長慶區域鉆機應對偏冷氣候保溫措施探討

高曉軍，李魏鋼

（川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司，陜西西安 710021）

0 引言

長慶鉆井總公司作為長慶油田勘探開發的主力軍，正全力推動油氣增儲上產工作，工作區域橫跨陜、甘、寧、蒙、晉五省（區），勘探總面積37 萬平方千米。為確保在寒冷低溫條件下正常施工，每年的10 月1 日至次年的5 月1 日為冬防保溫階段。

近年來，全球氣候異常，長慶區域出現極寒天氣，區部氣溫降到-30 ℃左右，2021 年處于“拉尼娜”現象范圍控制下，偏冷比例高達80%，給冬季安全生產帶來極大困難和挑戰。

1 偏冷天氣帶來的困難和挑戰

自2017 年以來，長慶鉆井總公司進尺連續突破600 萬米，進入冬季施工隊伍整體增多，有一部分鉆井隊跨年作業。長慶地區冬季比較寒冷，大部分區域氣溫會達到-20 ℃（區部達到-30 ℃），并且低溫持續時間長，使野外鉆井作業變得更加困難。如果冬季保溫不到位，應對偏冷天氣準備不足，各種問題接踵而至，設備故障停機、耽誤生產進度、引發安全隱患，甚至造成安全事故等一系列問題，所以冬季鉆井施工要采取有效地防凍保溫技術措施。

關于偏冷天氣帶來的困難與挑戰，下面主要從鉆井作業、人員健康、設備運轉3 個方面說明。

1.1 對鉆井作業的影響

因為偏冷氣溫形成厚約1 m 的凍土層，對鉆前準備、鉆進過程、完井作業均有影響，如修路和推平井場均難于其他項目，泥漿池很難挖。尤其是在西北地區，冬季枯水期加上凍冰，生產用水供應困難。泥漿時間稍長就會凍結，鉆桿提出來就表面結冰、抓舉困難，吊單根等常規作業較難于平常。另外，操作人員肌肉僵硬，表現出行為遲緩、笨拙、動作變形，在作業時容易摔倒、受機械傷害，也容易造成誤操作，發生事故。

1.2 對人員健康的影響

氣溫偏冷加之夜班作業、高強度勞作，極易誘發心腦血管疾病，有損員工健康，并且野外環境惡劣，冬季滿眼荒涼、使人身心壓抑。當皮膚溫度降到-2 ℃時就有可能發生凍傷，在-25～-30 ℃凍傷發生率最高，其中淺表凍傷最常見、約占病例總數的74%，而面部（鼻、耳）、氣管和肺為最常見的受傷部位。

1.3 對鉆井設備的影響

（1）偏冷天氣易造成防碰天車失效，如指重表失靈，循環系統凍結等。

（2）燃油的蒸發性、燃燒性和低溫流動性下降，給柴油機啟動造成一定困難，同時柴油機的功率消耗較大、工作效率降低。

（3）氣路管線內的水蒸氣遇冷凝結，使氣路變窄或凍結，繼氣器等氣路控制閥件開閉遲鈍或失靈。

（4）低溫使液壓油變得很稠，液壓泵站的動力馬達在冷機時難以形成潤滑油膜，導致磨損加劇。由于液壓油變得很稠，還會導致設備控制制動可靠性下降、安全性降低。

（5）液壓軟管、橡膠密封件及金屬構件易發生冷脆性斷裂。

（6）循環罐、水罐等鉆井設備與地面凍結粘連導致無法搬運。

2 鉆機冬防保溫措施

長慶區域自9 月中旬著手冬防保溫工作，主要工作內容有：組織專人查驗重點工程冬防保溫措施落實情況；監控重點要害部位，做好冬防物資組織、作業現場裝置和管線的防凍保溫、設備冬季運行和冬季供熱等工作；制定并落實極端嚴寒天氣下的冬防保溫應急措施等。

2.1 冬防保溫物資組織

（1）鍋爐、保溫棚及蒸汽發生器等防凍保溫設備設施的采購組織，毛氈、電熱棒、蒸汽膠管、普通電暖氣、電伴熱帶、柴油噴燈、防滲布、棉門簾、棉工衣、棉帽等組織。

（2）設備設施所用的燃油、潤滑油、冷卻液、液壓油應按照使用要求，組織偏寒地區適用的品類。

（3）及時維修，確保蒸汽發生裝置、余熱回收裝置等冬防保溫設備設施配備完好，用以保障冬季施工鉆井隊。

2.2 現場裝置和管線的防凍保溫

2.2.1 油、水、氣管線

（1）油管線包扎應先纏加熱帶，再用毛氈與防滲布包扎。高架油罐安裝防爆型電加熱棒，連接高架罐的管線全部用毛氈和防滲布包裹，為防止管線結蠟，需要定時用油泵進行循環。

（2）冷干機、干燥塔、電加熱裝置等運行正常，氣瓶等15 min排水一次。接好閥導箱內的預熱裝置，做好保溫措施。

（3）認真檢查，確保水泵、閘門、管線沒有滲漏。水泵、水管線、閘門、分水器等纏電加熱帶后，先用毛氈包再用防滲布包扎、捆綁結實，不使用時應放凈水泵及管線內的積水。

2.2.2 主要現場分區保溫措施

（1）油罐區：①油罐濾子、閘門組、流量計、加熱裝置及管線纏繞加熱帶并用毛氈、防滲部包扎；②大油罐與其他油罐連接油管線采用伴熱帶、毛氈、防滲布包裹，有電加熱裝置的高架油罐則不需要采取保溫措施；③機房內油箱及發電房加油管線至少包扎2 層防火毛氈，油箱周圍不得存放易燃物，嚴禁下部使用電熱板或噴燈進行加熱，嚴禁發電機油濾處纏繞加熱帶（圖1）。

圖1 油罐管線包扎

（2）泵房區。泵房區的泥漿泵空氣包、泄壓管線、冷卻水管線、高壓閥門組、儀表管線、防噴器內控管線、閘門等均需包扎并纏繞加熱帶。

（3）機房區：①柴油機所有的進油管線、啟動氣管線、高低溫水箱外漏的循環水管線均需包扎2 層以上的毛氈；②柴油機冷卻液必須按要求更換防凍液，測試冰點，保證防凍液質量，并且對柴油機冷卻水管線進行包扎。

（4）鉆臺區：①指重表、防碰天車氣管線均要包扎并纏繞加熱帶，司控臺內安裝防爆熱風機，閥導箱保溫等措施。液氣大鉗、氣動小絞車，包扎氣管線；②絞車，機械鉆機絞車防碰過卷閥、插拔式防碰天車可使用加熱頭進行加熱，DB、LDB 鉆機絞車氣管線進行包扎并纏繞加熱帶，DB、LDB 鉆機閥島箱內部加熱裝置功能完好，箱體使用毛氈包扎并纏加熱帶。

（5）固控區：①除氣器的真空泵泵頭、水箱及管線，除砂器和除泥器的供液砂泵蝸殼及管線、離心機的泥漿進出管線等，必須用伴熱帶加熱，并采取保溫措施；②砂泵、電動漏斗、射流漏斗管線安裝最低點排污閥，進出液管線纏伴熱帶并使用毛氈包扎保溫，使用完后及時放凈泥漿或水；③高壓管匯及水龍帶使用完畢后，應用專用的清掃排空裝置反復清掃管匯積液直至排空，防止凍結。

（6）生產水罐：管線、閘門均需要包扎并纏繞加熱帶，使用完畢后應及時排空泵體與管線內的積水，防止凍結。

2.2.3 防凍設施配備運行

（1）鍋爐。重點施工鉆井隊現場應配備1 臺蒸汽鍋爐及相關配套設施，蒸汽管線鋪設范圍為鉆臺、機房、循環罐區、油罐4 個區域，每個區域鋪設1 根主蒸汽管線并留有足夠數量的三通變徑接頭，以滿足鉆井隊高溫耐壓橡膠管線及散熱片的接出需求。

（2）蒸汽發生器。蒸汽發生器有體積小、產氣快、自動化程度高、綠色環保等特點，符合安全節能環保的要求。長慶區域在用的蒸汽發生器大多數為KZF-Ex 系列，配有小型電蒸汽鍋爐、儲水罐、給水泵、溫度檢測裝置等，每小時可產生67 kg 的蒸汽，能夠滿足鉆井隊現場應急性解凍的需要（圖2）。

圖2 在用的KZF-Ex 系列蒸汽發生器

（3）保溫棚。保溫棚搭建范圍為鉆臺上下、機房、泵房、循環罐區、節流管匯、壓井管匯等：在鉆井隊節流、壓井管匯搭設的保溫棚高度一般在2 m 以上，鐵管直徑5.0 cm、壁厚不小于2.0 cm，用鐵管卡子固定（間距不超過2 m），可抵御6 級以下風力；棚內放置防爆電熱板或油汀及防爆照明燈，內設溫度計，確保室內溫度不低于0 ℃。

（4）擋風圍墻圍。在機房可安裝擋風圍墻圍，桿頂部固定圍布，既可以遮擋寒風，也可將柴油機散熱器熱風遮擋返回，提高機房區整體溫度；井架二層臺圍布、鉆臺圍布必須掛全；機泵房、循環系統需要保溫的，由相關專業公司配合鉆井隊根據生產需要搭建機泵房或圍圍布。

（5）電保溫。主要保溫部位為節流管匯、壓井管匯、內防噴管線，空氣包及法蘭，防碰天車、機房主氣管線、氣瓶放氣口、營地區上水及排水管線，要求：①電熱帶從正規渠道購置，表面有無破損；②電熱帶的絕緣性能良好（要求在DC 1000 V 測試時絕緣電阻不低于20 MΩ）；③電源線與電伴熱帶之間、電伴熱帶與電伴熱帶之間用防爆接線盒連接，電伴熱帶的尾端采用防爆端子密封。

（6）其他保溫措施：①設備所有裸露在外的氣源管線用毛氈纏繞后再用防滲布包裹，氣控箱、閥島箱內加裝電熱板，箱內溫度控制在2～5 ℃；②井場柴油管線，水罐至泥漿循環罐的供水管線，需要與蒸汽管線敷設在一起，用保溫材料包裹好后再埋入地面（埋深大于10 cm）；③井場水罐、宿舍區生活水罐內放入防爆電熱棒，水溫應控制在10 ℃左右。

3 作業防凍措施

（1）各崗位掛合氣控開關，必須執行“一起、二帶、三負荷”三次掛合規程。

（2）下鉆起空游車每起高10～15 m，需要活動滾筒提升離合器開關一次，下放鉆具前要試剎車一次，中途點剎試剎車減速；起鉆，每個接箍出轉盤面要活動起升離合器開關一次，第三個接箍出轉盤面前應提前放氣減速；正常作業各氣控開關（閥件）每10～15 min 活動放氣一次。

（3）起鉆前應吹盡方鉆桿內泥漿，長時間停泵的則要放盡泥漿泵和地面管匯內的泥漿，或采用間歇地面循環法，防止凍結；開泵前要先預熱保險閥和泵壓表，打開回水低壓閘門循環正常后方可倒高壓閘門掛合，掛泵時應采用多次掛合法，一次掛合摘泵后壓力不降的，則要認真檢查循環回路，在確認循環暢通后方可完全掛合。

（4）下鉆時，內外鉗工要認真檢查鉆具水眼是否通暢，防止泥漿凍結、開泵憋壓。

（5）轉盤啟動前，應先多次試掛合，空轉靈活后，在方補心座入后帶負荷運轉。

4 總結

在氣候偏冷的條件下，分別從物資組織、現場裝置和管線防凍保溫、防凍設施的配套運行等方面入手，研究鉆機冬防保溫的問題，給鉆機穿上“保溫服”的同時嚴格落實各項防凍措施，確保鉆井冬季施工安全高效。