李增強(qiáng)，和虎

（1.中國(guó)石化勝利油田分公司安全環(huán)保質(zhì)量管理部；2.中國(guó)石化勝利油田分公司技術(shù)檢測(cè)中心，山東 東營(yíng) 257001）

1 前言

石油勘探根據(jù)油藏位置布設(shè)勘探井，我國(guó)東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口密集，大部分勘探井與居民距離較近，而由于油田勘探開發(fā)工藝極其復(fù)雜，包含物探、鉆井、采油、集輸?shù)榷喾N工序，各工序涉及多種大型機(jī)械設(shè)備，且需晝夜連續(xù)作業(yè)，對(duì)周圍居民生活造成不同程度的影響，并且當(dāng)噪聲超標(biāo)嚴(yán)重引起周圍居民投訴時(shí)，對(duì)油田的正常生產(chǎn)造成影響。因此，系統(tǒng)分析油田生產(chǎn)作業(yè)中產(chǎn)生的噪聲污染源，進(jìn)而有效治理油田噪聲污染一直是近年來的工業(yè)性難題之一，能否攻克這一難題，不僅關(guān)系到周圍群眾和油田員工的生活健康，更是油田正常生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)，事關(guān)城市形象，其重要性和緊迫性不言而喻。

油田噪聲污染不僅對(duì)井場(chǎng)周圍居民日常生活造成極大的影響，而且對(duì)油田生產(chǎn)企業(yè)一線員工的聽力造成不同程度的損傷。隨著人們生活水平的提高，人們?cè)絹碓街匾曉肼曃廴締栴}，2013年某油田對(duì)一線生產(chǎn)中7225名人員身體情況開展統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明從業(yè)人員患噪聲性疾病概率高達(dá)10.7%。因此，如何加強(qiáng)噪聲監(jiān)測(cè)治理，對(duì)油田周圍居民和生產(chǎn)員工的健康安全環(huán)境均具有重大意義。

近年來，每年因噪聲污染及超標(biāo)問題被周圍居民投訴約10余起，居民投訴間接導(dǎo)致油田勘探、鉆井、采油等工藝無法順利開展。因此，如何在保障石油正常生產(chǎn)前提下，采取有效的監(jiān)測(cè)治理措施防御噪聲污染，對(duì)保障油田正常生產(chǎn)具有重大意義。

綜上所述，分析油田噪聲污染源，并探討如何有效監(jiān)測(cè)治理一直是噪聲監(jiān)測(cè)防護(hù)控制的重中之重，對(duì)保障油田正常生產(chǎn)意義重大。

2 噪聲污染源分析

油田勘探開發(fā)工藝極其復(fù)雜，包含物探、鉆井、采油、集輸?shù)榷喾N工序，各工序需要涉及不同的生產(chǎn)設(shè)施，每種生產(chǎn)設(shè)施會(huì)持續(xù)不斷的產(chǎn)生多種噪聲，導(dǎo)致產(chǎn)生多種噪聲污染源。只有對(duì)其噪聲污染源進(jìn)行系統(tǒng)且全面的認(rèn)識(shí)，才可能從產(chǎn)生噪聲源頭進(jìn)行控制，用最小的改革、最節(jié)約的成本來治理噪聲污染現(xiàn)象。

（1）鉆井噪聲源。鉆井噪聲源主要源于柴油發(fā)電機(jī)、泥漿泵、振動(dòng)篩、鉆機(jī)等機(jī)械設(shè)備，如表1所示，根據(jù)測(cè)量均值都在90dB（A）以上，并呈現(xiàn)出連續(xù)、穩(wěn)態(tài)的特性，其呈點(diǎn)聲源輻射影響周圍。雖然不同油田采用的鉆井設(shè)備存在一定差異，但大部分噪聲都由泥漿泵產(chǎn)生，以球面波的形式向四周輻射傳播，主要包含頻率為600～1000Hz，其不同設(shè)備在發(fā)生異常時(shí)，噪聲危害程度更強(qiáng)。

表1 井場(chǎng)主要設(shè)備噪聲特性

（2）采油噪聲源。采油噪聲源主要包括抽油機(jī)、抽油泵、抽油管、抽油桿等，主要分為機(jī)械噪聲和電磁噪聲。正常情況下噪聲強(qiáng)度一般在70dB（A）左右，但由于采油過程是一個(gè)源源不斷的活塞運(yùn)動(dòng)，有時(shí)會(huì)引起疲勞、磨損、抽油桿斷裂等故障，這些異常故障往往是引起采油噪聲污染的主要原因。

（3）集輸噪聲源。油田集輸噪聲源主要包括：注水泵、輸油泵、外輸泵、產(chǎn)水泵、脫水泵、加熱爐、風(fēng)機(jī)及電機(jī)等。主要分為機(jī)械噪聲、電磁噪聲和混合噪聲。機(jī)械噪聲主要是泵類設(shè)備產(chǎn)生，由于內(nèi)部電機(jī)與其他部件摩擦造成。電磁噪聲主要是由加熱爐產(chǎn)生，混合噪聲則是不同設(shè)備集中在同一空間時(shí)，機(jī)械噪聲、電磁噪聲及空氣摩擦噪聲混合產(chǎn)生。

綜上所述，掌握油田生產(chǎn)設(shè)施和施工產(chǎn)生的噪聲源，并采用與之對(duì)應(yīng)合適的手段對(duì)其進(jìn)行一定程度的消除是目前油田正常生產(chǎn)亟需解決的首要難題。

3 噪聲治理方法

目前已存在的降噪治理手段主要分為物理降噪和主動(dòng)降噪。

3.1 物理降噪

物理降噪又分為有源噪聲控制和無源噪聲控制，有源噪聲控制是指從噪聲聲源發(fā)出的時(shí)候便開始控制噪聲，主要有設(shè)備改造、工藝流程改造等，無源噪聲控制就是指在傳播途徑過程中去消除噪聲，主要有吸聲吊頂及墻面、隔聲門窗、移動(dòng)式隔聲屏及隔聲罩、房中房隔振、風(fēng)機(jī)消聲器及配套等。

有源噪聲控制中設(shè)備改造與工藝流程改造具有良好的降噪效果，但其成本較高，這也導(dǎo)致其在實(shí)際應(yīng)用中受限。例如喇Ⅱ—1注水站改造工程，其在傳統(tǒng)注水泵房降噪設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上采用多種圍護(hù)結(jié)構(gòu)及輕質(zhì)屋面板材做墻體內(nèi)部保溫及吸音降噪處理，以使注水泵房達(dá)到更好的保溫節(jié)能和降噪效果。與傳統(tǒng)注水泵房降噪設(shè)計(jì)相比，其改造后噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，獲得了良好的降噪效果，并且其整體施工時(shí)間也比傳統(tǒng)所用時(shí)間大大縮減。

盡管上述有源噪聲控制獲得了令人滿意的降噪效果，但令人遺憾的是，上述設(shè)備大部分均從國(guó)外進(jìn)口，極少國(guó)內(nèi)設(shè)備可以在少量改動(dòng)后用于降噪。因此國(guó)內(nèi)消噪工作多采用有吸聲材料、隔音墻、阻尼減震等無源噪聲控制方式，其相關(guān)材料及配套的投資成本相對(duì)較低，并且安裝改造簡(jiǎn)便，具有一定的降噪效果。例如，中國(guó)石化勝利油田濱南采油廠通過采用吸聲吊頂、吸聲墻面、隔聲門窗、移動(dòng)式隔聲屏、防爆軸流風(fēng)機(jī)及配套裝置、進(jìn)排風(fēng)消聲器等，使泵房噪聲值由平均72.3dB降低到54.3dB，達(dá)到了國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐證明，采取無源噪聲控制方法是油田井場(chǎng)噪聲污染治理的有效手段之一。

3.2 主動(dòng)降噪

主動(dòng)降噪是個(gè)體通過佩戴耳塞、耳罩、防噪聲帽盔等措施降低噪聲。例如，國(guó)外學(xué)者研制出了一款自動(dòng)降噪耳套，當(dāng)噪聲大于設(shè)定分貝數(shù)時(shí)，耳套會(huì)自動(dòng)衰減噪聲，減弱使用者聽到的噪聲。市面上大多耳機(jī)內(nèi)置隔聲材料以阻擋噪聲，是一種被動(dòng)降噪。當(dāng)噪聲頻帶較高時(shí)，此方法十分有效，一般能將噪聲降低15～20dB。上述耳機(jī)降噪方法具有原理簡(jiǎn)單、成本低和效果較好等優(yōu)點(diǎn)，但由于油田企業(yè)一線員工較多，嚴(yán)格實(shí)施存在一定的困難，并且該方法更多有助于企業(yè)員工，對(duì)于周圍居民，不能要求其佩戴耳套等設(shè)備進(jìn)行主動(dòng)降噪。

4 噪聲監(jiān)測(cè)及信號(hào)識(shí)別治理

互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展給油田治理帶來了新的方向，從傳統(tǒng)治理轉(zhuǎn)向自動(dòng)噪聲監(jiān)測(cè)及信號(hào)識(shí)別，采用先進(jìn)的硬件采集設(shè)備及信號(hào)分析方法，對(duì)油田噪聲進(jìn)行自動(dòng)化采集監(jiān)測(cè)，并通過對(duì)不同噪聲信號(hào)分析進(jìn)行識(shí)別診斷，為噪聲治理提供科學(xué)依據(jù)。

4.1 噪聲監(jiān)測(cè)

目前，環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)正處于由傳統(tǒng)向現(xiàn)代過渡的階段，主要有系統(tǒng)化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化3種發(fā)展方向。關(guān)于網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究已成為熱點(diǎn)。目前噪聲監(jiān)測(cè)主要分為自動(dòng)監(jiān)測(cè)和功能區(qū)監(jiān)測(cè)兩大類。

國(guó)內(nèi)開發(fā)的自動(dòng)噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通?？梢詫?shí)時(shí)監(jiān)控并記錄生產(chǎn)工業(yè)噪聲超標(biāo)情況；為后續(xù)的噪聲信號(hào)分析、噪聲超標(biāo)設(shè)備定位以及噪聲治理提供有效且可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

功能區(qū)監(jiān)測(cè)相較于前者更關(guān)注于某一特定功能區(qū)的噪聲，布控成本更低，并且對(duì)于后續(xù)的信號(hào)分析與識(shí)別治理更有效果，但如何選取功能區(qū)也是實(shí)際監(jiān)測(cè)中的難點(diǎn)之一，這需根據(jù)實(shí)際油田布局進(jìn)行科學(xué)選取。

4.2 噪聲信號(hào)識(shí)別治理

在上述獲取有效可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)獲取的噪聲信號(hào)進(jìn)行分析，隨著研究的深入和設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步，噪聲信號(hào)分析方法層出不窮，主要可以分為以下兩大類：一類是用測(cè)試方法識(shí)別噪聲源，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行噪聲治理，如表2所示，主要包括分別運(yùn)行法、倒拖法、鉛覆蓋法、聲強(qiáng)測(cè)試法、聲全息法等。其中分別運(yùn)行法、倒拖法、鉛覆蓋法和聲強(qiáng)測(cè)試法屬于較傳統(tǒng)的測(cè)試方法，其操作簡(jiǎn)單，被廣泛用于油田噪聲識(shí)別治理，但由于其工作量較大，在實(shí)際分離噪聲和識(shí)別治理時(shí)存在較大誤差；而聲全息法是一種采用干涉原理測(cè)試噪聲聲源信息的方法，對(duì)后續(xù)噪聲源識(shí)別及定位提供良好依據(jù)，雖然其優(yōu)勢(shì)明顯，但成本較高，較少應(yīng)用于實(shí)際應(yīng)用。

另一類是利用不同的信號(hào)分析方法對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行分析，主要包括信號(hào)分解方法和時(shí)頻分析方法。信號(hào)分解方法是指從原始信號(hào)中分離或恢復(fù)出混疊源信號(hào)的方法，因?yàn)椴杉O(jiān)測(cè)的噪聲信號(hào)并不是單一設(shè)備源產(chǎn)生的信號(hào)，所以對(duì)其分析識(shí)別前首先需要采用信號(hào)分解方法將其分離若干單一信號(hào)，其主要包括經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）、變分模態(tài)分解（VMD）、經(jīng)驗(yàn)傅里葉分解（EFD）和基于獨(dú)立成分分析的盲源分離技術(shù)等。時(shí)頻分析方法將一維非平穩(wěn)信號(hào)轉(zhuǎn)化為時(shí)間和頻率兩個(gè)維度對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，進(jìn)而反映信號(hào)在局部時(shí)間內(nèi)的頻域特征。其主要包括傳統(tǒng)時(shí)頻分析方法（短時(shí)傅里葉變換、小波變換、S變換及廣義S變換等）和高精度后處理時(shí)頻分析方法。傳統(tǒng)時(shí)頻分析方法作為傅里葉變換的延伸，通過加窗變換挖掘時(shí)頻信息，但由于其受到海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理的限制，難以精細(xì)表征不同噪聲源信號(hào)特征。為此在傳統(tǒng)時(shí)頻分析方法的基礎(chǔ)上演化出一系列高精度后處理時(shí)頻分析方法，主要包括同步擠壓變換、同步提取變換等，高精度時(shí)頻分析方法有助于更好的監(jiān)測(cè)油田井場(chǎng)噪聲特征，從而為噪聲識(shí)別提供科學(xué)依據(jù)。

上述的噪聲分析法存在著不同的優(yōu)缺點(diǎn)和適合范圍，在工程應(yīng)用中會(huì)根據(jù)實(shí)際信號(hào)特點(diǎn)，使用多種噪聲分析方法，充分發(fā)揮各方法的優(yōu)點(diǎn)，更準(zhǔn)確的識(shí)別噪聲源。本文以一個(gè)模擬油田采油環(huán)節(jié)抽油機(jī)噪聲信號(hào)為例，該井場(chǎng)噪聲信號(hào)如圖1（a）所示，對(duì)該模擬信號(hào)采用經(jīng)驗(yàn)傅里葉分解后得到的四個(gè)單一噪聲信號(hào)如圖1（b～e）所示，并對(duì)得到的4個(gè)單一噪聲信號(hào)采用同步擠壓變換得到的時(shí)頻譜如圖2所示，通過時(shí)頻譜更好地識(shí)別油田井場(chǎng)不同噪聲源特征（如表2所示），從而為噪聲識(shí)別治理提供科學(xué)依據(jù)。

圖1

圖2 采用同步擠壓變換得到的時(shí)頻譜

表2 不同噪聲源信號(hào)特征

5 結(jié)語

經(jīng)過上述調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前對(duì)于油田井場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)治理主要集中2方面，其關(guān)鍵技術(shù)已取得了一定進(jìn)展，但仍需進(jìn)一步探討，針對(duì)各自油田井場(chǎng)特點(diǎn)開展行之有效的噪聲監(jiān)測(cè)治理措施。

（1）噪聲治理。油田噪聲污染源種類較多、分布較廣，導(dǎo)致其監(jiān)測(cè)治理是一項(xiàng)比較繁瑣的工作，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，主要可以從一下幾方面開展治理工作如：從物理防噪角度上，做好噪聲監(jiān)測(cè)工作，利用吸聲材料、隔音墻、阻尼減震等控制噪聲的傳播和反射；從主動(dòng)防噪角度上，應(yīng)加強(qiáng)工作人員個(gè)體防護(hù)意識(shí)，主動(dòng)佩戴耳塞、耳罩、防聲盔等防護(hù)工具，定期體檢并且實(shí)施崗位輪換制。在噪聲治理過程中，應(yīng)針對(duì)不同類型噪聲的特點(diǎn)及噪聲污染現(xiàn)狀，選取一種或多種方式組合的治理方法。

（2）噪聲監(jiān)測(cè)及識(shí)別治理。現(xiàn)有的噪聲信號(hào)分析方法雖然在噪聲源信號(hào)分析方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，但是由于噪聲傳播速率以及時(shí)頻分析方法的時(shí)頻分辨率有限等客觀因素，需要針對(duì)噪聲信號(hào)的時(shí)變非平穩(wěn)特征，探討不同時(shí)頻分析方法在噪聲信號(hào)分析的適用性，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用效果與效率，選取最適合的信號(hào)分析方法，從而獲取原始噪聲信號(hào)中的有效信息用于識(shí)別治理噪聲污染。

綜上所述，油田噪聲污染問題應(yīng)從噪聲控制、噪聲監(jiān)測(cè)及識(shí)別治理2方面入手，為油田井場(chǎng)環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)治理提供現(xiàn)實(shí)可行的控制手段。石油產(chǎn)業(yè)作為國(guó)家能源戰(zhàn)略資源領(lǐng)域的重要行業(yè)，其噪聲監(jiān)測(cè)治理更是我國(guó)環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排的重要一環(huán)，如何自動(dòng)監(jiān)控油田生產(chǎn)中不同設(shè)備的噪聲信號(hào)來判斷油田生產(chǎn)情況，并在保障油田正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下盡可能減少噪聲，這是需要長(zhǎng)期研究的課題。