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自然環境挑戰鉆井設備

[加入收藏][字號: ] [時間:2010-06-01 《石油與裝備》 關注度:0]
摘要: 位于毛烏素沙漠與黃土高原過渡地帶的陜西榆林市曾要努力打造中國的科威特,足以說明該地區油氣儲量豐富,鉆探開發前景十分可觀。但是,該地區春季柳絮滿天飛、夏季高溫炎熱、冬季低溫寒冷,加上風沙、日溫差、凝露以及太陽輻射等因素,對機電設備作業產生不...
   位于毛烏素沙漠與黃土高原過渡地帶的陜西榆林市曾要努力打造“中國的科威特”,足以說明該地區油氣儲量豐富,鉆探開發前景十分可觀。但是,該地區春季柳絮滿天飛、夏季高溫炎熱、冬季低溫寒冷,加上風沙、日溫差、凝露以及太陽輻射等因素,對機電設備作業產生不利影響。本文通過分析各個影響因素,提出了對此類問題的一些防范措施。
諸多因素
影響鉆井設備運行

    在榆林市野外有成片的沙柳,當天氣轉暖時,柳絮滿天飛揚,影響鉆井設備電機冷卻。像頂驅、壽力壓縮機等都是風冷方式,柳絮粘附慮網或者散熱器上影響散熱,嚴重時會損壞設備。被柴油機風扇吸入,粘附于散熱器,連續運行一天,便形成厚厚一層“毛氈”,嚴重影響其散熱性能。如果不及時清理,柴油機在半小時內便達到報警溫度,嚴重時會使柴油機自動熄火。
    該地區夏季高溫時最高達40.8℃,冬季低溫時最低達-37℃,由于是日溫差比較大,極易形成凝露。同時,強烈的太陽輻射(資料顯示,榆林地區年日照時2593.5~2914.2小時,年輻射總量128.8~144.3千卡/平方厘米,是我國的輻射高值區)對戶外和VFD控制房內運行的鉆井設備都會產生一系列物理、化學的影響。比如,在諸多因素作用下,有機材料會加速老化。
    工程塑料和橡膠材料均為高分子聚合物,在高低溫、太陽輻射、濕度及風力的綜合作用下,防滲布、膠管、膠皮和O型圈等都會過早氧化、降解、發脆、變硬。在低溫環境下,工程塑料和橡膠零部件變硬、變脆、韌性降低,甚至消失。如果工程塑料零部件有某些缺陷,如裂縫、空隙、缺口、雜質等,在受力時材料內部的應力分布將發生變化,極易造成損壞。
    隱患較大的是降低了電氣設備的絕緣性能。有的電氣設備及配件絕緣老化加速,某些電機、電器過熱,絕緣擊穿。由于野外條件所限, 有些鋪設的電線沒有電線槽,強烈的太陽輻射會導致絕緣護層龜裂、剝落。因此,必須提前做好保護措施,比如纏繞防滲布或者覆蓋膠皮。
高低溫、冷凝
對設備的影響
    高溫影響設備散熱  由于外部環境溫度高, 影響散熱效果。DERRICK振動篩擊振電機、離心機軸承,一度達到70℃,而不得不停止運行。
    由于鉆井的動力設備,如發電機和空氣壓縮機、泥漿泵、液壓泵等機械的拖動電動機,以及控制設備如控制柜、高低壓電器、繼電器等受高溫影響, 其散熱條件差,特別是那些密閉在控制房內的發電機組及其控制系統,散熱條件更差, 高溫容易引起設備過熱,影響設備的正常運行。必須采取積極的降溫措施,比如打開全部機房房門、減小泵沖降低功率。
    低溫影響設備起動  低溫不但會給鉆井設備帶來冷脆的威脅,額定負荷減小,還會造成動力系統起動困難。柴油機是鉆機、汽車、拖拉機和工程機械等的原動機。在低溫的環境下,柴油機起動困難,甚至起動不了。有些柴油機采取某些手動起動,致使某些內燃機早期損壞,壽命縮短,造成經濟損失。
    在低溫環境下,蓄電池的特性是內阻急驟增加,容量迅速下降,是引起內燃機起動困難的原因之一;潤滑油脂粘度增加而導致發動機摩擦阻力增加,零部件磨損嚴重,燃油霧化不良,燃燒性能下降,起動功率下降,起動更加困難。
    目前常用的防護措施有:采用適合低溫條件下適用的潤滑油、燃油、防凍劑和蓄電池;在起動前由加熱器進行充分預熱;在加載前充分跑溫等措施,可有效地改善低溫下設備運轉性能。
    冷凝影響設備的可靠性  夏季清晨濕度較大,溫度為15℃左右,而在白天溫度就會達到35℃左右。在這樣的濕度和日溫差下,設備表面會形成凝露,從而影響設備的可靠性。對于交流電機驅動鉆機系統,如發電機、直流電機和各種控制開關器件等,凝露的產生是相當危險的,如不采取措施, 就會燒毀電機或其他控制設備。沉積在電器上的薄薄的灰塵, 常含有吸水性物質。它們往往在空氣未飽和時能達到冷凝點面大量集積潮氣,這樣會造成電器短路或打火。因此必須經常清除灰塵。
    柴油油箱、潤滑油箱及液壓油箱等都會產生凝露現象。冷凝水都會由呼吸孔進入箱底。因此,設計安裝的這些油箱的輸出管線都離開油箱底一定的距離,留出空間用來存留沉積的冷凝水,可以通過排水閥排除。對于潤滑油來說,若不及時排除水分,會造成油質變差,對設備的潤滑造成不利影響。
    對于空氣儲存罐來說,不僅為白天提供了散熱面積,同時也增加了溫度下降時的冷凝表面積。如不能及時排除空氣儲存罐中的冷凝水,將會引起離合器、氣動工具、氣控系統和電機過早損壞,嚴重時氣控閥導進水,氣控失靈,在冬季造成氣控部件凍裂。所以,及時排除冷凝水,在冬季,做好冬防保溫并嚴格冬季操作規程十分必要。
沙塵對設備的影響
    在風的作用下,進入設備的沙塵沙粒會產生破壞作用。當沙塵進入鉆井設備的動作部分, 會加速動作部分的磨損, 導電性差,降低設備的使用壽命,甚至損壞整臺設備。
    沙塵和沙粒一旦隨著空氣進入柴油機發電機組氣道后,很容易堵塞空氣慮芯,柴油機功率降低,產生報警現象,甚至造成增壓器損壞。當沙塵進入軸承,加速軸承的磨損,甚至致使軸承油封撐簧磨斷,造成油封損壞而不能維持潤滑油的量,使軸承壽命縮短。當沙塵進入柴油發電機的汽缸中,會造成燃料不純,堵塞過慮器,阻礙發電機供油系統的正常工作;同時,會明顯地加快汽缸、活塞和活塞環的磨損速度。
    當沙塵進入電機電器的動作部分,如電機的軸承、電器觸頭、拔插件等,會造成接觸不良,增加局部電流過載而使觸頭燒毀,線圈短路。當沙塵進入接線盒和電機、電器等產品的繞組時,由于沙塵積累,會降低其向空氣中的散熱性能,增加了溫升。加之沙漠地區環境溫度較高, 會引起絕緣繞組過熱,從而使其使用壽命下降。對于含有金屬礦粒的沙塵和小昆蟲,當其落在絕緣子、電機整流子和機器的外露部位時, 很容易引起短路。
    沙塵、風沙對設備的影響是嚴重的,使用的設備也都采取了防沙塵的措施。一種是泵房、循環罐加防沙棚,這種防沙塵措施大大降低風沙的作用;另一種是防沙塵房, 如發電機房、VFD控制房。這種防沙塵密封房,便于搬運,防沙塵效果較好。但也帶來新的問題,一是由于這種密封防沙塵房,影響設備和工作區域的通風與散熱,提高了設備的溫升;在夏季發電機房內,溫度可達62℃,對電機的絕緣相應地提高了要求。二是增加了噪音。高溫、高噪音對操作人員的身體健康和工作質量有很大的影響,所以在夏季應去除防沙棚側棚;發電機房在天氣較好時,敞開門房;可控硅對環境溫度特別敏感,VFD控制房安裝大功率空調,盡量減少房門開關次數。
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