油氣田設備潤滑油規格及換油標準梳理

宋懷玉，張超，黃東升，陳冬梅，劉秀臣

(1.中國石油大連潤滑油研究開發中心，遼寧 大連 116031；2.中國石油北京潤滑油銷售分公司，天津 300171)

0 引言

中國是世界主要產油國之一，2020年世界經濟形勢惡化造成原油需求降低，國內油氣田企業降本增效壓力進一步增大。油氣田設備潤滑油品種多、用量大，包括柴油機油、液力傳動油、工業齒輪油、車輛齒輪油和液壓油等，潤滑油是油氣田生產主要耗材之一。潤滑油的合理使用與外界環境、設備工況和換油方式密切相關。2020年國際原油價格從75美元/桶一度降至20美元/桶，造成國內油氣田企業經營環境急劇惡化，油氣田企業降本增效壓力陡增[1]。在這種情況下，合理使用潤滑油，可以有效提高油田機械設備的使用效率，降低生產成本。

1 中國原油產量排名情況

2016-2018年世界十大產油國的產油量統計[2]顯示中國是世界主要產油國之一，總體排在世界第八位，見圖1。

圖1 2016-2018年世界十大產油國注：包括原油、頁巖油、油砂、凝析油與天然氣凝液，不包括其他來源的液體燃料，例如生物質油，其他煤制或天然氣制油。

由圖1可知，2016-2018年世界十大產油國包括美國、沙特阿拉伯、俄羅斯、加拿大、伊朗、伊拉克、阿聯酋、中國、科威特和尼日利亞等國，中國2016-2018年的產油量分別為3999千桶/日、3846千桶/日、3798千桶/日。

2020年國際原油價格波動巨大，造成國內油氣田企業經營環境急劇惡化，油氣田企業降本增效壓力陡增。

2 中國油氣田分布情況

中國具有豐富的油氣資源，分布于黑龍江、新疆、遼寧、陜西、山東、渤海、南海和東海等省份和海域[3-4],見圖2。

圖2 2019年中國十大油氣田產量

由圖2可知，中國十大油氣田分別隸屬于中國石油、中國海油、中國石化和延長石油等公司，2019年十大油氣田總產量約為25552萬t。

3 中國油氣田地域溫度分布特點

在中國十大油氣田中，冬季夏季溫度變化最大的是大慶油氣田和新疆油氣田，二者的歷史全年平均溫度統計見圖3。

圖3 黑龍江和新疆全年歷史平均溫度范圍

由圖3可知，新疆的夏季歷史平均溫度最高超過40 ℃，黑龍江的冬季歷史平均溫度最低低于-30 ℃。環境溫度對潤滑油規格中質量等級和黏度牌號的合理選用有重要影響，油氣田設備大多在野外持續作業，嚴苛的環境溫度變化情況要求潤滑油的選用必須充分考慮油品的黏溫性、低溫啟動性和氧化安定性等性能。

4 陸地油氣田開采工藝和設備類型

陸地油氣田地質結構復雜，開采過程要充分考慮采收率、維護、環境保護等因素，見圖4。

圖4 油氣田開采流程

由圖4可知，陸地油氣田開采流程包括地質勘探、物探、鉆井、錄井、測井、固井、完井等環節，需要使用多種工程機械和固定式設備[5]，見表1。

表1 油氣田開采設備

由表1可知，油氣田開采設備包括通用車輛、工程機械鉆技設備和鉆采特車等特種車輛。各型設備所用潤滑油品種包括柴油機油、液力傳動油、液壓油和車輛齒輪油等潤滑油。

5 油氣田設備潤滑油規格的質量等級

柴油機油、液壓油、車輛齒輪油和工業齒輪油是主要的油氣田設備潤滑油品種，其規格依次為GB 11122-2006、GB 11118.1-2011、GB 13895-2018、GB 5903-2011，見表2。

表2 油氣田設備潤滑油規格和質量等級

由表2可知，柴油機油質量等級包括CC、CD、CF、CF-4、CH-4和CI-4，液壓油質量等級包括L-HL、L-HM、L-HV、L-HS，工業齒輪油包括L-CKB、L-CKC和L-CKD，車輛齒輪油質量等級包括GL-5。

油氣田設備工作場所環境苛刻，部分設備工作強度較大，因此對油品的抗磨性和黏溫性等技術要求較高，油氣田企業應靈活選用柴油機油、液壓油、工業齒輪油和車輛齒輪油的質量等級[6]。

6 油氣田設備潤滑油的黏度等級

油氣田設備潤滑油黏度等級的分類與油品的潤滑性、啟動性抗磨性和效率密切相關。本節對柴油機油、液壓油、工業齒輪油和車輛齒輪油的黏度等級分類方法和關鍵指標進行總結，梳理反映黏度等級的關鍵指標項目和技術要求，依次見表3～表7。

表3 柴油機油黏度等級(GB 11122-2006)(CF/CF-4/CH-4/CI-4)

由表3可知，低溫動力黏度、低溫泵送黏度、運動黏度、高溫高剪切黏度、黏度指數和傾點是柴油機油黏度等級分類的依據。

表4 L-HM(高壓)/L-HV/L-HS液壓油黏度等級(GB 11118.1-2011)

由表4可知，40 ℃運動黏度、運動黏度達到1500 mm2/s時的溫度、黏度指數、傾點是L-HM(高壓)/L-HV/L-HS液壓油黏度等級分類的主要依據。

表5 L-CKD工業齒輪油黏度等級(GB 5903-2011)

由表5可知，40 ℃運動黏度、黏度指數和傾點是L-CKD工業齒輪油黏度等級分類的主要依據。

表6 汽車齒輪潤滑劑黏度等級(GB/T 17477-2012)

由表6可知，黏度達到150000 mPa·s的溫度和100 ℃運動黏度是工業潤滑油黏度等級分類的主要依據，車輛齒輪油黏度等級的表述方式類似于柴油機油，例如80W-90。

表7 GL-5重負荷車輛齒輪油黏度等級(GB 13895-2018)

表7(續)

由表7可知， 100 ℃運動黏度、表觀黏度和傾點是GL-5重負荷車輛齒輪油黏度等級分類的主要依據，油氣田設備大多在野外工作，所選用潤滑油黏度等級應具有優異的黏溫性和低溫啟動性，冬季時應大多選用5W和10W的柴油機油，HV和HS的液壓油，75W-90和80W-90的車輛齒輪油。

7 油氣田設備潤滑油的換油標準

油氣田設備維護時普遍采取按期換油方式更換潤滑油，容易出現潤滑油可以繼續使用卻被提早更換的情況，造成油品的浪費。如果采取按質換油的方法，可有效減少潤滑油消耗量，為企業降本增效提供幫助[6]。

按質換油要求準確掌握潤滑油的性能變化情況，本文對不同潤滑油換油標準中的分析項目和指標意義進行梳理，總結通用的油液監測項目，為便捷開展按質換油工作提供可行建議。柴油機油、液壓油、工業齒輪油和車輛齒輪油的換油標準依次見表8～表11。

表8 柴油機油換油指標(GB/T 7607-2010)

由表8可知柴油機油的分析項目包括100 ℃運動黏度、閃點、堿值、和元素含量等，其中與CC、CD、SF/CD和CF-4、CH-4的100 ℃運動黏度和元素指標的規定略有不同，其余項目完全一致。

表9 液壓油換油指標(NB/SH/T 5099-2013)

表9(續)

由表9可知，NB/SH/T 5099-2013規定L-HM液壓油的分析項目包括40 ℃運動黏度、水分、色度、酸值、正戊烷不溶物、銅片腐蝕、泡沫特性和清潔度，其中如果設備情況和采樣條件不允許或不適合，清潔度可不作為換油指標項目。

表10 工業齒輪油換油指標(NB/SH/T 0586-2010)

由表10可知， NB/SH/T 0586-2010規定L-CKD工業齒輪油的分析項目包括外觀、40 ℃運動黏度、水分、機械雜質、銅片腐蝕、梯姆肯OK值、酸值、元素含量。

表11 GL-5重負荷車輛齒輪油換油指標(GB/T 30034-2013)

由表11可知， GB/T 30034-2013規定GL-5重負荷車輛齒輪油的分析項目包括100 ℃運動黏度、酸值、正戊烷不溶物、水分、色度和元素含量。

柴油機油、液壓油、工業齒輪油和車輛齒輪油的換油指標反應了油品在使用過程中的性能變化趨勢，每個換油指標均反應了油品的某種性能，潤滑油換油指標直接反映油品對設備的潤滑保護和受污染程度，間接反映油品的內在變化，包括添加劑降解和氧化程度[7-11]。潤滑油換油指標與性能關系的梳理見表12。

表12 油氣田設備潤滑油換油指標與性能關系梳理

由表12可知，換油指標可從油品的潤滑性、氧化程度和污染程度角度，反映油品的性能變化趨勢[12-15]。

油氣田設備工作地點通常比較偏遠，如按照換油指標對在用油進行全套項目分析，將無法及時得到分析結果，不利于油氣田企業推廣按質換油。因此有必要對油氣田設備潤滑油換油指標進一步梳理，簡化分析項目，為企業全面推廣按質換油提供幫助，換油指標項目的梳理見表13。

表13 油氣田設備潤滑油換油指標匯總

表13(續)

由表13可知，運動黏度、酸值和水分是柴油機油、液壓油、工業齒輪油和車輛齒輪油共有的項目，這三個指標可以反應油品的潤滑性、氧化程度和污染程度，并且操作簡單，有利于在現場開展在用油性能變化趨勢檢測，在此基礎上結合設備運行狀態記錄，可進一步分析其他換油指標項目，為按質換油提供技術支持[10，15]。

8 結語

本文首先對柴油機油、液壓油、工業齒輪油和車輛齒輪油等潤滑油的規格進行梳理，為油氣田企業設備潤滑油質量等級和黏度等級的選擇提供幫助，然后對不同油品的換油標準進行梳理，闡明了換油指標與油品性能變化趨勢的關系，為油氣田企業通過按質換油方式開展降本增效工作提供幫助[15]。