熊芬

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100；荊州技師學(xué)院，湖北 荊州 434100)

范毅

(長(zhǎng)江大學(xué)文理學(xué)院，湖北 荊州 434020)

陳國(guó)鋒

(川慶鉆探公司長(zhǎng)慶石油工程監(jiān)督公司，陜西 西安 710021)

油井作業(yè)用柱塞泵潤(rùn)滑系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

熊芬

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100；荊州技師學(xué)院，湖北 荊州 434100)

范毅

(長(zhǎng)江大學(xué)文理學(xué)院，湖北 荊州 434020)

陳國(guó)鋒

(川慶鉆探公司長(zhǎng)慶石油工程監(jiān)督公司，陜西 西安 710021)

油井作業(yè)用柱塞泵潤(rùn)滑系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)內(nèi)容，主要有：動(dòng)力端潤(rùn)滑系統(tǒng)(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(dòng)力端潤(rùn)滑油的安全選擇；動(dòng)力端潤(rùn)滑系統(tǒng)的安全工作參數(shù)；柱塞潤(rùn)滑系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)。

油井作業(yè)；柱塞泵；潤(rùn)滑系統(tǒng)；動(dòng)力端；潤(rùn)滑油；安全設(shè)計(jì)

一種往復(fù)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(yè)，如酸化、壓裂和壓井等。有關(guān)柱塞泵潤(rùn)滑系統(tǒng)的安全準(zhǔn)則要嚴(yán)格執(zhí)行，因?yàn)樗鼘?duì)該泵的使用壽命極其重要[1，2]。為此提出柱塞泵潤(rùn)滑系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)要求。

1 動(dòng)力端潤(rùn)滑系統(tǒng)的安全要求

提供一個(gè)設(shè)計(jì)合理且安全無(wú)故障的動(dòng)力端潤(rùn)滑系統(tǒng)，是確保柱塞泵在作業(yè)時(shí)處于最佳工 作狀態(tài)和獲得較長(zhǎng)壽命的最重要因素之一。因此，對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的安裝、液壓元件及潤(rùn)滑油的選擇都非常嚴(yán)格。為了能使柱塞泵正常工作和延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)柱塞泵的動(dòng)力端潤(rùn)滑系統(tǒng)提出如下安全要求，供使用者參考。正確設(shè)計(jì)的動(dòng)力端潤(rùn)滑系統(tǒng)將滿足以下安全技術(shù)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(yīng)盡量隔開(kāi)放置；回油管入口附近應(yīng)安裝一塊磁鐵，方便使用；通氣孔/加油口應(yīng)內(nèi)置濾網(wǎng)，以阻止廢物進(jìn)入油箱；油箱上應(yīng)設(shè)置油尺和窺視孔，以指示其中油面位置；油箱應(yīng)盡量安裝在柱塞泵正下方最低排放口下面。

2)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的吸入管內(nèi)徑必須≥76.2mm，以保證吸入管流速≤0.6～0.9m/s；管內(nèi)應(yīng)設(shè)置吸入濾網(wǎng)，濾網(wǎng)為網(wǎng)孔規(guī)格40～100目的金屬網(wǎng)，內(nèi)置旁通管；優(yōu)先采用軸向筒式濾網(wǎng)，以便清洗和維護(hù)；在吸入管中應(yīng)安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)式單向閥，以保證潤(rùn)滑油泵裝在油箱的液面以上；吸入管應(yīng)盡量短，且彎曲不得過(guò)多；為防止彎曲損壞，吸入管宜采用金屬絲編織管。

3)潤(rùn)滑泵應(yīng)使用齒輪泵；齒輪泵吸入口直徑應(yīng)與吸入管直徑相匹配，若不匹配，應(yīng)采用一種短節(jié)接頭相連；為監(jiān)控齒輪泵吸入流量，應(yīng)在齒輪泵吸入口附近安裝一個(gè)充液真空計(jì)；為改善吸入條件，降低安裝高度，可直接在發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助傳動(dòng)位置上安放齒輪泵，或者通過(guò)取力器與傳動(dòng)箱直接連接，以保證齒輪泵在發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下正常工作。

4)為防止彎曲損壞，潤(rùn)滑系統(tǒng)壓力管線應(yīng)采用金屬絲編織管；管線上應(yīng)安裝油濾器，內(nèi)置安全閥(絕不可使用外置安全閥來(lái)保護(hù)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(yīng)安裝在合適的位置，并配備一個(gè)內(nèi)置旁通指示器(檢修指示器)；在壓力管線潤(rùn)滑油的入口處，應(yīng)安裝油壓表顯示管線油壓；若系統(tǒng)安裝有遠(yuǎn)控裝置，那么在遠(yuǎn)控裝置上應(yīng)安裝輔助油壓表。

5)潤(rùn)滑系統(tǒng)的安全閥應(yīng)為可調(diào)整的、無(wú)振動(dòng)的安全閥；為保證潤(rùn)滑油在到達(dá)安全閥之前已通過(guò)整個(gè)柱塞泵，安全閥必須安裝在柱塞泵潤(rùn)滑口上正對(duì)著潤(rùn)滑油入口處；為防止彎曲損壞，安全回流管線也應(yīng)采用金屬絲編織管。

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

7)在極熱的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件下，為防止?jié)櫥陀蜏剡^(guò)高和油黏度不合適，需要配備一個(gè)油冷卻器來(lái)降溫；冷卻器應(yīng)安裝在油濾器的下游。在極冷的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件下，為防止?jié)櫥吞浼梆ざ炔缓线m而損壞潤(rùn)滑泵，需要配備一個(gè)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(dòng)力端潤(rùn)滑油的安全選擇

為確保柱塞泵的安全運(yùn)行，選擇合適的動(dòng)力端潤(rùn)滑油是非常重要的。目前市場(chǎng)上銷售的合成齒輪潤(rùn)滑油，在大多數(shù)油田現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件下，能表現(xiàn)出更加安全、穩(wěn)定的黏度和油膜強(qiáng)度。此時(shí)選擇這種合成齒輪潤(rùn)滑油用于動(dòng)力端潤(rùn)滑，可在柱塞泵啟動(dòng)時(shí)，不僅可提高潤(rùn)滑油的流動(dòng)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(jié)性現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件下，動(dòng)力端潤(rùn)滑不宜選用合成齒輪潤(rùn)滑油，可選擇合成齒輪潤(rùn)滑油的代用品。①中溫代用品(春、秋季)：齒輪潤(rùn)滑油，適用環(huán)境溫度32～90℉，凝點(diǎn)必須在0℉或以下，在210℉下必須有85SUS(塞氏通用黏度秒數(shù))或以上的黏度；在使用該類潤(rùn)滑油時(shí)，柱塞泵工作溫度不得超過(guò)175℉。②高溫代用品(夏季或熱帶氣候)：齒輪潤(rùn)滑油，適用環(huán)境溫度40～110℉，凝點(diǎn)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(rùn)滑油時(shí)，柱塞泵工作溫度不宜超過(guò)175℉。③低溫代用品(冬季)：合成極壓齒輪潤(rùn)滑油，適用環(huán)境溫度-15～70℉，凝點(diǎn)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(rùn)滑油時(shí)，柱塞泵工作溫度不宜超過(guò)130℉。

3 動(dòng)力端潤(rùn)滑系統(tǒng)的安全工作參數(shù)

由于齒輪油從冷啟動(dòng)到工作溫度的過(guò)程中會(huì)發(fā)生黏度變化，動(dòng)力端潤(rùn)滑系統(tǒng)的讀數(shù)將有相當(dāng)?shù)牟煌?。油中的黏度變化?huì)導(dǎo)致系統(tǒng)壓力和真空的變化。典型的例子是SEA 90 wt型號(hào)的齒輪油即使在室溫下也非常黏，它將在系統(tǒng)中產(chǎn)生很大的阻力，導(dǎo)致系統(tǒng)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(hào)的齒輪油在系統(tǒng)中會(huì)變稀，流動(dòng)通暢，阻力小，從而顯示的系統(tǒng)壓力相當(dāng)?shù)?。由于齒輪油的黏度變化，并且潤(rùn)滑系統(tǒng)有多種不同的設(shè)計(jì)，為每個(gè)系統(tǒng)設(shè)定一個(gè)高精度、穩(wěn)定的讀數(shù)裝置是很難的。在柱塞泵滿功率或滿扭矩運(yùn)行期間，每個(gè)系統(tǒng)特別是在穩(wěn)定的溫度和壓力讀數(shù)方面是有稍微的不同。在投入使用后，除了遵守每個(gè)裝置的一般系統(tǒng)特性外，也要遵守此處系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。任何裝置從正常到極端的變化是判斷潛在問(wèn)題和防止動(dòng)力端因潤(rùn)滑不足而損壞的重要因素。

柱塞泵工作時(shí)，潤(rùn)滑油泵吸入口任何時(shí)候的最大允許真空讀數(shù)為10mHg；發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)和滿速運(yùn)行時(shí)的最高油壓為175psi；柱塞泵工作時(shí)，任何時(shí)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(rùn)滑油)為195℉；在穩(wěn)定的工作溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)滿速運(yùn)行時(shí)的正常油壓為70～100psi；柱塞泵全速運(yùn)行和在穩(wěn)定的工作溫度下的任何時(shí)候的最小油壓為40psi。

4 柱塞潤(rùn)滑系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

1)柱塞潤(rùn)滑采用氣動(dòng)潤(rùn)滑泵，油通過(guò)單向閥進(jìn)入柱塞盤根，每根柱塞用潤(rùn)滑油流量為 0.473L/h，氣壓不得超過(guò)1.05MPa。柱塞盤根潤(rùn)滑管線應(yīng)是內(nèi)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(rùn)滑系統(tǒng)啟動(dòng)是關(guān)鍵階段。在泵運(yùn)轉(zhuǎn)前，柱塞潤(rùn)滑油必須開(kāi)始自由地流動(dòng)。盡管工作條件不相同，一般推薦潤(rùn)滑油速率為最少20滴/min。干的柱塞運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致盤根的磨損和失效。

3)液力端柱塞盤根潤(rùn)滑油選用13#雙曲線極壓油或14#稠化柴油機(jī)油。

[1]申慶海. 固井水泥車柱塞泵對(duì)動(dòng)力端潤(rùn)滑系統(tǒng)的技術(shù)要求[J].石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào))，2012，34(02X)：302～303.

[2]叢顏，田靜，施鐵軍，等. 壓裂柱塞泵潤(rùn)滑系統(tǒng)優(yōu)化[J].工業(yè)，2015，6(3)：28，35.

[編輯] 帥群

2016-00-0

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2012ZX04004-021)。

熊芬(1976-)，女，工程師，現(xiàn)從事機(jī)械設(shè)計(jì)及制造的教學(xué)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(guó)鋒.油井作業(yè)用柱塞泵潤(rùn)滑系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2017,14(7):94～96.