油田技术研讨会

油田行业壳牌润滑油技术交流目录壳牌公司介绍;燃气发动机油的应用壳牌防冻液;气体压缩机油的应用;热传导油的简要介绍润滑油的存储壳牌公司的技术服务ShellCare介绍燃气发动机应用和润滑天然气发动机的优缺点优点低Nox(氮氧化合物)排放特别是稀薄燃烧式发动机与柴油机相比更低的CO2排放颗粒(PM)排放非常低可就近使用低成本燃气缺点与同尺寸柴油机相比,功率略低需要管路输送燃料或使用存储罐燃气发动机分类发动机原理与普通的汽油机或柴油机相似根据点火和燃烧型式分类2冲程(点燃式)和四冲程(点燃式)与点燃式汽油发动机相似化油器型式燃气和空气混合,压缩行程后期由火花塞点燃双燃料(燃气

–柴油)与普通柴油机相似压缩行程结束时高压燃气和少量柴油(作为稳定剂)喷射入压缩空气靠压缩的热量引燃混合气固定式燃气发动机2冲程或四冲程发动机30到15,000HP低速(<500RPM),中速(500-1000)和高速

(>1000)自然吸气式和涡轮增压式空气与燃料的比例分为理论空燃比型(Stoichiometric)和稀薄燃烧型选择型和非选择型催化转化器只烧燃气和双燃料型可变燃料品质型为什么燃气发动机对润滑油有特殊的要求?为什么燃气发动机很特殊?…因为它燃烧燃气天然气热值高，燃气机压缩比高，产生更多的热量，使得油品更易硝化和氧化，造成粘度增长；天然气不含长链碳氢化合物，不容易形成烟炱；天然气是干燥的，机油中的灰分控制了气阀的磨损-需要特别优化灰分含量的高低；灰分的缺点是会产生沉积物，造成发动机早燃-需要特别优化灰分含量的高低；通常不含硫-无需过高的总碱值要求为什么燃气发动机很特殊?…大量的燃气发动机现在用于工业用途,尤其在油田行业,应用更加广泛高负荷系数…对机油的承载能力要求更严格通常在较偏远地区运转…可靠性非常重要发动机型号众多…需要全系列的机油产品为什么燃气发动机很特殊?…现今尚没有对燃气机油的工业标准机油必须经过现场实际使用验证润滑油必须与催化转化器相适应润滑油供应商的应用经验亦很重要天然气发动机油的分类通常依据灰分进行分类硫酸盐灰分重量-%(ASTMD874)典型应用无灰<0.152冲程低灰分0.15-0.6４冲程中灰分0.6-1.0４冲程及酸性气体高灰分>1.0低品质气体壳牌产品迈施力迈施力LA迈施力MA劲霸柴机油燃气机油品质优劣的区别灰分适宜抗硝化和氧化能力强有效防止气阀磨损不易产生燃烧室内沉积物不易产生活塞沉积物良好的抗磨损和抗拉缸性能燃油蒸发量小抗泡性和空气释放性好高质量的燃气机油的特点是什么优化灰分含量主要燃气发动机制造商对机油灰分的要求机油中灰分对发动机的影响灰分过多-产生燃烧室沉积物灰分过低-产生气阀缩入壳牌迈施力系列燃气机油的特点

高的抗氧化和抗硝化能力试验室单缸

CLR天气燃烧试验该试验与实际使用有较强的关联性跟踪了粘度随温度变化的趋势图试验油品的基础油均使用高粘度指数HVI基础油050100150200250300350400020406080100120140Time,HoursVisIncreaseat100DegC,%Oil1DOil1ROil1LSF/CCOilCDOil壳牌迈施力MA100C粘度增长壳牌迈施力系列燃气机油的特点

低的燃烧室沉积物和良好的活塞沉积物控制能力CaterpillarG3516TA活塞/活塞头部内侧8354小时(GEO-1)时,1300小时换油期,

壳牌迈施力系列燃气机油的特点

优良的气阀磨损控制能力Waukesha7042GSI气阀5904小时(GEO-1),2000-2500小时换油期

壳牌迈施力系列燃气机油的特点

良好的抗磨损和抗擦伤性能CaterpillarG398TA的气缸套

7860小时(GEO-1),1500-小时换油期不适用的机油会对天然气发动机产生什么影响？火花塞脏污(２冲程)油泥过多活塞顶岸过度擦伤气门火炬装烧损缸套磨损拉伤阀座回缩气缸盖过早大修或更换劣质燃气机油的影响-油泥沉积物过多低灰分机油B低灰分机油A实际使用中对比的2个品牌的燃气机油－机油盘劣质燃气机油的影响-活塞顶岸积碳擦伤CaterpillarG398TA使用了超过灰分要求的机油–活塞顶岸

8835小时，使用0.83Wt%灰分的机油，1500-小时换油期活塞顶岸过度积碳引起的擦伤劣质燃气机油的影响-缸套磨损CaterpillarG398TA使用了超过灰分要求的机油–缸套

8835小时，使用0.83Wt%灰分的机油，1500-小时换油期缸套划伤劣质燃气机油的影响-阀座回缩发动机气阀依靠润滑油中的灰分对接触部位进行润滑，润滑油中的灰分含量和组成对缸盖的寿命非常关键阀座回缩状态阀座正常状态气缸盖缸盖水套气门导管测量发现的阀和阀座回缩外表相似的油品其抗气阀回缩能力相差悬殊*采自SAE论文No.981370©1998美国汽车工程师协会康明斯8.3-升“C”系列发动机试验结束后对阀座的测量油品参考油油1油2灰分,Wt%0.560.540.54Ca,ppm126012001200Zn,ppm790800800粘度级别15W-4015W-4015W-40对于２冲程柴油机和燃气发动机，因锌添加剂引起的灰分对气阀回缩有影响排气阀回缩量mm油1油２参考油气阀火炬状烧损这是由于过多的灰分和积碳卡在排气阀与阀座间造成的优化配方后的专用燃气机油能够降低运营成本使用不合适的机油所带来的其后的真实使用成本(维护费用，停机损失)大大高于用高品质机油$0$10,000$20,000$30,000$40,000$50,000$60,000$70,000低成本非优化配方燃气机油优化配方的专用燃气机油缸盖大修成本,$/年润滑油成本,$/年总结天然气发动机油与普通柴油机油的不同柴油机油天然气发动机油烟炱分散能力活塞沉积物控制能力粘度控制能力减少配气系统磨损

-更高的锌含量防腐蚀能力(柴油中含硫)灰分较高(0.8-1.0%)含磷量较高(>800ppm)氧化/硝化控制能力减少阀座/气门导管磨损降低燃烧室沉积物防止火花塞脏污减少活塞沉积物催化转化器相容性

-低灰分

-低磷含量天然气发动机设备制造商的建议４冲程天然气发动机制造商用油建议1对GXXX发动机也推荐使用无灰燃气机油，但条件是要有实际使用验证４冲程天然气发动机制造商用油建议天然气发动机制造商规定的旧油告警指标壳牌燃气机油在中国油田应用业绩西北管道局鄯-乌首站吐哈油田鄯善采油厂中原油田采油一厂吐哈油田温米采油厂中石油阿克纠宾油气股份公司壳牌发动机冷却液FreezeGuard散热器水泵节温器储液罐风扇散热器放水堵缸体放水堵发动机冷却系统和防冻液散热器水泵气缸体气缸盖膨胀储液罐冷却液管路冷却系统主要零部件主要零部件为：主要应用材料：铸铁钢铜黄铜铸铝高或低铅含量的焊料发动机冷却液应与上述部件和金属相容，不产生腐蚀和锈蚀·

防止沉积物生成·

防止高温腐蚀

·

防止电化腐蚀·

防止产生间隙腐蚀·

防止气蚀产生·

防止水垢产生·

防止泡沫产生现代发动机冷却系统对冷却液的要求除高沸点，低冰点以外，还需要有如下性能：膨胀储液罐水泵FAN气缸水套缸体散热器高温冷却液低温冷却液防冻液还需要有效的热传递性能冷却液必须能够将发动机金属表面的热量传递走;水的热传递性能当然是最好的冷却液的热传递性能随着防冻液浓度的增加而降低冷却液较低的粘度有利于热传递冷却液浓度越高,粘度也越高腐蚀的几种型式点蚀间隙腐蚀沉积腐蚀膜焊点沉积物气蚀冷却系统腐蚀机理电解液金属阳极端阴极e-e-e-e-e-e-H+H+H+H2Mn+Mn+Mn+气蚀的生成气泡生成气泡开始破裂气泡爆炸的能量冲击着气缸壁,同时将氧化膜破坏最终生成气蚀和点蚀缸套点蚀实例防冻液原料的生产聚乙烯(塑料)聚酯PET树脂防冻液原料乙二醇乙烯氧化物乙烯原油/天然气冰点与乙二醇浓度的关系沸点与乙二醇浓度的关系

5%添加剂2.5%

3%水51.5%92% 乙二醇46%原液50/50成品冷却液发动机冷却液的组成发动机冷却液添加剂的种类多种腐蚀抑制剂稳定剂pH缓冲剂(使冷却液呈碱性)分散剂抗泡剂染料添加剂在发动机冷却液中的重要作用添加剂目的/保护的零部件缺点磷铸铁,钢,铝(气蚀)易于与硬水生成不溶性的盐硼酸盐铸铁会加重铝的腐蚀硝酸盐,NO3铝(点蚀),焊料亚硝酸盐,NO2铸铁(气蚀)对焊料有害,会生成有害的亚硝胺，会逐渐消耗硅酸盐铝,铸铁生成不溶性胶质Tolyltriazole铜，黄铜,焊料消耗性物质钼酸盐铸铁,铝,焊料胺铝,铸铁会生成有害的亚硝胺抗泡剂防止泡沫产生着色剂平衡各种性能是非常困难的，必须对添加剂进行优化。虽然目前国内有很多防冻液品牌，但综合性能优异的产品凤毛麟角。与冷却液相关的冷却系统常见故障湿式缸套内的点蚀硅酸盐结胶不溶物过多水套内结垢水泵密封处渗漏发动机过热焊料开焊产生渗漏散热器管路内沉积物产生–阻塞冷却系统试验显示，壳牌防冻液显示没有对铸铁产生任何锈蚀现象。IP287抗锈蚀试验：竞争对手产品壳牌防冻液壳牌FreezeGuard防冻液优异全面的性能在湿式气缸套的外侧，气缸套随着发动机缸体内压力的变化不断膨胀和收缩(振颤)，接近缸套处的防冻液压力不断增加和下降。局部的高温会产生微小的蒸气泡，蒸气泡随着压力的变化不断破裂，这就造成了气蚀现象。

防止气蚀壳牌防冻液含有专门的添加剂，减少蒸气泡的生成，同时在金属表面生成细小的高硬度保护膜，保护冷却系统，避免气蚀。

避免金属表面产生电化学腐蚀壳牌FreezeGuard防冻液的保护机理电解液金属阳极e-e-e-化学吸收保护层:不溶性金属盐型抑制剂Q阴极热传导率结垢厚度(英寸)降低散热效率百分率

从上可以看出，很小的结垢量就可以大大影响散热效率壳牌防冻液：低硅含量；有效的添加剂成分能够抑制钙化沉积物的生成。壳牌防冻液优异全面的性能水套上的钙化沉积物壳牌高质量发动机专用抗冻液产品高度抗腐蚀性能高沸点(摄氏110C)，可防止过分的蒸发及沸腾。与水，锈及污染物混合，无发泡现象。与冷却系统内的塑料配件完全相容。壳牌FreezeGuard防冻液符合ASTMD3306规格壳牌Freeze-Guard防冻液，由乙二醇加精选添加剂配制而成，符合主要发动机制造商对发动机防冻液的最新性能要求。低冰点(摄氏零下45C)，可在极冷天气下使用。壳牌高压往复式压缩机组应用经验

应用莫雷拉(Madrela)GP气体压缩机的用途往复式气体压缩机低压压缩机广泛的用于石油行业中/高压力机组用于天然气注气，炼厂和普通的气体压缩超高压压缩机组用于生产低密度聚乙烯时压缩乙烯（3000巴）旋转式气体压缩机(螺杆式或叶片式)应用于气体压缩，最近才开始使用可用于天然气的压缩动力型压缩机(轴流式，离心式)广泛用于所有烃类工业的生产过程中动态压缩机剖面图Crankcase曲轴箱Connectingrodattachedtocrankshaftby‘big-end’bearing连杆通过轴承大端与曲轴相连Connectingrodattachedtocross-headby‘small-end’bearing连杆通过小头轴承与十字头相连Partitionseal分割密封PistonRod活塞杆PistonRodPacking活塞杆填料（盘根）磨损部件的分类小头/大头轴承十字头十字头销主轴承阀座，阀盖阀/缸盖螺栓缸壁(镀镍)缸壁(灰铁)磨损量较低或无磨损部件5-10years年10-15years年5-10years年10-15years年5years年10yearsormore年或更长平均寿命磨损部件的分类活塞杆填料支撑/活塞环阀活塞杆刮油环间隔密封卸压阀填料盒易损件<4years<4years1-3years2-10years<4years<4years5years3-5years平均寿命往复压缩机系统和零部件损坏停机的影响出现频率压缩机阀压力填料工艺故障活塞环支撑环卸压阀缸体润滑管路机体和运转齿轮仪表机体润滑基础缸体冷却分割密封其他电机/齿润滑油对摩擦部件的使用寿命至关重要8.3Mpa8.3-17.2Mpa17.2-27.6Mpa>27.6Mpa对于排气压力10Mpa以下的压缩机组,需要选用SAE40粘度的中低灰分矿物油型压缩机油;排气压力10-27Mpa的,需选用ISO220-680的气缸油;若气体为湿气(甲烷含量低于90%),则需使用含有动物脂肪的“复合油”

排气压力27Mpa以上的,务必选用PAG型专用气缸油-壳牌莫雷拉GP;低压往复式气体压缩机的优质油品

-壳牌NGCFluid001运用各类非酸性气体压缩机的曲轴箱中低排气压力的干气压缩机的气缸特性·

良好的抗磨损保护功能 更有效地防止机件的腐蚀和磨损，延长摩擦

部件寿命先进的清净剂技术配合中低灰分

可长期有效地控制气阀沉积物生成抗氧化能力强

高氧化稳定性和热稳定性确保润滑油有较长使用寿命，并防止沉积物生成。

中压往复式气体压缩机优质气缸油,耐湿气冲刷-壳牌威华达J680与竞争对手产品的对比对于矿物油来说,欲保证足够的润滑，必须有更高的粘度，壳牌威华达J680

具有优异的高温粘度34Mpa27Mpa21Mpa14Mpa7Mpa高压往复压缩机组(27Mpa以上)气缸油必须使用PAG合成油10年前国际上已有定论粘度曲线-VG220的粘度是否就低于VG680?莫雷拉GP相当于VG220粘度的油品,粘度指数为:220对比矿物油型VG680润滑油(如威华达J680),通常的粘度指数为10040度时二者粘度差异显著100度时二者粘度接近超过100度莫雷拉GP粘度超过680矿物油莫雷拉GPISOVG680矿物油这就是矿物油与合成油最直观的差异润滑曲轴箱零部件多数情况，曲轴箱润滑使用矿物油，要求有较好的抗泡性但无防止气体吸收的特殊要求润滑活塞和活塞环，活塞杆压力密封在1980年初，注气压力首次超过200巴，那时发现使用矿物油不足以提供足够润滑高压下，需要使用专用的气体压缩机油。需要特别注意的是润滑油对气体的溶解性，抗冲刷性能，工作条件下的粘度，下游系统的作用。莫雷拉能够满足上述要求往复气体压缩机-对润滑油的苛刻要求壳牌气体压缩机润滑油产品系列MadrelaEISO220MadrelaTISO220MadrelaGPISO220MadrelaGSISO68MadrelaGDISO32润滑生产低密度聚乙烯的超高压气体往复压缩机的密封，填料和气缸润滑运输烃和化学类气体的船上使用的往复式气体压缩机高压注气往复式天然气压缩机缸体的润滑在生产液化天然气的低压天然气螺杆压缩机中润滑轴承且作为旋转密封，最高压力达40巴大排量，低压集气和气体循环用透平压缩机轴承的润滑石化船舶石油和天然气与莫雷拉GP相似，但更适合于对添加剂敏感的场合MadrelaGRISO220石油和天然气石油和天然气石油和天然气高压气体下粘度测量装置简图Gaslineairactuatedvalve气管线气东阀Pressuretransducers压力变送器Airdrivenliquidpump气动液泵PressureVessel压力容器Sample油样Airactuatedvalve气动阀Timingcoils正时线圈FallingneedleViscometer下落针式粘度计实际应用现象粘度下降是由于气体溶入润滑油中PAG类润滑油对气体的溶解低于矿物油气体引起的粘度下降:同样压力下对所有矿物油相同同样压力下对所有PAG润滑油也相同(但低于矿物油)含重组份“气体在润滑油中溶解性增加丁烷butane>丙烷propane>乙烷ethane>甲烷methane在高温下气体的溶解性小气体在低压下溶解性小气体压缩机计算机模型可以通过使用复杂的高压粘度试验装置获得应用不同润滑油和气体的经验通过对这些测试数据的研究，开发出了预测性的模型该模型计算与烃类气体在高温高压(0-125°C和0-500巴)下接触的润滑油的粘度这些预测可用于监测在压缩天然气时润滑油膜是否保持完好如果油膜保持不好，会造成设备损坏或停机损失这种模型已经用于壳牌内部，也可用于壳牌用户因溶解气体导致粘度下降润滑油被气体中的液相冲刷掉高压气体蒸汽造成润滑油损耗与油井使用液体的相容性

压缩烃类气体对润滑油的主要影响ViscosityofMadrelaEat70°Cwithvarioushydrocarbongases莫雷拉俄E在70度时与不同烃类气体环境下的粘度0102030405060708090100020406080100120Pressure/bar压力/巴残余粘度RemainingViscosity/cStMethaneEthaneEthenePropanePropeneButanePAG类润滑油可克服的问题(1)所有壳牌莫雷拉润滑油都是PAG型的合成油-API第五类基础油通常PAG基础油的组成:polypropyleneglycols(PPG),环氧丙烷polyethyleneglycols(PEG)环氧乙烷上述氧化物混合在一起称为聚乙二醇PAG实践表明，莫雷拉性能远超矿物油氧化乙烯氧化丙烯聚已二醇PAG类润滑油的优势运行于高温下-高达250°CPAG类润滑油在高温下裂解-燃烧更清洁一些固有的抗磨损特性-更长的极性分子链宽粘度范围，40°C粘度从10-100,000厘斯与矿物油相比性能优越许多更低的烃类气体溶解性，保持粘度稳定在高压气流下，更少的润滑油损耗油膜抵御气体中液体组份冲刷的能力更强与气体加工液相容+ve:

与水相容，高粘度指数，燃烧清洁，不会溶解石油气，液相下无毒，低倾点-ve:

与矿物油，酯类和烃类不相容高压烃类气体中使用莫雷拉GP的优势

ISO680矿物油(100°C温度)粘度Cp0102030405060ShellMadrelaGP使用莫雷拉GP减少粘度损失不含烃

常压下不含烃

340巴含甲烷

340巴乙烷

常压下

温度100°C

压力408barTallow动物脂ShellMadrelaGP050100150200250300Shell吸收量ppmw矿物油动物脂肪ShellMadrelaGP减少被天然气吸收的润滑油量

高压烃类气体中使用莫雷拉GP的优势吸收ppmwPressure408barTemperature100°C使用莫雷拉GP减少润滑油被CO2的吸收莫雷拉GP比竞争对手产品更能有效防止被二氧化碳的吸收液体庚烷冲刷试验010203040506070809010001020304050循环%试验片上残留的油量ShellMadrelaGP莫雷拉GP极大的减少被庚烷的冲刷ISO460矿物油英国北海–布伦特A,B,C,D1976-7自1976年开始运营.每个海上平台一个往复式压缩机(14,000HP/10MW,

DresserClarkCLBA6)6缸双作用，2级压缩机使用威华达J680润滑油入口压力100巴，注气压力410巴，活塞速度4.76m/2(937fpm)历史回顾直到1982年，设备运行状态均不佳铜和PTFE作为磨损件主要材料压力密封，活塞环和支撑环寿命都小于800小时自1982年使用莫雷拉GP极大的性能改进，达到近24,000小时寿命其后运行近20年平均密封寿命(‘000)h使用莫雷拉GP后极大的增加压力密封的寿命0246810121416ISO680矿物油ShellMadrelaGP高压烃类气体中使用莫雷拉GP的优势050100150200250300350400ShellMadrelaGPISO680矿物油损失的工作时间-小时/年/机组使用MadrelaGP后大大降低了停机时间高压烃类气体中使用莫雷拉GP的优势英国北海油田–FulmarA两个4缸Borsig压缩机使用PTFE活塞环和支撑环自１９８２年起使用莫雷拉G进气压力１３０巴，排气３６０巴没有遇到故障压缩机后来改用于管道气输送，１３０巴排气压力Birba,Oman.高压,高H2S气体阿曼–BirbaBorsig４缸压缩机，自１９９０年使用天然气，８%H2S含量,排气压力486巴，原使用矿物油可靠性极差，许多活塞环和阀损坏莫雷拉GP2000年开始使用可靠性极大提高，活塞环寿命达到８０００小时牙哈凝析气田和温米采油厂，中国库伯MH66压缩机组注气压力分别达43Mpa和38Mpa天然气平均分子量19莫雷拉GP在牙哈2002年8月的试用中非常成功直至4000小时后检查拆检一切正常随后于2002年底开始,莫雷拉GP开始在温米采油厂使用至今43Mpa排气压力下运行24小时后，2级排气和3级缸壁显示有足够的润滑油膜中国的应用莫雷拉GP可避免井口阻塞莫雷拉GP和水相容，能够被地层中的水带走（同时不会对环境造成损害）。雷拉GP和井内不同类型的处置液相容（如;丙酮，酒精，苯，丁基橡胶，含氯溶剂，乙二醇醚，甲苯等），不生成不溶物，减少对井壁的阻塞；壳牌在Brent和Fulmar的压缩机一直使用莫雷拉G作为注气用油，从未有过井内阻塞的事情发生。结论莫雷拉GP压缩机油是专为克服油田的问题而产生的实验室研发加现场使用验证了其可靠的性能在高温高压状态下，莫雷拉GP保持自己特性的能力明显优于其它润滑油莫雷拉GP与水相容,油泥和积碳倾向非常小,不会对井口产生阻塞;在高压烃类长期应用的经历表明了莫雷拉的优异性能热传导系统广泛运用的导热油间接加热设备的常见问题

油蒸汽过多油品裂解低馏份含量高

加热器破裂油品炭化结焦热稳定性差

加热效果差油品粘度不符系统设计不良

管路堵塞或腐蚀油泥过多抗氧化性差

广泛运用的导热油优质导热油

--壳牌「热美亚」

B热稳定性好不易裂解不易结焦不易炭化抗氧化性能高减少油泥生成延长油品寿命

粘度适中热传导效率高清洁性能好导热油使用寿命的评估粘度粘度的增加可能导致热传导效率的降低，在高温操作时会使碳氢化合物裂解引起粘度降低，而裂解物再聚合成长链时会导致粘度增加。粘度的控制范围为

20%。