雷电对钻井设备的危害及防护

崔岗

摘 要：随着科学技术的发展和油气田钻井技术的不断升级，越来越多的电子设备出现在钻井井场的工作流程中，这些电子设备给油气田钻井开采工作带来了极大的便利，但是与此同时，这些设备更容易受到雷电的迫害，再加上钻井井场堆放的大量易燃易爆物品，一旦遭到雷电攻击，会给整个井场带来一连串的影响，使钻井工作出现问题，带来工程滞后等不好的结果。为了防止雷电对钻井设备造成不可挽回的损失，有必要对危害性进行具体分析，制定具体的应对措施。

关键词：雷电；危害；钻井设备；钻井井场

众所周知，石油钻井一般都是在相对偏僻的平原、海滩、戈壁等地区开展工作，周围没有较多的建筑，因此没有遮蔽物可言，对庞大的钻井井架来说，极容易在雷雨天受到影响。且随着科学技术的发展和钻井技术的日益成熟，石油钻井的设备越来越向电子化方向发展，从检测器到钻井设备，越来越多的电子器械出现在钻井井场内，这些设备在为人工施工减轻负担、增加施工效率和准确性的同时，给油气钻井施工的安全性带来了极大的威胁，一些电子设备只要稍有不慎就会在雷雨天受到雷电的迫害，进而造成一系列连串的影响，破坏钻井工作的正常开展，甚至会带来设备损毁和人员伤亡。现阶段，很多大型钻井井场都在雷电防护措施方面缺乏经验和技术支持，没有采用雷击电磁脉冲的防护措施，甚至一些钻井井场连最基本的避雷针都没有，这些都是当前钻井工作中潜在的严重安全隐患，如果不及时想出应对措施，真的发生雷电事故后，只会带来施工人员的措手不及。

1 雷电对钻井设备的危害性分析

1.1 直击雷给钻井设备带来的危害。①热效应对钻井设备的影响。雷电在集中钻井设备的瞬间携带极高的雷电流幅值，这些电流幅值足够使得被击中物体的局部产生极高的温度，但是说到底，雷电只是一瞬间的打击，因此对于物体温度的影响也是局部性的。但是如果击中钻井井架的电气线路，产生的热效应就会使金属物体熔化，更严重的是熔化物的四处飞溅。②机械力对钻井设备的影响。由电磁学相关知识可知，电流在导体中流动时会产生一定的电动力与物体内部的压力，电磁力在这个过程中会对电流载体造成形状上的影响，甚至会造成输电线的弯折，除此之外，被雷电击中的物体会由于雷电产生的瞬时热量而散失水分，急速膨胀，在内部压力的驱使下被击中物体很有可能倒塌，带来其他伤害和损失。③冲击波对钻井设备的影响。由于放电通道强烈的游离气体和异性电荷，通道的温度会异常高，由此使周围的空气受热膨胀，雷电在向地面被击中物体传递热量的同时，还会在传播的过程中造成一定的冲击波，使得周围的人员受到生理上的伤害，这就是雷雨天人们最好待在室内的原因。

1.2 雷电感应给钻井设备带来的危害。①静电感应对钻井设备带来的危害。静电感应主要是针对金属屋顶而言，在雷电释放的过程中，雷雨云会形成电荷，而金属屋顶会感受到与这个电荷相反的电荷，并且这种感应会保持一段时间，甚至在雷电释放完毕后依然存在，如果金属屋顶中聚集的电荷没有顺畅的通道得到释放，就会对屋子内部的人员造成电击伤害。②电磁感应对钻井设备带来的危害。钻井井场的钻井设备受到雷电的危害中还包括电磁感应带来的危害，雷电释放后，会在周围形成很强的电磁场，而一切处于该电磁场中的导体都会受到影响，产生相应的电流和电压，这些电流和电压都极有可能对钻井设备造成影响和损害。③雷电电磁辐射对钻井设备带来的危害。雷雨天中释放的雷电能够产生强大的电磁辐射，辐射的频率从几赫兹到几千赫兹不等，其中，破坏力最强的雷电电磁波辐射频率为5到10千赫。雷电形成的这种电磁波会向四周产生辐射，当冲击到无法承受辐射频率的钻井设备时，就会造成不可挽回的严重设备损失。

2 如何针对雷电对钻井设备进行有效防护

一般来说，在整个钻井井场内部的所有设备中，高度最大的为钻井架，现阶段国内外所打造的钻井架高度都在50米左右，而相比之下其他的设备再高也高不过这个高度。因此，可以说钻井架是雷雨天最危险的物体，也是雷电最容易击中的物体。钻井架又是工作人员施工时的主要场所，因此对工作人员的安全保障有着十分重要的意义。我们从直击雷、静电与电磁脉冲、雷电磁波和井场接地系统等几个方面来讨论钻井设备防护系统的建设。

2.1 直击雷防范措施。直击雷最容易击中的是钻井架顶部，因此，必须要求所有的钻井井场在井架顶部天车处安装避雷针，并对输电线路和电气线路的连接进行定期的检查，保证线路连通之间的可靠性和安全性。存储易燃易爆油品的油罐必须符合国家标准，保证在顶板厚度小于4毫米时，必须设置防直击雷设施，若顶板厚度大于等于4毫米，则可自己决定是否设置防直击雷设施。同时，为了防止雷电接地造成连带性影响，必须建立共用接地系统，降低跨步电压，从而减少地电位的影响。

2.2 静电与电磁脉冲防范措施。静电与电磁脉冲防范主要是针对存储易燃易爆油品的儲油罐而言的。为了防止雷电通过接地传导将电流传送到储油罐中，必须把储油罐附近的金属工具、不带电金属电器外壳与接地系统相连，避免造成静电带来的油罐起火、爆炸。

2.3 雷电磁波防范措施。雷电产生的电磁波冲击主要是对供电系统、部分检测工具、测量仪器以及网络通信造成影响和损害，这些都是设备的电气化带来的潜在威胁，对于雷电磁波冲击的防范，主要是靠屏蔽的原理，利用可靠的接地系统，连接安全的浪涌保护器，来完成等电位连接。

2.4 井场接地系统的建立。首先采用多重泥浆罐来支持固定系统的电机，接着对控制整个系统的泥浆罐进行可靠的接地连接，那些流动性很强的、处于水中作业的长杆泵电机，要同时布设其接地线和电源线，采取就近原则在电源开关附近接入地网，以防施工人员受到人身伤害。

综上所述，雷电是自然界不可避免的灾害，而钻井工作又是人类开掘能源无法停止的施工项目，因此，在野外偏僻地方进行钻井工作，必须以安全为首，就雷电带来的危害进行全面细致的分析，提前制定出防范雷电伤害的措施，并在第一时间实施防范措施，保证施工安全。

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