探析LED技术在石油钻井照明中的应用策略

周宇

（中海油田服务股份有限公司，天津 300450）

荧光灯以及金卤灯等气体放电光源比较适用于商业以及家居照明领域中，在这些领域中，这类气体放电光源可以体现出难以比拟的优越性。但是，应用于石油钻井现场照明中，所呈现出的弊端问题比较明显，如耐低温性能差、防爆能力不强等，很容易对石油钻井生产现场构成威胁。因此，行业内部需要寻找一种新型光源，从发光原理以及灯具结构上解决传统气体放电光源存在的弊端问题。结合当前应用实践情况来看，LED照明灯具作为新一代光源形式的代表，与传统气体放电光源相较而言，在能耗以及功效方面优势特点明显。最重要的是，从事与石油钻井现场等领域工作的相关人员，通过借助LED照明灯具可有效增强现场生产环境的舒适感以及照明质量，并且可以有效克服传统气体放电光源存在的耐低温性能差以及防爆能力不强等弊端问题，具有重要的应用价值。

1 石油钻井现场环境特点以及照明灯具应用情况

1.1 石油钻井现场环境特点分析

爆炸性、振动大、高危性以及环境条件恶劣均可以视为石油钻井现场环境生产特点表现。以爆炸性环境特点为例，石油钻井现场遇到明火或者电火花等点燃源时，很容易在短时间内引发大面积燃烧甚至爆炸事故。为保障现场生产作业安全以及环境安全，现场所安装以及照明灯具应该具备安全防爆功能。与此同时，钻井现场振动声音相对较大，因此，所安装的电气设备必须具备良好的抗振动性能。除此之外，石油钻井现场所具备的高危性以及连续作业特点，促使灯具必须具有良好的环境适应性，以减少后续维护成本。

1.2 石油钻井现场照明灯具应用情况

当前绝大多数石油钻井现场所使用的照明灯具为荧光灯或者金卤灯。虽然从客观角度上来讲，气体放电光源在我国各个照明领域中得到了良好推广与应用，且该灯具技术相对成熟、视觉舒适，具有较强的应用价值。但是，这类光源形式比较适用于室内以及一般照明环境中，而用于石油钻井现场照明中呈现出的弊端问题明显。除了抗振动性能差外，防爆性能并不是很优越。最主要的是，这类灯具设备在石油钻井现场环境中所表现出的维修难度较高，尤其是位于井架等高危设备部位的灯具。除此之外，这类灯具环境适应性比较差，在低温环境中难以实现正常运转。

2 石油钻井照明现场对灯具的需求分析

2.1 技术性能需求

灯具技术性能指标主要可以从显色指数与眩光指数两个方面进行合理设定。一般来说，显色指数越高则表明物体本体颜色可以更好地反映出来，且被照射物体在层次方面更加清晰可见。对于夜间作业而言，合适的显色指数可帮助现场作业人员分辨现场环境情况，增强夜间生产作业的安全性。而对于眩光指数而言，舒适的照明环境通常需要将光源眩光保持在合理波动范围内，以确保现场作业人员可在合适的环境中高质量完成石油钻井活动。

2.2 安全性能需求

石油钻井生产现场环境相对特殊，如果生产作业期间所涉及的流程内容较多或者现场安全管理工作落实不到位，就很容易引发火灾风险或者爆炸事故。因此，在灯具的选择与应用方面，作业人员更倾向于选择具有防爆能力以及防护能力的照明灯具设备，以便可以在危险环境中为作业人员提供良好的照明空间。

3 LED技术在石油钻井照明中的应用优势分析

3.1 安全防爆性能良好

利用直流低电压不超过36V驱动的LED可凭借其光效高且发热量少的优势，在石油钻井环境中发挥良好的照明作用。与此同时，在安全电压以及低温条件下运行，LED灯具可增强自身的防爆性能，并且可以从源头上减少安全隐患问题出现，利于保障石油钻井现场作业安全。最重要的是，LED灯具功率相对较小且输入电流相对较低，在一定程度上可以缓解电缆过热老化等不良问题，进一步增强了供电线路的安全性与科学性。

3.2 抗振动性能优良

LED属于固态光源的表现形式，在抗振动以及耐冲击性能方面表现良好。LED所具备的优越性能是传统气体放电光源无法比拟的，甚至是任何一种传统光源无法比拟的。结合现场应用实践情况来看，应用于石油钻井照明现场的LED技术可有效规避玻璃灯管所引发的不耐振动以及其他隐患问题，最主要的是，还可以减少环境危害以及生产危害问题。

3.3 使用寿命较长

LED可直接将电能转化为光能，在工作期间无任何机械性损伤。与传统光源形式不同，LED光源有效使用寿命可高达5万～10万h，是目前使用寿命最长的电光源。不难看出，LED光源所具备的优势特点可有效降低灯具维修频率，并对现场安全生产起到良好促进作用。

3.4 环境适应能力突出

LED技术在耐低温性能方面明显优于传统光源，其中，LED技术可经过必要的处理在零下45℃及以下环境中正常工作，进一步增强了LED技术的环境适应能力。

3.5 节能效益良好

与传统光源相比，LED技术在节能效果方面表现良好，如LED节能60%及以上。这对于井场照明工作而言，不仅可以节省燃油费用，同时还可以体现出良好的节电效益。

4 LED技术在石油钻井照明中的应用策略分析

4.1 确定合适的LED光源参数

为确保LED照明灯具可以在石油钻井现场中发挥良好的照明功效，工作人员必须对LED光源参数进行合理确定。

首先，光效必须不小于100Lm/W；显色指数必须不小于80；其次，相关色温在低照度场地应利用暖色表进行对比分析，一般Tc＜3300K。中等照度应利用中间色表进行对比分析，3300K≤Tc≤5300K）。而高照度则利用冷色表进行对比分析，T＞5300K）。除此之外，在温暖气候条件下可利用冷色表进行对比分析，寒冷条件需要运用暖色表进行对比分析。而对于一般情况而言，则可利用中间色表进行对比分析；最后光源寿命必须超过5万h。

4.2 优化电源等关键结构

电源可采用恒流式驱动方式，保障输出电流稳定精度。与此同时，用于防爆的电源，输出电压应该不超过DC 36V。除此之外，功率因子应该不小于90%。需要注意的是，电源内部需要设置短路以及过压保护。

4.3 合理选择灯具材质与结构形式

关于灯具材质与结构形式的选择，工作人员可优先利用铝金属材料作为灯具壳体，以保障其具备良好的散热结构以及足够的散热面积。

4.4 明确防护防爆性能要求

为确保LED照明灯具防护防爆性能满足石油钻井照明设备需求，在LED照明灯具的选择上应该满足下述防护防爆性能条件：

一是防腐性能户内型灯具应不低于F1、户外型灯具应不低于WF1；二是具有防爆性能的LED灯具应该符合行业规范要求，并通过国家权威机构检验。

4.5 合理设定应急装置参数

应急时间应不少于60min；应急响应时间应不超过1s；电池充放电循环次数应该超过500次。

4.6 注意事项

在使用LED防爆灯具时，从事石油钻井照明管理的相关人员应该优先选择国际知名品牌的LED灯具，保障灯具的质量安全以及照明舒适性。除此之外，因LED属于半导体元器件，芯片温度在一定程度上会对其寿命产生至关重要的影响。建议工作人员在应用LED灯具时，应该对其散热性能进行重点考虑。

5 结语

总而言之，LED灯具及其技术的推广与应用，无疑是为我国石油钻井照明领域提供了良好保障。建议在未来的发展中，研究人员应该加强对LED灯具及其技术前沿发展动态的研究分析，以便将其更好地应用于石油钻井以及其他同类型高危生产环境中。