張朋娟 楊海波 湯凱 王會山 董亞玲

（1.大慶油田有限責任公司第九采油廠；2.大慶油田有限責任公司第四采油廠；3.大慶油田有限責任公司第三采油廠）

游梁式抽油機因其結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、操作維修方便等特點在大慶油田廣泛應(yīng)用。其中減速箱將電動機的高速轉(zhuǎn)動通過三軸兩級減速變?yōu)檩敵鲚S的低速轉(zhuǎn)動[1]，但減速箱齒輪間存在不同程度的摩擦，抽油機減速箱、各類軸承的損壞中，因減速箱看窗看不清問題占減速箱總問題60%以上。據(jù)統(tǒng)計，目前大慶油田對于抽油機減速箱看窗的革新重點在減速箱看窗看不清后如何治理，但對于如何預(yù)防減速箱看窗不清晰以及避免拆卸抽油機減速箱看窗存在知識空白，查詢現(xiàn)有專利認為：減速箱看窗外加對應(yīng)極性相反的磁塊，磁塊帶動看窗內(nèi)毛刷前端設(shè)置的小磁塊移動，從而帶動毛刷移動[2]，達到刷洗看窗的效果，目前國內(nèi)外相同油田也都是在清理抽油機減速箱看窗上進行革新，所以研制預(yù)防看窗污染的新型看窗是我們的主攻方向。

1 存在問題

游梁式抽油機的制造和使用已經(jīng)有130多年的歷史[3]，抽油機在長期運行之后，隨著機械設(shè)備老化問題的加劇，出現(xiàn)故障的現(xiàn)象不斷發(fā)生[4]。抽油機減速箱機油具有潤滑減速箱內(nèi)部齒輪、帶走機械運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的熱量、保護機械表面等功能；由于減速箱的密封件及端蓋在長時間的生產(chǎn)工作中會發(fā)生磨損、間隙大的現(xiàn)象[5]。目前抽油機減速箱機油液位監(jiān)測系統(tǒng)是通過平面塑料板對減速箱內(nèi)部液位進行監(jiān)測；由于該系統(tǒng)平面塑料板內(nèi)表面長期與機油直接接觸，造成污染，導(dǎo)致觀測不清晰及抽油機減速箱看窗漏油，最后不能及時發(fā)現(xiàn)減速箱缺乏潤滑導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，存在一定的安全隱患。

抽油機減速箱看窗漏油的原因經(jīng)過分析，主要是游梁式抽油機長時間的運轉(zhuǎn)，減速箱潤滑油因為溫度波動、齒輪表面金屬剝落及軸承的磨損和灰塵的污染，減速箱看窗長期在這種惡劣環(huán)境下工作，會導(dǎo)致看窗內(nèi)表面污染，很難清洗造成鏡面光潔度變差；為能夠看清減速箱液面，崗位員工要經(jīng)常對減速箱看窗進行拆卸清洗，由于頻繁拆卸導(dǎo)致減速箱看窗出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，既影響油井的生產(chǎn)時率，又增加員工的勞動強度。

2 解決對策

針對傳統(tǒng)的抽油機減速箱看窗存在的諸多問題，研制抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗從根本上解決相應(yīng)問題。

2.1 基本情況

抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗可提高抽油機減速箱機油液位目視監(jiān)測效果，同時可避免抽油機減速箱看窗因內(nèi)部油液污染造成的無法觀測液位情況。

抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗與原普通看窗的外形尺寸相同，看窗采用間接介質(zhì)顯示液位，間接顯示液為具備防凍能力的防凍液，其本身通過添加染色劑帶有鮮艷的顏色，和背景形成明顯色差，方便觀察液位高度。其隔離結(jié)構(gòu)看窗與原看窗相比，具有觀察視角廣、背影清晰、無結(jié)垢、無污染等優(yōu)點，員工更容易觀察判斷減速箱內(nèi)的潤滑油液位是否符合要求。

抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗結(jié)構(gòu)見圖1，由密封絲堵、絲堵密封墊、看窗主體、密封墊片、連通螺栓、玻璃管上部密封墊、有機玻璃管、玻璃管下部密封墊、連通底座等構(gòu)成。

圖1 抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The structure diagram of the double liquid isolation structure observing window of deceleration box of pumping unit

2.2 原理

抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗采用連通器原理，通過選擇具備鮮艷特征的介質(zhì)做為顯示指示物，消除了減速箱液位看不清和清洗看窗的問題。

雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗使用時，減速箱內(nèi)的潤滑油從進油通道進入雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗的油—液室，潤滑油比防凍液密度小，浮在防凍液上層，壓迫油—液室的防凍液下行，經(jīng)連通通道進入玻璃管內(nèi)，直至平衡為止；玻璃管內(nèi)的氣體經(jīng)平衡通道進入儲油室，再經(jīng)儲油室氣平衡孔進入減速箱內(nèi)。當減速箱內(nèi)的潤滑油減少時，玻璃管內(nèi)的防凍液高于減速箱內(nèi)的潤滑油高度，在重力的作用下，防凍液壓迫油—液室內(nèi)的潤滑油經(jīng)進油通道流回看窗儲油室，再經(jīng)儲油室進油通道流回減速箱內(nèi)；玻璃管內(nèi)的氣體減少，減速箱內(nèi)的氣體經(jīng)氣平衡通道補充到玻璃管內(nèi)，直至平衡為止，抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗原理見圖2。

圖2 抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗原理Fig.2 Principle of the double liquid isolation structure observing window of deceleration box of pumping unit

2.3 技術(shù)關(guān)鍵

2.3.1 整體結(jié)構(gòu)尺寸

由于受抽油機減速箱原有看窗的整體尺寸和安裝螺絲孔的限制，抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗的外徑設(shè)計為100 mm，雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗的顯示極限高度50 mm，玻璃管安裝座寬25 mm，安全液位1/3～2/3，液位下限13 mm，液位上限29.5 mm，玻璃管液位計的外型結(jié)構(gòu)尺寸見圖3。

圖3 玻璃管液位計的外型結(jié)構(gòu)尺寸Fig.3 External structure dimension of glass tube level gauge

2.3.2 防凍液與潤滑油的液位變化比例關(guān)系

根據(jù)GB/T 13608—2009《合理潤滑技術(shù)通則》，合理潤滑是指為實現(xiàn)設(shè)備的可靠運行、性能改善、降低摩擦功耗、減少溫升和磨損及潤滑劑消耗量，對設(shè)備的潤滑設(shè)計、潤滑系統(tǒng)運行操作、狀態(tài)監(jiān)測和使用潤滑劑品種、性能等采取的各種技術(shù)和管理手段。潤滑油在抽油機減速箱中主要作用是減少齒輪間的摩擦，保護軸和齒輪，起到潤滑、冷卻、防銹、清潔、密封和緩沖等主要作用[6]。

抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗的革新重點是考慮如何防止?jié)櫥瓦M入玻璃管內(nèi)造成玻璃管管壁附著現(xiàn)象。在設(shè)計與材料選型時，將抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗液位計油—液室的截面積設(shè)計為玻璃管管內(nèi)截面積的2.5倍，也就是當油—液室內(nèi)的液位每增加或降低1 mm，玻璃管內(nèi)的液位就會升高或降低2.5 mm，通過計算得出加入10 mL的顯示介質(zhì)，油—液室內(nèi)的潤滑油就不會進入抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗玻璃管內(nèi)。

2.3.3 防凍液的選擇

大慶油田地處我國北方嚴寒地區(qū)[7]，冬季寒冷，溫度低，有關(guān)資料顯示，低溫極值為-36℃，因此在選擇看窗內(nèi)配套的防凍液時，首先確定其凝固點必須小于-40℃，防凍液應(yīng)具備三大性能：

1）防凍性能。防凍液主要以乙二醇、乙醇和水等物質(zhì)構(gòu)成，冰點是其主要指標，普通防凍液可以達到-40℃，優(yōu)質(zhì)防凍液要達到-60℃，這是標定防凍液質(zhì)量的重要指標。

2）清洗性能。防凍液內(nèi)的表面活性劑，具有潤濕、滲透、增溶等功能，可提高其抗污能力。

3）示蹤能力。具有鮮艷的色澤，使其便于觀察，兩種防凍液對比見圖4。

圖4 兩種防凍液對比Fig.4 Comparison of two types of antifreeze

抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗防凍液中水的成分需要進行限制，并采取投放穩(wěn)定劑的方式減輕其溢散，避免水及其中雜質(zhì)對顯示部件或潤滑油中的添加劑產(chǎn)生影響[8]。抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗防凍液選擇顏色需要具有較好的穩(wěn)定性，以避免因陽光照射導(dǎo)致褪色而影響觀察效果。初步選用市場常見的粉色防凍液和藍色防凍液，兩種介質(zhì)本身性能完全相同，而看窗背景色設(shè)置為紅色和綠色區(qū)域，紅色區(qū)域為不合格區(qū)域，綠色區(qū)域為合格區(qū)域，防凍液的液位應(yīng)在綠色背景的映襯下，所以粉色防凍液更便于抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗使用。

2.3.4 潤滑油與防凍液的配伍性試驗

潤滑油是由基礎(chǔ)油和添加劑組成，基礎(chǔ)油主要包括礦物油和合成油，而常用的添加劑有十幾類甚至上百種，這些基礎(chǔ)油和添加劑可能起協(xié)同作用，也可能起反協(xié)同作用[9]。而抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗內(nèi)潤滑油和顯示液在油—液室內(nèi)共存，抽油機減速箱內(nèi)潤滑油如果與顯示液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，會污染減速箱潤滑油，污染的潤滑油將不會起到潤滑油原有的作用，因此選擇的防凍液不能與抽油機減速箱內(nèi)潤滑油互溶或乳化變質(zhì)反應(yīng)。

為保證抽油機減速箱內(nèi)潤滑油與顯示液不出現(xiàn)互溶現(xiàn)象，應(yīng)對抽油機減速箱內(nèi)使用潤滑油現(xiàn)狀進行分析。抽油機減速箱潤滑油為重負荷工業(yè)齒輪油，按照GB 3141—1994《工業(yè)用潤滑劑ISO黏度分類標準》分類，常使用抽油機齒輪油黏度級別多為68#（40℃運 動 黏 度61.2～74.8 mm2/s）、100#（40℃運動黏度90～110 mm2/s）、150#（40℃運動黏度135～165 mm2/s）、220#（40℃運 動 黏 度198～242 mm2/s）等。減速箱選用潤滑油型號：環(huán)境溫度0～30℃，輸出軸轉(zhuǎn)速在100 r/min以上時使用150#齒輪油，在100 r/min以下時使用220#齒輪油；環(huán)境溫度在-10～15℃時，輸出軸轉(zhuǎn)速在100 r/min以上時使用68#齒輪油，在100 r/min以下時使用100#齒輪油，同時工業(yè)齒輪油傾點不高于-9℃，高傾點的產(chǎn)品在低溫下會失去流動性，不能滿足低溫下的潤滑需要[10]。

為了防止防凍液與潤滑油發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或引起潤滑油的乳化變質(zhì)，現(xiàn)場對防凍液與潤滑油進行配伍性實驗，驗證選擇的防凍液是否可行，經(jīng)過一年的實驗，分層明顯，沒有出現(xiàn)融合現(xiàn)象。防凍液與潤滑油未見混層相溶，相關(guān)容器內(nèi)無油液掛壁聚集或乳化變質(zhì)產(chǎn)生衍生物。防凍液與潤滑油的配伍性實驗見圖5。

圖5 防凍液與潤滑油的配伍性實驗Fig.5 Compatibility test of antifreeze and lubricating oil

2.3.5 潤滑油與防凍液的液位差

對于防凍液與潤滑油之間是否存在液位差進行分析：經(jīng)過調(diào)查，防凍液水密度為0.96 g/cm3，減速箱所加的潤滑油密度為0.88 g/cm3，防凍液與潤滑油存在密度差異，連通器兩端的液位存在偏差，對于連通器兩端液位的偏差進行實驗；現(xiàn)場將抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗分別裝入相同體積的潤滑油和防凍液，對比分別裝入潤滑油和防凍液的抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗液位高度差小于4 mm，由此液位差可以忽略不計。

3 成果應(yīng)用

抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗已在大慶油田某采油廠得到推廣應(yīng)用，抽油機減速箱看窗外觀對比見圖6。抽油機減速箱看窗故障多發(fā)生在冬季寒冷天氣，該成果在2019年冬季前安裝應(yīng)用130井次，3 a來應(yīng)用效果顯著，極大改善了減速箱液位觀察效果，避免抽油機減速箱損壞以及減速箱內(nèi)潤滑油的滲漏，同時也避免了抽油機減速箱看窗的拆卸清理維護作業(yè)。

圖6 抽油機減速箱看窗外觀對比Fig.6 Appearance comparison of deceleration box of pumping unit

應(yīng)用后，減速箱內(nèi)潤滑油有效檢測率達到100%，減少潤滑油添加量350 kg，減少時率影響原油產(chǎn)量12.18 t/a，減少減速箱大修3臺次，累計創(chuàng)效共計8.956 3萬元，有效降低員工勞動強度，提高抽油機井的生產(chǎn)時率，最大程度節(jié)省減速箱維修費用和停機導(dǎo)致的產(chǎn)量損失，在節(jié)能降耗上效果顯著。

4 結(jié)論

通過對抽油機減速箱看窗在實踐中不斷探索研究，現(xiàn)場應(yīng)用效果較好，得出以下認識：

1）抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗解決了傳統(tǒng)看窗觀察視野狹窄的問題，其觀察視野大于或等于180°，更適合在不同角度觀看，消減了職工攀爬抽油機導(dǎo)致的人身傷害風險，實現(xiàn)本質(zhì)安全[11]。

2）抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗玻璃管內(nèi)采用防凍液做為隔離液，可避免潤滑油進入玻璃管凝固，導(dǎo)致液面凝結(jié)污染，同時避免減速箱看窗頻繁拆卸導(dǎo)致減速箱內(nèi)潤滑油泄漏造成的油料浪費[12]。

3）抽油機減速箱雙液隔離結(jié)構(gòu)看窗應(yīng)用后，通過及時監(jiān)測潤滑油液位，降低因缺乏潤滑油導(dǎo)致的減速箱故障維修情況，在節(jié)能降耗上起到示范作用[13]。