防雷技術在川東北“三高”氣井鉆井中的應用

劉會斌

摘 要 針對高雷暴地區雷擊風險高的特點，對鉆井井場專用防雷擊系統進行了研究，開展了鉆井井場防雷接地、井場總等位聯結、井場接地保護、安裝線路浪涌保護器（SPD）等研究與實踐，將電氣保護接地、防靜電接地和防雷接地三者有機結合起來，安裝鉆井井場防雷裝置，對川東北鉆井采用現代綜合防雷六大技術，實施完整的、多層次的防護措施。三年多來，在川渝地區23臺鉆機上進行了安裝使用，在防護井場直擊雷和感應雷方面起到了顯著效果。

關鍵詞 雷擊 雷電形成因素 鉆井防雷措施

中圖分類號：TE927 文獻標識碼：A

1川東北地區發生鉆機雷擊事故的原因

雷電是大氣中的放電現象，積云隨著溫度和氣流的變化會不停地運動，帶有正負電荷的云層運動摩擦生電。此外，靜電感應使云層下面的井架、油罐、架空罐、井場較高設施等帶有異性電荷。在井場高的設備區，當帶有不同電荷的雷云接近到一定程度時，將發生激烈的放電，在井場產生的脈沖電磁場感應作用使井架，井場的內部金屬構件、電源線纜、信號線纜等感應出雷電高電壓、大電流，通過電源線路、信號線路和接地線的地電位反擊以及空間等途徑引入室內損壞電氣、電子系統設備。雷擊后果既可能是火災、機械破壞、人員傷亡、電氣、電子系統設備損壞。還可能危及網電、鉆機控制及調節系統，造成供電中斷、數據丟失、不能正常生產、發生鉆井事故。

2雷擊可造成井區內人身及設備不安全的因素點

2.1人身安全

直接雷擊與電器短路可導致的不安全因素，可由兩個部位引起。一是當雷直接擊中井架時，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可造成跨步電壓對人體的傷害。特別是連接井架線槽與空壓機線槽及供電設備房之間，地網之間沒有形成等電位，在人員跨越或人體接觸時，將會對人體造成傷害。二是活動房屋沒有形成等電位連接，當獨立活動房屋遭受雷擊時，該房對地或相鄰房間形成電位差，若人處于他們之間時則會發生人身安全事故。

2.2用電設備的安全

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

3 12000鉆機防雷措施與對策

依據12000米鉆機實際現況和近年的實踐經驗，結合在鉆井施工中的可操作性，制定出鉆井井場整體防雷方案。

3.1直擊雷防護

由于井架本身屬于鋼質材料結構，且從頂端到底部均是貫通的大型鋼構，因此當直擊雷擊中井架時均不構成對其本身結構與性質的破壞。但是必須要做好鋼體與地網的連接?？紤]當地土壤電阻率高，鉆機又地處四川亞熱帶地區濕度大，容易腐蝕，鉆機又屬于流動性作業，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鉆機鉆塔四周做環型接地。

在鉆塔四周埋設地網，采用多股銅線做水平接地體連接，塔體對稱均勻設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其頂端應埋深1.1m。

3.2雷電電磁脈沖防護

由于ZJ120/9000DB鉆機現在在川東北地區鉆井，工作環境以及地質條件惡劣，氣井的勘探危險性較大，所選設備均要采用防暴型避雷器。VFD房和MCC房以及鉆機驅動用電均為600V，根據現場情況結合現場環境制定了型號為TPB600-60M特殊高壓線路電涌保護器。但是考慮到鉆機鉆動過程震動較大，防雷器受實際情況的影響所以可能會降低使用年限，必須要做好防雷器的定期檢查、保養工作。

在頂驅控制房輸出有五條線路，采集數據線路要求嚴格，信號防雷器都有所損耗，所以選擇采用光隔繼電器隔離保護措施。

在鉆機司鉆房裝有視頻監控攝像系統，控制系統由中央控制級和現場控制級兩部分組成，中央控制級完成現場設備的控制和視頻監控，司鉆監控室由1臺計算機主要負責對鉆機鉆動的管理、調度、集中操作、監視、參數在線修改和設置，監控控制系統采用SIEMENS的Profibus-DP線路。通過加裝視頻監控避雷器，以保護雷電電磁感應在線路上產生過電壓和過電流的危害。

3.3電磁屏蔽措施

作為對雷電電磁脈沖的防護，電磁屏蔽措施是防雷措施的重要組成部分之一。這里，被保護物是指設備本身及其設備相連接的金屬線路。為了對設備本身采取屏蔽措施，一般的做法使用金屬殼封裝設備或將設備所在區域進行屏蔽。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做接地與大地進行連接。

3.4等電位連接措施

井隊各活動房屋、發電機房、供電房、儲備罐、水罐、井架均屬獨立接地?；顒臃课萃鈿儆诮饘傥矬w，而且接地都是各自獨立接地，為了防止它們之間在雷擊或電源對殼體短路時造成活動房之間活動房與大地之間的電位差，因此，將活動房進行了等電位連接。

3.5共用接地系統

作為鉆井作業區內，最理想的連接系統是采用共用接地系統，只要考慮好不同接地引出線間不同要求的安全距離，這對整個井場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，這對井場的安全起到很好的保護作用。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、信號線路因為它們承受的電壓、電流不相同，而且線路的長度、出入路徑不同，因此，在其中一條線路感應雷電電磁脈沖時，將會對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備將會損壞，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，具有易燃易爆危險設施，是防雷的重點對象，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。需要我們提高防雷意識，普及防雷知識，規范安裝使用防雷裝置，采取科學應急避險措施，才能從根本上避免雷公對人類的傷害。

參考文獻

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