉、压、扭等试验载荷；同时可完成试验机门架的翻转，试验井口装置的夹持，试验管柱的上卸扣等辅助操作。③支撑系统：通过底座平台、试验机门架、横梁双向水龙头及卡紧装置，将试验机与需要试验的井下工具、模拟试验井筒，试验循环系统联系成一个完整的试验系统。④自身的测量系统：通过相关传感器的信号由液压系统控制液压缸、液压马达的执行阀的开启，达到对各类试验参数的测量和控制调节。⑤循环供液部分：试验介质通过横梁双向水龙头中心管向试验井中的试验工具循环供液或打静压。试验机垂直状态试验机倾斜状态目录1、用途和组成2、总体布置3、试验井系统4、多功能试验机5、配套的液压系统6、供液系统7、热空气加热系统8、主测控和监控系统9、

105MPa气密试验装置5、配套的液压系统功能：配合试验机实现对试验工具施加拉、压、扭载荷和试验转速的控制调节。并完成试验机门架的翻转，试验井口装置的夹持，试验管柱的上卸扣和水平井的下试验管柱等辅助操作控制。提供液压动力源。组成：由液压泵站、液压现场操作台、液压操作阀架、液压电控柜和各种液压软、硬管线等；布置：液压泵站和液压电控柜布置在液压间；液压现场操作台布置在试验机旁边；液压操作阀架布置在试验机上随试验机一同行走。原理：见液压原理图液压泵站：为试验机的液压执行元件提供动力源。配合独立的液压控制系统可以满足试验参数调节控制。包括各种液压泵、循环油泵、冷却水泵、油箱、冷却器、过滤器、各种溢流阀等组成。通过地面液压软硬管线接头与多功能试验机上的液压操作阀架相连。液压操作阀架：安装在多功能试验机上，试验机上的各种液压执行元件通过液压管线（包括软管和钢管）连接到液压操作阀架上，由各种手动操作阀、电磁阀、蓄能器、压力表等组成，实现对试验机主液缸、主液压马达、夹持液缸、翻转液缸、拧扣钳和下放液缸的现场手动控制操作；也可转换到液压电控操作台和液压测控系统实现对主液缸、主液压马达的电动控制。测控电控部分：由两部分组成，其一液压电控柜完成各种液压泵的启、停等控制和小功率电机的动力配电；其二为液压电控操作台，配合测量传感器和试验室的主控系统独立的完成对试验载荷、试验扭矩和试验转速的测量和调节控制，实现液压站油泵电机的现场控制。同时试验机行走电机控制。各部分组成及功能液压泵站图片液压电控操作台（大港）1、用途和组成2、总体布置3、试验井系统4、多功能试验机5、配套的液压系统6、供液系统7、热空气加热系统8、主测控和监控系统9、

105MPa气密试验装置目录6、供液系统作用：为井下工具试验井试验时，建立模拟压力和排量试验环境条件，通过地面泵提供循环试验介质满足试验的排量和压力要求，通过试压泵提供静压试验压力。系统组成:

P=60MpaQ=5.2L/s供液循环系统

P=8MpaQ=21L/s的供液循环系统

P=20MpaQ=30L/s的供液循环系统(利用外租泵组)P=80Mpa静压试验系统6.1P=60MPa，Q=5.2L/s（合流）多流道供液循环原理：为满足常温多流道井筒的四路进出液循环试验的要求，由4台高压柱塞泵通过四个流道分别向井筒进液，试验机水龙头出液。也可4台供液泵合流由试验机水龙头进液，多流道井筒四个旁通口出液，每个出液口带电动调节阀，可以形成不同出液阻力。然后汇流后回水箱。高压柱塞泵P=0-60MPa，Q=0.13-1.3L/s,配备90kW变频电机，进口变频器控制变频电机转速，满足可变化排量要求。循环供液管线选用70MPa压裂管线φ60.3×19，DN80，高压油壬连接。基本流程：水箱→高压柱塞泵（4台单独）→高压管线→超声波流量计（耐高压）→进口压力变送器→高压阀门→高压软管→试验井筒（多流道井筒中段进液）→试验井筒环空→试验管柱（包括试验工具）→试验机双向水龙头→高压软管→高压阀门→出口压力变送器→高压电动调节阀→电磁流量计→水箱（反向流程合流进水龙头，井筒中段出液）多流道供液工艺流程示意图6.2P=8MpaQ=21L/s的供液循环系统

原理：供液泵采用5ZB-20/43A五缸柱塞泵，配备一套250Kw的变频电机，为满足P=0-8Mpa，Q=2-21L/s的试验循环要求。利用变频器控制变频电机的转速来调节排量，利用井筒出液管汇上的电动调节阀调节循环试验压力，模拟井底的压力试验环境。循环供液管线选用耐高压的流体钢管φ114×17，DN80，循环供液管线采用焊接管线。基本循环流程：水箱—供液泵—进液口压力传感器—多功能试验机双向水龙头—试验管柱（连接试验工具）—试验井筒环空—井口装置出液口—出液口压力传感器—高压电动调节阀—电磁流量计—回水箱。（也可反循环由井口装置进液—试验机双向水龙头中心管出液，实现反循环）在上述P=8MPa，Q=21L/s供液循环管汇设计时，按耐压20MPa，设计相应阀门和接出管线，连接到室外预留接口，满足外租泵连接试验要求。供液工艺流程示意图（大排量）6.3

P=80Mpa静压试验系统功能：静压试验的目的是满足工具静压试验要求，可连接工具下入试验井试验工具的内压，也可通过井口、井中段和井底试验工具的外压，试验封隔器座封后的上、中、下段的密封压力。试验过程：多功能试验机夹持井口装置，连接井口密封筒体的光杆与循环供液的静压管线，注满试验井筒试验液→关闭进出口阀门→打开静压试验阀组对应阀门→启动试压泵打静压→主控室（或现场显示压力表）观察压力到达试验压力→停试压泵→关闭静压试验系统阀组对应阀门保压。试验参数：最高试验压力80MPa。采用小型气动试压机组目录1、用途和组成2、总体布置3、试验井系统4、多功能试验机5、配套的液压系统6、供液系统7、热空气加热系统8、主测控和监控系统9、

105MPa气密试验装置7、热空气加热系统作用：采用热空气加热方式，将高温井井筒中试验液（清水）加热到工具试验要求温度，模拟中深井地层处的温度，试验液最高温度可达180ºC，井筒中压力最高可达到60MPa。组成：由电加热炉、加热炉控制柜（可控硅+进口温度调节控制）、高温通风机、高温电动蝶阀、循环管线和保温部分组成。电加热炉的功率130kW，高温通风机的功率45kW。加热流程：空气—电加热炉—热空气—温度传感器—高温离心风机—电动碟阀—循环管道—高温井筒内外层套管环空—循环管路—电动碟阀—电加热炉。加热房图片加热系统工艺流程简图目录1、用途和组成2、总体布置3、试验井系统4、多功能试验机5、配套的液压系统6、供液系统7、热空气加热系统8、主测控和监控系统9、

105MPa气密试验装置8、主测控和监控系统作用：试验参数测量，试验参数的控制调节，完成相关试验设备的启、停控制；各部分相互之间通过测控软件联系起来，满足井下工具试验检测和控制的要求。硬件组成：现场测量传感器、PLC柜（采集处理单元）、电控柜（小功率电机配电元件、直流电源等电器元件。）、集中操作控制台、计算机台、信号线、通讯电缆和部分动力电缆等。主测控系统包括：1、液压测量控制；2、高温井温度测量控制；3、多功能试验机载荷测量；4、供液循环测量控制；5、计算机测量控制管理系统；7、电气集中控制系统。测控系统方框图8.1、测量参数表序号测量参数测量范围变送器/传感器精度（%）

路数1液马达压力0～25MPa0.212液马达排量0～250ml/r0.513主液缸压力0～21MPa0.22

液压系统测量参数表2序号参数名称测量范围变送器/传感器精度（%）路数1拉压力载荷0～100t0.05%22扭矩0～5000N.m0.5%13转速0～120rpm±1rpm14位移0～0.5%17拉压力静标0-100t0.3%1多功能试验机测量参数

表3序号测量参数测量范围变送器/传感器精度（%）

路数1井中温度0～200℃±1℃12热空气温度0～300℃±1℃1高温井温度测量参数表4序号控制参数测量范围变送器/传感器精度（%）路数1井口进液压力0～60MPa0.112井口进液压力0～25MPa0.113井口出液压力0～60MPa0.114井口出液压力0～25MPa0.115井筒中段压力0～60MPa0.146多流道流量0-6L/s157出口排量0-6L/s0.218出口排量0～30L/s0.21

供液循环系统测量参数表58.1计算机测量控制管理系统硬件选型：两台Dell商用计算机作为上位机，一台备用。两台西门子可编程控制器（PLC）作为下位机进行数据采集测量、控制。整个系统是一个上位机负责集中控制显示，下位机负责信号采集、处理。1#下位机用于试验系统的测量和控制，2#下位机用于多功能试验机的液压加载控制。软件选择：上位机采用工业组态软件组态王作为编程工具，并用Microsoftaccess和Microsoftexcel作为辅助开发工具。下位机通过自带的编成软件作为编程工具。根据试验要求编制测量控制程序。现场测量传感器的信号，通过信号线传入下位机采集处理模块处理，送入上位机处理、存储、显示输出。上位机与下位机通过通讯线连接，满足数据传输的要求。试验过程全部采用组态画面方式进行菜单组合、人机对话来设定试验工艺参数，试验时，组态画面可相互切换。计算机系统控制简图测控系统计算机组态图（大港）测控系统计算机组态图（新疆）8.2数字监控系统功能：通过彩色可变焦摄像头，在主控制室显示屏上实时观察监控试验过程，保证高温高压试验时的人员安全。布置位置：在垂直井井底、各层平台、泵房和面对多功能试验机的主厂房墙面上安装带云台彩色摄像头，监控信号传入主控室的显示屏上，实时监控试验过程。组成：带云台彩色可变焦摄像头、解码器、硬盘录像机、监控显示屏和传输电缆等。操作控制：主控制室操作台利用鼠标控制摄像头云台左右上下旋转、变焦，显示屏上监控试验情况。硬盘录像机录制、存储试验画面，便于以后调用和需要时回放试验过程。目录1、用途和组成2、总体布置3、试验井系统4、多功能试验