抽油機設備與用油研究

袁茂泉,馬爽

(1.中國石油東北潤滑油銷售分公司,遼寧大連 116021;2.中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心,遼寧大連 116023)

抽油機設備與用油研究

袁茂泉1,馬爽2

(1.中國石油東北潤滑油銷售分公司,遼寧大連 116021;2.中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心,遼寧大連 116023)

0 引言

國內外油田主要采油的設備有抽油機、抽油泵、抽油桿、電動潛油泵、各種水力泵及氣舉設備等,其中抽油機早在 120年前就開始產生并使用,目前仍是油田采油生產中最常用的兩個地面舉升設備之一。

1 國內外抽油機生產現(xiàn)狀、分類和性能特點

全世界共有 100多萬口機械采油井,其中抽油機井有 90多萬口,并在逐年增加,中國抽油機保有量約 10萬臺,年增量在 5000臺左右。

國內抽油機發(fā)展已有近 40年的歷史。20世紀50年代以進口為主、修配為輔,主要進口前蘇聯(lián)CKH常規(guī)型游梁式抽油機。60～70年代,在仿前蘇聯(lián)的基礎上制造出常規(guī)型游梁式抽油機,1975年制定并完善了國產抽油機技術標準。80年代起抽油機實現(xiàn)了全部國產化,不僅滿足自給,而且有部分出口,在此期間,抽油機技術有了飛躍發(fā)展,瞄準世界先進水準,等效采用或部分采用美國API標準,并引進拉夫金 (Lufkin)公司先進技術,使我國的抽油機躋身世界先進行列,打入國際市場。

國內抽油機制造廠有數 10家,產品類型已多樣化,共有 6大類 45種抽油機,但游梁式抽油機仍處于主導地位,每年約有 30種新型抽油機專利,10多種新試制抽油機,基本滿足了陸地油田開采的需要。各種新型節(jié)能游梁式抽油機如雙驢頭式抽油機、前置式抽油機、異相曲柄平衡抽油機、前置式氣平衡抽油機、下偏杠鈴系列節(jié)能抽油機和用窄V形帶傳動的常規(guī)抽油機等均已在全國各個油田推廣應用,并取得了顯著的經濟效益。

國外抽油機的制造已相當集中。如美國,從1992年起主要抽油機生產廠家,或采用 Lufkin公司的技術 ,或變成了 Lufkin公司的子公司,采用統(tǒng)一的技術進行生產,產品的系列化、標準化的程度較高。抽油機總的發(fā)展方向是超大載荷、長沖程、低沖次;自動化、智能化;高效節(jié)能;高適應性;無游梁長沖程、大型化。

世界上出現(xiàn)了許多新型抽油機,如果按過去的分類方法把現(xiàn)代抽油機只分為游梁和無游梁兩大類,已經不能完整地表達現(xiàn)代抽油機的技術發(fā)展。換向系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)是抽油機的主要部分,因此抽油機的分類和命名,應該按照這兩部分的特征進行,同時應該符合油田的命名和分類習慣。新的分類方式為:

(1)抽油機含有游梁,通過連桿機構換向,曲柄重塊平衡的抽油機,可歸為有梁類曲柄平衡抽油機,一般簡稱為某某游梁式抽油機,可不說明為曲柄平衡。

(2)對于游梁平衡的抽油機,應該特別說明。

(3)如果抽油機是用某種機構換向,由于游梁的擺角較大 (超過或接近 180度),游梁變短甚至消失,驢頭成為圓形,這類抽油機一般采用接近懸點的游梁平衡的方式,驢頭和平衡用弧線做成一體,演變成輪狀構件,稱作天輪,這類抽油機叫做某某機構換向的無游梁抽油機或天輪式抽油機較為合適。

(4)采用電動機換向的抽油機,一般通過滾筒驅動鋼絲繩帶動懸點工作,應稱為電動機換向滾筒式抽油機。

(5)通過各類離臺器(有切換)或機構(無切換)驅動滾筒正反轉動,帶動懸點上下運動的抽油機,應稱為機械換向滾筒式抽油機。

(6)抽油機的控制系統(tǒng)有普通電器控制和數控兩種,采用數控方式的抽油機,一般命名為數控某某類型抽油機。

2 抽油機組成和工作原理

游梁式抽油機的類型很多,但其結構原理是相同的,抽油機主要由游梁—連桿—曲柄結構、減速裝置、動力設備和輔助裝置四大部分組成,見圖 1。

1.底座;2.支架;3.懸繩器;4.驢頭;5.游梁;6.橫梁軸承座; 7.橫梁;8.連桿;9.曲柄銷裝置;10.曲柄裝置;11.減速器; 12.剎車保險裝置;13.剎車裝置;14.電動機;15.配電箱圖1 抽油機組成

由動力機供給動力,經減速器將動力機的高速轉動變?yōu)槌橛蜋C曲柄的低速轉動,并由曲柄—連桿—游梁機構將旋轉運動變?yōu)槌橛蜋C驢頭的上、下往復運動,帶動深井泵工作。

3 抽油機主要潤滑部位及其潤滑性能要求

盡管各種抽油機的結構與性能參數不一,但主要的潤滑部位和品種基本形同。抽油機的電動機、尾軸承、連桿上端銷、曲柄銷、中軸承、驢頭銷和剎車系統(tǒng)等部位,需要潤滑脂來潤滑。一般采用鋰基脂或合成鋰基脂潤滑。

減速箱是抽油機的關鍵部件,一般為簡單三軸(主動軸、中間軸、輸出軸)平行二級減速結構。減速箱內的齒輪均采用油浴飛濺潤滑,箱體結合面涂密封膠防止飛濺油液滲漏,左右旋齒輪與箱體之間裝有油槽盒 (帶刮油器),箱體結合面開有油槽,可向各軸承供給潤滑油。箱體上方設有檢視窗,其上有迷宮式透氣蓋,箱體后方設有不同高度的三個絲堵,下面一個用于放油,上面兩個用于檢查油面高度。一般采用中極壓工業(yè)齒輪油潤滑。

對于液壓式抽油機的液壓泵、馬達等控制系統(tǒng),一般采用液壓油來加以潤滑。

抽油機減速箱的潤滑對抽油機的正常工作起著至關重要的作用,一般各油田都相對比較重視,但中國石油主產區(qū)地處北方地區(qū),冬天比較寒冷,夏天又比較炎熱,每個油田的工作環(huán)境不盡相同。所以,對潤滑的整體要求又略有不同。總體的潤滑要求是具有良好的粘溫性能、抗磨性、熱氧化安定性、防銹性、抗乳化性和耐水性。

氧化安定性要求是因為抽油機減速箱專用齒輪油在工作中被不斷攪拌,與空氣、金屬、雜質等接觸,在溫度較高的情況下容易氧化變質;低溫性能要求是由于抽油機在野外作業(yè)溫差變化大,為保證設備在冬季正常運轉,對油品的低溫性能提出了較高的要求;極壓抗磨性能是齒輪的承載能力,除了與潤滑油的粘度有關外,主要與潤滑油添加劑的性能有關;防腐蝕性能是因為抽油機減速箱專用齒輪油氧化產生的酸性物質對齒輪可造成腐蝕,由溫差變化而產生水氣的作用下,齒面及油箱會產生銹蝕、腐蝕,不僅破壞了齒輪的幾何特點和潤滑狀態(tài),腐蝕、銹蝕產物會進一步引起油質變壞;抗水性能是因為抽油機在戶外作業(yè),如設備密封不好很容易進水,油中含水會加速抽油機減速箱專用齒輪油中有機酸對金屬的腐蝕,造成機械設備的銹蝕、抗乳化性能變差、添加劑水解,嚴重影響潤滑油的質量。

盡管油田設備管理整體水平在逐年提高,設備油、水管理工作也逐步完善,但對于抽油機這種粗、大、笨型設備無論從設計、制造還是管理及現(xiàn)場使用上對潤滑的重視程度都不夠,抽油機油(抽油機減速箱油)存在的主要問題有:減速器選用油品不統(tǒng)一,多數設計制造廠家在減速器油品選用上沒有標準,多是憑經驗及使用單位反饋信息選用,造成油品使用混亂,即便是同一種機型選油差別也很大;隨意更改潤滑油品,由于對粗、大、笨設備的管理不夠重視,在抽油機減速箱潤滑上存在油多油少設備都可以轉、是油是水設備也可以用的情況,有用 68號機械油、再生機械油、半流體防盜脂等,使抽油機減速箱損壞明顯增多;換油不及時,抽油機使用條件惡劣(野外連續(xù)作業(yè)),設備受外界污染嚴重、減速箱潤滑油乳化變質、長時間使用液面下降、油液因泄漏或被盜在無油情況下運轉等等,造成軸承燒損、齒輪腐蝕、打齒等現(xiàn)象,給油田造成很大損失;減速箱漏油是抽油機普遍存在的問題,既浪費油料,又影響正常生產。規(guī)范油田用抽油機油的質量對延長使用、保證安全生產有很重要的意義。

4 抽油機油生產與研發(fā)

油田抽油機是原油抽提的重要設備之一,常年在野外作業(yè),環(huán)境溫差變化較大,其運轉是否正常直接關系到油田經濟效益的好壞和安全生產。但是長期以來,油田存在用油不規(guī)范、不統(tǒng)一的現(xiàn)象。使用的潤滑油品質量參差不齊。有些油田還在使用 46號、68號機械油或廢機油對抽油機減速箱進行潤滑。由于設備潤滑不當,在環(huán)境溫度較低的冬季或負荷有變化的情況下,設備就得不到很好的潤滑保護,從而導致設備損壞。

2007年中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心曾經對國內某大型油田抽油機油的應用進行了簡單的調查,發(fā)現(xiàn)不同井隊的抽油機分別使用了齒輪油、機械油、車輛齒輪油、汽輪機油、全損耗系統(tǒng)用油、發(fā)動機油、半流體脂等 10余個品種、20多個粘度等級產品,質量參差不齊,無法對抽油機減速箱提供良好的保護。

全國目前有抽油機約10萬臺,每年增長約5000臺左右,按照常規(guī)抽油機的減速箱油箱約 160～200 L左右、每年更換抽油機油一次計算,抽油機油用量約 1.8萬 t/a。

由于抽油機的結構、品種相對較多,其主要潤滑部位——減速箱也不盡相同,導致各OEM廠家對其潤滑的性能要求也不完全一樣;再加之,抽油機的應用單位——油田相應單位對抽油機減速箱的設備管理不完全一樣,造成各油田、油田各采油廠甚至一個采油廠的不同井隊所使用的抽油機油也不完全一樣。分別有使用了齒輪油、機械油、車輛齒輪油、汽輪機油、全損耗系統(tǒng)用油、發(fā)動機油、半流體脂等產品,質量參差不齊,無法確保抽油機減速箱處于良好狀態(tài)。

全國陸續(xù)地開展了對抽油機油的研發(fā),主要是油田附近相關潤滑油廠、中國石油和中國石化公司,其中油田附近的小潤滑油廠在此領域處于供應方面的優(yōu)勢,但技術方面處于劣勢。

玉門油田煉化研究所針對玉門油田地處西北河西地區(qū)最高月平均溫度 21℃、最低月平均溫度 -11.5℃的氣候特點,開發(fā)了一種由精制礦物油加入多種添加劑而成的半流體抽油機潤滑劑。它也是一種特種齒輪潤滑劑,有一定的流動性又比一般潤滑油料有更好的粘附性,且具有一定的抗沖擊負荷、防銹、防泄漏、耐寒、便于啟動等優(yōu)點,廣泛用于油田抽油機減速箱。其產品相對單一,不能滿足中國各油田抽油機的潤滑。大慶黑鳥有限公司針對大慶油田、吉林油田具體采油工藝和氣候狀況,研制了一種低溫性好、具有一定承載能力和抗磨能力、防止?jié)B漏的半流體脂型抽油機油。但其產品還是存在著低溫性能有一定差距、粘度品種相對單一的弊端。大慶油田公司質量安全環(huán)保部根據大慶氣候特點、抽油機油潤滑要求提出了質量等級相當于 CKB100但低溫性能要好的抽油機油標準,但在其油田實際使用過程中質量標準無法得到廣泛應用。中國石化公司潤滑油公司開發(fā)了相當于 CKC100質量級別的抽油機專用齒輪油,產品在勝利油田的 2臺不同型號的抽油機減速箱中進行了應用試驗,可以滿足油田設備全天候的使用要求。但其產品低溫性能無法滿足北方油田抽油機冬季作業(yè)潤滑的要求。

2007年,中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心與大慶、新疆、長慶油田的質量安全環(huán)保部聯(lián)合在股份公司勘探板塊立項——寒區(qū)抽油機用潤滑油技術條件(見表 1、表 2)。主要參照采用機械行業(yè)標準 JB/ T 8831《工業(yè)閉式齒輪的潤滑油選用方法》、國家標準 GB 5903《工業(yè)閉式齒輪油》中L-CKC粘度等級100、150和 220的部分技術要求并依據抽油機運行的實際工況條件制定,由中國石油天然氣股份有限公司勘探與生產專業(yè)標準化技術委員會提出并歸口。標準規(guī)定了寒區(qū)條件下抽油機齒輪減速箱用潤滑油的技術內容、取樣、檢驗方法和判定原則,適用于油田寒區(qū)條件下抽油機齒輪減速箱用潤滑油的產品生產、驗收和質量檢驗。質量水平與 CKC級閉式工業(yè)齒輪油相當,粘度等級、低溫性能可滿足中國各油田抽油機作業(yè)的性能要求。

命名規(guī)則如下:

表 1 技術要求(Q/SY 1138—2008)

續(xù)表

表 2 傾點指標要求(Q/SY 1138—2008)

中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心采用Ⅰ類、Ⅱ類基礎油加入由復合抗氧劑、抗磨劑以及防銹劑、金屬鈍化劑、抗氧劑等添加劑組成的抽油機油復合劑,可以調制出不同粘度等級、不同低溫性能的滿足寒區(qū)抽油機用潤滑油技術條件 (Q/SY 1138—2008)的抽油機油產品系列,可以滿足中國石油以及中國不同地區(qū)油田抽油機設備潤滑的需求。

5 結論

抽油機是保證油田采油作業(yè)的主要設備之一,由于野外作業(yè)工作特點對其設備潤滑性能要求較為苛刻,要使用具有良好氧化安定性、抗磨性、低溫性能以及分水性等綜合性能的抽油機專用齒輪油,在保證設備潤滑的同時還能有效地降低設備的能耗。

中國石油潤滑油公司能生產系列不同粘度等級、低溫性能的抽油機油產品,可以滿足中國石油以及中國不同地區(qū)油田抽油機設備潤滑的需求。

TE626.3

A

2010-06-02。

袁茂泉(1970-),男,工程師,1992年畢業(yè)于遼寧石油化工大學應用化學系工業(yè)分析專業(yè),現(xiàn)從事于潤滑油銷售與管理工作,已公開發(fā)表論文多篇。

1002-3119(2010)06-0058-04