李春光（中石化勝利石油工程有限公司黃河鉆井總公司鉆井四公司，山東 東營 257000）

科威特鉆井井場防雷擊措施及實(shí)踐

李春光
（中石化勝利石油工程有限公司黃河鉆井總公司鉆井四公司，山東 東營 257000）

近年來，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(bào)警裝置井設(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(jī)的儀表設(shè)備，在雷擊后都出現(xiàn)了不同程度的損壞，其中，在科威特施工的兩部勝利鉆機(jī)因雷擊后造成嚴(yán)重?fù)p失?；诖?，我們通過不斷的摸索完善，將電氣保護(hù)、防靜電和防雷擊有機(jī)結(jié)合起來，形成了一套切實(shí)有效的防雷措施。本文以勝利科威特鉆井作業(yè)區(qū)為例，對(duì)井區(qū)防雷措施的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

鉆井井場；防雷擊；接地

雷電是雷云之間或雷云對(duì)地放電的一種自然現(xiàn)象，因靜電感應(yīng)，云層呈現(xiàn)出帶有正電，通過與大地表面感應(yīng)，與云塊感應(yīng)會(huì)產(chǎn)生出負(fù)電荷，當(dāng)場強(qiáng)積累到一定量值的時(shí)候，雷云和大地間就會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，此時(shí)會(huì)伴有強(qiáng)烈的電光和聲音，于是就形成了雷電。

1　雷擊現(xiàn)象對(duì)鉆井井場產(chǎn)生的危險(xiǎn)

因雷電產(chǎn)生的破壞有多種效應(yīng)，如熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、電磁效應(yīng)、雷電反擊等不同表現(xiàn)形式，當(dāng)出現(xiàn)雷電現(xiàn)象時(shí)，其所產(chǎn)生的巨大電流、高溫、沖擊波、電磁場以及輻射等，都會(huì)對(duì)鉆井現(xiàn)場的生產(chǎn)設(shè)施及作業(yè)人員造成一定的威脅。如當(dāng)雷電發(fā)生后，其所產(chǎn)生的熱效應(yīng)首先會(huì)擊中物體，此時(shí)雷電電流非常高，在雷擊點(diǎn)附近的熱效應(yīng)可產(chǎn)生6千到1萬度的高溫，由于雷電電流的作用時(shí)間短暫，局部產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫對(duì)較大的金屬物體而言，使其熔化的能力非常有限。就科威特目前的鉆井現(xiàn)場來說，當(dāng)井架遭受到雷擊后，其所產(chǎn)生的熱效應(yīng)并不會(huì)對(duì)井架造成多么大的危害，但是，當(dāng)發(fā)生了雷擊，會(huì)造成井架等設(shè)備直接放電，然后出現(xiàn)了電磁脈沖及浪涌電壓，這樣一來，因?yàn)楫a(chǎn)生的浪涌電壓，要么設(shè)備會(huì)出現(xiàn)故障，造成數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，要么直接造成設(shè)備芯片的損毀，嚴(yán)重時(shí)還可能引發(fā)生產(chǎn)事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，故全面系統(tǒng)地完善鉆井井場防雷措施，保證鉆井生產(chǎn)安全，顯得尤為必要。

2　井場的防雷擊措施

防雷擊的基本措施主要包括消雷、屏蔽、均壓和分流，消雷是通過避雷針和接地體將雷擊電流引入大地，通過散流電阻向大地散入電流；屏蔽是利用法拉第籠原理保護(hù)設(shè)備；均壓是將金屬導(dǎo)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；分流是通過防雷器保護(hù)設(shè)備，當(dāng)雷擊電位升高到保護(hù)電壓時(shí)，防雷器電阻下降，雷擊浪涌電流通過防雷器散入大地。通常井場采取消雷、屏蔽和均壓措施即可起到很好的防雷作用，僅對(duì)弱電設(shè)備和重要儀器房的入戶電源采取分流措施。

3　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(gè)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(shí)，把二層臺(tái)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(jìn)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(tái)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。此外如果直流電源0V與金屬外殼相連接，造成接地錯(cuò)誤，那么雷擊時(shí)所產(chǎn)生的浪涌電流，就會(huì)把所有的攝像頭直流電源電路燒毀，因此，必須把直流電源0V與金屬外殼隔離開來，否則后果嚴(yán)重。

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(hù)措施或者是接地錯(cuò)誤，都會(huì)出現(xiàn)雷擊損失的情形，如VDX鉆井參數(shù)儀未安裝終端防雷器、衛(wèi)星遠(yuǎn)傳系統(tǒng)沒有安裝天饋防雷器等。據(jù)此，錄井終端需要有防雷器，并接地正確，衛(wèi)星遠(yuǎn)傳系統(tǒng)攝像頭需要安裝在屏蔽金屬盒內(nèi)，接地正確，主機(jī)的視頻輸入接頭處也要有天饋防雷器。

VDX鉆井參數(shù)儀表接地錯(cuò)誤，主要有：傳感器及儀表房輸出端未接地，造成屏蔽層失效；傳感器24V直流電源的0V與房體外殼相接通，因雷擊時(shí)產(chǎn)生的地電位升高，會(huì)導(dǎo)致大部分傳感器損毀；裸露在井架外側(cè)的傳感器，在井架釋放雷擊電流時(shí)，因放電也會(huì)燒壞傳感器；傳感器內(nèi)因耦合作用產(chǎn)生的浪涌電壓，會(huì)燒毀傳感器；傳感器沒有使用雙屏蔽電纜，會(huì)導(dǎo)致傳感器損壞；缺少屏蔽措施，采取架空方式的部分信號(hào)電纜，易遭受感應(yīng)雷從而造成設(shè)備損壞；總電位聯(lián)結(jié)母線之間未接輔助等電位母線，雷擊時(shí)會(huì)造成VDX主機(jī)與鉆機(jī)之間的電位差，因浪涌電流損壞VDX主機(jī)。故需對(duì)VDX全面采取消雷、屏蔽、分流等防雷措施；安裝終端防雷器，同時(shí)采取雙屏蔽電纜，并在輸出端處正確接地；采用雙屏蔽傳感器電纜，并在輸出端處正確接地；采取獨(dú)立的傳感器直流供電系統(tǒng)，嚴(yán)禁將直流電源0V與房體外殼相連；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。

3.3電控房、頂驅(qū)房的安裝要求

電控房、頂驅(qū)房應(yīng)有統(tǒng)一的保護(hù)接地措施，保護(hù)接地電阻阻值應(yīng)不大于4Ω；房內(nèi)所有電器設(shè)備保護(hù)接地及金屬構(gòu)件應(yīng)統(tǒng)一接到接地母排上；發(fā)電房動(dòng)力電纜應(yīng)通過屏蔽敷設(shè)進(jìn)入電控房、MCC房、頂驅(qū)房，必要時(shí)應(yīng)采取浪涌抑制措施；電控系統(tǒng)主要通過完善屏蔽、區(qū)域和局部等連接實(shí)現(xiàn)防雷保護(hù)，必要時(shí)可裝設(shè)浪涌抑制器；房內(nèi)設(shè)備所外接的電機(jī)編碼器電纜應(yīng)可靠接地，必要時(shí)可加裝金屬編織軟管進(jìn)行屏蔽并接地。

4　結(jié)束語

鉆井井場防雷是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，通過消雷、屏蔽、均壓、分流、接地等措施可有效降低井場直擊雷損失，在預(yù)防感應(yīng)雷方面也收到很好的效果。

（1）正確地安裝和維護(hù)井場中等電位聯(lián)結(jié)母線及輔助等電位母線。

（2）為降低直擊雷造成的損失，缺少屏蔽的攝像機(jī)以及傳感器等設(shè)備，要有屏蔽的措施以及采取均壓的方式。

（3）當(dāng)金屬結(jié)構(gòu)與弱電設(shè)備的直流電源0V等連接時(shí)，由于雷擊電壓升高，會(huì)把連接在直流電源上的傳感器和主機(jī)損壞，因此需要采取一定的措施。

（4）井場上的會(huì)議室、錄井房等都有防雷擊系統(tǒng)，都安裝有交流電源防雷箱，類似打印機(jī)、傳真機(jī)等辦公設(shè)備應(yīng)接在防雷插座上，確保接地正確。

（5）工作人員要定期、及時(shí)地檢查和維護(hù)好防雷器，以免因疏忽造成損失。

［1］王豫.石油井場防雷接地研究［J］.中國防雷，2007（05）.

［2］王豫，譚剛強(qiáng)，孟軍等.石油鉆井井場防雷擊系統(tǒng)研究報(bào)告［R］.成都：川慶鉆探工程有限公司，2008.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.094