胜利油田石油开发中心有限公司
摘 要：在油田开发阶段，随着开发难度的增加，需要的注水强度不断提高，泵压也不能上升，柱塞泵一般长期在25MPa左右运行。润滑是保障柱塞泵曲轴箱运行的关键要素，随着变频、带压启动等技术应用，以及曲柄摩擦副压力和转速的变化，润滑管理面临新的技术需求。通过对注水泵的结构及工作原理、油田注水系统现状进行归纳和梳理，对油田柱塞式注水泵工况及润滑要求、油田注水泵用油现状及发展等进行分析论述，旨在为油田柱塞式注水泵推荐一款更为合适润滑油品，即油田注水泵润滑系统需要专用的注水泵润滑油。
关键词： 柱塞泵；油田注水；变频带压启动；运行工况；润滑措施
柱塞泵具有扬程高、排量小、效率高、电力配套设施简单等特点，适用于注水量低、注水压力高的中低渗透油田或断块油田 。采用往复式柱塞泵，它的运行是否可靠，直接关系着石油生产的安全和效益。因为注水泵传输的介质主要是清水和含油污水，工作压力较高，在12~25MPa，平均工作压力在17 MPa左右。柱塞系统密封不良或者由于呼吸作用，极易造成润滑油中混入水分，导致柱塞泵润滑油乳化变质。油品乳化后不及时更换，注水泵长时间得不到良好的润滑，会造成轴承损坏、轴瓦腐蚀等现象，给油田造成很大损失；油品乳化后若更换，则造成极大浪费；因此，抗乳化性能是注水泵油质量控制的关键。
柱塞式注水泵应用广泛，其对润滑油有较高的要求，但目前国内外还没有规范的用油标准。根据注水泵的结构特点、工作原理以及其在石油化工领域使用的工况条件及运行特点，对注水泵的润滑要求、用油现状及发展趋势、常用润滑油的性能特点等进行分析，发现常用的CD级柴油机油、齿轮油等不适合注水泵的工况要求。而注水泵专用油产品，以其良好的抗乳化、抗氧化、抗磨损性能，满足了油田注水泵润滑系统的特殊使用工况要求。
1 注水泵结构及运行工况
1.1 注水泵的结构
柱塞式注水泵主要由动力端、液力端、传动部分及电动机组成，如图 1 所示。动力端在柱塞泵中起到传送动力的作用，是将电动机的旋转运动转化为柱塞往复运动的部件，主要由曲轴、轴承、连杆、连杆轴瓦、十字头、十字头销、弹簧挡圈、曲轴箱、基座等部件组成，如图 2(a)所示。液力端包括泵头、组合阀、阀板、弹簧、柱塞和缸套及其密封（填料箱）、吸入阀和排出阀组件、缸盖和阀箱、吸入和排出集合管等，如图 2 (b)所示。该部分直接输送液体，将机械能传递给液体，转换成液体的压力能。
1.机身（传动箱）2.曲轴3.连杆4.十字头5.联接杆6.柱塞7.耐震压力表8.蓄能器9.安全阀10.液缸体（泵头）11.排出阀总成12.密封函总成13.吸入阀总成14.吸入管总成
1.2 注水泵的工作原理
柱塞泵主要是通过电动机提供动力，联轴器带动曲轴旋转。当曲柄以角速度ω逆时针旋转时，柱塞向右移动，液缸内容积增大，压力降低，液体在压力作用下进入液缸中。当曲柄转过180°角以后柱塞向左移动，液体被挤压，液缸内液体压力急剧增加，吸入阀关闭而排出阀打开，液体被排出。当曲柄不停旋转时，柱塞泵就不断地吸入和排出液体。
1.3 注水泵的工作特性
柱塞泵的主要作用是提升或输送液体，其设计、制造、选型、安装、运行、维护管理的好坏不仅对工程投资的影响很大，而且与节约能源、降低成本、提高经济效益也密切相关 。油田排量较小的注水泵，多选用往复式柱塞泵，其运行特性所示。由于柱塞泵为容积泵，依靠工作室容积的变化来吸入和排出液体，所以扬程与流量无关，适合在输送流量不大而压力很高的地方运行。
2 油田注水系统现状
随着油田开发的深入，注水系统向多功能方向发展，特别是在原油含水量越来越高的情况下，为防止外排对环境造成污染，迫切需求将污水回注。因此柱塞泵的流量、压力、功率不断增加，由原来的三柱塞、四柱塞发展到目前的五柱塞。这就造成了柱塞泵的运行始终处于高负荷状态，内部强摩擦力、高剪切力作用明显。而作为对曲轴连杆及曲轴进行润滑的润滑油，主要起到润滑、冷却、防锈、清洁、缓冲等作用，可以防止曲轴及轴瓦磨损，对设备长期有效正常运行起到重要的作用 。同时注水泵曲轴箱的主要摩擦副是滑动轴承和滚动轴承，处理的工作介质是水。在注水泵的运行中，水进入曲轴箱是不可避免的，因此注水泵曲轴箱润滑油应满足以下要求 。l）适宜的黏度。润滑油黏度偏大，摩擦阻力增加，黏度过大则在低温下难启动困难；黏度过小，密封效果差，油膜厚度不够，磨损增加。因此柱塞泵要求润滑油必须具有适宜的黏度。按照 GB/T3141—1994《工业液体润滑剂1S0黏度分类》及柱塞泵的运行工况，经过分析可选则的润滑油黏度等级为100号，40 ℃运动黏度也用为90~110 mm 2 /s。2）一定的黏温性能。润滑油的黏度会随温度的升高而减小，随着温度的下降而增加。柱塞泵工作温度变化幅度在 30~70 ℃ ，且一般均安装在室内，对黏温性能要求并不高。3）优良的抗乳化性。润滑油的抗乳化性是防止油品乳化，或油品乳化后经过长时间静置，油水能迅速分离的性质。柱塞泵在使用中难免会混入传输介质水，如果油品抗乳化性差，油品极易与混入的水形成乳化液，从而造成润滑不良。4）优良的润滑性。柱塞泵启动和停车时处于边界润滑状态，此时若润滑不良，则会发生黏着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损，导致设备故障，使用寿命缩短。因此柱塞泵润滑油需要一定的抗磨和抗极压性能，满足润滑要求。5）良好的稳定性。润滑油的稳定性是保证柱塞泵长期、安全、稳定运行的一个极为重要的因素。稳定性应包括： 氧化安定性、抗腐蚀性、防锈性、剪切稳定性、热稳定性和储存稳定性。在润滑油稳定性中，任何一项不能满足要求，油品在使用中都会发生问题。
3双曲线齿轮油使用
双曲线齿轮在啮合过程中压力高、相对滑移速度大，可产生600~800 ℃的瞬时温度。一般情况下油性添加剂在l00 ℃左右就会从摩擦表面脱落，油膜被破坏。为防止磨损、擦伤和胶合的发生，双曲线齿轮油中加入了含氯、硫、磷等元素的有机化合物作为极压添加剂 。注水泵系统没有齿轮部件，而轴承轴瓦部位多为含铜材质，极易受含硫磷添加剂腐蚀，造成设备故障或损坏。同时18号双曲线齿轮油黏度偏大，也不利于节能降耗，因此该油品不适合用作注水泵系统润滑。
4 液压油使用
普通液压油适用于对润滑油无特殊要求的一般循环润滑系统等，也可对轴承等润滑。抗磨液压油以其良好的润滑性、优异的防锈防腐蚀性、良好的抗乳化抗泡沫性等性能得到了广泛应用。但摩擦副材质为青铜-钢或镀银钢-钢的柱塞泵则不适用。液压油通常黏度偏低、挥发性较大。较低的黏度不利于形成足够厚度的油膜，易导致设备部件因润滑不良而严重磨损。挥发性太大，导致生产车间油蒸汽浓度太高、气味大，损害操作人员的身心健康，加之对铜材的腐蚀，因而其推广使用受到较大限制。
参考文献
[1] 李开连.油气田设备润滑管理及油液检测技术[M].北京：石油工业出版社,2014．
[2] 万初峰.油田柱塞式注水泵专用润滑油的研究[J].中国石油石化,2017(1)：63-65.
论文作者:王 超,程 燕
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第17期
论文发表时间:2019/10/17
标签：黏度论文; 润滑油论文; 柱塞泵论文; 油田论文; 工况论文; 液体论文; 柱塞论文; 《工程管理前沿》2019年第17期论文;