防雷技術(shù)在川東北“三高”氣井鉆井中的應(yīng)用

劉會(huì)斌

摘 要 針對(duì)高雷暴地區(qū)雷擊風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)，對(duì)鉆井井場(chǎng)專用防雷擊系統(tǒng)進(jìn)行了研究，開展了鉆井井場(chǎng)防雷接地、井場(chǎng)總等位聯(lián)結(jié)、井場(chǎng)接地保護(hù)、安裝線路浪涌保護(hù)器（SPD）等研究與實(shí)踐，將電氣保護(hù)接地、防靜電接地和防雷接地三者有機(jī)結(jié)合起來，安裝鉆井井場(chǎng)防雷裝置，對(duì)川東北鉆井采用現(xiàn)代綜合防雷六大技術(shù)，實(shí)施完整的、多層次的防護(hù)措施。三年多來，在川渝地區(qū)23臺(tái)鉆機(jī)上進(jìn)行了安裝使用，在防護(hù)井場(chǎng)直擊雷和感應(yīng)雷方面起到了顯著效果。

關(guān)鍵詞 雷擊 雷電形成因素 鉆井防雷措施

中圖分類號(hào)：TE927 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1川東北地區(qū)發(fā)生鉆機(jī)雷擊事故的原因

雷電是大氣中的放電現(xiàn)象，積云隨著溫度和氣流的變化會(huì)不停地運(yùn)動(dòng)，帶有正負(fù)電荷的云層運(yùn)動(dòng)摩擦生電。此外，靜電感應(yīng)使云層下面的井架、油罐、架空罐、井場(chǎng)較高設(shè)施等帶有異性電荷。在井場(chǎng)高的設(shè)備區(qū)，當(dāng)帶有不同電荷的雷云接近到一定程度時(shí)，將發(fā)生激烈的放電，在井場(chǎng)產(chǎn)生的脈沖電磁場(chǎng)感應(yīng)作用使井架，井場(chǎng)的內(nèi)部金屬構(gòu)件、電源線纜、信號(hào)線纜等感應(yīng)出雷電高電壓、大電流，通過電源線路、信號(hào)線路和接地線的地電位反擊以及空間等途徑引入室內(nèi)損壞電氣、電子系統(tǒng)設(shè)備。雷擊后果既可能是火災(zāi)、機(jī)械破壞、人員傷亡、電氣、電子系統(tǒng)設(shè)備損壞。還可能危及網(wǎng)電、鉆機(jī)控制及調(diào)節(jié)系統(tǒng)，造成供電中斷、數(shù)據(jù)丟失、不能正常生產(chǎn)、發(fā)生鉆井事故。

2雷擊可造成井區(qū)內(nèi)人身及設(shè)備不安全的因素點(diǎn)

2.1人身安全

直接雷擊與電器短路可導(dǎo)致的不安全因素，可由兩個(gè)部位引起。一是當(dāng)雷直接擊中井架時(shí)，井架所有與表面接觸的金屬部分均可視為直接雷擊的一部分。若人在雷擊時(shí)站在地上手觸井架金屬部分，可造成人體成為雷電流泄流通道的一部分。此外，若人在距井架近距離行走時(shí)可造成跨步電壓對(duì)人體的傷害。特別是連接井架線槽與空壓機(jī)線槽及供電設(shè)備房之間，地網(wǎng)之間沒有形成等電位，在人員跨越或人體接觸時(shí)，將會(huì)對(duì)人體造成傷害。二是活動(dòng)房屋沒有形成等電位連接，當(dāng)獨(dú)立活動(dòng)房屋遭受雷擊時(shí)，該房對(duì)地或相鄰房間形成電位差，若人處于他們之間時(shí)則會(huì)發(fā)生人身安全事故。

2.2用電設(shè)備的安全

由于用電設(shè)備的供電線路沒有電磁屏蔽層。該鉆機(jī)的電磁安全環(huán)境較差。當(dāng)井架或高壓架空線路遭受雷擊時(shí)，感應(yīng)在這些設(shè)備連接線兩端的雷電高電壓與雷電脈沖電壓可以達(dá)到幾百伏—上千伏。一旦遭受雷擊，低耐壓水平的設(shè)備將損壞無疑。

3 12000鉆機(jī)防雷措施與對(duì)策

依據(jù)12000米鉆機(jī)實(shí)際現(xiàn)況和近年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合在鉆井施工中的可操作性，制定出鉆井井場(chǎng)整體防雷方案。

3.1直擊雷防護(hù)

由于井架本身屬于鋼質(zhì)材料結(jié)構(gòu)，且從頂端到底部均是貫通的大型鋼構(gòu)，因此當(dāng)直擊雷擊中井架時(shí)均不構(gòu)成對(duì)其本身結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的破壞。但是必須要做好鋼體與地網(wǎng)的連接。考慮當(dāng)?shù)赝寥离娮杪矢?，鉆機(jī)又地處四川亞熱帶地區(qū)濕度大，容易腐蝕，鉆機(jī)又屬于流動(dòng)性作業(yè)，因此，為了滿足雷電流的泄放要求，可采用快裝高效接地極對(duì)鉆機(jī)鉆塔四周做環(huán)型接地。

在鉆塔四周埋設(shè)地網(wǎng)，采用多股銅線做水平接地體連接，塔體對(duì)稱均勻設(shè)六根引下線與鉆塔可靠連接。垂直接地體采用ZGDK（SD）高效接地極。間距5m，接地體距鉆塔的凈距應(yīng)大于3m，埋地深度大于0.5m，接地體距鉆塔及道路凈距不足3m其頂端應(yīng)埋深1.1m。

3.2雷電電磁脈沖防護(hù)

由于ZJ120/9000DB鉆機(jī)現(xiàn)在在川東北地區(qū)鉆井，工作環(huán)境以及地質(zhì)條件惡劣，氣井的勘探危險(xiǎn)性較大，所選設(shè)備均要采用防暴型避雷器。VFD房和MCC房以及鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)用電均為600V，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境制定了型號(hào)為TPB600-60M特殊高壓線路電涌保護(hù)器。但是考慮到鉆機(jī)鉆動(dòng)過程震動(dòng)較大，防雷器受實(shí)際情況的影響所以可能會(huì)降低使用年限，必須要做好防雷器的定期檢查、保養(yǎng)工作。

在頂驅(qū)控制房輸出有五條線路，采集數(shù)據(jù)線路要求嚴(yán)格，信號(hào)防雷器都有所損耗，所以選擇采用光隔繼電器隔離保護(hù)措施。

在鉆機(jī)司鉆房裝有視頻監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由中央控制級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)兩部分組成，中央控制級(jí)完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制和視頻監(jiān)控，司鉆監(jiān)控室由1臺(tái)計(jì)算機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)鉆機(jī)鉆動(dòng)的管理、調(diào)度、集中操作、監(jiān)視、參數(shù)在線修改和設(shè)置，監(jiān)控控制系統(tǒng)采用SIEMENS的Profibus-DP線路。通過加裝視頻監(jiān)控避雷器，以保護(hù)雷電電磁感應(yīng)在線路上產(chǎn)生過電壓和過電流的危害。

3.3電磁屏蔽措施

作為對(duì)雷電電磁脈沖的防護(hù)，電磁屏蔽措施是防雷措施的重要組成部分之一。這里，被保護(hù)物是指設(shè)備本身及其設(shè)備相連接的金屬線路。為了對(duì)設(shè)備本身采取屏蔽措施，一般的做法使用金屬殼封裝設(shè)備或?qū)⒃O(shè)備所在區(qū)域進(jìn)行屏蔽。那么線路上的屏蔽重要手段就是采用金屬線槽、線路分別穿金屬鋼管或采用有鎧裝的電纜，金屬線槽或屏蔽層應(yīng)做接地與大地進(jìn)行連接。

3.4等電位連接措施

井隊(duì)各活動(dòng)房屋、發(fā)電機(jī)房、供電房、儲(chǔ)備罐、水罐、井架均屬獨(dú)立接地?；顒?dòng)房屋外殼屬于金屬物體，而且接地都是各自獨(dú)立接地，為了防止它們之間在雷擊或電源對(duì)殼體短路時(shí)造成活動(dòng)房之間活動(dòng)房與大地之間的電位差，因此，將活動(dòng)房進(jìn)行了等電位連接。

3.5共用接地系統(tǒng)

作為鉆井作業(yè)區(qū)內(nèi)，最理想的連接系統(tǒng)是采用共用接地系統(tǒng)，只要考慮好不同接地引出線間不同要求的安全距離，這對(duì)整個(gè)井場(chǎng)的安全將起到很好的保證，不同接地引出線間不同要求的安全距離，這對(duì)井場(chǎng)的安全起到很好的保護(hù)作用。分別采用YDD-II-I低電阻接地模塊和YDDK-11快裝高效接地極，用以保證它們的接地安全。

3.6合理的綜合布線

電源線路、控制線路、信號(hào)線路因?yàn)樗鼈兂惺艿碾妷?、電流不相同，而且線路的長(zhǎng)度、出入路徑不同，因此，在其中一條線路感應(yīng)雷電電磁脈沖時(shí)，將會(huì)對(duì)捆綁在一起平行走向的其他線路上同樣耦合上雷電電磁脈沖。因此，線路兩端耐壓水平低的設(shè)備將會(huì)損壞，合理的綜合布線同樣是防雷措施不可分割的一部分。

川東北是三高氣井作業(yè)，具有易燃易爆危險(xiǎn)設(shè)施，是防雷的重點(diǎn)對(duì)象，一旦遭受雷擊，其所造成的損失和影響都可能十分巨大。雷電雖無情，人類卻防之有術(shù)。需要我們提高防雷意識(shí)，普及防雷知識(shí)，規(guī)范安裝使用防雷裝置，采取科學(xué)應(yīng)急避險(xiǎn)措施，才能從根本上避免雷公對(duì)人類的傷害。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉俊.雷電災(zāi)害的類型及其致災(zāi)機(jī)理淺析[J].安全，2011（05）：5-8.

[2] 肖穩(wěn)安，張小青.雷電與防護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：氣象出版社，2006：47-49.