油井作業用柱塞泵潤滑系統安全設計

熊芬

(長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100；荊州技師學院，湖北 荊州 434100)

范毅

(長江大學文理學院，湖北 荊州 434020)

陳國鋒

(川慶鉆探公司長慶石油工程監督公司，陜西 西安 710021)

油井作業用柱塞泵潤滑系統安全設計

熊芬

(長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100；荊州技師學院，湖北 荊州 434100)

范毅

(長江大學文理學院，湖北 荊州 434020)

陳國鋒

(川慶鉆探公司長慶石油工程監督公司，陜西 西安 710021)

油井作業用柱塞泵潤滑系統的安全設計內容，主要有：動力端潤滑系統(包括油箱、吸入管、齒輪泵、壓力管線、安全閥、排放管線、油冷卻器、油槽加熱器)的安全要求；動力端潤滑油的安全選擇；動力端潤滑系統的安全工作參數；柱塞潤滑系統安全設計。

油井作業；柱塞泵；潤滑系統；動力端；潤滑油；安全設計

一種往復式、容積式、臥式單作用五缸柱塞泵，在油田主要用于間斷性油井作業，如酸化、壓裂和壓井等。有關柱塞泵潤滑系統的安全準則要嚴格執行，因為它對該泵的使用壽命極其重要[1，2]。為此提出柱塞泵潤滑系統的安全設計要求。

1 動力端潤滑系統的安全要求

提供一個設計合理且安全無故障的動力端潤滑系統，是確保柱塞泵在作業時處于最佳工 作狀態和獲得較長壽命的最重要因素之一。因此，對潤滑系統的安裝、液壓元件及潤滑油的選擇都非常嚴格。為了能使柱塞泵正常工作和延長使用壽命，對柱塞泵的動力端潤滑系統提出如下安全要求，供使用者參考。正確設計的動力端潤滑系統將滿足以下安全技術要求。

1)為了安裝和維修方便，要求油箱吸入管出口與回油管入口應盡量隔開放置；回油管入口附近應安裝一塊磁鐵，方便使用；通氣孔/加油口應內置濾網，以阻止廢物進入油箱；油箱上應設置油尺和窺視孔，以指示其中油面位置；油箱應盡量安裝在柱塞泵正下方最低排放口下面。

2)潤滑油系統的吸入管內徑必須≥76.2mm，以保證吸入管流速≤0.6～0.9m/s；管內應設置吸入濾網，濾網為網孔規格40～100目的金屬網，內置旁通管；優先采用軸向筒式濾網，以便清洗和維護；在吸入管中應安裝一個回轉式單向閥，以保證潤滑油泵裝在油箱的液面以上；吸入管應盡量短，且彎曲不得過多；為防止彎曲損壞，吸入管宜采用金屬絲編織管。

3)潤滑泵應使用齒輪泵；齒輪泵吸入口直徑應與吸入管直徑相匹配，若不匹配，應采用一種短節接頭相連；為監控齒輪泵吸入流量，應在齒輪泵吸入口附近安裝一個充液真空計；為改善吸入條件，降低安裝高度，可直接在發動機的輔助傳動位置上安放齒輪泵，或者通過取力器與傳動箱直接連接，以保證齒輪泵在發動機的轉速下正常工作。

4)為防止彎曲損壞，潤滑系統壓力管線應采用金屬絲編織管；管線上應安裝油濾器，內置安全閥(絕不可使用外置安全閥來保護油濾器)和濾芯(自旋式或筒形密封式一次性濾芯均可)；為便于檢修，油濾器應安裝在合適的位置，并配備一個內置旁通指示器(檢修指示器)；在壓力管線潤滑油的入口處，應安裝油壓表顯示管線油壓；若系統安裝有遠控裝置，那么在遠控裝置上應安裝輔助油壓表。

5)潤滑系統的安全閥應為可調整的、無振動的安全閥；為保證潤滑油在到達安全閥之前已通過整個柱塞泵，安全閥必須安裝在柱塞泵潤滑口上正對著潤滑油入口處；為防止彎曲損壞，安全回流管線也應采用金屬絲編織管。

6)從柱塞泵到油箱應配置潤滑油排放管線，在動力端殼體的底部應設置潤滑油排放口；排出管線直徑與潤滑油排放口直徑相匹配；為確保潤滑油自由連續地向下流入油箱，排放管線應盡量短，并且不要有過多彎曲。在主排放管線上易于觀察的位置應安裝0～2500℉油溫表；若安裝有遠控裝置，裝置上還應使用輔助油溫表。

7)在極熱的現場環境條件下，為防止潤滑油油溫過高和油黏度不合適，需要配備一個油冷卻器來降溫；冷卻器應安裝在油濾器的下游。在極冷的現場環境條件下，為防止潤滑油太冷及黏度不合適而損壞潤滑泵，需要配備一個電控油槽加熱器；該加熱器可安裝在靠近油箱吸入管出口處。

2 動力端潤滑油的安全選擇

為確保柱塞泵的安全運行，選擇合適的動力端潤滑油是非常重要的。目前市場上銷售的合成齒輪潤滑油，在大多數油田現場環境條件下，能表現出更加安全、穩定的黏度和油膜強度。此時選擇這種合成齒輪潤滑油用于動力端潤滑，可在柱塞泵啟動時，不僅可提高潤滑油的流動性能，還可提供更好的防磨效果，減少其他配合部件的阻力。

但是，在季節性現場環境條件下，動力端潤滑不宜選用合成齒輪潤滑油，可選擇合成齒輪潤滑油的代用品。①中溫代用品(春、秋季)：齒輪潤滑油，適用環境溫度32～90℉，凝點必須在0℉或以下，在210℉下必須有85SUS(塞氏通用黏度秒數)或以上的黏度；在使用該類潤滑油時，柱塞泵工作溫度不得超過175℉。②高溫代用品(夏季或熱帶氣候)：齒輪潤滑油，適用環境溫度40～110℉，凝點必須在20℉或以下，在210℉下必須有124SUS或以上的黏度；在使用該類潤滑油時，柱塞泵工作溫度不宜超過175℉。③低溫代用品(冬季)：合成極壓齒輪潤滑油，適用環境溫度-15～70℉，凝點必須在-20℉或以下，在210℉下必須有75 SUS或以上的黏度；在使用該類潤滑油時，柱塞泵工作溫度不宜超過130℉。

3 動力端潤滑系統的安全工作參數

由于齒輪油從冷啟動到工作溫度的過程中會發生黏度變化，動力端潤滑系統的讀數將有相當的不同。油中的黏度變化會導致系統壓力和真空的變化。典型的例子是SEA 90 wt型號的齒輪油即使在室溫下也非常黏，它將在系統中產生很大的阻力，導致系統即使在油很低的流速下承受很高的壓力。同樣，在1500～1750℉，SEA 90 wt型號的齒輪油在系統中會變稀，流動通暢，阻力小，從而顯示的系統壓力相當低。由于齒輪油的黏度變化，并且潤滑系統有多種不同的設計，為每個系統設定一個高精度、穩定的讀數裝置是很難的。在柱塞泵滿功率或滿扭矩運行期間，每個系統特別是在穩定的溫度和壓力讀數方面是有稍微的不同。在投入使用后，除了遵守每個裝置的一般系統特性外，也要遵守此處系統的技術規范。任何裝置從正常到極端的變化是判斷潛在問題和防止動力端因潤滑不足而損壞的重要因素。

柱塞泵工作時，潤滑油泵吸入口任何時候的最大允許真空讀數為10mHg；發動機冷啟動和滿速運行時的最高油壓為175psi；柱塞泵工作時，任何時候的最高油溫：適中溫度(SEA 90齒輪油)為175℉，低溫(SEA 80齒輪油)為130℉，高溫(SEA 140齒輪潤滑油)為195℉；在穩定的工作溫度和發動機滿速運行時的正常油壓為70～100psi；柱塞泵全速運行和在穩定的工作溫度下的任何時候的最小油壓為40psi。

4 柱塞潤滑系統的安全設計

1)柱塞潤滑采用氣動潤滑泵，油通過單向閥進入柱塞盤根，每根柱塞用潤滑油流量為 0.473L/h，氣壓不得超過1.05MPa。柱塞盤根潤滑管線應是內徑0.25in、最小工作壓力為 8.75MPa的鋼絲編織軟管，防止卷曲。

2)就柱塞盤根而言，柱塞潤滑系統啟動是關鍵階段。在泵運轉前，柱塞潤滑油必須開始自由地流動。盡管工作條件不相同，一般推薦潤滑油速率為最少20滴/min。干的柱塞運動會導致盤根的磨損和失效。

3)液力端柱塞盤根潤滑油選用13#雙曲線極壓油或14#稠化柴油機油。

[1]申慶海. 固井水泥車柱塞泵對動力端潤滑系統的技術要求[J].石油天然氣學報(江漢石油學院學報)，2012，34(02X)：302～303.

[2]叢顏，田靜，施鐵軍，等. 壓裂柱塞泵潤滑系統優化[J].工業，2015，6(3)：28，35.

[編輯] 帥群

2016-00-0

國家科技重大專項(2012ZX04004-021)。

熊芬(1976-)，女，工程師，現從事機械設計及制造的教學與研究工作；通信作者：范毅，1103641678@qq.com。

TE934.202

A

1673-1409(2017)7-0094-03

[引著格式]熊芬,范毅,陳國鋒.油井作業用柱塞泵潤滑系統安全設計[J].長江大學學報(自科版), 2017,14(7):94～96.