呂月誌
（中（zhōng）石化勝利（lì）石油工程（chéng）有限公司井下作業公司，山（shān）東東（dōng）營）
摘 要（yào）：壓（yā）裂（liè）泵（柱塞（sāi）泵）是整個壓裂車（chē）的心髒，為使柱塞泵正常運轉，對其動力端（duān）潤滑係統提（tí）出了嚴格的技術要求。從動力端（duān）總成合潤滑係（xì）統、動（dòng）力段潤滑油、動力端潤滑係統的啟動以及工作技術規範等4個方麵對壓裂泵（bèng）動力端（duān）潤滑係統技術要求進行了研究：動力端總成要符合潤滑係統設計要求；要選擇（zé）合適的齒輪油滿足（zú）動力端潤滑的需要，包括一（yī）般用途合成動力端潤滑油的選用（yòng）和季（jì）節性非（fēi）合成動力端潤滑油的選用；動力端（duān）潤滑係統的啟動要符合規程；在動力端使（shǐ）用過程中要嚴格遵守潤滑係統的技（jì）術規範。
關鍵詞：壓裂泵；柱塞泵；動力端；潤滑係統；技術（shù）要求
壓裂泵是一種往複、容積式、單作（zuò）用、臥式三缸柱塞泵（bèng）。可以選（xuǎn）擇不同規格的（de）柱塞（sāi）以（yǐ）滿足用戶（hù）對不同壓力和排量的要求；可以滿足油田間（jiān）歇性（xìng）油井作業，如酸化、壓裂和壓井等，主要用於油田（tián）大型壓（yā）裂施工作業。柱塞泵由動力端、液力（lì）端和行星（xīng）輪減速箱組成；用戶可選用不同規格的柱塞以及相應盤（pán）根總成或者液力端總成（chéng）來（lái）進行不同工作性能參數的配置。動（dòng）力端總成主（zhǔ）要由曲軸箱體、曲軸總成（chéng）、十字（zì）頭箱（xiāng）體以及連杆十字頭（tóu）總成等組成。動力（lì）端潤滑（huá）采用壓力強製（zhì）潤滑，必須提供一（yī）個合理（lǐ）可靠的外部潤滑係統，才能保證柱塞泵具有Z佳工作性能和Z長使用壽命[1]。為了使柱（zhù）塞泵正常工作，對其動力（lì）端潤滑係統提出了嚴格的技術要求。
1 動力端總成潤滑係統設計要求
1.1油（yóu）箱
①Z小容量必須為568L；②吸入管出口Z小尺寸應為3in（1in=25.4mm），盡可能（néng）深地安裝；③吸入管出口和（hé）回油管入口應盡可能遠的（de）隔開；④排（pái）出（chū）管的回（huí）流接頭的Z小尺寸應為3in，安全閥管線的回流接頭Z小尺寸應為1in；⑤極力推薦在3in回油管（guǎn）口附近安裝1個方便使（shǐ）用的磁鐵；⑥通氣孔/加油口蓋Z小應為40目，並應包含有能阻止廢物進（jìn）入油箱（xiāng）的內置濾網（wǎng）；⑦油尺和窺視孔應可指示（shì）油箱中油麵位置；⑧油箱必須位於柱塞泵Z低排放口下麵（miàn），離泵盡（jìn）可能的近（Z好在泵的（de）正下方）。
1.2潤滑油係統的吸入管道
①整個管內徑Z小必須為3in，這樣吸入管流速絕不會超過2-3ft/s。②必須包括1個入口Z小尺寸為3in的吸入濾網，網孔規格（gé）為40-10目（400-150μm）的金屬網，濾芯麵積Z小為1500in2，內置旁通管壓力3-5psi（6-10inHg），額定流量Z小為1500gal/min（1gal=3.78541L）；清洗濾芯時，為了方便維（wéi）護，應優先采用軸（zhóu）向筒式濾網。③如（rú）果潤滑油泵裝在油箱的液麵以上，那麽可（kě）以在（zài）吸入管中安裝至少3in的回轉式單向閥。④吸入管應盡可能的短，不得有太多的彎曲；為防止損壞，采用金屬絲編織的吸入管；如（rú）果它的長度大於10ft，應該通過增加管內徑到4in來補償摩擦損失。
1.3潤滑泵
①潤滑泵必須是齒輪（lún）泵，當它以Z高轉速運行時，其流量Z小應為50gal/min。②出口和入口（kǒu）應盡（jìn）可能大，入口Z好為3in，出口Z好（hǎo）為1.25in；如果齒輪泵吸入口小於3in，為了保持3in的吸入管（guǎn）盡可能安裝在齒輪泵附近，應該采用（yòng）一種短（duǎn）節接頭。③為了（le）監控吸入流量狀況，特別是（shì）寒冷天（tiān）氣下的冷啟動期間，1個充液真空計（0-30inHg）（1inHg≈249Pa）應被安裝在離齒輪泵（bèng）吸入口盡可能近的地方。④齒輪泵可直接安裝在發動機（jī）上的一個輔助傳動位置上，或者通（tōng）過PTO（取力（lì）器）直接與傳動箱連接；通過傳動箱/PTO的安裝方式能（néng）降低（dī）安裝高度（dù），改善吸入條件；潤（rùn）滑泵的安裝必（bì）須是一種（zhǒng）直接安裝的驅動布置，無論柱塞（sāi）泵原動機何（hé）時運行時，它都在發動機的轉速下工作。
1.4潤滑係統壓力（lì）管線和（hé）油濾器（qì）
①為了保（bǎo）持10～12ft/s的流速，壓力管線的Z小內徑必須為1.25in。②壓力（lì）管線應為金屬絲（sī）編（biān）織的（de），Z小工作壓力800psi（1psi=6894.757Pa）。③油濾器的Z小額定能（néng）力為（wéi）150gal/200psi，必須有（yǒu）一個內置的15～25psi安全閥和（hé）25～33μm的濾芯（xīn）；油（yóu）濾器可以是自旋式一次性濾芯或（huò）筒形密封式一次性濾芯；油濾器必須安裝在易於檢修的位置，推薦使用1個內（nèi）置旁通指示器（檢修（xiū）指示器（qì））；150gal以上的雙濾芯油濾器將減少過濾90號重齒輪油時的壓降並延長更換濾芯的間隔（gé）時間；絕不可使用外（wài）置安全閥來保護油濾器。④在柱塞泵上NPT1的（de）潤滑油入口必須安裝0～200psi油壓表（biǎo）（注液）；對於安裝有（yǒu）遠控（kòng）的裝置，極力推薦使用1個輔助油（yóu）壓表。
1.5潤滑係統的安（ān）全閥和（hé）回流管線
①係統安全閥應為1nin、30～40gal、60psi（Z小）/200psi（Z大）、可調整的（de）、無振動（dòng）型的安全閥；②安全（quán）閥必須裝在柱塞（sāi）泵1in的NPT（標準管螺（luó）紋）潤滑（huá）口上（對著潤滑油入口），以便保證潤滑油在到達安全閥前通過整個柱塞泵；③安全回流（liú）管線（金（jīn）屬絲編織）內（nèi）徑Z小為1in，Z小（xiǎo）工作壓力為800psi，直接回油箱。
1.6潤滑油排放管路（從柱塞泵到油箱）
①在動力端殼體的底部配（pèi）有3in的NPT排放（fàng）口，排出管線不得比動力端的排出口小，還應盡可能的（de）短；排出（chū）管不應有太多的彎曲，應確保潤滑油自由連續地向下流入油箱。②0～2500℉油溫表應該安裝在主排出管（guǎn）線上，以便它的（de）傳感器可以淹沒在從柱塞泵回來的潤滑油中；溫（wēn）度計（jì）應安裝在易於（yú）觀察（chá）的位置；對於安裝有遠控的裝置，極力推薦使用一個輔助的溫度計。
1.7供選用的潤滑係統
①極熱的環境條件下，需要1個（gè）油冷卻器來防止油溫過高和油黏度不合適；使用時，冷卻器應為“空氣至油”或“強製空冷”型（xíng）式，並裝在油濾器的下遊；冷卻器的（de）能力應為150gal/250（Z小），入口和（hé）出口接頭Z小為1.25in；如果油井服（fú）務裝置在寒冷的（de）氣候（hòu）下也要作（zuò）業（yè），冷卻器必須豎直放置，讓油旁（páng）通過冷卻器（qì）。②在極冷的環境條件下（xià），可以使用一個（gè）電控油槽加熱器或一個“管殼式熱交換器”，來防止特別差的潤滑（huá）油吸入狀（zhuàng）況，避免因潤滑油太冷和潤滑油黏度不合適而導致潤滑油泵的（de）損壞；使用時，電控油槽加熱器應（yīng）該安裝在靠近（jìn）油箱吸入管出口的位置，並能在8～12h期間將油加熱到80～100℉；為防止油過熱，電控油槽加熱器必須是恒溫控（kòng）製的。
2 推薦使用的動力端潤滑油
為了確保柱塞泵長壽命和無故障服務，選擇合適（shì）的齒輪油滿足動力端潤滑（huá）的需要是非常重要的（de）。筆（bǐ）者極力推薦用戶使用目前市場上銷售的一種現代（dài）“合成潤滑油（yóu）”。合成潤滑油在大多數環境條（tiáo）件下表（biǎo）現出更加穩定的黏度（dù）；與同樣（yàng）黏度的傳統齒輪油相（xiàng）比，合成潤滑（huá）油增加了油（yóu）膜強度。使用這種合成潤滑油，將在柱塞泵啟動時提高（gāo）潤滑油的流動性能，提供更好的防磨效果，減少（shǎo）配合部件的阻力和（hé）磨擦，產生更大的（de）輸出功率。為獲得Z佳性能，不管選用何種動力（lì）端潤滑油，在（zài）使用時（shí）潤滑油的（de）溫度應保（bǎo）持在1500℉以下。具體要求如下。
2.1一般用途合成動力端潤滑油的選用
這些齒輪油（yóu）必須適合在“高壓（yā）（EP）”條件下使用，其黏度指標必須大於135s（塞（sāi）氏通用黏度單位：秒數）或更高，凝（níng）點必須低於-350℉或更低，必須進行50lb或更大的“鐵姆肯測試（TIMKENTEST）”，在2100℉下黏度必須大於125S。在使用（yòng）這些齒輪油時，柱塞泵的工作溫度（dù）不得超（chāo）過1750℉。
2.2季節性非合成動力端潤滑油的（de）選用
柱塞泵也可以使用常規非合成齒輪潤滑油；在特定的季（jì）節，要更加注意選擇適合周圍環境的潤滑油（yóu）的正確等（děng）級。在任（rèn）何情況下，常規的齒（chǐ）輪（lún）潤滑油必須（xū）包括一種極壓添加劑，必須達到或超過Mil-Spec.Mil-L-2105B標準，必（bì）須進行45lb或更大的（de）“鐵姆肯測試（TIMKENTEST）”。
1）適宜的工（gōng）作情況（春季和秋（qiū）季）這些齒輪油適合在（zài）32～90℉氣溫下使用。油的（de）凝固點必（bì）須在0℉以下，在210℉下（xià）必須有85s的黏度。在使用這（zhè）些潤滑油時，柱塞泵的工作溫度不得超過175℉。
2）氣溫變高的（de）工作情況（夏季或熱帶氣候）這些齒輪（lún）油（yóu）適合於這種氣（qì）候條件的（de）環境溫度為40～110℉。油的（de）凝固點必須在20℉以下，在210℉下（xià）必須（xū）有125s的黏度。在（zài）使用這些潤滑油時，柱塞泵的工作溫度不得超（chāo）過（guò）195℉。
3）氣溫變低（dī）的工作情況（冬季）在極冷的環境下使（shǐ）用任何柱塞泵，極力推薦使用合成壓力齒輪油。這（zhè）些齒輪油（yóu）適合在低溫（-15～70℉）的冬季使用。油的凝固點必須在-20℉以下，在21℉下必須有75s的黏度。在使用這些潤滑油時，柱塞泵的工作溫度不得超過130℉。
3 動（dòng）力（lì）端（duān）潤（rùn）滑係統（tǒng）的啟動
整機工作前，應先啟動潤滑係統，主要步驟如下：
1）按現有的環境條件，向動力端潤滑油箱加注正確等級的極壓齒（chǐ）輪油。油（yóu）箱不要（yào）加得（dé）過滿，正確的油位應（yīng）在液麵上留（liú）出（chū）約10％的空間。卸開潤滑（huá）油泵吸入口處的（de）潤滑油吸入軟管（guǎn），用該軟管將齒輪油加入潤滑（huá）油泵中。重新安裝（zhuāng）和固定吸入軟管。
2）柱塞泵傳動箱（xiāng）在空檔時，啟動發動機並讓它空轉。大約花幾分鍾的時間，就可將潤滑油充滿所有管線和（hé）濾清器等；在此期間，應對（duì）軟管連接處進行一次徹（chè）底的泄漏檢查。待所有的管線充（chōng）滿後，柱塞泵潤滑油入口的壓力表開始顯示（shì）係統（tǒng）壓力。讓發動機運行5mim以上，以便排出係統中的空氣。關閉發動機，向油箱裏加注潤滑油，達到（dào）滿油位刻度。
3）傳動箱（xiāng）在空檔時，重新啟動發動機，逐漸提高發動機的轉速到滿速；與（yǔ）此同（tóng）時，檢查潤滑油吸入口的真空（kōng）表和（hé）柱塞泵潤滑油（yóu）入（rù）口的壓力表。如果潤滑油溫（wēn）度太高和黏度太低，真空表的讀數不（bú）會超過（guò）0.035MPa；如果潤（rùn）滑（huá）油太冷（lěng）、太黏，應降低發動機的轉速，直到真空表的（de）讀數（shù）下降到（dào）0.035MPa。油在潤滑係統和柱塞泵中流（liú）動會產（chǎn）生摩擦，其溫度Z終會（huì）升高。
4）當真（zhēn）空表的讀數在發動機滿速運行時不再超過0.035MPa時，調整潤滑係統的安全閥以使其油壓在發動機滿速時不超過約1.05～1.2MPa。在潤滑係統中，濾清器的壓（yā）力通常是Z低的。對潤滑係統安全閥的設定主要是（shì）為了保護油（yóu）濾器，隻要不超過（guò）係統中Z低壓力的部件，它的設定值可高於1.2MPa；除非油（yóu）壓超過約2.8MPa，否則柱塞泵本身是不會被損壞的。再次強調，必要時，檢查整個（gè）潤滑係統（tǒng）的泄漏情況，關掉發動（dòng）機並向油（yóu）箱加油。待（dài）潤滑係統（tǒng）安裝（zhuāng）和正確（què）運行後，柱塞（sāi）泵才能運轉。
4 動力端潤滑（huá）係統的工作技術規範
由於齒輪（lún）油黏（nián）度會隨著（zhe）溫度的變化而變化，所以動力端潤滑係統的壓力也會有比較大的變化（huà）。因此，在使用的過程（chéng）中要遵守潤滑係統（tǒng）的技術規範。
1）潤滑油泵吸入口的Z大真空度：10inHg。
2）柱塞（sāi）泵（bèng）正常工作時的Z高油溫：一般SEA90齒輪潤（rùn）滑油為175℉；低溫SEA80齒輪潤滑油為130℉；高（gāo）溫SEA140齒輪潤滑油為（wéi）195℉。
3）柱塞泵正常工作時的潤滑油壓力：在冷啟動或正常運轉時的Z高油壓（yā）為175psi；穩定的溫度下正常運轉油壓（yā）範圍為70-120psi；穩定的（de）溫度下高速運轉時的Z小油（yóu）壓（yā）40psi。任何不正常的真空度、壓力、溫度上突然的變（biàn）化（尤其同（tóng）時出現（xiàn）異（yì）常的噪音、振動、煙塵），均要（yào）停止柱塞泵的工作並查（chá）明原因，防止動力端更大的損壞。
參考文獻：
[1]劉明皓.新型壓裂泵潤滑係統的設計技術要求[J].石（shí）油天然氣學報（江漢石油學院學報），2012，34（05X）：341～342.
來源：《長江（jiāng）大學學報自然科學版：理工（gōng）（上旬）》2015年第3月
