抽油机设备与用油研究:油梁式抽油机

　　中图分类号：TE6263 文献标识码：A　　0 引言　　国内外油田主要采油的设备有抽油机、抽油泵、抽油杆、电动潜油泵、各种水力泵及气举设备等，其中抽油机早在120年前就开始产生并使用，目前仍是油田采油生产中最常用的两个地面举升设备之一。
　
　1 国内外抽油机生产现状、分类和性能特点
　
　全世界共有100多万口机械采油井，其中抽油机井有90多万口，并在逐年增加，中国抽油机保有量约10万台，年增量在5000台左右。
　国内抽油机发展已有近40年的历史。20世纪50年代以进口为主、修配为辅，主要进口前苏联CKH常规型游梁式抽油机。60～70年代，在仿前苏联的基础上制造出常规型游梁式抽油机，1975年制定并完善了国产抽油机技术标准。80年代起抽油机实现了全部国产化，不仅满足自给，而且有部分出口，在此期间，抽油机技术有了飞跃发展，瞄准世界先进水准，等效采用或部分采用美国API标准，并引进拉夫金(Lufkin)公司先进技术，使我国的抽油机跻身世界先进行列，打入国际市场。
　国内抽油机制造厂有数10家，产品类型已多样化，共有6大类45种抽油机，但游梁式抽油机仍处于主导地位，每年约有30种新型抽油机专利，10多种新试制抽油机，基本满足了陆地油田开采的需要。各种新型节能游梁式抽油机如双驴头式抽油机、前置式抽油机、异相曲柄平衡抽油机、前置式气平衡抽油机、下偏杠铃系列节能抽油机和用窄V形带传动的常规抽油机等均已在全国各个油田推广应用，并取得了显著的经济效益。
　国外抽油机的制造已相当集中。如美国，从1992年起主要抽油机生产厂家，或采用Lufkin公司的技术 ，或变成了Lufkin公司的子公司，采用统一的技术进行生产，产品的系列化、标准化的程度较高。抽油机总的发展方向是超大载荷、长冲程、低冲次；自动化、智能化；高效节能；高适应性；无游梁长冲程、大型化。
　世界上出现了许多新型抽油机，如果按过去的分类方法把现代抽油机只分为游梁和无游梁两大类，已经不能完整地表达现代抽油机的技术发展。换向系统和平衡系统是抽油机的主要部分，因此抽油机的分类和命名，应该按照这两部分的特征进行，同时应该符合油田的命名和分类习惯。新的分类方式为：
　(1)抽油机含有游梁，通过连杆机构换向，曲柄重块平衡的抽油机，可归为有梁类曲柄平衡抽油机，一般简称为某某游梁式抽油机，可不说明为曲柄平衡 。
　(2)对于游梁平衡的抽油机，应该特别说明。
　(3)如果抽油机是用某种机构换向， 由于游梁的摆角较大(超过或接近180度)，游梁变短甚至消失，驴头成为圆形，这类抽油机一般采用接近悬点的游梁平衡的方式，驴头和平衡用弧线做成一体，演变成轮状构件，称作天轮，这类抽油机叫做某某机构换向的无游梁抽油机或天轮式抽油机较为合适。
　(4)采用电动机换向的抽油机，一般通过滚筒驱动钢丝绳带动悬点工作，应称为电动机换向滚筒式抽油机。
　(5)通过各类离台器(有切换)或机构(无切换)驱动滚筒正反转动，带动悬点上下运动的抽油机，应称为机械换向滚筒式抽油机。
　(6)抽油机的控制系统有普通电器控制和数控两种，采用数控方式的抽油机，一般命名为数控某某类型抽油机。
　
　2 抽油机组成和工作原理
　
　游梁式抽油机的类型很多，但其结构原理是相同的，抽油机主要由游梁―连杆―曲柄结构、减速装置、动力设备和辅助装置四大部分组成，见图1。
　1底座；2支架；3悬绳器；4驴头；5游梁；6横梁轴承座；7横梁；8连杆；9曲柄销装置；10曲柄装置；11减速器；12刹车保险装置；13刹车装置；14电动机；15配电箱
　由动力机供给动力，经减速器将动力机的高速转动变为抽油机曲柄的低速转动，并由曲柄―连杆―游梁机构将旋转运动变为抽油机驴头的上、下往复运动，带动深井泵工作。
　
　3 抽油机主要润滑部位及其润滑性能要求
　
　尽管各种抽油机的结构与性能参数不一，但主要的润滑部位和品种基本形同。抽油机的电动机、尾轴承、连杆上端销、曲柄销、中轴承、驴头销和刹车系统等部位，需要润滑脂来润滑。一般采用锂基脂或合成锂基脂润滑。
　减速箱是抽油机的关键部件，一般为简单三轴(主动轴、中间轴、输出轴)平行二级减速结构。减速箱内的齿轮均采用油浴飞溅润滑， 箱体结合面涂密封胶防止飞溅油液渗漏，左右旋齿轮与箱体之间装有油槽盒(带刮油器)，箱体结合面开有油槽，可向各轴承供给润滑油。箱体上方设有检视窗，其上有迷宫式透气盖，箱体后方设有不同高度的三个丝堵，下面一个用于放油，上面两个用于检查油面高度。一般采用中极压工业齿轮油润滑。
　对于液压式抽油机的液压泵、马达等控制系统，一般采用液压油来加以润滑。
　抽油机减速箱的润滑对抽油机的正常工作起着至关重要的作用，一般各油田都相对比较重视，但中国石油主产区地处北方地区，冬天比较寒冷，夏天又比较炎热，每个油田的工作环境不尽相同。所以，对润滑的整体要求又略有不同。总体的润滑要求是具有良好的粘温性能、抗磨性、热氧化安定性、防锈性、抗乳化性和耐水性。
　氧化安定性要求是因为抽油机减速箱专用齿轮油在工作中被不断搅拌，与空气、金属、杂质等接触，在温度较高的情况下容易氧化变质；低温性能要求是由于抽油机在野外作业温差变化大，为保证设备在冬季正常运转，对油品的低温性能提出了较高的要求；极压抗磨性能是齿轮的承载能力，除了与润滑油的粘度有关外，主要与润滑油添加剂的性能有关；防腐蚀性能是因为抽油机减速箱专用齿轮油氧化产生的酸性物质对齿轮可造成腐蚀，由温差变化而产生水气的作用下，齿面及油箱会产生锈蚀、腐蚀，不仅破坏了齿轮的几何特点和润滑状态，腐蚀、锈蚀产物会进一步引起油质变坏；抗水性能是因为抽油机在户外作业，如设备密封不好很容易进水，油中含水会加速抽油机减速箱专用齿轮油中有机酸对金属的腐蚀，造成机械设备的锈蚀、抗乳化性能变差、添加剂水解，严重影响润滑油的质量。
　尽管油田设备管理整体水平在逐年提高，设备油、水管理工作也逐步完善，但对于抽油机这种粗、大、笨型设备无论从设计、制造还是管理及现场使用上对润滑的重视程度都不够，抽油机油（抽油机减速箱油）存在的主要问题有：减速器选用油品不统一，多数设计制造厂家在减速器油品选用上没有标准，多是凭经验及使用单位反馈信息选用，造成油品使用混乱，即便是同一种机型选油差别也很大；随意更改润滑油品，由于对粗、大、笨设备的管理不够重视，在抽油机减速箱润滑上存在油多油少设备都可以转、是油是水设备也可以用的情况，有用68号机械油、再生机械油、半流体防盗脂等，使抽油机减速箱损坏明显增多；换油不及时，抽油机使用条件恶劣(野外连续作业)，设备受外界污染严重、减速箱润滑油乳化变质、长时间使用液面下降、油液因泄漏或被盗在无油情况下运转等等，造成轴承烧损、齿轮腐蚀、打齿等现象，给油田造成很大损失；减速箱漏油是抽油机普遍存在的问题，既浪费油料，又影响正常生产。规范油田用抽油机油的质量对延长使用、保证安全生产有很重要的意义。
　
　4 抽油机油生产与研发
　
　油田抽油机是原油抽提的重要设备之一，常年在野外作业，环境温差变化较大，其运转是否正常直接关系到油田经济效益的好坏和安全生产。但是长期以来，油田存在用油不规范、不统一的现象。使用的润滑油品质量参差不齐。有些油田还在使用46号、68号机械油或废机油对抽油机减速箱进行润滑。由于设备润滑不当，在环境温度较低的冬季或负荷有变化的情况下，设备就得不到很好的润滑保护，从而导致设备损坏。
2007年中国石油大连润滑油研究开发中心曾经对国内某大型油田抽油机油的应用进行了简单的调查，发现不同井队的抽油机分别使用了齿轮油、机械油、车辆齿轮油、汽轮机油、全损耗系统用油、发动机油、半流体脂等10余个品种、20多个粘度等级产品，质量参差不齐，无法对抽油机减速箱提供良好的保护。
　全国目前有抽油机约10万台，每年增长约5000台左右，按照常规抽油机的减速箱油箱约160~200 L左右、每年更换抽油机油一次计算，抽油机油用量约18 万t/a。
　由于抽油机的结构、品种相对较多，其主要润滑部位――减速箱也不尽相同，导致各OEM厂家对其润滑的性能要求也不完全一样；再加之，抽油机的应用单位――油田相应单位对抽油机减速箱的设备管理不完全一样，造成各油田、油田各采油厂甚至一个采油厂的不同井队所使用的抽油机油也不完全一样。分别有使用了齿轮油、机械油、车辆齿轮油、汽轮机油、全损耗系统用油、发动机油、半流体脂等产品，质量参差不齐，无法确保抽油机减速箱处于良好状态。
　全国陆续地开展了对抽油机油的研发，主要是油田附近相关润滑油厂、中国石油和中国石化公司，其中油田附近的小润滑油厂在此领域处于供应方面的优势，但技术方面处于劣势。
　玉门油田炼化研究所针对玉门油田地处西北河西地区最高月平均温度21 ℃、最低月平均温度-115 ℃的气候特点，开发了一种由精制矿物油加入多种添加剂而成的半流体抽油机润滑剂。它也是一种特种齿轮润滑剂，有一定的流动性又比一般润滑油料有更好的粘附性，且具有一定的抗冲击负荷、防锈、防泄漏、耐寒、便于启动等优点，广泛用于油田抽油机减速箱。其产品相对单一，不能满足中国各油田抽油机的润滑。大庆黑鸟有限公司针对大庆油田、吉林油田具体采油工艺和气候状况，研制了一种低温性好、具有一定承载能力和抗磨能力、防止渗漏的半流体脂型抽油机油。但其产品还是存在着低温性能有一定差距、粘度品种相对单一的弊端。大庆油田公司质量安全环保部根据大庆气候特点、抽油机油润滑要求提出了质量等级相当于CKB100但低温性能要好的抽油机油标准，但在其油田实际使用过程中质量标准无法得到广泛应用。中国石化公司润滑油公司开发了相当于CKC100质量级别的抽油机专用齿轮油，产品在胜利油田的2台不同型号的抽油机减速箱中进行了应用试验，可以满足油田设备全天候的使用要求。但其产品低温性能无法满足北方油田抽油机冬季作业润滑的要求。
　2007年，中国石油大连润滑油研究开发中心与大庆、新疆、长庆油田的质量安全环保部联合在股份公司勘探板块立项――寒区抽油机用润滑油技术条件（见表1、表2）。主要参照采用机械行业标准JB/T 8831《工业闭式齿轮的润滑油选用方法》、国家标准GB 5903《工业闭式齿轮油》中L-CKC粘度等级100、150和220的部分技术要求并依据抽油机运行的实际工况条件制定，由中国石油天然气股份有限公司勘探与生产专业标准化技术委员会提出并归口。标准规定了寒区条件下抽油机齿轮减速箱用润滑油的技术内容、取样、检验方法和判定原则，适用于油田寒区条件下抽油机齿轮减速箱用润滑油的产品生产、验收和质量检验。质量水平与CKC级闭式工业齿轮油相当，粘度等级、低温性能可满足中国各油田抽油机作业的性能要求。
　命名规则如下：
　中国石油大连润滑油研究开发中心采用Ⅰ类、Ⅱ类基础油加入由复合抗氧剂、抗磨剂以及防锈剂、金属钝化剂、抗氧剂等添加剂组成的抽油机油复合剂，可以调制出不同粘度等级、不同低温性能的满足寒区抽油机用润滑油技术条件（Q/SY 1138―2008）的抽油机油产品系列，可以满足中国石油以及中国不同地区油田抽油机设备润滑的需求。
　
　5 结论
　
　抽油机是保证油田采油作业的主要设备之一，由于野外作业工作特点对其设备润滑性能要求较为苛刻，要使用具有良好氧化安定性、抗磨性、低温性能以及分水性等综合性能的抽油机专用齿轮油，在保证设备润滑的同时还能有效地降低设备的能耗。
　中国石油润滑油公司能生产系列不同粘度等级、低温性能的抽油机油产品，可以满足中国石油以及中国不同地区油田抽油机设备润滑的需求。
　收稿日期：2010-06-02。
　作者简介：袁茂泉（1970-），男，工程师，1992年毕业于辽宁石油化工大学应用化学系工业分析专业，现从事于润滑油销售与管理工作，已公开发表论文多篇。