顶驱液压油箱加油口形式及透气帽方案讨论

刘鹏骋

（大庆钻井工程技术研究院，黑龙江大庆 163413）

液压系统是当前绝大多数顶部驱动钻井装置（以下简称顶驱）的重要组成部分，是实现顶驱多项功能的关键系统。各品牌顶驱，结合各自顶驱的需求设计了不同的液压系统。

1 问题提出

某DQ40 型顶驱为适应ZJ40 型及以下钻机的使用，进行了小型化设计。为此，液压系统的储油箱尺寸也同步设计减小尺寸，在保证液压系统正常工作的前提下尽量减少油箱的容积。加注液压油后，液面距油箱顶部空间较小。在一些工况下，液压油从油箱口处的透气帽渗出，特别是当顶驱放置在运输架内处于横卧状态时，液压油开始大量自油箱内流出，不仅造成液压油浪费，还影响顶驱外观，污染环境。

2 现状

此顶驱采用开式液压系统，油箱为长方体，竖直安装于顶驱后侧，油箱的整体结构和组成如图1所示。由图2看见，加油口设置在油箱顶部偏后位置，并加装透气帽。顶驱正常使用过程中，透气帽实现油箱与外部大气的连通，过滤空气中灰尘，排出液压油受热产生的少量含油混合气体，维持油箱内外的气压平衡。

由于油箱尺寸的减小，正常加注液压油后，液面距油箱顶部距离小，在顶驱下行过程遇颠簸时会有液压油溅到透气帽上，积累到一定程度后透过透气帽的过滤材料渗出。当顶驱放倒处于横卧位置时，由于箱内液压油较多，液压油一定会淹没至透气帽位置，因此大量的液压油会透过透气帽流出，不仅造成浪费还污染环境，影响顶驱外观。顶驱每次投入使用前现场服务人员不得不登高进行加注液压油作业，无形中增加了安全风险。所以，亟待解决顶驱放倒后液压油箱向外流淌液压油的情况。

3 改进油箱口形式方案

3.1 方案一

现有油箱的加油口位置从图2中可以看到，当顶驱处于放倒位置时，其在油箱中心线偏下，这就很容易造成液面将加油口淹没从而发生流出液压油的情况。因此，将加油口向前移动，使其尽量靠近油箱前壁，加油口就可能处于液面之上。对于一般油箱来说，这种改动基本可以解决液压油自透气帽流出的问题，但是此顶驱的油箱在尺寸设计上进行了压缩，箱内装的液压油较多，液面上方留出的空间有限，不能完全将加油口让出，且在运输过程中，箱内液体的运动也容易冲入透气帽从而流出油箱。

3.2 方案二

将加油口在油箱外部延长一段距离，使加油口的位置高于油箱的前壁。此方案可以在原加油口位置引出管线，也可以在油箱前侧箱板引出加油口。图3和图4分别是两种方案设置加油口的示意图。

由图3 和图4 中可以看到，当顶驱处于平卧放置时，油箱处于平躺姿态，箱内液面不会达到油口位置，并且在顶驱运输过程中液体在箱内运动达到油口的可能性也极大地降低。对比图3和图4所示方案，图4的方案优于图3 方案。图4 所示方案的引出管内不会有液体且完全在液面以上，这就允许油箱在平卧姿态时可以向后方有更大的倾角而不会导致液压油液面立即到达透气帽下沿，适应现场吊装和运输途中爬坡的需求。

3.3 方案三

按透气帽与加油口的连接形式，制作一个油孔盖，替代透气帽安装位置，将油箱加油孔完全密闭。使用过程为：井位转移时，在顶驱放倒前，由服务人员高处作业，将透气帽取下，换上油孔盖；到达新井位，顶驱竖立完成后，由服务人员再次高处作业，用透气帽换下油孔盖。油孔盖可以完全杜绝在顶驱放倒状态下箱内液压油自加油孔流出的情况。但是，这要求专人保管好油孔盖且要增加高空作业，从而增加了工作量和作业风险。

也可以考虑选用开关阀门或者是合适的排气阀。两者的主要区别在于，开关阀门与使用油孔盖类似，需要服务人员在顶驱竖立、放倒作业前操作开关阀门，使其处于打开或关闭状态；而排气阀参数选择合适的情况下，可以实现加油口自动关闭和开启，不需要人员操作。与油孔盖相比，应用阀门不用每次拆卸和保管阀门，较为方便。

4 结论

通过对以上方案的分析表明，不同的加油口及透气帽布置形式都可以在一定的范围内解决顶驱放倒后液压油自油箱淌出的问题状况。具体得出以下结论：

（1）方案一对于油箱内液面上方空间较大的油箱适合使用，简单、方便，无需特殊设计改造，但不能完全杜绝液压油流出，特别是在吊装和运输作业过程中液压油流出的可能性很大。

（2）方案二设计简单，安装方便，尤其是方案二的第二种形式，在正常作业的条件下，可以有效防止液压油流出，且不需要人员专门操作。但方案二增加了油箱的外形尺寸，不利于狭小空间的安装，存在被磕碰变形的情况。

（3）方案三的油孔盖和开关阀加装方便，可以从根本上防止液压油流出，但使用时需要人员在高空操作，增加安全风险。排气阀需选择合适工作参数，增加一定的设计工作量，成本稍高，但无需人员操作，方便有效。