J-320B抽油机专用润滑剂抗水性能研究

郑生宏，卢会利，许 丽

(1.中国石油长庆油田公司 设备管理处，陕西 西安 710018； 2.西安石油大佳润实业有限公司，陕西 西安 710065)



J-320B抽油机专用润滑剂抗水性能研究

郑生宏1，卢会利2，许 丽1

(1.中国石油长庆油田公司 设备管理处，陕西 西安 710018； 2.西安石油大佳润实业有限公司，陕西 西安 710065)

为了解抽油机减速器润滑油在使用中渗入一定水分后的性能 ，研究了在抽油机专用润滑剂J-320B产品中加入不同含量的水分并放置一定时间后，水分含量与产品低温流动性等基本使用性能之间的关系。重点采用旋转氧弹试验法考察了产品的氧化安定性，采用四球机试验法考察了产品的极压、抗磨性能。结果表明，当含水率小于5.0%时，水分对产品的低温流动性、防腐性、防锈性、氧化安定性等使用性能没有明显影响，但随着含水率的增加，产品的极压、抗磨性能下降，当含水率控制在5.0%以内时，产品极压、抗磨性能可满足质量指标要求。

润滑剂；抗水性能；抽油机减速器

郑生宏，卢会利，许丽.J-320B抽油机专用润滑剂抗水性能研究[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2016，31(5):84-87.

ZHENG Shenghong,LU Huili,XU Li.Study on water resistance property of special lubricant J-320B for oil pumping unit[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(5):84-87.

引　言

抽油机是采油作业中的主力设备,其核心部件减速器的润滑效果对抽油机的正常工作以及对整个采油厂的生产运营都起着至关重要的作用。

由于油田抽油机处于露天作业，冬季气温低，昼夜温差较大、风吹雨淋,减速器会因呼吸孔吸潮、箱盖密封不严以及传动部位间隙过大等原因造成水分渗入，致使抽油机润滑剂含水[1]。普通工业齿轮油进水后会导致油品乳化变质、加速油品氧化，甚至引起添加剂水解失效，从而降低油膜强度、加剧设备部件磨损、引起腐蚀和锈蚀[2-3]。J-320B抽油机专用润滑剂是针对油田设备露天作业的实际工况开发的专用产品，具有一定的抗水性，进水后不会乳化变质。但润滑系统进水后对润滑剂的使用性能不可避免会造成影响，而且随着进水量的增加其影响越来越大。因此需要对抽油机所用润滑剂的抗水性能进行深入研究。本文通过测定相似黏度、铜片腐蚀、液相锈蚀、PB值、磨斑直径、氧化安定性等重要性能指标，分析研究了不同水分含量对抽油机专用润滑剂J-320B产品使用性能的影响，对工业生产和现场使用具有一定的指导意义。

1　实验部分

1.1原材料性能

实验用抽油机专用润滑剂J-320B主要技术要求见表1。

表1　抽油机专用润滑剂J-320B主要技术要求Tab.1　Main technical requirements of J-320B special lubricant for oil pumping unit

1.2含水试样及其制备方法

选取上述J-320B产品为实验用润滑剂，称取一定量该剂置入容器中，按所需考察的含水率(0.5%～5.0%，质量分数，以下同)加入一定量的普通饮用水，开启搅拌，控制温度在50～60 ℃，匀速搅拌80 min。样品混合均匀后，置于容器中储存。

1.3实验方法

研究中所涉及的主要分析检测方法均采用相对应的国家标准或石化行业标准。其中相似黏度采用SH/T 0048-1991(2004)《润滑脂相似黏度测定法》测定；铜片腐蚀采用GB/T 5096-1985(2004)《石油产品铜片腐蚀试验法》测定；液相锈蚀采用GB/T 11143-2008《加抑制剂矿物油在水存在下防锈性能试验法》测定；氧化诱导期采用SH/T 0193-2008《润滑油氧化安定性的测定 旋转氧弹法》测定；PB值采用GB/T 3142-1982(2004)《润滑剂承载能力测定法(四球法)》测定；磨斑直径采用SH/T 0189-92《润滑油抗磨损性能测定法(四球机法)》测定。

为全面客观评价不同含水率对J-320B主要性能指标的影响，研究中考察了加水试样在未储存情况下和储存一定时间后两种情况的性能指标。另外，液相锈蚀实验采用的实验条件是比产品标准(A法蒸馏水)更为苛刻的B法(合成海水)进行。

2　结果与讨论

2.1水分对产品低温性能的影响

通常润滑油剂的低温性能采用倾点来表征。倾点是指油品在实验规定的条件下冷却时，能够继续流动的最低温度，又称流动极限。倾点的测定可按GB/T 3535方法进行，一般工业设备用齿轮油倾点不高于-9 ℃，倾点高的产品在低温下会失去流动性，不能满足低温下的润滑需要[4]。对于在野外作业的设备来说低温流动性至关重要。J-320B是针对油田设备露天作业的实际工况而研制的专用产品，充分考虑了北方严寒地区的环境温度，其低温流动性是该产品的重要技术指标，由于J-320B具有独特的组成结构，无法用常规的低温运动黏度来表征其低温使用性能，因此通过低温环境-20 ℃时的相似黏度来表征其低温性能。研究中分别考察了J-320B含水试样在未储存情况下和储存190 d后的相似黏度，结果见表2。

表2　水分对产品低温性能的影响Tab.2　Influence of water content on low-temperature performance of J-320B special lubricant

研究表明，当润滑剂相似黏度小于150 Pa·s时，就能很好地满足抽油机减速器齿轮和轴承的润滑要求[5]。众所周知，水的凝点是0 ℃，当温度低于此时即刻凝固，油品中混入水分只能使其倾点升高，而不可能降低，因此对水分含量有严格的要求。由表2可知，当含水率在5.0%以内时，水分的存在对抽油机油J-320B相似黏度影响不大，油品在低温下依然能够发挥其良好的润滑作用。分析认为这主要取决于该产品独特的组成结构。J-320B含有一定量的极性胶体化合物，属于非牛顿流体，在一定温度条件下黏度随着剪切速率而变化，有“爬杆效应”和“剪切变稀”现象，因而没有一个界限清晰的倾点或凝点。当水分进入油相后，在充分地搅拌下被分散为一个个极小的液滴，通过分子间作用力进入到极性化合物形成的胶束中[6-7]作为胶核而稳定存在，而不是简单的油水混合物或者乳化液(油包水或水包油)，因而其状态的变化不会影响到产品的理化性质。

2.2水分对产品抗腐蚀性能的影响

金属表面受周围介质的化学或电化学作用而被损坏称为金属的腐蚀，引起油品对金属腐蚀的主要物质是油品中的活性化合物及低分子有机酸类。水可以电离出氢离子和氢氧根离子，因而能促进腐蚀。研究中分别考察了J-320B含水新样及分别储存28 d、79d后试样的抗腐蚀性能，结果见表3。

表3　水分对产品抗腐蚀性能的影响Tab.3　Influence of water content on corrosion resistance of J-320B special lubricant

结果表明，随着油品含水率的增加，铜片腐蚀评级略有增大，表明水分的存在确实对产品的抗腐蚀性能有一定影响；同一样品，随着储存时间的延长，抗腐蚀性能逐步增强。储存28 d后，含水率0.5%～1.0%的样品，铜片腐蚀达到了新油的水平1级；储存79 d后，含水率5.0%的样品，铜片腐蚀也达到了新油的水平1级。这主要是由于水分进入胶束中是一个分子扩散的动态平衡过程，短时间内还不足以形成稳定结构，仍有少量的游离水存在于体系中，因而抗腐蚀性变差；储存一定时间后，随着动态平衡的建立，游离水含量减少，抗腐蚀性增强，表现为铜片腐蚀评级下降；含水率不同，形成稳定状态的时间不同，含水率1.0%以上的产品需要更长的时间才能达到稳定平衡状态。这从另一方面也反映了产品具有较好的抗水性能。

2.3水分对产品防锈性能的影响

防锈性能是润滑剂阻止与其接触的金属部件生锈的能力，润滑剂的防锈性能可以通过添加防锈剂得以改善，而水和氧的存在是金属部件生锈不可或缺的条件。研究中分别考察了J-320B含水试样在未储存情况下和储存24 d后试样的防锈性能，结果见表4。

表4　水分对产品防锈性能的影响Tab.4　Influence of water content on rust resistance of J-320B special lubricant

结果表明，抽油机专用润滑剂J-320B具有良好的防锈蚀性能，当含水率控制在5.0%以内时，金属表面均未出现明显的锈蚀现象。表明J-320B在一定含水率范围内使用，不会对设备金属部件造成锈蚀，防锈性能良好。分析认为，产品中选用的防锈添加剂具有良好的防锈性能，能优先作用于金属表面形成保护膜，从而阻止水分和氧对金属表面的作用。

2.4水分对产品氧化安定性的影响

油品在储存和使用过程中，不可避免地与空气接触而氧化。接触的时间越长、温度越高,氧化的程度就越深，甚至会使润滑剂的某些性质发生不可逆转的变化，如酸值增高、黏度增大、沉淀物增多、颜色变深等等，这些变化大大缩短了油品的使用寿命[8]。研究中分别考察了含水率为0、0.5%、3.0%、5.0%时产品的氧化安定性，结果见表5。

表5　水分对产品氧化安定性的影响Tab.5　Influence of water content on oxidation stability of J-320B special lubricant

结果表明，当含水率在5.0%以内时，产品的氧化诱导期没有明显的变化，表明含水率5.0%以内的水分对产品的氧化安定性没有明显影响。

2.5水分对产品极压抗磨性能的影响

润滑油的一个重要作用是减小设备部件的摩擦和磨损，水分的存在通常会破坏润滑油膜的形成，加速设备磨损[2]。研究中分别考察了含水率为0、1.0%、3.0%、5.0%且储存了28 d后产品的极压抗磨性能，考察结果见表6。

表6　水分对产品极压抗磨性能的影响Tab.6　Influence of water content on wear resistance of J-320B special lubricant at extreme pressure

从结果可以看出，不同含水率试样放置28 d后，含水率1.0%的油样，其极压抗磨性能接近于新油，没有明显的变化；当含水率达到3.0%时，极压抗磨性能受到了一定影响，尤其是磨斑直径增幅较大；当含水率达到5.0%时，极压抗磨性能已经接近标准[9]下线值(PB值≮730 N，磨斑直径≯0.55 mm)，说明水分的存在确实会影响润滑油膜的形成。但也表明含水率5.0%的产品仍具有比较好的极压抗磨性能。总体来说，较小的含水率对产品极压抗磨性能无影响；控制含水率在5.0%以内时，产品的抗磨性能虽有一定程度的降低，但仍在标准要求范围之内，不影响产品的正常使用，也说明该油品具有一定的抗水性。

3　结　论

抽油机专用润滑剂J-320B具有较好的抗水性。当含水率小于5.0%时，水分对产品的相似黏度、防腐性、防锈性、氧化安定性等使用性能没有明显影响。随着含水率的增大，产品的极压、抗磨性能下降。当含水率控制在5.0%以内时，产品极压、抗磨性能可满足产品质量指标要求。

[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，2014:1-4.

[2]杨俊杰，周洪澍.设备润滑技术与管理[M].北京:中国计划出版社，2008:62-65.

[3]付兴国，孟言俊，马安.润滑油及添加剂技术进展与市场分析[M].北京:石油工业出版社,2004:104-140.

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[8]胡晓黎.加氢润滑油基础油的结构组成与氧化安定性的关系研究[D].兰州：兰州大学，2005.

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责任编辑：董瑾

Study on Water Resistance Property of Special Lubricant J-320B for Oil Pumping Unit

ZHENG Shenghong1,LU Huili2,XU Li1

(1.Equipment Management Department,Changqing Oilfield Company of CNPC,Xi'an 710018,Shaanxi,China;2.Xi'an Petroleum Dajiarun Industrial Co.,Ltd.,Xi'an 710065,Shaanxi,China)

In order to understand the performance of the special lubricant J-320B for oil pumping unit,add different amount of water into the lubricant to study the relationship between its low temperature fluidity and its water content.The oxidation stability of the product was investigated by rotary bomb oxidation tests,and its extreme pressure anti-wear performance was investigated using four-ball machine test.The results show that if the water content is lower than 5%,moisture has no obvious influence on the low temperature fluidity,corrosion resistance,rust resistance and anti-wear performance of the lubricant J320B.However,the extreme pressure anti-wear performance of the product decreases with the increase of water content.When the water content was controlled within 5%,the extreme pressure anti-wear performance could meet the quality requirements.

gear reducer for oil pumping unit;lubricant;water-resistance performance

2016-03-02

郑生宏(1963-)，男，硕士，工程师，主要从事设备管理研究工作。E-mail：zsh1_cq@petrochina.com.cn

10.3969/j.issn.1673-064X.2016.05.014

TE39；TE933+.1

1673-064X(2016)05-0084-04

A