淺談井場的防雷措施

王磊　裴嬌嬌　車恩生　劉曉源　關(guān)宏波　任剛

鉆井井場防雷擊是一個系統(tǒng)工程，涉及多種復雜設(shè)備，需要滿足防火防爆防雷以及特殊環(huán)境要求。隨著大功率變頻器、VDX鉆井參數(shù)儀表、攝像監(jiān)控系統(tǒng)、各類氣體報警裝置等在鉆井設(shè)備上的大量應(yīng)用，相應(yīng)的防雷措施應(yīng)用滯后，使得鉆機的儀表設(shè)備，在雷擊后都出現(xiàn)了不同程度的損壞。分析了鉆井井場可能遭受的雷電危害形式，并提出了防范對策與建議；并針對井場避雷針安裝提出幾點要求及規(guī)范，對保障油氣鉆井井場雷電防護安全具有參考意義。

1井場防雷簡介

1.1雷電形成原理及防護基本措施

通常閃電包括云內(nèi)閃電、云際閃電和云地閃電三種。不論何種閃電，都會產(chǎn)生雷擊電磁脈沖（LEMP）即感應(yīng)雷，并在井場設(shè)備上產(chǎn)生浪涌電壓。

防雷的常見措施主要包括屏蔽、均壓和分流。屏蔽是利用法拉第籠原理保護設(shè)備；均壓是將金屬導體與等電位母線聯(lián)結(jié)后接入大地，雷擊電流通過等電位母線直接散入大地；分流是通過避雷器保護設(shè)備，當雷擊電位升高到保護電壓時，避雷器電阻下降，雷擊浪涌電流通過避雷器散入大地。

1.2井場防雷接地做法

1.2.1鉆機主機接地

鉆機主機接地將主機（井架、鉆機）、柴油機房、泥漿循環(huán)系統(tǒng)、泥漿泵房、錄井房、發(fā)電房、油水罐、野營房等金屬結(jié)構(gòu)用一根電纜連接起來，形成總等電位聯(lián)結(jié)母線，并在多處非防爆區(qū)域重復接地。鉆機底座直接放在地面上的水泥基礎(chǔ)上，石油套管通過水泥固定在地層內(nèi)。鉆機井架能否起到避雷針的作用，取決于土壤電阻率等多種因素。

1.2.2鉆機主機接地電阻

鉆機主機接地裝置包括井架到底座至套管的電阻、套管至井口/井底土壤間的過渡電阻、井口/井底大地的散流電阻。

1.2.3鉆機接地的電感特性

對于帶有機房的鉆機，其金屬底座較長較寬，在潮濕環(huán)境下有可能通過離子導電形成水平布置的接地體。由于雷電流的等值頻率很高，可能使這個大型接地體呈現(xiàn)出自身的電感特性，阻礙雷電流向遠端接地體流通，使石油套管這種接地體得不到充分利用，造成沖擊接地電阻大于工頻接地電阻，這種現(xiàn)象稱為電感效應(yīng)。

2井場設(shè)備防雷技術(shù)措施

2.1井場總等電位聯(lián)結(jié)

井場應(yīng)敷設(shè)總等電位聯(lián)結(jié)電纜，其總長度不大于100m；總等電位聯(lián)結(jié)電纜可采用截面積35mm/及其以上電線；敷設(shè)時應(yīng)盡量減少電感值，必要時可敷設(shè)多根導線；其等電位聯(lián)結(jié)電阻值不大于0.2Ω；敷設(shè)時在連接處應(yīng)留有一定余量。

2.2鉆井主機

鉆機天車、井架、二層臺、鉆臺、底座、防噴器、節(jié)流管匯、套管與總等電位聯(lián)結(jié)之間應(yīng)有可靠電氣通道，各處等電位聯(lián)結(jié)電阻值不大于0.2Ω。位于防爆區(qū)內(nèi)或防爆區(qū)上方，應(yīng)避免金屬構(gòu)件之間的小間隙因雷擊產(chǎn)生火花放電，如有小間隙，應(yīng)采取等電位連接措施。

2.3電控房/MMC房/頂驅(qū)房

電控房/MMC房顧驅(qū)房應(yīng)有統(tǒng)一的保護接地，并通過房體對角兩處接地螺栓與井場總等電位聯(lián)結(jié)電纜可靠連接；電控房/MMC房，頂驅(qū)房保護接地應(yīng)單獨埋設(shè)接地體，其接地電阻應(yīng)不大于4Ω；電控房/MMC房/頂驅(qū)房內(nèi)所有電器設(shè)備保護接地及金屬構(gòu)件應(yīng)統(tǒng)一接到接地母排上，形成房內(nèi)區(qū)域或局部等電位連接。

2.4鉆井參數(shù)儀

鉆井參數(shù)儀現(xiàn)場傳感器可安裝防爆信號避雷器，其防雷接地通過金屬構(gòu)件與總等電位聯(lián)結(jié)電纜連接，其等電位電阻應(yīng)小于0.2Ω；鉆井參數(shù)儀主機的保護接地應(yīng)與司控房保護接地可靠連接；司鉆房鉆井參數(shù)儀防爆箱內(nèi)進線端子處，應(yīng)安裝避雷器，其防雷接地應(yīng)與司控房金屬外殼可靠連接。

2.5綜合錄井房

房內(nèi)儀器設(shè)備、電器設(shè)備的保護接地與金屬構(gòu)件應(yīng)與房內(nèi)局部等電位聯(lián)結(jié)端子可靠連接。房內(nèi)應(yīng)安裝兩級保護的并聯(lián)式三相交流電源防雷箱，末級采用防雷插座，三級保護能量配合及電壓分配應(yīng)合理，各級保護電壓及額定通流量應(yīng)合理，確保各級保護有效。

3井場防雷系統(tǒng)常見問題及整改措施

鉆井井場有多種設(shè)備需要防雷擊，根據(jù)已有記錄和總結(jié)的因受雷擊造成設(shè)備損毀情形，需要注意以下幾個方面：

3.1井場視頻監(jiān)視系統(tǒng)的正確安裝及其問題整改

井場的視頻系統(tǒng)也就是指的井場視頻監(jiān)視系統(tǒng)，如果在設(shè)備安裝時，把二層臺攝像頭尾部裝在井架的外邊，這樣非常容易讓雷擊電流沿著電纜進入攝像頭的里面，造成電路板燒壞。所以，必須根據(jù)井場防雷系統(tǒng)的工作要求，把二層臺攝像頭放置在井架內(nèi)側(cè)，視頻所需的電纜也應(yīng)安裝在井架籠梯里面，而且井場上的視頻電纜線都要安裝到屏蔽于金屬結(jié)構(gòu)里面。

3.2VDX鉆井參數(shù)儀表雷擊損失及其整改措施

VDX鉆井參數(shù)儀表，如果沒有采取保護措施或者是接地錯誤，都會出現(xiàn)雷擊損失的情形。故需對VDX全面采取屏蔽、分流等防雷措施。采用雙屏蔽傳感器電纜，并在輸出端處正確接地；采取獨立的傳感器直流供電系統(tǒng)。裸露的傳感器和攝像頭應(yīng)安裝屏蔽外殼并正確接地，防遭受直擊雷。

4結(jié)論與建議

4.1井場避雷針安裝今后在設(shè)計時，應(yīng)該根據(jù)井場的防雷類別、井場面積、設(shè)備、生活區(qū)分布情況來考慮選擇避雷針的型號，同時對避雷針的安裝距離、位置、接構(gòu)、接地等充分考慮，合理利用和充分發(fā)揮避雷針的作用。

4.2根據(jù)現(xiàn)場實測和試驗，采用防雷接地與總等電位聯(lián)結(jié)共用的方式，是一切切實可行的技術(shù)方案。具體方法是先對鉆機進行總等電位聯(lián)結(jié)整改，使其達到規(guī)定的接地電阻，并設(shè)立永久的接地測試點，供設(shè)備運行檢查。

4.3衛(wèi)星接收機、水泵電機應(yīng)作接地處理，計量微機接地應(yīng)按微機接地要求接地，空調(diào)插座應(yīng)有接地、接零線。endprint