抽油機(jī)設(shè)備與用油研究

袁茂泉,馬爽

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

抽油機(jī)設(shè)備與用油研究

袁茂泉1,馬爽2

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

0 引言

國(guó)內(nèi)外油田主要采油的設(shè)備有抽油機(jī)、抽油泵、抽油桿、電動(dòng)潛油泵、各種水力泵及氣舉設(shè)備等,其中抽油機(jī)早在 120年前就開(kāi)始產(chǎn)生并使用,目前仍是油田采油生產(chǎn)中最常用的兩個(gè)地面舉升設(shè)備之一。

1 國(guó)內(nèi)外抽油機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)狀、分類和性能特點(diǎn)

全世界共有 100多萬(wàn)口機(jī)械采油井,其中抽油機(jī)井有 90多萬(wàn)口,并在逐年增加,中國(guó)抽油機(jī)保有量約 10萬(wàn)臺(tái),年增量在 5000臺(tái)左右。

國(guó)內(nèi)抽油機(jī)發(fā)展已有近 40年的歷史。20世紀(jì)50年代以進(jìn)口為主、修配為輔,主要進(jìn)口前蘇聯(lián)CKH常規(guī)型游梁式抽油機(jī)。60～70年代,在仿前蘇聯(lián)的基礎(chǔ)上制造出常規(guī)型游梁式抽油機(jī),1975年制定并完善了國(guó)產(chǎn)抽油機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。80年代起抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)了全部國(guó)產(chǎn)化,不僅滿足自給,而且有部分出口,在此期間,抽油機(jī)技術(shù)有了飛躍發(fā)展,瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水準(zhǔn),等效采用或部分采用美國(guó)API標(biāo)準(zhǔn),并引進(jìn)拉夫金 (Lufkin)公司先進(jìn)技術(shù),使我國(guó)的抽油機(jī)躋身世界先進(jìn)行列,打入國(guó)際市場(chǎng)。

國(guó)內(nèi)抽油機(jī)制造廠有數(shù) 10家,產(chǎn)品類型已多樣化,共有 6大類 45種抽油機(jī),但游梁式抽油機(jī)仍處于主導(dǎo)地位,每年約有 30種新型抽油機(jī)專利,10多種新試制抽油機(jī),基本滿足了陸地油田開(kāi)采的需要。各種新型節(jié)能游梁式抽油機(jī)如雙驢頭式抽油機(jī)、前置式抽油機(jī)、異相曲柄平衡抽油機(jī)、前置式氣平衡抽油機(jī)、下偏杠鈴系列節(jié)能抽油機(jī)和用窄V形帶傳動(dòng)的常規(guī)抽油機(jī)等均已在全國(guó)各個(gè)油田推廣應(yīng)用,并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

國(guó)外抽油機(jī)的制造已相當(dāng)集中。如美國(guó),從1992年起主要抽油機(jī)生產(chǎn)廠家,或采用 Lufkin公司的技術(shù) ,或變成了 Lufkin公司的子公司,采用統(tǒng)一的技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn),產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的程度較高。抽油機(jī)總的發(fā)展方向是超大載荷、長(zhǎng)沖程、低沖次;自動(dòng)化、智能化;高效節(jié)能;高適應(yīng)性;無(wú)游梁長(zhǎng)沖程、大型化。

世界上出現(xiàn)了許多新型抽油機(jī),如果按過(guò)去的分類方法把現(xiàn)代抽油機(jī)只分為游梁和無(wú)游梁兩大類,已經(jīng)不能完整地表達(dá)現(xiàn)代抽油機(jī)的技術(shù)發(fā)展。換向系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)是抽油機(jī)的主要部分,因此抽油機(jī)的分類和命名,應(yīng)該按照這兩部分的特征進(jìn)行,同時(shí)應(yīng)該符合油田的命名和分類習(xí)慣。新的分類方式為:

(1)抽油機(jī)含有游梁,通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)換向,曲柄重塊平衡的抽油機(jī),可歸為有梁類曲柄平衡抽油機(jī),一般簡(jiǎn)稱為某某游梁式抽油機(jī),可不說(shuō)明為曲柄平衡。

(2)對(duì)于游梁平衡的抽油機(jī),應(yīng)該特別說(shuō)明。

(3)如果抽油機(jī)是用某種機(jī)構(gòu)換向,由于游梁的擺角較大 (超過(guò)或接近 180度),游梁變短甚至消失,驢頭成為圓形,這類抽油機(jī)一般采用接近懸點(diǎn)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(gòu)件,稱作天輪,這類抽油機(jī)叫做某某機(jī)構(gòu)換向的無(wú)游梁抽油機(jī)或天輪式抽油機(jī)較為合適。

(4)采用電動(dòng)機(jī)換向的抽油機(jī),一般通過(guò)滾筒驅(qū)動(dòng)鋼絲繩帶動(dòng)懸點(diǎn)工作,應(yīng)稱為電動(dòng)機(jī)換向滾筒式抽油機(jī)。

(5)通過(guò)各類離臺(tái)器(有切換)或機(jī)構(gòu)(無(wú)切換)驅(qū)動(dòng)滾筒正反轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)懸點(diǎn)上下運(yùn)動(dòng)的抽油機(jī),應(yīng)稱為機(jī)械換向滾筒式抽油機(jī)。

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

2 抽油機(jī)組成和工作原理

游梁式抽油機(jī)的類型很多,但其結(jié)構(gòu)原理是相同的,抽油機(jī)主要由游梁—連桿—曲柄結(jié)構(gòu)、減速裝置、動(dòng)力設(shè)備和輔助裝置四大部分組成,見(jiàn)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(xiǎn)裝置;13.剎車裝置;14.電動(dòng)機(jī);15.配電箱圖1 抽油機(jī)組成

由動(dòng)力機(jī)供給動(dòng)力,經(jīng)減速器將動(dòng)力機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)槌橛蜋C(jī)曲柄的低速轉(zhuǎn)動(dòng),并由曲柄—連桿—游梁機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)槌橛蜋C(jī)驢頭的上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)深井泵工作。

3 抽油機(jī)主要潤(rùn)滑部位及其潤(rùn)滑性能要求

盡管各種抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)不一,但主要的潤(rùn)滑部位和品種基本形同。抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)、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(rùn)滑脂來(lái)潤(rùn)滑。一般采用鋰基脂或合成鋰基脂潤(rùn)滑。

減速箱是抽油機(jī)的關(guān)鍵部件,一般為簡(jiǎn)單三軸(主動(dòng)軸、中間軸、輸出軸)平行二級(jí)減速結(jié)構(gòu)。減速箱內(nèi)的齒輪均采用油浴飛濺潤(rùn)滑,箱體結(jié)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(jié)合面開(kāi)有油槽,可向各軸承供給潤(rùn)滑油。箱體上方設(shè)有檢視窗,其上有迷宮式透氣蓋,箱體后方設(shè)有不同高度的三個(gè)絲堵,下面一個(gè)用于放油,上面兩個(gè)用于檢查油面高度。一般采用中極壓工業(yè)齒輪油潤(rùn)滑。

對(duì)于液壓式抽油機(jī)的液壓泵、馬達(dá)等控制系統(tǒng),一般采用液壓油來(lái)加以潤(rùn)滑。

抽油機(jī)減速箱的潤(rùn)滑對(duì)抽油機(jī)的正常工作起著至關(guān)重要的作用,一般各油田都相對(duì)比較重視,但中國(guó)石油主產(chǎn)區(qū)地處北方地區(qū),冬天比較寒冷,夏天又比較炎熱,每個(gè)油田的工作環(huán)境不盡相同。所以,對(duì)潤(rùn)滑的整體要求又略有不同。總體的潤(rùn)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?yàn)槌橛蜋C(jī)減速箱專用齒輪油在工作中被不斷攪拌,與空氣、金屬、雜質(zhì)等接觸,在溫度較高的情況下容易氧化變質(zhì);低溫性能要求是由于抽油機(jī)在野外作業(yè)溫差變化大,為保證設(shè)備在冬季正常運(yùn)轉(zhuǎn),對(duì)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(rùn)滑油的粘度有關(guān)外,主要與潤(rùn)滑油添加劑的性能有關(guān);防腐蝕性能是因?yàn)槌橛蜋C(jī)減速箱專用齒輪油氧化產(chǎn)生的酸性物質(zhì)對(duì)齒輪可造成腐蝕,由溫差變化而產(chǎn)生水氣的作用下,齒面及油箱會(huì)產(chǎn)生銹蝕、腐蝕,不僅破壞了齒輪的幾何特點(diǎn)和潤(rùn)滑狀態(tài),腐蝕、銹蝕產(chǎn)物會(huì)進(jìn)一步引起油質(zhì)變壞;抗水性能是因?yàn)槌橛蜋C(jī)在戶外作業(yè),如設(shè)備密封不好很容易進(jìn)水,油中含水會(huì)加速抽油機(jī)減速箱專用齒輪油中有機(jī)酸對(duì)金屬的腐蝕,造成機(jī)械設(shè)備的銹蝕、抗乳化性能變差、添加劑水解,嚴(yán)重影響潤(rùn)滑油的質(zhì)量。

盡管油田設(shè)備管理整體水平在逐年提高,設(shè)備油、水管理工作也逐步完善,但對(duì)于抽油機(jī)這種粗、大、笨型設(shè)備無(wú)論從設(shè)計(jì)、制造還是管理及現(xiàn)場(chǎng)使用上對(duì)潤(rùn)滑的重視程度都不夠,抽油機(jī)油(抽油機(jī)減速箱油)存在的主要問(wèn)題有:減速器選用油品不統(tǒng)一,多數(shù)設(shè)計(jì)制造廠家在減速器油品選用上沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn),多是憑經(jīng)驗(yàn)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(jī)型選油差別也很大;隨意更改潤(rùn)滑油品,由于對(duì)粗、大、笨設(shè)備的管理不夠重視,在抽油機(jī)減速箱潤(rùn)滑上存在油多油少設(shè)備都可以轉(zhuǎn)、是油是水設(shè)備也可以用的情況,有用 68號(hào)機(jī)械油、再生機(jī)械油、半流體防盜脂等,使抽油機(jī)減速箱損壞明顯增多;換油不及時(shí),抽油機(jī)使用條件惡劣(野外連續(xù)作業(yè)),設(shè)備受外界污染嚴(yán)重、減速箱潤(rùn)滑油乳化變質(zhì)、長(zhǎng)時(shí)間使用液面下降、油液因泄漏或被盜在無(wú)油情況下運(yùn)轉(zhuǎn)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(jī)普遍存在的問(wèn)題,既浪費(fèi)油料,又影響正常生產(chǎn)。規(guī)范油田用抽油機(jī)油的質(zhì)量對(duì)延長(zhǎng)使用、保證安全生產(chǎn)有很重要的意義。

4 抽油機(jī)油生產(chǎn)與研發(fā)

油田抽油機(jī)是原油抽提的重要設(shè)備之一,常年在野外作業(yè),環(huán)境溫差變化較大,其運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常直接關(guān)系到油田經(jīng)濟(jì)效益的好壞和安全生產(chǎn)。但是長(zhǎng)期以來(lái),油田存在用油不規(guī)范、不統(tǒng)一的現(xiàn)象。使用的潤(rùn)滑油品質(zhì)量參差不齊。有些油田還在使用 46號(hào)、68號(hào)機(jī)械油或廢機(jī)油對(duì)抽油機(jī)減速箱進(jìn)行潤(rùn)滑。由于設(shè)備潤(rùn)滑不當(dāng),在環(huán)境溫度較低的冬季或負(fù)荷有變化的情況下,設(shè)備就得不到很好的潤(rùn)滑保護(hù),從而導(dǎo)致設(shè)備損壞。

2007年中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心曾經(jīng)對(duì)國(guó)內(nèi)某大型油田抽油機(jī)油的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的調(diào)查,發(fā)現(xiàn)不同井隊(duì)的抽油機(jī)分別使用了齒輪油、機(jī)械油、車輛齒輪油、汽輪機(jī)油、全損耗系統(tǒng)用油、發(fā)動(dòng)機(jī)油、半流體脂等 10余個(gè)品種、20多個(gè)粘度等級(jí)產(chǎn)品,質(zhì)量參差不齊,無(wú)法對(duì)抽油機(jī)減速箱提供良好的保護(hù)。

全國(guó)目前有抽油機(jī)約10萬(wàn)臺(tái),每年增長(zhǎng)約5000臺(tái)左右,按照常規(guī)抽油機(jī)的減速箱油箱約 160～200 L左右、每年更換抽油機(jī)油一次計(jì)算,抽油機(jī)油用量約 1.8萬(wàn) t/a。

由于抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)、品種相對(duì)較多,其主要潤(rùn)滑部位——減速箱也不盡相同,導(dǎo)致各OEM廠家對(duì)其潤(rùn)滑的性能要求也不完全一樣;再加之,抽油機(jī)的應(yīng)用單位——油田相應(yīng)單位對(duì)抽油機(jī)減速箱的設(shè)備管理不完全一樣,造成各油田、油田各采油廠甚至一個(gè)采油廠的不同井隊(duì)所使用的抽油機(jī)油也不完全一樣。分別有使用了齒輪油、機(jī)械油、車輛齒輪油、汽輪機(jī)油、全損耗系統(tǒng)用油、發(fā)動(dòng)機(jī)油、半流體脂等產(chǎn)品,質(zhì)量參差不齊,無(wú)法確保抽油機(jī)減速箱處于良好狀態(tài)。

全國(guó)陸續(xù)地開(kāi)展了對(duì)抽油機(jī)油的研發(fā),主要是油田附近相關(guān)潤(rùn)滑油廠、中國(guó)石油和中國(guó)石化公司,其中油田附近的小潤(rùn)滑油廠在此領(lǐng)域處于供應(yīng)方面的優(yōu)勢(shì),但技術(shù)方面處于劣勢(shì)。

玉門(mén)油田煉化研究所針對(duì)玉門(mén)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(diǎn),開(kāi)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(jī)潤(rùn)滑劑。它也是一種特種齒輪潤(rùn)滑劑,有一定的流動(dòng)性又比一般潤(rùn)滑油料有更好的粘附性,且具有一定的抗沖擊負(fù)荷、防銹、防泄漏、耐寒、便于啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn),廣泛用于油田抽油機(jī)減速箱。其產(chǎn)品相對(duì)單一,不能滿足中國(guó)各油田抽油機(jī)的潤(rùn)滑。大慶黑鳥(niǎo)有限公司針對(duì)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(jī)油。但其產(chǎn)品還是存在著低溫性能有一定差距、粘度品種相對(duì)單一的弊端。大慶油田公司質(zhì)量安全環(huán)保部根據(jù)大慶氣候特點(diǎn)、抽油機(jī)油潤(rùn)滑要求提出了質(zhì)量等級(jí)相當(dāng)于 CKB100但低溫性能要好的抽油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn),但在其油田實(shí)際使用過(guò)程中質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法得到廣泛應(yīng)用。中國(guó)石化公司潤(rùn)滑油公司開(kāi)發(fā)了相當(dāng)于 CKC100質(zhì)量級(jí)別的抽油機(jī)專用齒輪油,產(chǎn)品在勝利油田的 2臺(tái)不同型號(hào)的抽油機(jī)減速箱中進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn),可以滿足油田設(shè)備全天候的使用要求。但其產(chǎn)品低溫性能無(wú)法滿足北方油田抽油機(jī)冬季作業(yè)潤(rùn)滑的要求。

2007年,中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心與大慶、新疆、長(zhǎng)慶油田的質(zhì)量安全環(huán)保部聯(lián)合在股份公司勘探板塊立項(xiàng)——寒區(qū)抽油機(jī)用潤(rùn)滑油技術(shù)條件(見(jiàn)表 1、表 2)。主要參照采用機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/ T 8831《工業(yè)閉式齒輪的潤(rùn)滑油選用方法》、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 5903《工業(yè)閉式齒輪油》中L-CKC粘度等級(jí)100、150和 220的部分技術(shù)要求并依據(jù)抽油機(jī)運(yùn)行的實(shí)際工況條件制定,由中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探與生產(chǎn)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出并歸口。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了寒區(qū)條件下抽油機(jī)齒輪減速箱用潤(rùn)滑油的技術(shù)內(nèi)容、取樣、檢驗(yàn)方法和判定原則,適用于油田寒區(qū)條件下抽油機(jī)齒輪減速箱用潤(rùn)滑油的產(chǎn)品生產(chǎn)、驗(yàn)收和質(zhì)量檢驗(yàn)。質(zhì)量水平與 CKC級(jí)閉式工業(yè)齒輪油相當(dāng),粘度等級(jí)、低溫性能可滿足中國(guó)各油田抽油機(jī)作業(yè)的性能要求。

命名規(guī)則如下:

表 1 技術(shù)要求(Q/SY 1138—2008)

續(xù)表

表 2 傾點(diǎn)指標(biāo)要求(Q/SY 1138—2008)

中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心采用Ⅰ類、Ⅱ類基礎(chǔ)油加入由復(fù)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(jī)油復(fù)合劑,可以調(diào)制出不同粘度等級(jí)、不同低溫性能的滿足寒區(qū)抽油機(jī)用潤(rùn)滑油技術(shù)條件 (Q/SY 1138—2008)的抽油機(jī)油產(chǎn)品系列,可以滿足中國(guó)石油以及中國(guó)不同地區(qū)油田抽油機(jī)設(shè)備潤(rùn)滑的需求。

5 結(jié)論

抽油機(jī)是保證油田采油作業(yè)的主要設(shè)備之一,由于野外作業(yè)工作特點(diǎn)對(duì)其設(shè)備潤(rùn)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(jī)專用齒輪油,在保證設(shè)備潤(rùn)滑的同時(shí)還能有效地降低設(shè)備的能耗。

中國(guó)石油潤(rùn)滑油公司能生產(chǎn)系列不同粘度等級(jí)、低溫性能的抽油機(jī)油產(chǎn)品,可以滿足中國(guó)石油以及中國(guó)不同地區(qū)油田抽油機(jī)設(shè)備潤(rùn)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(xué)應(yīng)用化學(xué)系工業(yè)分析專業(yè),現(xiàn)從事于潤(rùn)滑油銷售與管理工作,已公開(kāi)發(fā)表論文多篇。

1002-3119(2010)06-0058-04