四川油气田常规钻井作业边界噪声调查与分析

陈立荣 王荣华 张敏 李辉 陈万德 陈文竣 乔川

1.中国石油川庆钻探公司安全环保质量监督检测研究院 2.中国石油西南油气田公司蜀南气矿

随着国家对环境质量要求的日益严格，特别是由于川、渝两地地理环境和人口分布的特殊性，四川油气田绝大多数钻井生产作业场所周围都分布有农户，由于对钻井作业清洁生产的推进实施，钻井作业中产生的废水和固体废物得到了较有效的控制处理，此类污染纠纷逐年有所减少，但因钻井作业噪声造成的影响纠纷有增加趋势。同时，长期在高强度噪声环境中进行钻井施工，还将引起钻井作业员工的生理改变及听力损害等噪声性职业病或诱发其他疾病。此外，噪声不仅干扰员工语言交流，分散人的注意力，导致反应迟钝，差错上升，还会掩蔽安全信号，并可能由此导致安全事故发生几率的提高[1-5]。《环保税法》于2018年1月1日起实施执行，为了进一步加强对钻井作业噪声治理控制，减少或避免噪声税的交纳，了解钻井作业噪声实际产生排放情况十分必要。因此，监测调查钻井作业噪声情况，特别是其作业边界噪声情况，对指导钻井作业噪声的影响防控具有重要意义。

表1 四川油气田钻井作业不同钻机动力柴油机及发电机配置表Table1 PowerdieselengineandgeneratorconfigurationfordifferentdrillingrigoperationsinSichuanoilandgasfield钻机型号动力柴油机电力发电机型号数量型号数量备注70型(ZJ70L)G12V190PZLG-34台(一般用2备2)CAT34062台(用1备1)50型(ZJ50L)G12V190PZLG-33台(一般用2备1)CAT34062台(用1备1)40型G12V190PZLJ-33台(一般用2备1)CAT34062台(用1备1)

本文较详细地分析了四川油气田钻井作业边界噪声监测调查结果，对结果进行了简要分析，提出并分析了一些针对性防控措施，列举了一些相应控制应用案例，可供油气田环保工作者参考。

1 钻井作业基本情况

1.1 钻机类型及动电力设备配置情况

四川油气田近年每年在川渝两地布井150口左右，钻井中所采用的钻机主要为机械钻机，常用钻机类型为40型、50型及70型钻机，钻机配动力柴油机的主要型号为G12V190PZLG-3,电力发电机主要使用CAT3406T和Z12V190BD-2等。不同钻机配置的柴油机和发电机情况见表1。

1.2 钻井井场布局情况

四川油气田对不同类型钻机的井场构建要求有所差异(见表2)，80%以上的井场设备布局见图1。

表2 不同钻机钻井井场面积构建标准Table2 Constructionstandardforwellpadwithdifferentdrillingrigs钻机型号井场长/m井场宽/m备注70型9742通常用于井深大于5000m的钻井50型9540通常用于井深4000～5000m的钻井40型9040通常用于井深小于4000m的钻井

2 钻井作业噪声基本情况

2.1 钻井作业声源监测调查情况

钻井作业噪声源主要来源于钻井动力柴油机、电力发电机、泥浆泵及其高压液体管渠汇振动、泥浆振动筛的机械振动、钻头破碎地层造成的钻杆的振动,泥浆配置泵及搅拌器产生的噪声。各声源噪声监测调查结果见表3。

从表3中可看出，钻井作业环境影响声源主要来源于钻井动力柴油机、电力发电机。因此，钻井作业边界声源也主要来源于钻井动力柴油机、电力发电机。

2.2 钻井作业边界噪声监测调查情况

由于钻井作业的周期依据其所钻井深及地质构造等的不同而不同，四川油气田钻井周期一般为3～10个月。钻井作业边界噪声的监测按GB 12348-2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》中规定的方法和标准进行监测评定。钻井作业边界为钻井井场租征占用地的边界，评价量为等效连续A声级；昼间值是指在6：00～22：00时段的测试值，夜间值是指在22：00～次日6：00时段的测试值；评价标准按GB 12348-2008

表3 钻井作业主要声源监测调查情况Table3 MonitoringandinvestigationofthemainsoundsourcesduringdrillingoperationsdB(A)井号包004-X2坝004-X1灵001-H4-02磨溪207磨溪208威204H4-3大深001-X1高石101队号40462队40113队40901队50663队50658队CCDC-501队70573队70576队钻机类型40型40型40型50型50型50型70型70型监测日期2014-09-122014-11-182013-06-072014-09-142014-09-042014-09-132013-06-072014-09-13钻井主要声源值 柴油机102.9105.3105.4106.2105.1108.7102.9106.4 发电机97.097.8101.898.8101.6107.595.298.5 泥浆泵88.290.790.898.495.191.787.295.1 振动筛81.780.292.489.287.280.289.386.8 泥浆搅拌器-89.5---90.8- 除泥器81.7--88.590.9--87.7 注:1.监测调查时各井队均为正常钻井。2.“-”表示监测调查时此设备没有工作,没有进行噪声监测。3.由于钻井作业时,多数发声设备都必须同时工作,因此各设备噪声监测值都会受其他发声设备的影响,即说明各设备单独工作时的噪声值应小于此值。4.柴油机及发电机只监测了其机体处噪声值,未监测排气噪声。

表4 不同类型钻机钻井作业边界噪声调查监测结果统计分析表Table4 Statisticalanalysisoftheinvestigationresultsandboundarynoisemonitoringduringdrillingoperationswithdifferenttypesofdrillingmachines钻机型号井队数量/个监测年份昼间监测夜间监测测点/个噪声区间/dB(A)最大差值/dB(A)测点超标率①/%测点/个噪声区间/dB(A)最大差值/dB(A)测点超标率①/%40型152013～20155～1155.3～89.619.897.85～1155.3～88.920.410050型152013～20154～1058.8～89.220.398.94～958.2～88.219.910070型152013～20154～959.0～89.219.598.74～958.4～89.717.8100 注:①超标测点数占总测点数的比率。

的2级标准限值进行评定，即昼间60 dB(A),夜间50 dB(A)；测点按井场东西南北四周边界外1 m处各边界分别布1～3个点，单个井场边界总布点数分别为4～11个[6]，具体布点示意图如图1所示。

3 监测调查结果及分析

3.1 监测调查结果

由于不同钻机型号井场动力柴油机使用数量有所差异，井场构建长、宽即占地面积也有所不同，故监测调查随机抽取了四川油气田常用机械钻机40型、50型及70型各15口井进行调查分析，监测统计结果分别见表4。

3.2 结果分析

3.2.1超标率情况

从表4可看出，按GB 12348-2008的2级标准限值，即昼间60 dB(A)、夜间50 dB(A)评价；40型、50型及70型钻机的钻井作业边界昼间噪声超标率分别为97.8%、98.9%和98.7%，夜间超标率均为100%，说明钻井作业边界噪声超标严重。

3.2.2边界噪声值情况

从表4可看出，40型钻机钻井的作业边界噪声昼夜间区间范围均在55～89 dB(A)间，50型和70型钻机钻井的作业边界噪声昼夜间区间范围基本相同，均在58～89 dB(A)间，其最大值与40型钻机基本相同，只是最小值约高3 dB(A)。各类型钻机钻井作业昼夜间最小值边界主要是入井场边界，即图1所示的东面，因该边界主要摆放了钻井队值班房和材料房，同时离主要钻井作业声源柴油机组和发电房相对较远；边界噪声最大值几乎都接近90 dB(A)，主要集中在动力柴油机组布置方向边界，即图1所示的南面，因柴油机是钻井作业最大噪声源。同时，此边界离动力柴油机组最近，受其影响最严重。

3.2.3边界噪声值差值情况

从表4可看出，3个类型钻机钻井的作业边界昼间噪声最大值与最小值差值分别为19.8 dB(A)、20.3 dB(A)和19.5 dB(A)，夜间分别为20.4 dB(A)、19.9 dB(A)和17.8 dB(A)。昼夜间各方向边界噪声值差别都较大，主要原因是钻井队主要声源柴油机组和发电房摆放位置与各方向边界距离不同，多数情况下这两种设备都摆放在同一个方位。但3个类型钻机钻井作业同一井场同一位置昼夜间噪声值几乎无差异，说明钻井作业昼夜间受外界噪声干扰影响都十分小，主要声源来源于自身作业的发声设备[7-8]。

4 钻井噪声治理示范及其效果分析

4.1 钻井作业噪声防治主要措施分析

产生噪声污染有3个因素：声源、传播媒介、接收体。因此，治理降噪要通过声源降噪，传播媒介限制阻离，阻断噪声接收体手段来达到控制降低噪声污染危害的目的。钻井作业噪声治理之所以难度大，主要原因为：①属于流动作业，作业周期较短，治理设施难于长期固定；②主要声源动力柴油机组输出连接设备较多，周边环境空间有限，治理措施难以实施；③井场声源设备多且分散，难以全面控制治理。但对主要声源采取一些实用有效的控制措施，会达到事半功倍的效果，能使钻井作业环境和厂界噪声得到较好的降噪效果，满足或基本满足相关排放标准要求。

4.1.1构建隔声墻

此方法是在钻井作业主要声源设备动力柴油机和电力发电机的摆放位置方向或井场周边农房宅方向构建3 m及以上高度并具一定长度的隔音墙。隔音墙可用隔音板相互连接在一些，也可用砖或其他材质构制。此方式可起到一定的阻离降噪效果，但只是在阻隔方向具有一定效果，无法实现对其他方向和作业环境的降噪。此方式适用于减少井场对周边村民的污染危害影响，施工操作方便，安装方式灵活，但不能实现对非阻离方向作业边界的降噪。

4.1.2整体隔音棚

构建一个整体隔音棚，把动力柴油机组置于此隔音棚内。整体隔音棚主要由可拆卸隔音墙板、顶板、散热风机及降噪防火消声器组成。此方式降噪效果好，可实现钻井作业环境和作业边界噪声较大幅度的降低，但整体隔音棚安装拆卸工作量大、时间长、能耗高，柴油机功率有所下降。

4.1.3降噪发电房

降噪发电房是指发电机制造生产商或钻井施工方预先把发电机置于隔音房中，然后用于作业现场。降噪发电房一般由隔音墙体、隔音门、进风轴流风机及排气消声等部件构成一个整体。此方法降噪效果较好，可实现钻井作业环境和作业边界噪声一定幅度的降低，安装简单方便，对发电机功率影响小。

4.1.4网电替代

利用网电作为钻井主要动力源，替代钻井作业主要声源动力柴油机和电力发电机的使用。此方式减少了主要噪声源，降噪效果明显，可实现钻井作业环境和作业边界噪声大幅度的降低，并具较好的节能减排效果，现已得到各勘探钻井作业公司的认可和较普遍的推广应用，但网电应用受施工周期、钻井作业地点离网电的距离及地方电力网络影响很大。

4.2 钻井噪声治理示范实例及其效果

4.2.1隔音墙降噪实例

为了降低钻井作业噪声对井场周边农户的影响危害，四川油气田钻井公司开展了采用隔音材料构建的隔音挡墙的应用。隔音挡墙一是在柴油机组和发电机摆放处以直角型形式布局，即图1中的西南角；二是在柴油机组和发电机排气方向以直线布局构建，挡墙高度多数在3～4 m，如图2所示。利用这些方式降噪的部分井队作业边界噪声监测结果见表5。从表5可看出，与常规钻井作业相比，采用此方式降噪的钻井作业在隔离后的相应面(西面和南面)厂界噪声降低幅度为5～20 dB(A)，非隔离面相差不大；采用直角布局构建比直线布局的降噪效果相对要好些，多降噪5～10 dB(A)。

表5 钻井噪声治理示范及作业边界噪声监测结果Table5 Demonstrationofdrillingnoisecontrolandmonitoringresultsofoperationboundarynoise钻机型号井号监测日期主要声源情况昼间值/dB(A)东面隔墙后南面西面北面备注70型高石001-X23井2017-10-19柴油机、发电机71.982.585.172.1两单隔墙,各长约30m70型南充6井2017-10-24柴油机、发电机65.684.077.474.5两单隔墙,各长约30m50型泸204井2017-02-07柴油机、发电机61.066.776.269.2直角隔墙,总长约60m70型泸203井2017-05-19柴油机、发电机74.072.374.268.2直角隔墙,总长约50m70型天东002-X18井2017-09-12柴油机、发电机61.772.466.878.2直角隔墙,总长约50m90型五探1井2017-08-30泥浆泵58.158.069.678.0直角隔墙,总长约70m(网电)

4.2.2整体隔声棚降噪治理实例

中石化西南油气田在新场区块的一些钻井作业队对柴油机组采用整体隔音棚降噪治理(见图3)，如70139XN井队施工的新场7井，该井队使用ZJ70D电动钻机，其5台动力机组采用整体隔音棚进行了降噪治理；50103XN井队施工的新场32井，该井队使用ZJ50D电动钻机，其4台动力机组采用整体隔音棚进行了降噪治理。治理后两个井队的作业边界昼间噪声基本都约为65 dB(A)，与没有治理的井相比，作业边界昼间噪声有较大幅度降低，降低幅度为20～25 dB(A)。

4.2.3发电机噪声的治理实例

刘占鹏等[9]对9 000 m钻机发电机房开展了噪声治理，主要通过消声器选择、排烟管设计、吸声装修、消声风罩设计，分别有效地控制了柴油发电机组的排气噪声、机械噪声和排风噪声，取得了较好的降噪效果(见表6)。其主要是在柴油机排气管上安装了抗性膨胀式消声器，可以有效控制排气噪声；在排风通道内设计消声结构，使排风在通道内有一段距离进行缓冲，有效降低噪声从机房内向外辐射的强度；在发电房内的房顶和长度方向的两侧墙壁安装离心玻璃棉吸声材料，装修结构为3层，外层为1 mm镀锌冲孔板，中间层为无碱度玻璃布，内层为10 mm离心玻璃棉，在内层与墙板中间留有40 mm厚空腔；机房墙板采用3 mm厚瓦椤钢板制作；设计安装特殊的消声风罩，并在风罩内涂消声涂料，将发电机组散热排风向上方。

表6 噪声治理效果Table6 Noisecontrolresults距离噪声源/m1.57.015.0前方降噪/dB(A)26.018.314.8后方降噪/dB(A)21.6主发侧降噪/dB(A)32.022.620.7

4.2.4网电替代实例

近年来，为了节能减排，减少噪声污染危害并节约柴油，四川油气田推广实施了网电替代油技术的应用，一些有条件的井队实施了用地方网电替代柴油来作为钻井的动力提供源，实施井队厂界噪声有较明显降低，与常规用柴油机组钻井相比，最大降幅接近25 dB(A)。表7列出了部分网电应用井厂界噪声监测结果，从表7可看出，实施井队厂界昼间噪声值仅超过GB 12348-2008的2级标准限值昼间60 dB(A)约5～10 dB(A)。

表7 网电应用井的作业边界噪声监测结果Table7 Monitoringresultsoftheoperationboundarynoisefromthenetworkelectricapplicationwell钻机型号井队监测日期主要声源来源昼间值/dB(A)东面南面西面北面70型大深001-X4井2016-07-16钻机、泥浆泵64.266.768.669.570型双探9井2017-04-27钻机、泥浆泵59.668.868.760.670型双探10井2017-07-28钻机、泥浆泵59.264.766.072.970型双探12井2017-08-31钻机、泥浆泵59.267.966.563.2

5 结 语

(1) 钻井动力柴油机、电力发电机是钻井作业的主要声源，也是钻井作业边界噪声的主要贡献源。按GB 12348-2008的2级标准限值分析，四川油气田常用40型、50型及70型钻机所钻井作业边界昼间噪声超标率达97%以上，夜间超标率100%。

(2) 四川油气田常用的40型、50型和70型钻机所钻井的作业边界昼夜噪声最高值基本相同，只是70型和50型钻机比40型钻机的最小值约高3 dB(A)。

(3) 钻井作业四边边界噪声值相差大，最大相差值达25 dB(A)左右，主要是由于钻井主要噪源动力柴油机和发电机组布局摆放位置和设备布局原因造成；边界噪声最大值几乎都接近90 dB(A)，主要集中在动力柴油机组布置方向边界。

(4) 四川油气田常用40型、50型及70型钻机的钻井作业边界昼夜噪声值相差极小，说明受外界噪声影响干扰都十分小，主要声源来源于自身作业的发声设备。

(5) 对主要声源采取实用有效的控制措施，能使钻井作业环境和厂界噪声得到较好的降噪效果，接近满足相关排放标准要求。

(6) 整体隔音棚、降噪发电房和网电替代是控制钻井作业主要声源，实现钻井作业环境和作业边界噪声降低，并确保钻井排放达标，避免或减少噪声税交纳的主要手段和措施。

(7) 合理考虑钻井作业主要声源设备动力柴油机和电力发电机的摆放位置，适当扩大井场租用边界，也是减少或避免噪声税交纳的一种方式。

(8) 适当减少井场员工连续工作时间，是减少作业环境噪声对员工健康影响的一种方法。

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