关于钻井井场接地保护问题的一种思路

郭 中

（长城钻探有限公司钻井一公司， 辽宁 盘锦 124010）

关于钻井井场接地保护问题的一种思路

郭 中

（长城钻探有限公司钻井一公司， 辽宁 盘锦 124010）

随着电动钻机的广泛使用，对钻井井场电器设备接地的认识在不断深化。无论从安全生产的角度还是从保障设备正常运行的方面，井场接地问题都应该得到我们的重视。接地电阻值4Ω以下是国际通用接地标准，在一些地区作业时现场往往很难达到标准接地电阻值，也就起不到接地保护的作用。对钻井井场接地保护进行改进是一种解决问题的有效思路。

钻机；接地；电阻值；

近些年来，随着电动钻机的广泛使用，对钻井井场电器设备接地的认识在不断深化。无论从安全生产的角度还是从保障设备正常运行的方面，井场接地问题都应该得到我们的重视。

一﹑概述

电动钻机的电器设备和设施的种类以及数量远比机械钻机多，井场用电环境也随着电动钻机的发展变得越来越复杂。一般来说目前电动钻机井场用电包括了从600V-110V范围的交流电还包括了正负5V-750V的直流电。为了确保钻井井场电器设备以及操作人员有一个安全环境，要求接地方式必须完善可靠。由于石油钻井作业的特殊性，面对不同的电器设备，接地的要求多种多样，接地问题显得较为复杂。从目前井场生产实际来说，将某一个电器设备直接独立接地的做法，已经很难从整体上达到现场所有电器设备的接地要求。因此对于现有接地系统进行改进很有必要。

二﹑井场接地保护的作用

（一）预防触电

当井场电器设备的绝缘体损坏时，设备的金属外壳会出现漏电，对人体有触电的危险。接地保护的基本原理是限制漏电设备对地电压使其不超过某一安全范围。安全生产一直是钻井现场工作中的重中之重，防触电是其中一项重要内容。

（二）抑制电磁干扰

井场电器设备中大型可控硅整流设备（SCR房）和变频设备（VFD房），主动力电机（顶驱﹑绞车﹑泥浆泵﹑转盘等），变压器﹑动力电缆等，它们在运行过程中会产生强大的电磁波，能严重干扰周围其它电子设备的正常工作，同时互相之间也能产生严重的干扰，影响井场设备的正常使用。在附近的金属导体上能够感应出很高的电压，妨碍人员的工作，甚至危及人员的生命安全。

（三）消除静电

物体间摩擦，表面会产生静电。静电容易损坏电器设备中的电子元件，在井场的固控﹑井口附近的防爆区还有可能引发爆炸﹑火灾等事故。

（四）防止雷击

雷击对于井场的设备和人员有着严重的危害性，防雷击是钻机设备保护的一项重要内容。近年来国外钻井队由于雷击造成的设备损坏和人员伤亡事故屡有发生。良好的接地能够将雷击所引起的电流有效引入地下，抑制事故的发生。

（五）保障变压系统运行

井场有多种型号的变压器用于产生保障井场设备正常运行的合适电压。变压器的中性点必须可靠接地。

三﹑关于井场接地保护的调研

（一）目前井场接地系统往往实际达不到标准所要求的接地电阻值

按照国家标准要求井场用电设备的接地电阻值为4Ω，对于避雷针接地电阻值的标准为1Ω。由于多种原因，井场实际接地电阻值经常远远高于标准所要求的电阻值。根据实际调研，井场实际接地电阻往往在100Ω甚至数百欧姆以上。由于实际条件的限制，一些井场，如长庆﹑新疆等地区井场，由于气候干燥，土壤含水率低，导电性差，要达到国家标准具有很大的困难，个别位于沙漠地带的井场接地电阻达到500Ω以上。

（二）接地电阻值受井场所在地土壤情况影响

土壤导电性主要取决于土壤的含水量﹑密度﹑水溶盐和胶体的含量和成分。地下水位高低，地下岩石﹑沙砾结构等也是影响导电性的重要因素。一般说来，地下水位高的地方较易达到标准；盐碱性土壤在经过浇水后也容易达到标准；在沙漠﹑戈壁地带如乌审旗﹑庆阳﹑青海等钻井市场，由于土壤含水率低，地下沙砾﹑岩石多等原因，土壤电阻一般在500Ω以上。一般说来井场挖方电阻要低于填方电阻，由于填方往往导致土壤密集度下降，含有较多的砾石，一般填方电阻值要高于正常值300Ω以上。冬季冻土地带电阻值要远远高于夏季。

（三）接地电阻受接地桩影响

接地桩的材质﹑形状﹑入地深度和与接地线连接方式都是影响接地电阻值的主要因素。接地桩常用材质为电阻较小的铜桩﹑镀铜桩﹑镀锌桩或者钢铁材质的接地桩。目前一些钻机出厂配备的接地桩处于成本考虑，往往是铁桩或者镀锌铁桩。或者仅在VFD房及SCR房电控中心位置配备铜芯或镀铜接地桩。这样的接地桩在土壤情况较好的地方（土壤湿度大，电离子密度较大）能满足接地要求，但在土壤情况较差的地方是无法满足接地电阻阻值要求的。接地桩入地深度越大与土壤接触面越大，同时越可能探及土壤湿度较大的层面。为了便于砸入地下，目前一些井场配备长度多为0.5米至1米之间的长杆状接地桩。

（四）可靠接地的重点位置

井场接地主要是为了保证人身安全和设备安全。VFD房和SCR房处是井场的电力控制中心，同时也是井场最大的电磁干扰源。主电缆槽内有各种控制电缆和泥浆泵﹑顶驱﹑绞车等大型设施的动力电缆，是井场中的主要电磁干扰源。井架上安装有绞车﹑转盘﹑顶驱等主要动力设施，和泥浆泵一起有高电压电缆接入。以上是井场可靠接地的重点位置。

表1

四﹑井场接地保护改进的思路

以委内瑞拉ANACO和墨西哥TABASCO地区钻井作业情况为例。这两个地区都靠近赤道，濒临加勒比海，雨量充沛，土壤湿润。但是现场接地电阻往往达不到标准所要求的4Ω以下。工区在雨季时候雨量很大，雷电也很猛烈。钻井队曾经在一个月内连续3次发生由于雷击造成的设备烧毁﹑生产停止的严重事故，造成很大经济损失。经摸索在实践中总结了一种接地保护的方法，经实际测量井场接地都达到了0.1Ω以下的阻值。同避雷系统相结合，在以后得作业中再也没有出现过此类事故。这种方法综合国内外井队实际生产情况，充分考虑了经济性﹑可靠性以及井队职工的方便性。

（一）总体设计

井场接地保护改进的总体设计是在保留﹑利用原有井场单个设备单独接地桩的基础上，用接地电缆将井场整个接地系统连接起来，同时和现有的避雷针系统的接地桩连接，在井场形成一个接地网络，这样一方面由于整个井场接地桩等效截面扩大，从而接地电阻下降，同时换消除了因为某个接地桩不好使造成的安全隐患，从而保证整个接地系统有效可靠。

安装时按照不同井区﹑不同井场土壤情况可以灵活配置。由接地电阻检测仪检测井场接地，在接地电阻大时可将井场接地网络连接至专门接地桩上，保证接地可靠。根据不同土壤情况灵活掌握配置，从而保证了经济学和减少了井队职工的劳动强度。

（二）接地桩配置

在干燥﹑沙漠或者冻土﹑砾石等地带，接地桩入地深度保证了接地桩和含水及不冻土壤的连接。在此类地带，应配备1.5m-2m长的铜质或镀铜接地桩5-7根。其分布应该为电控房2根，井架底座和油罐区各1根，机房1-3根；或者全部配备至专门接地坑中，与整个井场接地网络连接。接地桩直径不应少于16mm，以20mm以上为宜。

（三）接地坑配置

在接地电阻大的井场应设置接地坑。根据井场布置，选取合适位置，用挖掘机挖掘一个1.5m-3.5m深，边长1-2m的方形坑。将5-7根接地桩砸入坑底，并与接地网络相连。一般较长接地桩在砸入地面时劳动量大，容易砸弯。接地坑的方法能使现有接地桩入地深度从0.5-1m增加到3-5m，从而有效增加入地深度，与地下水位接合，并能避开冻土带等。接地桩之间分布距离以不近于0.3m为宜。

（四）导电介质

土壤导电性与土壤溶液里所含钠离子﹑氯离子等电离子浓度相关。在几种情况下仅用接地坑仍然难以达到接地电阻要求：土壤砂石含量较大；土壤较干；土壤水分含电离子介质较少。在以上情况下要配备导电介质来改善土壤导电性。

在接地坑底撒入木炭粉。碳是电的良导体，并且有吸附作用，可以吸附在接地桩附近，帮助吸附水分，改善土壤结构。如没有木炭粉可以用木炭捣碎代用。

同时在接地坑内撒入食盐或者工业用盐，每天往坑内灌水，以保持坑底湿润为度，如干枯则增大注水量。食盐应每天都洒，每次撒入量以能溶解干净为度。这样能有效改善土壤导电介质含量，降低接地电阻。

五﹑实际应用中的问题

井场接地保护改进系统的应用可以因地制宜，根据不同的井队设备﹑井场大小﹑土壤情况灵活实施。以能达到国家标准为度。

（一）接地点应尽量多

应尽可能使接地桩与大地充分接触，接触面越大越好，埋入大地中接地桩的面积尽可能大。

井场设备上预备的接地点不能太少，接地桩上预留的接地点也不能太少，不能只依靠唯一的接地连接点，接地效果和可靠性与接地点的数量和位置有关。因此在本系统中保留设备原有接地桩配置，起到多重保险的作用。

（二）接地电缆选用

接地电缆中的干扰电流含有大量高频分量，受“趋肤效应”的影响，因此，接地线不能太细，而且尽可能缩短，使其高频阻抗减到最小，不宜形成辐射天线，干扰其他设备。这一点在VFD﹑SCR房处应尤为重视。接地电缆规格应以BV10以上为宜。

（三）三相平均分配

在井场380V用电系统配置时应注意三相平均分配，否则会产生单相压降过大，以及产很大的零线电流，容易产生人身触电事故，这时良好的接地就是人身安全的可靠保证。

（四）其他问题

如井场无挖掘机等设备，可以用风镐﹑洛阳铲等工具挖掘深坑。此外井口由于泥浆灌入，土壤导电性较好，在情况允许下坑可以选择在井口附近，或者将接地桩直接砸在方井内。表层套管和导管深入地下，是电的良好导体，在情况允许时可以将接地网络连接在表层套管或导管上。

1.5 -2m的接地桩在搬家拔出地面时难以用人力拔出，同时容易损坏﹑弯曲，在实际应用中应注意避免。

（五）使用效果

在委内瑞拉ANACO地区AM-11井施工中，由于井场是填方，砾石较多，土壤虽然含水率较高，但是其中导电离子较少，造成接地电阻普遍过高。经接连接接地网络并挖掘接地坑后，接地电阻大幅度下降，效果对比如表1。

从表中可以看出，原接地阻值不理想。经改进将所有接地连成网络后引入深3.5m接地坑中后，接地电阻下降为0.01Ω，效果明显。

六﹑结论及建议

井场接地网络将井上所有设备连接在一起，所需接地电缆在200-400m之间。以7000m电动钻机为例，应使用接地电缆BV10标号的400m左右，16平的1.5m镀铜接地桩7根。

这种井场接地保护方法经过长期的实践应用，具有很好的实用性﹑经济性和可靠性。按照上述方法和原则，系统可以根据井场实际灵活配置应用。在少量增加井队成本以及井队劳动量的情况下有效而可靠的保证接地质量，增强了井队设备和人员的安全性，不失为一种较好的解决钻井井场接地保护问题的思路。

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[4] SY/T5957-1994,井场电器安装技术要求[S]．

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