科威特鉆井井場防雷擊措施及實踐

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）

科威特鉆井井場防雷擊措施及實踐

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鉆井參數儀表、攝像監控系統、各類氣體報警裝置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，其中，在科威特施工的兩部勝利鉆機因雷擊后造成嚴重損失。基于此，我們通過不斷的摸索完善，將電氣保護、防靜電和防雷擊有機結合起來，形成了一套切實有效的防雷措施。本文以勝利科威特鉆井作業區為例，對井區防雷措施的設計進行了探討。

鉆井井場；防雷擊；接地

雷電是雷云之間或雷云對地放電的一種自然現象，因靜電感應，云層呈現出帶有正電，通過與大地表面感應，與云塊感應會產生出負電荷，當場強積累到一定量值的時候，雷云和大地間就會產生放電現象，此時會伴有強烈的電光和聲音，于是就形成了雷電。

1　雷擊現象對鉆井井場產生的危險

因雷電產生的破壞有多種效應，如熱效應、機械效應、電磁效應、雷電反擊等不同表現形式，當出現雷電現象時，其所產生的巨大電流、高溫、沖擊波、電磁場以及輻射等，都會對鉆井現場的生產設施及作業人員造成一定的威脅。如當雷電發生后，其所產生的熱效應首先會擊中物體，此時雷電電流非常高，在雷擊點附近的熱效應可產生6千到1萬度的高溫，由于雷電電流的作用時間短暫，局部產生的瞬時高溫對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場來說，當井架遭受到雷擊后，其所產生的熱效應并不會對井架造成多么大的危害，但是，當發生了雷擊，會造成井架等設備直接放電，然后出現了電磁脈沖及浪涌電壓，這樣一來，因為產生的浪涌電壓，要么設備會出現故障，造成數據的錯誤，要么直接造成設備芯片的損毀，嚴重時還可能引發生產事故，造成重大經濟損失，故全面系統地完善鉆井井場防雷措施，保證鉆井生產安全，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；分流是通過防雷器保護設備，當雷擊電位升高到保護電壓時，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，僅對弱電設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。此外如果直流電源0V與金屬外殼相連接，造成接地錯誤，那么雷擊時所產生的浪涌電流，就會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，否則后果嚴重。

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，如VDX鉆井參數儀未安裝終端防雷器、衛星遠傳系統沒有安裝天饋防雷器等。據此，錄井終端需要有防雷器，并接地正確，衛星遠傳系統攝像頭需要安裝在屏蔽金屬盒內，接地正確，主機的視頻輸入接頭處也要有天饋防雷器。

VDX鉆井參數儀表接地錯誤，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，因雷擊時產生的地電位升高，會導致大部分傳感器損毀；裸露在井架外側的傳感器，在井架釋放雷擊電流時，因放電也會燒壞傳感器；傳感器內因耦合作用產生的浪涌電壓，會燒毀傳感器；傳感器沒有使用雙屏蔽電纜，會導致傳感器損壞；缺少屏蔽措施，采取架空方式的部分信號電纜，易遭受感應雷從而造成設備損壞；總電位聯結母線之間未接輔助等電位母線，雷擊時會造成VDX主機與鉆機之間的電位差，因浪涌電流損壞VDX主機。故需對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；采取獨立的傳感器直流供電系統，嚴禁將直流電源0V與房體外殼相連；裸露的傳感器和攝像頭應安裝屏蔽外殼并正確接地，防遭受直擊雷。

3.3電控房、頂驅房的安裝要求

電控房、頂驅房應有統一的保護接地措施，保護接地電阻阻值應不大于4Ω；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；發電房動力電纜應通過屏蔽敷設進入電控房、MCC房、頂驅房，必要時應采取浪涌抑制措施；電控系統主要通過完善屏蔽、區域和局部等連接實現防雷保護，必要時可裝設浪涌抑制器；房內設備所外接的電機編碼器電纜應可靠接地，必要時可加裝金屬編織軟管進行屏蔽并接地。

4　結束語

鉆井井場防雷是一項系統工程，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，在預防感應雷方面也收到很好的效果。

（1）正確地安裝和維護井場中等電位聯結母線及輔助等電位母線。

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

（3）當金屬結構與弱電設備的直流電源0V等連接時，由于雷擊電壓升高，會把連接在直流電源上的傳感器和主機損壞，因此需要采取一定的措施。

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

（5）工作人員要定期、及時地檢查和維護好防雷器，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，孟軍等.石油鉆井井場防雷擊系統研究報告［R］.成都：川慶鉆探工程有限公司，2008.

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