淺談井場的防雷措施

王磊　裴嬌嬌　車恩生　劉曉源　關宏波　任剛

鉆井井場防雷擊是一個系統工程，涉及多種復雜設備，需要滿足防火防爆防雷以及特殊環境要求。隨著大功率變頻器、VDX鉆井參數儀表、攝像監控系統、各類氣體報警裝置等在鉆井設備上的大量應用，相應的防雷措施應用滯后，使得鉆機的儀表設備，在雷擊后都出現了不同程度的損壞。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

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

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備；均壓是將金屬導體與等電位母線聯結后接入大地，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、泥漿循環系統、泥漿泵房、錄井房、發電房、油水罐、野營房等金屬結構用一根電纜連接起來，形成總等電位聯結母線，并在多處非防爆區域重復接地。鉆機底座直接放在地面上的水泥基礎上，石油套管通過水泥固定在地層內。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，這種現象稱為電感效應。

2井場設備防雷技術措施

2.1井場總等電位聯結

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

2.2鉆井主機

鉆機天車、井架、二層臺、鉆臺、底座、防噴器、節流管匯、套管與總等電位聯結之間應有可靠電氣通道，各處等電位聯結電阻值不大于0.2Ω。位于防爆區內或防爆區上方，應避免金屬構件之間的小間隙因雷擊產生火花放電，如有小間隙，應采取等電位連接措施。

2.3電控房/MMC房/頂驅房

電控房/MMC房顧驅房應有統一的保護接地，并通過房體對角兩處接地螺栓與井場總等電位聯結電纜可靠連接；電控房/MMC房，頂驅房保護接地應單獨埋設接地體，其接地電阻應不大于4Ω；電控房/MMC房/頂驅房內所有電器設備保護接地及金屬構件應統一接到接地母排上，形成房內區域或局部等電位連接。

2.4鉆井參數儀

鉆井參數儀現場傳感器可安裝防爆信號避雷器，其防雷接地通過金屬構件與總等電位聯結電纜連接，其等電位電阻應小于0.2Ω；鉆井參數儀主機的保護接地應與司控房保護接地可靠連接；司鉆房鉆井參數儀防爆箱內進線端子處，應安裝避雷器，其防雷接地應與司控房金屬外殼可靠連接。

2.5綜合錄井房

房內儀器設備、電器設備的保護接地與金屬構件應與房內局部等電位聯結端子可靠連接。房內應安裝兩級保護的并聯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合理，各級保護電壓及額定通流量應合理，確保各級保護有效。

3井場防雷系統常見問題及整改措施

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

3.1井場視頻監視系統的正確安裝及其問題整改

井場的視頻系統也就是指的井場視頻監視系統，如果在設備安裝時，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，必須根據井場防雷系統的工作要求，把二層臺攝像頭放置在井架內側，視頻所需的電纜也應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構里面。

3.2VDX鉆井參數儀表雷擊損失及其整改措施

VDX鉆井參數儀表，如果沒有采取保護措施或者是接地錯誤，都會出現雷擊損失的情形。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。裸露的傳感器和攝像頭應安裝屏蔽外殼并正確接地，防遭受直擊雷。

4結論與建議

4.1井場避雷針安裝今后在設計時，應該根據井場的防雷類別、井場面積、設備、生活區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、接地等充分考慮，合理利用和充分發揮避雷針的作用。

4.2根據現場實測和試驗，采用防雷接地與總等電位聯結共用的方式，是一切切實可行的技術方案。具體方法是先對鉆機進行總等電位聯結整改，使其達到規定的接地電阻，并設立永久的接地測試點，供設備運行檢查。

4.3衛星接收機、水泵電機應作接地處理，計量微機接地應按微機接地要求接地，空調插座應有接地、接零線。endprint