油气田设备润滑油规格及换油标准梳理

宋怀玉，张超，黄东升，陈冬梅，刘秀臣

(1.中国石油大连润滑油研究开发中心，辽宁 大连 116031；2.中国石油北京润滑油销售分公司，天津 300171)

0 引言

中国是世界主要产油国之一，2020年世界经济形势恶化造成原油需求降低，国内油气田企业降本增效压力进一步增大。油气田设备润滑油品种多、用量大，包括柴油机油、液力传动油、工业齿轮油、车辆齿轮油和液压油等，润滑油是油气田生产主要耗材之一。润滑油的合理使用与外界环境、设备工况和换油方式密切相关。2020年国际原油价格从75美元/桶一度降至20美元/桶，造成国内油气田企业经营环境急剧恶化，油气田企业降本增效压力陡增[1]。在这种情况下，合理使用润滑油，可以有效提高油田机械设备的使用效率，降低生产成本。

1 中国原油产量排名情况

2016-2018年世界十大产油国的产油量统计[2]显示中国是世界主要产油国之一，总体排在世界第八位，见图1。

图1 2016-2018年世界十大产油国注：包括原油、页岩油、油砂、凝析油与天然气凝液，不包括其他来源的液体燃料，例如生物质油，其他煤制或天然气制油。

由图1可知，2016-2018年世界十大产油国包括美国、沙特阿拉伯、俄罗斯、加拿大、伊朗、伊拉克、阿联酋、中国、科威特和尼日利亚等国，中国2016-2018年的产油量分别为3999千桶/日、3846千桶/日、3798千桶/日。

2020年国际原油价格波动巨大，造成国内油气田企业经营环境急剧恶化，油气田企业降本增效压力陡增。

2 中国油气田分布情况

中国具有丰富的油气资源，分布于黑龙江、新疆、辽宁、陕西、山东、渤海、南海和东海等省份和海域[3-4],见图2。

图2 2019年中国十大油气田产量

由图2可知，中国十大油气田分别隶属于中国石油、中国海油、中国石化和延长石油等公司，2019年十大油气田总产量约为25552万t。

3 中国油气田地域温度分布特点

在中国十大油气田中，冬季夏季温度变化最大的是大庆油气田和新疆油气田，二者的历史全年平均温度统计见图3。

图3 黑龙江和新疆全年历史平均温度范围

由图3可知，新疆的夏季历史平均温度最高超过40 ℃，黑龙江的冬季历史平均温度最低低于-30 ℃。环境温度对润滑油规格中质量等级和黏度牌号的合理选用有重要影响，油气田设备大多在野外持续作业，严苛的环境温度变化情况要求润滑油的选用必须充分考虑油品的黏温性、低温启动性和氧化安定性等性能。

4 陆地油气田开采工艺和设备类型

陆地油气田地质结构复杂，开采过程要充分考虑采收率、维护、环境保护等因素，见图4。

图4 油气田开采流程

由图4可知，陆地油气田开采流程包括地质勘探、物探、钻井、录井、测井、固井、完井等环节，需要使用多种工程机械和固定式设备[5]，见表1。

表1 油气田开采设备

由表1可知，油气田开采设备包括通用车辆、工程机械钻技设备和钻采特车等特种车辆。各型设备所用润滑油品种包括柴油机油、液力传动油、液压油和车辆齿轮油等润滑油。

5 油气田设备润滑油规格的质量等级

柴油机油、液压油、车辆齿轮油和工业齿轮油是主要的油气田设备润滑油品种，其规格依次为GB 11122-2006、GB 11118.1-2011、GB 13895-2018、GB 5903-2011，见表2。

表2 油气田设备润滑油规格和质量等级

由表2可知，柴油机油质量等级包括CC、CD、CF、CF-4、CH-4和CI-4，液压油质量等级包括L-HL、L-HM、L-HV、L-HS，工业齿轮油包括L-CKB、L-CKC和L-CKD，车辆齿轮油质量等级包括GL-5。

油气田设备工作场所环境苛刻，部分设备工作强度较大，因此对油品的抗磨性和黏温性等技术要求较高，油气田企业应灵活选用柴油机油、液压油、工业齿轮油和车辆齿轮油的质量等级[6]。

6 油气田设备润滑油的黏度等级

油气田设备润滑油黏度等级的分类与油品的润滑性、启动性抗磨性和效率密切相关。本节对柴油机油、液压油、工业齿轮油和车辆齿轮油的黏度等级分类方法和关键指标进行总结，梳理反映黏度等级的关键指标项目和技术要求，依次见表3～表7。

表3 柴油机油黏度等级(GB 11122-2006)(CF/CF-4/CH-4/CI-4)

由表3可知，低温动力黏度、低温泵送黏度、运动黏度、高温高剪切黏度、黏度指数和倾点是柴油机油黏度等级分类的依据。

表4 L-HM(高压)/L-HV/L-HS液压油黏度等级(GB 11118.1-2011)

由表4可知，40 ℃运动黏度、运动黏度达到1500 mm2/s时的温度、黏度指数、倾点是L-HM(高压)/L-HV/L-HS液压油黏度等级分类的主要依据。

表5 L-CKD工业齿轮油黏度等级(GB 5903-2011)

由表5可知，40 ℃运动黏度、黏度指数和倾点是L-CKD工业齿轮油黏度等级分类的主要依据。

表6 汽车齿轮润滑剂黏度等级(GB/T 17477-2012)

由表6可知，黏度达到150000 mPa·s的温度和100 ℃运动黏度是工业润滑油黏度等级分类的主要依据，车辆齿轮油黏度等级的表述方式类似于柴油机油，例如80W-90。

表7 GL-5重负荷车辆齿轮油黏度等级(GB 13895-2018)

表7(续)

由表7可知， 100 ℃运动黏度、表观黏度和倾点是GL-5重负荷车辆齿轮油黏度等级分类的主要依据，油气田设备大多在野外工作，所选用润滑油黏度等级应具有优异的黏温性和低温启动性，冬季时应大多选用5W和10W的柴油机油，HV和HS的液压油，75W-90和80W-90的车辆齿轮油。

7 油气田设备润滑油的换油标准

油气田设备维护时普遍采取按期换油方式更换润滑油，容易出现润滑油可以继续使用却被提早更换的情况，造成油品的浪费。如果采取按质换油的方法，可有效减少润滑油消耗量，为企业降本增效提供帮助[6]。

按质换油要求准确掌握润滑油的性能变化情况，本文对不同润滑油换油标准中的分析项目和指标意义进行梳理，总结通用的油液监测项目，为便捷开展按质换油工作提供可行建议。柴油机油、液压油、工业齿轮油和车辆齿轮油的换油标准依次见表8～表11。

表8 柴油机油换油指标(GB/T 7607-2010)

由表8可知柴油机油的分析项目包括100 ℃运动黏度、闪点、碱值、和元素含量等，其中与CC、CD、SF/CD和CF-4、CH-4的100 ℃运动黏度和元素指标的规定略有不同，其余项目完全一致。

表9 液压油换油指标(NB/SH/T 5099-2013)

表9(续)

由表9可知，NB/SH/T 5099-2013规定L-HM液压油的分析项目包括40 ℃运动黏度、水分、色度、酸值、正戊烷不溶物、铜片腐蚀、泡沫特性和清洁度，其中如果设备情况和采样条件不允许或不适合，清洁度可不作为换油指标项目。

表10 工业齿轮油换油指标(NB/SH/T 0586-2010)

由表10可知， NB/SH/T 0586-2010规定L-CKD工业齿轮油的分析项目包括外观、40 ℃运动黏度、水分、机械杂质、铜片腐蚀、梯姆肯OK值、酸值、元素含量。

表11 GL-5重负荷车辆齿轮油换油指标(GB/T 30034-2013)

由表11可知， GB/T 30034-2013规定GL-5重负荷车辆齿轮油的分析项目包括100 ℃运动黏度、酸值、正戊烷不溶物、水分、色度和元素含量。

柴油机油、液压油、工业齿轮油和车辆齿轮油的换油指标反应了油品在使用过程中的性能变化趋势，每个换油指标均反应了油品的某种性能，润滑油换油指标直接反映油品对设备的润滑保护和受污染程度，间接反映油品的内在变化，包括添加剂降解和氧化程度[7-11]。润滑油换油指标与性能关系的梳理见表12。

表12 油气田设备润滑油换油指标与性能关系梳理

由表12可知，换油指标可从油品的润滑性、氧化程度和污染程度角度，反映油品的性能变化趋势[12-15]。

油气田设备工作地点通常比较偏远，如按照换油指标对在用油进行全套项目分析，将无法及时得到分析结果，不利于油气田企业推广按质换油。因此有必要对油气田设备润滑油换油指标进一步梳理，简化分析项目，为企业全面推广按质换油提供帮助，换油指标项目的梳理见表13。

表13 油气田设备润滑油换油指标汇总

表13(续)

由表13可知，运动黏度、酸值和水分是柴油机油、液压油、工业齿轮油和车辆齿轮油共有的项目，这三个指标可以反应油品的润滑性、氧化程度和污染程度，并且操作简单，有利于在现场开展在用油性能变化趋势检测，在此基础上结合设备运行状态记录，可进一步分析其他换油指标项目，为按质换油提供技术支持[10，15]。

8 结语

本文首先对柴油机油、液压油、工业齿轮油和车辆齿轮油等润滑油的规格进行梳理，为油气田企业设备润滑油质量等级和黏度等级的选择提供帮助，然后对不同油品的换油标准进行梳理，阐明了换油指标与油品性能变化趋势的关系，为油气田企业通过按质换油方式开展降本增效工作提供帮助[15]。