浅谈井场的防雷措施

王磊　裴娇娇　车恩生　刘晓源　关宏波　任刚

钻井井场防雷击是一个系统工程，涉及多种复杂设备，需要满足防火防爆防雷以及特殊环境要求。随着大功率变频器、VDX钻井参数仪表、摄像监控系统、各类气体报警装置等在钻井设备上的大量应用，相应的防雷措施应用滞后，使得钻机的仪表设备，在雷击后都出现了不同程度的损坏。分析了钻井井场可能遭受的雷电危害形式，并提出了防范对策与建议；并针对井场避雷针安装提出几点要求及规范，对保障油气钻井井场雷电防护安全具有参考意义。

1井场防雷简介

1.1雷电形成原理及防护基本措施

通常闪电包括云内闪电、云际闪电和云地闪电三种。不论何种闪电，都会产生雷击电磁脉冲（LEMP）即感应雷，并在井场设备上产生浪涌电压。

防雷的常见措施主要包括屏蔽、均压和分流。屏蔽是利用法拉第笼原理保护设备；均压是将金属导体与等电位母线联结后接入大地，雷击电流通过等电位母线直接散入大地；分流是通过避雷器保护设备，当雷击电位升高到保护电压时，避雷器电阻下降，雷击浪涌电流通过避雷器散入大地。

1.2井场防雷接地做法

1.2.1钻机主机接地

钻机主机接地将主机（井架、钻机）、柴油机房、泥浆循环系统、泥浆泵房、录井房、发电房、油水罐、野营房等金属结构用一根电缆连接起来，形成总等电位联结母线，并在多处非防爆区域重复接地。钻机底座直接放在地面上的水泥基础上，石油套管通过水泥固定在地层内。钻机井架能否起到避雷针的作用，取决于土壤电阻率等多种因素。

1.2.2钻机主机接地电阻

钻机主机接地装置包括井架到底座至套管的电阻、套管至井口/井底土壤间的过渡电阻、井口/井底大地的散流电阻。

1.2.3钻机接地的电感特性

对于带有机房的钻机，其金属底座较长较宽，在潮湿环境下有可能通过离子导电形成水平布置的接地体。由于雷电流的等值频率很高，可能使这个大型接地体呈现出自身的电感特性，阻碍雷电流向远端接地体流通，使石油套管这种接地体得不到充分利用，造成冲击接地电阻大于工频接地电阻，这种现象称为电感效应。

2井场设备防雷技术措施

2.1井场总等电位联结

井场应敷设总等电位联结电缆，其总长度不大于100m；总等电位联结电缆可采用截面积35mm/及其以上电线；敷设时应尽量减少电感值，必要时可敷设多根导线；其等电位联结电阻值不大于0.2Ω；敷设时在连接处应留有一定余量。

2.2钻井主机

钻机天车、井架、二层台、钻台、底座、防喷器、节流管汇、套管与总等电位联结之间应有可靠电气通道，各处等电位联结电阻值不大于0.2Ω。位于防爆区内或防爆区上方，应避免金属构件之间的小间隙因雷击产生火花放电，如有小间隙，应采取等电位连接措施。

2.3电控房/MMC房/顶驱房

电控房/MMC房顾驱房应有统一的保护接地，并通过房体对角两处接地螺栓与井场总等电位联结电缆可靠连接；电控房/MMC房，顶驱房保护接地应单独埋设接地体，其接地电阻应不大于4Ω；电控房/MMC房/顶驱房内所有电器设备保护接地及金属构件应统一接到接地母排上，形成房内区域或局部等电位连接。

2.4钻井参数仪

钻井参数仪现场传感器可安装防爆信号避雷器，其防雷接地通过金属构件与总等电位联结电缆连接，其等电位电阻应小于0.2Ω；钻井参数仪主机的保护接地应与司控房保护接地可靠连接；司钻房钻井参数仪防爆箱内进线端子处，应安装避雷器，其防雷接地应与司控房金属外壳可靠连接。

2.5综合录井房

房内仪器设备、电器设备的保护接地与金属构件应与房内局部等电位联结端子可靠连接。房内应安装两级保护的并联式三相交流电源防雷箱，末级采用防雷插座，三级保护能量配合及电压分配应合理，各级保护电压及额定通流量应合理，确保各级保护有效。

3井场防雷系统常见问题及整改措施

钻井井场有多种设备需要防雷击，根据已有记录和总结的因受雷击造成设备损毁情形，需要注意以下几个方面：

3.1井场视频监视系统的正确安装及其问题整改

井场的视频系统也就是指的井场视频监视系统，如果在设备安装时，把二层台摄像头尾部装在井架的外边，这样非常容易让雷击电流沿着电缆进入摄像头的里面，造成电路板烧坏。所以，必须根据井场防雷系统的工作要求，把二层台摄像头放置在井架内侧，视频所需的电缆也应安装在井架笼梯里面，而且井场上的视频电缆线都要安装到屏蔽于金属结构里面。

3.2VDX钻井参数仪表雷击损失及其整改措施

VDX钻井参数仪表，如果没有采取保护措施或者是接地错误，都会出现雷击损失的情形。故需对VDX全面采取屏蔽、分流等防雷措施。采用双屏蔽传感器电缆，并在输出端处正确接地；采取独立的传感器直流供电系统。裸露的传感器和摄像头应安装屏蔽外壳并正确接地，防遭受直击雷。

4结论与建议

4.1井场避雷针安装今后在设计时，应该根据井场的防雷类别、井场面积、设备、生活区分布情况来考虑选择避雷针的型号，同时对避雷针的安装距离、位置、接构、接地等充分考虑，合理利用和充分发挥避雷针的作用。

4.2根据现场实测和试验，采用防雷接地与总等电位联结共用的方式，是一切切实可行的技术方案。具体方法是先对钻机进行总等电位联结整改，使其达到规定的接地电阻，并设立永久的接地测试点，供设备运行检查。

4.3卫星接收机、水泵电机应作接地处理，计量微机接地应按微机接地要求接地，空調插座应有接地、接零线。endprint