數(shù)字化工程建設(shè)研究

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隨著油田科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)工程在油氣田建設(shè)工程管理中的重要程度也越來越突顯出來，數(shù)字化技術(shù)在油氣田設(shè)備上的普及應(yīng)用已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)[1]。油、氣田數(shù)字化工程就是將油、氣田管控系統(tǒng)“裝進(jìn)電腦，用電腦進(jìn)行控制”，建造一套數(shù)字化管理平臺(tái)，通過數(shù)字化管理平臺(tái)調(diào)控中心達(dá)到對(duì)生產(chǎn)組織、安全管理及油氣井管理的目標(biāo)[2]。其目的是充分發(fā)揮數(shù)字化設(shè)備作用，實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)無人值守，遠(yuǎn)程數(shù)字化控制、電子化巡井、生產(chǎn)監(jiān)控、生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢及報(bào)表、管網(wǎng)、生產(chǎn)預(yù)警及預(yù)案管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和井場(chǎng)視頻圖像的采集、傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)字化布站。將電力系統(tǒng)或建筑物電氣裝置、設(shè)施過電壓保護(hù)裝置用接地線與接地體連接，稱為接地[3]?！敖拥亍惫こ?，是保證數(shù)字化工程安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。數(shù)字化傳輸纜線屏蔽層接地質(zhì)量，直接影響到數(shù)字化數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，同時(shí)也會(huì)影響圖像質(zhì)量的清晰。保護(hù)接地及防雷接地工程質(zhì)量的好壞，也直接影響到現(xiàn)場(chǎng)工作人員安全。因此，“接地”工程是數(shù)字化工程中比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。等離子接地極是通過獨(dú)特的離子緩釋技術(shù)與抗腐蝕性能，使接地降阻效果不斷提升并在最佳值趨于穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)接地效果的明顯提升。等離子接地系統(tǒng)是由先進(jìn)的緩釋接地極（內(nèi)含可逆性緩釋填充劑）、引發(fā)劑和增效電解離子填充劑組成。電極外表是紫銅合金，以確保最高導(dǎo)電性能及較長使用壽命，并配以內(nèi)外兩大種類填充劑（無毒化合物），對(duì)環(huán)境無污染。

1數(shù)字化工程中接地的作用和重要性

接地電阻是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，直接對(duì)數(shù)字化工程能否安全運(yùn)行，數(shù)據(jù)能否正確傳輸起著重要的作用。數(shù)字化管理平臺(tái)中傳輸信號(hào)多為數(shù)字信號(hào)，而數(shù)字信號(hào)電流較強(qiáng)，都是一些高電平、低電平的跳變。這種跳變?cè)诰€纜中傳輸時(shí)，若屏蔽不好將會(huì)相互影響，使數(shù)字管理平臺(tái)上產(chǎn)生很大的雜散電流，出現(xiàn)噪聲和電流尖峰、圖像變形抖動(dòng)、模糊不清等現(xiàn)象，通過良好的金屬層屏蔽方可有效防止其相互干擾，而金屬屏蔽層又必須通過良好的接地裝置（由接地端頭、引下線接地干線與接地體組成的裝置）將其雜散電流導(dǎo)入大地[4]。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常出現(xiàn)由于接地裝置安裝不規(guī)范、屏蔽接地和接地保護(hù)的處理不當(dāng)，接地電阻過大，而造成不良后果的發(fā)生：輕者造成數(shù)字化平臺(tái)中部分儀器受到接地電流的干擾，不能正常工作，影響數(shù)字化工程中數(shù)據(jù)的傳輸；重者危及操作人員安全或造成設(shè)備損壞。因此，接地網(wǎng)（由垂直和水平接地極組成的供發(fā)電廠、變電站使用的兼有泄流和均壓作用的較大型的水平網(wǎng)狀接地裝置）的接地電阻能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求[5]，對(duì)設(shè)備運(yùn)行成效有著重要影響。數(shù)字化工程中，由于邊遠(yuǎn)站點(diǎn)、油井、氣井的數(shù)字化監(jiān)控信號(hào)傳輸距離長，線路耐電壓性低，容易被感應(yīng)雷及傳導(dǎo)雷電流入侵而損壞設(shè)備。接地方式主要為防雷接地，為了將雷電流從信號(hào)傳輸線導(dǎo)入大地，在設(shè)計(jì)傳輸線纜時(shí)必須考慮接地，以避免雷電入侵。油氣田數(shù)字化管理平臺(tái)多處于油氣生產(chǎn)場(chǎng)所，均涉及易燃、易爆等安全風(fēng)險(xiǎn)，其接地方式除工作接地、線纜屏蔽層接地外還有防靜電接地和安全防護(hù)接地等。設(shè)計(jì)中一般室內(nèi)接地電阻值較室外接地電阻的要求小得多，對(duì)接地方式及接地材料要求較高；而對(duì)室外油氣場(chǎng)所，空氣及土壤中的水分及環(huán)境中的油氣成分還存在對(duì)金屬材料腐蝕的因素，會(huì)直接影響到接地裝置使用效率和壽命，應(yīng)重點(diǎn)考慮外在環(huán)境對(duì)接地裝置腐蝕性，因此應(yīng)對(duì)接地裝置防腐提出較高的要求。

2等離子接地裝置的特性

2.1等離子接地極具有“三大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)”

1）實(shí)際效果明顯：該技術(shù)采用幾組等離子接地極單元并聯(lián)的接地電阻就可以達(dá)到傳統(tǒng)大型接地網(wǎng)絡(luò)的效果。

2）使用時(shí)間更長：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料配比等方面均考慮到接地效果的長效性，使用時(shí)間可以達(dá)到傳統(tǒng)接地網(wǎng)絡(luò)的幾倍到幾十倍。

3）適應(yīng)性范圍廣：在膨潤土與降阻劑組合配合下，等離子接地系統(tǒng)可直接改善接地極周圍的土壤電阻率，即使在沙地或巖石土壤條件下，也能保持較低接地電阻。

2.2等離子接地極具有“六大安裝特性”

1）膨脹性好。等離子接地極作為連接接地電極與大地之間的載體，通過接地體中的電解質(zhì)滲透到周圍土壤，改變土壤條件和增強(qiáng)導(dǎo)電性，增大了接地極的等效截面積和土壤的接觸面積，有效降低了接地電阻。

2）良好的吸附性能。消除了接地極與土壤之間接觸電阻，改善了大地中的電場(chǎng)分布，具有低阻抗，能有效消散雷電流和電力故障電流；其負(fù)阻特性，降低了接地體在瞬間泄流時(shí)，地表面裝置之間的電位分布梯度，提高了對(duì)人身、設(shè)備和設(shè)施的安全保護(hù)性和可靠性。

3）施工比較方便。利用接地棒上的電纜(向上或向下均有)，可方便地連接到其他接地導(dǎo)體。

4）耐用性和抗腐蝕能力強(qiáng)，具有較長的使用壽命。通過查閱相關(guān)技術(shù)文件，一般一套裝置使用壽命長達(dá)20～30年，并對(duì)電極有獨(dú)特的防腐功能，因此，該裝置可保證油、氣田數(shù)字化工程長時(shí)間平穩(wěn)運(yùn)行。

5）較強(qiáng)的親和性，接地媒介較好。接地體內(nèi)包括自然電解鹽，共滲透到周圍土壤能有效地改善接地棒與土壤之間的接觸。

6）接地電流消散方向可控。等離子接地極可通過設(shè)置放射條，控制電流消散的方向，有效降低高頻率雷電流通過的阻抗，可用于對(duì)接地電阻要求較高的工程。

3傳統(tǒng)接地方式與等離子接地方式的比較

3.1傳統(tǒng)接地方式

1）傳統(tǒng)接地極埋設(shè)未按相關(guān)要求，導(dǎo)致接地電阻值不能滿足設(shè)計(jì)。目前，多數(shù)油氣田數(shù)字化工程中仍采用鍍鋅鋼管或鍍鋅角鋼及鍍鋅扁鋼制作的傳統(tǒng)式人工接地網(wǎng)，部分場(chǎng)區(qū)地理?xiàng)l件差，施工難度較大，施工中存在埋深不夠或敷設(shè)方式不正確等原因，使整個(gè)接地系統(tǒng)的接地電阻值超標(biāo)，接地電阻值無法保證在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

2）傳統(tǒng)接地方式需有后期維護(hù)跟進(jìn)才能保證其效果。通過實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)，人工接地網(wǎng)使用一段時(shí)間后，接地電阻值逐漸增大，當(dāng)增大至一定數(shù)值后，阻值超過了設(shè)計(jì)阻值，這時(shí)，必須重新進(jìn)行降阻處理，方可保持阻值在合格范圍內(nèi)。實(shí)際上，使用單位在裝置投運(yùn)后，很少進(jìn)行定期檢測(cè)和降阻處理，除非是不能正常工作時(shí)才進(jìn)行檢查處理。這樣，在雷雨季節(jié)，雷電的危害給油氣田數(shù)字化工程就帶來較大的威脅，在對(duì)接地電阻處理之前極有可能影響數(shù)字化管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸，不僅增大了返工工作量，也給數(shù)字化管理平臺(tái)的安全運(yùn)行帶來一定的威脅。

3）傳統(tǒng)接地方式對(duì)氣候和土壤濕度有要求。鍍鋅鋼材接地裝置，有施工過程簡便，材料價(jià)格較低的優(yōu)點(diǎn)，其工作原理是通過接地引下線將雷電流或影響數(shù)字化數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾s散電流引入接地極，接地極和土壤緊密接觸后，引入大地，然而，受敷設(shè)場(chǎng)地及埋設(shè)深度的影響，在干旱季節(jié)時(shí)經(jīng)常無法使接地電阻值滿足設(shè)計(jì)要求。

4）接地體材質(zhì)導(dǎo)電性能受影響較多?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)多數(shù)鍍鋅材料的鍍鋅層因質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，或在施工過程中對(duì)鍍鋅層保護(hù)不好發(fā)生碰損，鍍鋅材料極易返銹，有的鍍鋅材料未施工完就已出現(xiàn)返銹現(xiàn)象。接地裝置埋入地下后，隨著時(shí)間的延長，返銹后的材料，金屬表面在各種腐蝕作用下不斷加快銹蝕速度，鐵銹在金屬和土壤層之間形成了阻礙電流通過的間隔層，造成金屬（接地極）和大地間接觸不良，電阻值也隨之增大，金屬銹蝕程度不斷加大的同時(shí)也縮短了接地極的壽命。

5）傳統(tǒng)接地體使用壽命較短。經(jīng)過相關(guān)機(jī)構(gòu)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，金屬鍍鋅材料接地裝置，接地電阻保持在基本能滿足要求的狀況下正常工作，最多能夠使用3～5年，這種情況不能長時(shí)間滿足油氣田數(shù)字化工程對(duì)接地工程的要求。

3.2等離子接地方式

1）等離子接地極具有較強(qiáng)自我調(diào)節(jié)濕度的能力。等離子接地極，通過潮解，能充分吸收空氣中的水分，將活性電離子有效釋放到土壤中，可自行調(diào)解離子生成含量及導(dǎo)體周圍的濕度，使導(dǎo)體與大地緊密結(jié)合，通過土壤及空氣中的水分作用，不斷促進(jìn)導(dǎo)體外部緩釋降阻，從而降低了電極與土壤的接觸電阻，改善了周邊土壤的電阻率，有效地增強(qiáng)了電流的導(dǎo)通釋放能力。

2）等離子接地極具有高效降解性能。土壤電阻率過高的直接原因是因?yàn)槿狈ψ杂呻x子的輔助導(dǎo)電作用。等離子接地極因它的高效降阻性能，可使整個(gè)接地網(wǎng)電阻降到規(guī)定范圍內(nèi)。等離子接地極，通過潮解，能充分吸收空氣中的水分，將活性電離子有效釋放到土壤中，可自行調(diào)解導(dǎo)體周圍的濕度、離子生成含量，使導(dǎo)體與大地緊密結(jié)合。通過土壤及空氣中的水分作用，不斷促進(jìn)導(dǎo)體外部緩釋降阻，從而降低了電極與土壤的接觸電阻，改善了周邊土壤的電阻率，有效地增強(qiáng)了雷電導(dǎo)通釋放能力。

3）等離子接地極內(nèi)部角質(zhì)化合物能形成理想、穩(wěn)定的接地系統(tǒng)。等離子接地裝置導(dǎo)體內(nèi)部的化合物，隨著時(shí)間的延長逐步化合成膠質(zhì)透明狀態(tài)。利用膠質(zhì)化合物的導(dǎo)電性能，使整個(gè)接地系統(tǒng)能長期處于離子交換的狀態(tài)中，從而構(gòu)成了理想的電解離子接地系統(tǒng)。等離子接地系統(tǒng)安裝后，接地電阻會(huì)逐漸下降，半年至一年內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定值，接地極導(dǎo)體內(nèi)部的電離子化合物，能保持接地電阻值長期穩(wěn)定，緩釋過程最長可達(dá)30年，能長期滿足數(shù)字化工程的需要。

4結(jié)束語

在油、氣田數(shù)字化管理平臺(tái)不斷完善的過程中，采用新型等離子接地裝置，在很大程度上，延長了接地系統(tǒng)的有效使用壽命，保持接地電阻值長時(shí)間的在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，確保數(shù)字化工程數(shù)據(jù)的安全可靠傳輸，同時(shí)降低了施工難度，減少了接地網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)工作量。等離子接地極通過緩釋作用，形成了一個(gè)殼層內(nèi)環(huán)境，通過內(nèi)外環(huán)境融合逐漸向四周擴(kuò)散，完成了殼層土壤化學(xué)處理作用，從而有效解決了接地技術(shù)中的諸多難題，成為一種良好的接地系統(tǒng)，能夠滿足油、氣田數(shù)字化接地網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)指標(biāo)要求。

作者：王大文 蘇大超 王朝翔 單位：中國石油長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心 中國石油長慶油田分公司第七采油廠