抽油機(jī)減速器專用潤(rùn)滑油的研制

姚文釗，盧會(huì)利 ，周世德，賈品元

(1.西安石油大佳潤(rùn)實(shí)業(yè)有限公司，陜西 西安 710065；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司采油一廠，陜西 延安 716000；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司采油五廠，陜西 榆林 710020)

0 引言

抽油機(jī)是采油作業(yè)中的主力設(shè)備,其核心部件減速器的潤(rùn)滑效果對(duì)抽油機(jī)的正常工作起著至關(guān)重要的作用。由于抽油機(jī)基本上在野外露天作業(yè)、日曬雨淋、環(huán)境溫度變化很大、風(fēng)沙侵蝕嚴(yán)重、導(dǎo)致設(shè)備損毀嚴(yán)重。長(zhǎng)期以來(lái)，抽油機(jī)減速器齒輪的潤(rùn)滑多選用中負(fù)荷工業(yè)齒輪油，而普通工業(yè)齒輪油進(jìn)水后會(huì)導(dǎo)致油品乳化變質(zhì)、加速油品氧化、甚至引起添加劑水解失效，從而降低油膜強(qiáng)度、加劇設(shè)備部件磨損、引起腐蝕和銹蝕[1-2]；同時(shí)工業(yè)齒輪油傾點(diǎn)不高于-9 ℃，高傾點(diǎn)的產(chǎn)品在低溫下會(huì)失去流動(dòng)性，不能滿足低溫下的潤(rùn)滑需要[3]。尤其是對(duì)于在野外作業(yè)的設(shè)備來(lái)說(shuō)低溫流動(dòng)性至關(guān)重要。因此開發(fā)研制低溫性能良好、具有一定極壓抗磨、抗氧化安定性能的抽油機(jī)減速器專用齒輪油，對(duì)于油田企業(yè)降本增效、安全生產(chǎn)具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1 主要原材料與試驗(yàn)方法

1.1 主要原材料理化性質(zhì)

試驗(yàn)所用基礎(chǔ)油及添加劑主要理化性質(zhì)見表1、表2。

表1 基礎(chǔ)油主要理化性質(zhì)

表2 極壓抗磨劑及齒輪油復(fù)合劑主要理化性質(zhì)

1.2 主要試驗(yàn)方法

GB/T 260 石油產(chǎn)品水分測(cè)定法；

GB/T 265 石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定法和動(dòng)力黏度計(jì)算法；

GB/T 1995 石油產(chǎn)品傾點(diǎn)測(cè)定法；

GB/T 511 石油產(chǎn)品和添加劑機(jī)械雜質(zhì)測(cè)定法；

GB/T 3535 石油產(chǎn)品黏度指數(shù)計(jì)算法；

GB/T 3536 石油產(chǎn)品閃點(diǎn)和燃點(diǎn)測(cè)定法(克利夫蘭開口杯法)；

GB/T 5096 石油產(chǎn)品銅片腐蝕測(cè)定法；

GB/T 7305 石油和合成液抗乳化性能測(cè)定法；

SH/T 0193 潤(rùn)滑油氧化安定性測(cè)定法(旋轉(zhuǎn)氧彈法)；

GB/T 3142 潤(rùn)滑油承載能力測(cè)定法(四球法)；

SH/T 0189 潤(rùn)滑油抗磨損性能測(cè)定法(四球機(jī)法)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 目標(biāo)產(chǎn)品的確定

減速器是抽油機(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)。減速器內(nèi)的齒輪均采用油浴飛濺潤(rùn)滑，箱體結(jié)合面涂密封膠防止油液滲漏，左右齒輪與箱體之間裝有油槽盒(帶刮油器)，箱體結(jié)合面開有油槽，可向各軸承供給潤(rùn)滑油,一般采用L-CKC150中負(fù)荷工業(yè)齒輪油。油品需要具有優(yōu)異的抗氧化性、極壓抗磨性、防銹防腐性、抗泡性和抗乳化等性能。研究中結(jié)合使用工況等條件，確定目標(biāo)產(chǎn)物的40 ℃運(yùn)動(dòng)黏度為150 mm2/s左右。

2.2 基礎(chǔ)油的選擇

潤(rùn)滑油是由基礎(chǔ)油和添加劑調(diào)合而成，一般工業(yè)齒輪油中基礎(chǔ)油用量達(dá)到90%以上，因此基礎(chǔ)油質(zhì)量的好壞對(duì)潤(rùn)滑油產(chǎn)品起著至關(guān)重要的影響。氧化安定性是潤(rùn)滑油產(chǎn)品的最主要的性能之一，根據(jù)研制目標(biāo)40 ℃運(yùn)動(dòng)黏度的要求，考察了4種黏度適宜的基礎(chǔ)油的抗氧化安定性能(基礎(chǔ)油中加入0.5%的抗氧劑后進(jìn)行評(píng)價(jià))，結(jié)果見圖1。結(jié)果表明，不同油品的氧化誘導(dǎo)期有著較大的差距，A3、A4基礎(chǔ)油明顯優(yōu)于A2、A1基礎(chǔ)油。因此初步確定A3、A4基礎(chǔ)油并進(jìn)行低溫性能考察。研究中采用車用流體潤(rùn)滑劑低溫黏度測(cè)定法[4](勃羅克費(fèi)爾特黏度計(jì)法)考察低溫性能，試驗(yàn)溫度-26 ℃，結(jié)果見表3。

圖1 不同基礎(chǔ)油抗氧化安定性能比較

表3 基礎(chǔ)油低溫性能考察結(jié)果

從低溫考察結(jié)果可以看出， A3和A4復(fù)配使用，并補(bǔ)加一定量的黏指劑和較大量的降凝劑(一般用量0.3%左右)，低溫表觀黏度較大；A3和A4復(fù)配，并補(bǔ)加較大量的增黏降凝復(fù)合劑，低溫表觀黏度依然較大；而在保證產(chǎn)品黏度達(dá)到要求的情況下，單獨(dú)使用A4，并補(bǔ)加一定量的黏指劑后，產(chǎn)品的低溫表觀黏度最小(表觀黏度小于150 Pa·s時(shí)，就能很好地滿足抽油機(jī)減速器齒輪和軸承的潤(rùn)滑要求[5])。

2.3 添加劑的選擇

眾所周知，要提高油品的抗氧抗磨損等綜合性能，僅靠基礎(chǔ)油是不夠的，而需要選擇具有不同附加功能的添加劑來(lái)改善并提高其特殊要求。研究中通過對(duì)進(jìn)口齒輪油復(fù)合劑C1、國(guó)內(nèi)同類劑C2、自主研發(fā)的復(fù)合劑C3的氧化安定性能、防腐蝕性能、極壓抗磨性等的考察，來(lái)確定極壓抗磨劑等的類型及用量，結(jié)果見表4、圖2；同時(shí)工業(yè)齒輪油在使用過程中難免會(huì)因呼吸等作用而接觸到水分，水分的進(jìn)入會(huì)引起油品乳化變質(zhì)，造成設(shè)備異常磨損，對(duì)常用破乳劑T1002、DL32及LZ5957的破乳化性能考察結(jié)果見表5。

表4 氧化安定性和銅片腐蝕考察結(jié)果

圖2 產(chǎn)品極壓抗磨性能試驗(yàn)結(jié)果

表5 抗乳化性能考察結(jié)果

結(jié)果表明，采用復(fù)合劑C1調(diào)制的油品氧化安定性非常差，且銅片腐蝕較重；采用復(fù)合劑C2調(diào)制的油品氧化安定性較好，銅片腐蝕合格；而采用復(fù)合劑C3調(diào)制的油品，銅片腐蝕合格且氧化安定性優(yōu)異。極壓抗磨性能方面，在復(fù)合劑C2、C3基礎(chǔ)上，通過補(bǔ)加極壓抗磨劑B，可顯著提高產(chǎn)品的極壓抗磨能力，尤其是在復(fù)合劑C3基礎(chǔ)上補(bǔ)加一定量的極壓抗磨劑B，油品的PB、PD值顯著增大，可分別達(dá)到1117 N、1960 N，完全可以滿足抽油機(jī)減速器齒輪的特殊工況要求。

在確定的基礎(chǔ)油和添加劑條件下，選用不同的破乳劑，油品的抗乳化能力有明顯差異，其中以DL32使用效果最佳，在較低劑量下8 min內(nèi)即可得到較好的分離效果，可滿足抽油機(jī)減速器野外使用需求。

2.4 同類產(chǎn)品的性能比較

研究中將J320C與同類產(chǎn)品中負(fù)荷工業(yè)齒輪油CKC150進(jìn)行性能比較，見表6。結(jié)果表明J320C的低溫性能、抗乳化性能、抗氧化性能、極壓抗磨性能明顯優(yōu)于中負(fù)荷工業(yè)齒輪油。尤其是低溫性能方面，CKC150的傾點(diǎn)僅有-10 ℃，而J320C可以達(dá)到-30 ℃以下，即使在比較嚴(yán)寒的北方地區(qū)，冬季仍然可以正常使用；J320C的氧化誘導(dǎo)期長(zhǎng)達(dá)1000 min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CKC150，說(shuō)明產(chǎn)品具有更長(zhǎng)的使用壽命，換油周期更長(zhǎng)，可以有效地節(jié)約油品使用成本和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。

表6 J320C與CKC150的性能比較結(jié)果

表6(續(xù))

2.5 產(chǎn)品貯存穩(wěn)定性考察

針對(duì)潤(rùn)滑油產(chǎn)品經(jīng)過長(zhǎng)期放置可能會(huì)出現(xiàn)沉淀，給用戶造成一定的不便。因此對(duì)研制的油品進(jìn)行了貯存穩(wěn)定性考察，結(jié)果見表7。

表7 J320C產(chǎn)品貯存穩(wěn)定性考察

結(jié)果可見，研制的J320C抽油機(jī)減速箱齒輪油產(chǎn)品常溫與低溫(-4 ℃)交替放置四個(gè)月后油品清澈透明無(wú)沉淀，產(chǎn)品穩(wěn)定性良好，長(zhǎng)期放置不影響使用性能。

2.6 J320C現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果分析

J320C工業(yè)化產(chǎn)品在多個(gè)油田作業(yè)區(qū)開展了廣泛的應(yīng)用研究，取得了較好的使用效果，對(duì)使用后的油品從上、中、下部分別采樣分析，結(jié)果見表8。

表8 工業(yè)產(chǎn)品分析評(píng)價(jià)結(jié)果

從分析結(jié)果可以看出，油品正常使用一年后，各項(xiàng)理化指標(biāo)基本正常。新舊油品對(duì)比，酸值及黏度變化小，反映了油品的抗氧化安定性能良好，可有效延長(zhǎng)換油周期；銅片腐蝕基本無(wú)變化，反映了油品的抗腐蝕能力強(qiáng)，對(duì)設(shè)備部件尤其是銅材無(wú)腐蝕作用；使用后的油品，上、中、下部鐵、銅含量基本穩(wěn)定，且明顯小于齒輪油換油指標(biāo)中鐵含量不大于200 μg/g的要求，表明產(chǎn)品的極壓抗磨性能良好，能夠很好地保護(hù)設(shè)備，把設(shè)備的摩擦磨損降到最低；同時(shí)發(fā)現(xiàn)舊油中、上部樣品無(wú)水分，而下部樣品水分含量較大，一方面反映了設(shè)備使用過程中可能由于呼吸等作用而吸入水分，水分的超標(biāo)會(huì)造成設(shè)備的腐蝕、添加劑降解等，影響設(shè)備正常使用，另一方面也表明產(chǎn)品的水分離性較好，在減速器齒輪緩慢的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)使進(jìn)入油箱的水分沉積到油箱底部，而中、上部不含水分的油品可有效進(jìn)行潤(rùn)滑，以保證設(shè)備正常使用。

3 結(jié)論

以精制礦物油為基礎(chǔ)油，齒輪油復(fù)合劑為主劑，并補(bǔ)加一定量的極壓抗磨劑，開發(fā)研制的J320C抽油機(jī)減速器齒輪油產(chǎn)品，經(jīng)過一年的現(xiàn)場(chǎng)使用試驗(yàn)表明，產(chǎn)品具有良好的極壓抗磨性、抗氧化安定性、抗乳化性及貯存穩(wěn)定性，長(zhǎng)期放置不產(chǎn)生沉淀，可以滿足長(zhǎng)期處于野外作業(yè)的抽油機(jī)減速器齒輪在復(fù)雜環(huán)境下的使用要求。