自升式钻井平台防雷技术

自升式钻井平台防雷技术

杨德刚,黄宇翔,吴涛

中石化胜利钻井工程有限公司黄河钻井总公司  山东东营  257000

摘要：随着科技发展水平的提升，海上钻井设备的电气自动化水平随之提升，自升式钻井平台获得了广泛运用，若是钻井设备受到雷击影响，可能会导致设备故障，如果情况比较严重，甚至会造成钻井设备产生永久性损坏问题。因此钻井管理单位需要及时使用防雷技术，尽量降低雷击对钻井设备产生的不利影响。本文首先分析钻井平台雷电事故危害，其次探讨钻井平台防雷设计方式，以期对相关研究产生一定的参考价值。

关键词：自升式；钻井平台；防雷技术

引言：在自升式钻井平台应用量不断增加的情况下，钻井设备防雷要求随之增高，只有事先采取一些防雷技术，增加钻井平台防雷效果，方能避免钻井设备在运行期间受到雷电影响。因此相关管理人员需要根据自升式钻井平台规模、运行情况、防雷要求，科学安排钻井平台防雷方案，及时采取一些防雷技术，不断提高自升式钻井平台的防雷效果。

1钻井平台雷电事故危害

最近几年，部分钻井平台受到了不同程度的雷击影响，使得钻井平台中的顶驱编码器接口板以及钻井仪表主机等主要设备出现损坏问题，视频系统和探头报警设备产生失灵现象，将会增加钻井管理单位的经济损失。第一，司钻光纤收发器产生损坏现象，光纤收发器能够使用以太网将双绞线电信号和光信号进行互换处理，按照防雷理论确定钻井平台受到雷击损坏影响的原因，如果收发器中的双绞线接口以及光纤接口处于分别连接状态，光纤自身不具有任何导电性能，雷电浪涌一般不会在光纤上发出感应以及传输，但是这种光缆通常具备加强芯，如果钻井平台存有感应雷电，将会沿着加强芯方向入侵到光纤收发器内，可能会产生打坏接口电路的不良现象[1]。

若是并未在双绞线上采取屏蔽处理措施、采取非屏蔽双绞线但是并未对线路进行套管处理，此时线路上存在感应浪涌，将会造成接口电路受到打坏影响，总而言之，如果并未及时对线路开展屏蔽处理，在布线方面存在缺乏规范性的问题，均会造成光纤收发器受到感应雷损坏影响。

第二，电子司钻系统的主板以及显卡产生损坏问题，主要构成部分是主板以及显卡，在井架受到雷击影响的情况下，周边位置会形成比较强大的瞬变电磁场，一旦电磁存在兼容性不好的情况，主板、显卡环境磁感强度超出限值会引发损坏问题。井架周边存在的传感器线路相对比较大，在线路形成感应浪涌以后，会使电子元器件出现被击穿的情况，此时雷电感应浪涌会顺着线路入侵到电子司钻网络接口。

第三，顶驱DTI板出现损坏问题，DTI板能够直接将顶驱编码器信号以方波形式输出，可以将其传输到主板位置，主板能够开展转速计算，是被旋转方向和变频器驱动程序是否具有一致性。在井架附近存在游动电缆室，受到雷击影响电缆线路会出现浪涌现象，此时编码器以及传感器的工作电压相对比较低，DTI板耐受流能力相对比较差，在井架受到雷击影响时，DTI板可能会在雷电冲击影响下产生损坏问题[2]。

第四，气体监测系统和电路控制板出现故障，气体探头一般分布在司钻房中、振动筛附近，在受到强雷电暂态电磁场影响时会产生过电压问题，变动器会被击坏，浪涌入侵气体监测系统使得电路控制板受到击坏影响。

2钻井平台防雷设计方式

2.1防直击雷方式

在设计预防直接雷的措施时，应该按照规定要求，使用接闪器、接地端子以及引下线设计避雷系统，将防雷引下线冲击电阻设计为不超出10欧姆的状态，保证井架和桩腿顶部物体表层曲率高于其他金属零部件，在闪电出现前井架以及桩腿顶部位置的电荷密度相对比较大，周边电荷强度一般远远大于钻井平台其他位置，容易使周边空气受到被电离影响，此时会产生闪电放电通道。

在出现闪电的时候，钻井平台井架以及桩腿相当于雷电接闪装置、雷电泄放装置，在并未进行套管操作之前，将井架接地电阻控制为6欧姆左右，如果井架接地电阻明显高于桩腿，此时悬臂和甲板、桩腿会受到阻抗影响。在钻井平台防雷设计中，除了需要增设套管接地装置以外，还需要铺设一些铜芯电缆，安装猫族钻井平台管理要求的防直击雷装置，定期对井架位置的接地电阻开展质量检查，不断提升钻井平台的防雷效果[3]。

2.2防感应雷方式

为了降低感应雷对自升式钻井平台产生的影响，应当事先使用等电位接地保护器、浪涌保护器，首先，使用等电位接地措施，按照规定要求，对钻井设备金属外壳进行接地处理，保证接地电阻低于4欧姆，对于能够移动、携带比较方便的电气设备裸露金属区域，使用专用软铜绞线将其和船体裂解在一起。 由于海上环境相对比较潮湿，具有高盐腐特征，工作人员需要定期检查保护接地线以及端子的质量，若是确定保护接地并未达到标准要求，需要及时进行修复处理。

钻井平台室外环境中铺设了很多电缆，如果并未使用金属铠装。对于自升式钻井平台存在的弱点设备，应该事先使用金属箱体开展屏蔽处理，在弱电器件上采取全封闭的金属外壳，对变频器内部弱电器件采取双重屏蔽方式，使用封闭技术外壳对液位传感器和气体变动器进行屏蔽处理，将钻井仪表控制箱置于封闭机舱内部。

与此同时，工作人员需要按照自升式钻井平台规定要求安排浪涌保护器的设置位置，分别在现场仪表端、变动器上、电磁阀中安装浪涌保护器，还需要在自升式钻井平台顶驱本体的电磁阀防爆箱司钻控制台、泥浆返流传感器防爆箱，使用浪涌保护器。将自升式尊敬平台的钻井仪表传感器信号接收端置于防爆箱中，在硫化氢以及可燃气体探头附近设置符合该区域防爆等级要求的装配式浪涌保护器。

2.3防雷击电磁脉冲以及雷电波侵入系统

在自升式钻井平台投入使用时，钻井设施的机电设备随之增多，在雷电影响下出现安全问题的概率更大，如果不及时采取防雷措施，可能会产生比较严重的影响，因此管理单位需要及时采取防雷击电磁脉冲，尽量降低自升式钻井平台受到雷击影响的可能性，增加钻井平台抵御雷电袭击的能力，不断提高钻井平台的运行安全。

将雷电波侵入系统灵活运用在自升式钻井平台中，相关工作人员仅需监测雷电波侵入系统即可精准确定钻井平台是否受到雷电侵袭影响，能够在降低钻井设施受雷击干扰影响的基础上，确定雷电波侵入量，并以此为据确定是否需要增设防雷措施，不断优化健全自升式钻井平台的防雷方案[4]。

2.4共用接地系统

在自升式钻井平台运行过程中，防雷重点在于接地，若是将共用接地系统引进并运用到自升式钻井平台中，能够对钻井设备展开全面的接地管理，妥善处理好井架接地工作、供配电接地工作、PLC自控系统接地工作、钻井设备保护接地工作、防雷电接地工作、防静电接地工作，保证接地工作落实效果，从而避免自升式钻井平台受到雷击影响。

结论：综上所述，海上钻井平台处于盐腐环境中，极易受到雷电影响，若是不及时进行防雷处理，可能会导致气体监测系统、电子司钻系统、顶驱DTI板出现故障问题。因此钻井平台管理单位需要及时采取防直击雷措施、防感应雷措施，安装浪涌保护器、安装保护接地线，不断提升海上钻井平台的防雷效果，防止自升式钻井平台受到雷击影响。

参考文献：

[1]赵吉振.自升式钻井平台防雷技术[J].中国修船，2022，35(03):51-53+57.

[2]孙玉江，曲杰，苑世宁，宋志强，罗懿，张丽媛.海上自升式钻井平台雷电防控技术研究与应用[J].中国石油和化工标准与质量，2022，42(10):174-175.

[3]孙玉江，金磊，苑世宁，夏明磊，罗懿，张丽媛.海上自升式钻井平台雷击风险评估技术研究与应用[J].中国石油和化工标准与质量，2022，42(09):180-181+184.

[4]宋志强.防雷技术在海上自升式钻井平台的应用研究[J].同行，2016(07):91+33.