關(guān)于鉆井井場接地保護問題的一種思路

郭 中

（長城鉆探有限公司鉆井一公司， 遼寧 盤錦 124010）

關(guān)于鉆井井場接地保護問題的一種思路

郭 中

（長城鉆探有限公司鉆井一公司， 遼寧 盤錦 124010）

隨著電動鉆機的廣泛使用，對鉆井井場電器設(shè)備接地的認識在不斷深化。無論從安全生產(chǎn)的角度還是從保障設(shè)備正常運行的方面，井場接地問題都應(yīng)該得到我們的重視。接地電阻值4Ω以下是國際通用接地標準，在一些地區(qū)作業(yè)時現(xiàn)場往往很難達到標準接地電阻值，也就起不到接地保護的作用。對鉆井井場接地保護進行改進是一種解決問題的有效思路。

鉆機；接地；電阻值；

近些年來，隨著電動鉆機的廣泛使用，對鉆井井場電器設(shè)備接地的認識在不斷深化。無論從安全生產(chǎn)的角度還是從保障設(shè)備正常運行的方面，井場接地問題都應(yīng)該得到我們的重視。

一﹑概述

電動鉆機的電器設(shè)備和設(shè)施的種類以及數(shù)量遠比機械鉆機多，井場用電環(huán)境也隨著電動鉆機的發(fā)展變得越來越復(fù)雜。一般來說目前電動鉆機井場用電包括了從600V-110V范圍的交流電還包括了正負5V-750V的直流電。為了確保鉆井井場電器設(shè)備以及操作人員有一個安全環(huán)境，要求接地方式必須完善可靠。由于石油鉆井作業(yè)的特殊性，面對不同的電器設(shè)備，接地的要求多種多樣，接地問題顯得較為復(fù)雜。從目前井場生產(chǎn)實際來說，將某一個電器設(shè)備直接獨立接地的做法，已經(jīng)很難從整體上達到現(xiàn)場所有電器設(shè)備的接地要求。因此對于現(xiàn)有接地系統(tǒng)進行改進很有必要。

二﹑井場接地保護的作用

（一）預(yù)防觸電

當(dāng)井場電器設(shè)備的絕緣體損壞時，設(shè)備的金屬外殼會出現(xiàn)漏電，對人體有觸電的危險。接地保護的基本原理是限制漏電設(shè)備對地電壓使其不超過某一安全范圍。安全生產(chǎn)一直是鉆井現(xiàn)場工作中的重中之重，防觸電是其中一項重要內(nèi)容。

（二）抑制電磁干擾

井場電器設(shè)備中大型可控硅整流設(shè)備（SCR房）和變頻設(shè)備（VFD房），主動力電機（頂驅(qū)﹑絞車﹑泥漿泵﹑轉(zhuǎn)盤等），變壓器﹑動力電纜等，它們在運行過程中會產(chǎn)生強大的電磁波，能嚴重干擾周圍其它電子設(shè)備的正常工作，同時互相之間也能產(chǎn)生嚴重的干擾，影響井場設(shè)備的正常使用。在附近的金屬導(dǎo)體上能夠感應(yīng)出很高的電壓，妨礙人員的工作，甚至危及人員的生命安全。

（三）消除靜電

物體間摩擦，表面會產(chǎn)生靜電。靜電容易損壞電器設(shè)備中的電子元件，在井場的固控﹑井口附近的防爆區(qū)還有可能引發(fā)爆炸﹑火災(zāi)等事故。

（四）防止雷擊

雷擊對于井場的設(shè)備和人員有著嚴重的危害性，防雷擊是鉆機設(shè)備保護的一項重要內(nèi)容。近年來國外鉆井隊由于雷擊造成的設(shè)備損壞和人員傷亡事故屢有發(fā)生。良好的接地能夠?qū)⒗讚羲鸬碾娏饔行б氲叵?，抑制事故的發(fā)生。

（五）保障變壓系統(tǒng)運行

井場有多種型號的變壓器用于產(chǎn)生保障井場設(shè)備正常運行的合適電壓。變壓器的中性點必須可靠接地。

三﹑關(guān)于井場接地保護的調(diào)研

（一）目前井場接地系統(tǒng)往往實際達不到標準所要求的接地電阻值

按照國家標準要求井場用電設(shè)備的接地電阻值為4Ω，對于避雷針接地電阻值的標準為1Ω。由于多種原因，井場實際接地電阻值經(jīng)常遠遠高于標準所要求的電阻值。根據(jù)實際調(diào)研，井場實際接地電阻往往在100Ω甚至數(shù)百歐姆以上。由于實際條件的限制，一些井場，如長慶﹑新疆等地區(qū)井場，由于氣候干燥，土壤含水率低，導(dǎo)電性差，要達到國家標準具有很大的困難，個別位于沙漠地帶的井場接地電阻達到500Ω以上。

（二）接地電阻值受井場所在地土壤情況影響

土壤導(dǎo)電性主要取決于土壤的含水量﹑密度﹑水溶鹽和膠體的含量和成分。地下水位高低，地下巖石﹑沙礫結(jié)構(gòu)等也是影響導(dǎo)電性的重要因素。一般說來，地下水位高的地方較易達到標準；鹽堿性土壤在經(jīng)過澆水后也容易達到標準；在沙漠﹑戈壁地帶如烏審旗﹑慶陽﹑青海等鉆井市場，由于土壤含水率低，地下沙礫﹑巖石多等原因，土壤電阻一般在500Ω以上。一般說來井場挖方電阻要低于填方電阻，由于填方往往導(dǎo)致土壤密集度下降，含有較多的礫石，一般填方電阻值要高于正常值300Ω以上。冬季凍土地帶電阻值要遠遠高于夏季。

（三）接地電阻受接地樁影響

接地樁的材質(zhì)﹑形狀﹑入地深度和與接地線連接方式都是影響接地電阻值的主要因素。接地樁常用材質(zhì)為電阻較小的銅樁﹑鍍銅樁﹑鍍鋅樁或者鋼鐵材質(zhì)的接地樁。目前一些鉆機出廠配備的接地樁處于成本考慮，往往是鐵樁或者鍍鋅鐵樁?；蛘邇H在VFD房及SCR房電控中心位置配備銅芯或鍍銅接地樁。這樣的接地樁在土壤情況較好的地方（土壤濕度大，電離子密度較大）能滿足接地要求，但在土壤情況較差的地方是無法滿足接地電阻阻值要求的。接地樁入地深度越大與土壤接觸面越大，同時越可能探及土壤濕度較大的層面。為了便于砸入地下，目前一些井場配備長度多為0.5米至1米之間的長桿狀接地樁。

（四）可靠接地的重點位置

井場接地主要是為了保證人身安全和設(shè)備安全。VFD房和SCR房處是井場的電力控制中心，同時也是井場最大的電磁干擾源。主電纜槽內(nèi)有各種控制電纜和泥漿泵﹑頂驅(qū)﹑絞車等大型設(shè)施的動力電纜，是井場中的主要電磁干擾源。井架上安裝有絞車﹑轉(zhuǎn)盤﹑頂驅(qū)等主要動力設(shè)施，和泥漿泵一起有高電壓電纜接入。以上是井場可靠接地的重點位置。

表1

四﹑井場接地保護改進的思路

以委內(nèi)瑞拉ANACO和墨西哥TABASCO地區(qū)鉆井作業(yè)情況為例。這兩個地區(qū)都靠近赤道，瀕臨加勒比海，雨量充沛，土壤濕潤。但是現(xiàn)場接地電阻往往達不到標準所要求的4Ω以下。工區(qū)在雨季時候雨量很大，雷電也很猛烈。鉆井隊曾經(jīng)在一個月內(nèi)連續(xù)3次發(fā)生由于雷擊造成的設(shè)備燒毀﹑生產(chǎn)停止的嚴重事故，造成很大經(jīng)濟損失。經(jīng)摸索在實踐中總結(jié)了一種接地保護的方法，經(jīng)實際測量井場接地都達到了0.1Ω以下的阻值。同避雷系統(tǒng)相結(jié)合，在以后得作業(yè)中再也沒有出現(xiàn)過此類事故。這種方法綜合國內(nèi)外井隊實際生產(chǎn)情況，充分考慮了經(jīng)濟性﹑可靠性以及井隊職工的方便性。

（一）總體設(shè)計

井場接地保護改進的總體設(shè)計是在保留﹑利用原有井場單個設(shè)備單獨接地樁的基礎(chǔ)上，用接地電纜將井場整個接地系統(tǒng)連接起來，同時和現(xiàn)有的避雷針系統(tǒng)的接地樁連接，在井場形成一個接地網(wǎng)絡(luò)，這樣一方面由于整個井場接地樁等效截面擴大，從而接地電阻下降，同時換消除了因為某個接地樁不好使造成的安全隱患，從而保證整個接地系統(tǒng)有效可靠。

安裝時按照不同井區(qū)﹑不同井場土壤情況可以靈活配置。由接地電阻檢測儀檢測井場接地，在接地電阻大時可將井場接地網(wǎng)絡(luò)連接至專門接地樁上，保證接地可靠。根據(jù)不同土壤情況靈活掌握配置，從而保證了經(jīng)濟學(xué)和減少了井隊職工的勞動強度。

（二）接地樁配置

在干燥﹑沙漠或者凍土﹑礫石等地帶，接地樁入地深度保證了接地樁和含水及不凍土壤的連接。在此類地帶，應(yīng)配備1.5m-2m長的銅質(zhì)或鍍銅接地樁5-7根。其分布應(yīng)該為電控房2根，井架底座和油罐區(qū)各1根，機房1-3根；或者全部配備至專門接地坑中，與整個井場接地網(wǎng)絡(luò)連接。接地樁直徑不應(yīng)少于16mm，以20mm以上為宜。

（三）接地坑配置

在接地電阻大的井場應(yīng)設(shè)置接地坑。根據(jù)井場布置，選取合適位置，用挖掘機挖掘一個1.5m-3.5m深，邊長1-2m的方形坑。將5-7根接地樁砸入坑底，并與接地網(wǎng)絡(luò)相連。一般較長接地樁在砸入地面時勞動量大，容易砸彎。接地坑的方法能使現(xiàn)有接地樁入地深度從0.5-1m增加到3-5m，從而有效增加入地深度，與地下水位接合，并能避開凍土帶等。接地樁之間分布距離以不近于0.3m為宜。

（四）導(dǎo)電介質(zhì)

土壤導(dǎo)電性與土壤溶液里所含鈉離子﹑氯離子等電離子濃度相關(guān)。在幾種情況下僅用接地坑仍然難以達到接地電阻要求：土壤砂石含量較大；土壤較干；土壤水分含電離子介質(zhì)較少。在以上情況下要配備導(dǎo)電介質(zhì)來改善土壤導(dǎo)電性。

在接地坑底撒入木炭粉。碳是電的良導(dǎo)體，并且有吸附作用，可以吸附在接地樁附近，幫助吸附水分，改善土壤結(jié)構(gòu)。如沒有木炭粉可以用木炭搗碎代用。

同時在接地坑內(nèi)撒入食鹽或者工業(yè)用鹽，每天往坑內(nèi)灌水，以保持坑底濕潤為度，如干枯則增大注水量。食鹽應(yīng)每天都灑，每次撒入量以能溶解干凈為度。這樣能有效改善土壤導(dǎo)電介質(zhì)含量，降低接地電阻。

五﹑實際應(yīng)用中的問題

井場接地保護改進系統(tǒng)的應(yīng)用可以因地制宜，根據(jù)不同的井隊設(shè)備﹑井場大小﹑土壤情況靈活實施。以能達到國家標準為度。

（一）接地點應(yīng)盡量多

應(yīng)盡可能使接地樁與大地充分接觸，接觸面越大越好，埋入大地中接地樁的面積盡可能大。

井場設(shè)備上預(yù)備的接地點不能太少，接地樁上預(yù)留的接地點也不能太少，不能只依靠唯一的接地連接點，接地效果和可靠性與接地點的數(shù)量和位置有關(guān)。因此在本系統(tǒng)中保留設(shè)備原有接地樁配置，起到多重保險的作用。

（二）接地電纜選用

接地電纜中的干擾電流含有大量高頻分量，受“趨膚效應(yīng)”的影響，因此，接地線不能太細，而且盡可能縮短，使其高頻阻抗減到最小，不宜形成輻射天線，干擾其他設(shè)備。這一點在VFD﹑SCR房處應(yīng)尤為重視。接地電纜規(guī)格應(yīng)以BV10以上為宜。

（三）三相平均分配

在井場380V用電系統(tǒng)配置時應(yīng)注意三相平均分配，否則會產(chǎn)生單相壓降過大，以及產(chǎn)很大的零線電流，容易產(chǎn)生人身觸電事故，這時良好的接地就是人身安全的可靠保證。

（四）其他問題

如井場無挖掘機等設(shè)備，可以用風(fēng)鎬﹑洛陽鏟等工具挖掘深坑。此外井口由于泥漿灌入，土壤導(dǎo)電性較好，在情況允許下坑可以選擇在井口附近，或者將接地樁直接砸在方井內(nèi)。表層套管和導(dǎo)管深入地下，是電的良好導(dǎo)體，在情況允許時可以將接地網(wǎng)絡(luò)連接在表層套管或?qū)Ч苌稀?/p>

1.5 -2m的接地樁在搬家拔出地面時難以用人力拔出，同時容易損壞﹑彎曲，在實際應(yīng)用中應(yīng)注意避免。

（五）使用效果

在委內(nèi)瑞拉ANACO地區(qū)AM-11井施工中，由于井場是填方，礫石較多，土壤雖然含水率較高，但是其中導(dǎo)電離子較少，造成接地電阻普遍過高。經(jīng)接連接接地網(wǎng)絡(luò)并挖掘接地坑后，接地電阻大幅度下降，效果對比如表1。

從表中可以看出，原接地阻值不理想。經(jīng)改進將所有接地連成網(wǎng)絡(luò)后引入深3.5m接地坑中后，接地電阻下降為0.01Ω，效果明顯。

六﹑結(jié)論及建議

井場接地網(wǎng)絡(luò)將井上所有設(shè)備連接在一起，所需接地電纜在200-400m之間。以7000m電動鉆機為例，應(yīng)使用接地電纜BV10標號的400m左右，16平的1.5m鍍銅接地樁7根。

這種井場接地保護方法經(jīng)過長期的實踐應(yīng)用，具有很好的實用性﹑經(jīng)濟性和可靠性。按照上述方法和原則，系統(tǒng)可以根據(jù)井場實際靈活配置應(yīng)用。在少量增加井隊成本以及井隊勞動量的情況下有效而可靠的保證接地質(zhì)量，增強了井隊設(shè)備和人員的安全性，不失為一種較好的解決鉆井井場接地保護問題的思路。

[1] IEC60079-1998, 防爆電氣設(shè)備安全要求[S]．

[2] API RP500, 石油設(shè)施電氣設(shè)備安裝一級一類和二類區(qū)域劃分的推薦方法[S]．

[3] GB/T3797．2005,電氣控制設(shè)備[S]．

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TE92

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