自然环境挑战钻井设备

[加入收藏][字号: ] [时间:2012-10-30  来源:石油与装备  关注度:0]
摘要:   位于毛乌素沙漠与黄土高原过渡地带的陕西榆林市曾要努力打造中国的科威特,足以说明该地区油气储量丰富,钻探开发前景十分可观。但是,该地区春季柳絮满天飞、夏季高温炎热、冬季低温寒冷,加上风沙、日温差、凝露以及太阳辐射等因素,对机电设备作...

  位于毛乌素沙漠与黄土高原过渡地带的陕西榆林市曾要努力打造“中国的科威特”,足以说明该地区油气储量丰富,钻探开发前景十分可观。但是,该地区春季柳絮满天飞、夏季高温炎热、冬季低温寒冷,加上风沙、日温差、凝露以及太阳辐射等因素,对机电设备作业产生不利影响。本文通过分析各个影响因素,提出了对此类问题的一些防范措施。

 

  诸多因素

  影响钻井设备运行

 

  在榆林市野外有成片的沙柳,当天气转暖时,柳絮满天飞扬,影响钻井设备电机冷却。像顶驱、寿力压缩机等都是风冷方式,柳絮粘附虑网或者散热器上影响散热,严重时会损坏设备。被柴油机风扇吸入,粘附于散热器,连续运行一天,便形成厚厚一层“毛毡”,严重影响其散热性能。如果不及时清理,柴油机在半小时内便达到报警温度,严重时会使柴油机自动熄火。

 

  该地区夏季高温时最高达40.8℃,冬季低温时最低达-37℃,由于是日温差比较大,极易形成凝露。同时,强烈的太阳辐射(资料显示,榆林地区年日照时 2593.5~2914.2小时,年辐射总量128.8~144.3千卡/平方厘米,是我国的辐射高值区)对户外和VFD控制房内运行的钻井设备都会产生一系列物理、化学的影响。比如,在诸多因素作用下,有机材料会加速老化。

 

  工程塑料和橡胶材料均为高分子聚合物,在高低温、太阳辐射、湿度及风力的综合作用下,防渗布、胶管、胶皮和O型圈等都会过早氧化、降解、发脆、变硬。在低温环境下,工程塑料和橡胶零部件变硬、变脆、韧性降低,甚至消失。如果工程塑料零部件有某些缺陷,如裂缝、空隙、缺口、杂质等,在受力时材料内部的应力分布将发生变化,极易造成损坏。

 

  隐患较大的是降低了电气设备的绝缘性能。有的电气设备及配件绝缘老化加速,某些电机、电器过热,绝缘击穿。由于野外条件所限, 有些铺设的电线没有电线槽,强烈的太阳辐射会导致绝缘护层龟裂、剥落。因此,必须提前做好保护措施,比如缠绕防渗布或者覆盖胶皮。

 

  高低温、冷凝

  对设备的影响

 

  高温影响设备散热 由于外部环境温度高, 影响散热效果。DERRICK振动筛击振电机、离心机轴承,一度达到70℃,而不得不停止运行。

 

  由于钻井的动力设备,如发电机和空气压缩机、泥浆泵、液压泵等机械的拖动电动机,以及控制设备如控制柜、高低压电器、继电器等受高温影响, 其散热条件差,特别是那些密闭在控制房内的发电机组及其控制系统,散热条件更差, 高温容易引起设备过热,影响设备的正常运行。必须采取积极的降温措施,比如打开全部机房房门、减小泵冲降低功率。

 

  低温影响设备起动 低温不但会给钻井设备带来冷脆的威胁,额定负荷减小,还会造成动力系统起动困难。柴油机是钻机、汽车、拖拉机和工程机械等的原动机。在低温的环境下,柴油机起动困难,甚至起动不了。有些柴油机采取某些手动起动,致使某些内燃机早期损坏,寿命缩短,造成经济损失。

 

  在低温环境下,蓄电池的特性是内阻急骤增加,容量迅速下降,是引起内燃机起动困难的原因之一;润滑油脂粘度增加而导致发动机摩擦阻力增加,零部件磨损严重,燃油雾化不良,燃烧性能下降,起动功率下降,起动更加困难。

 

  目前常用的防护措施有:采用适合低温条件下适用的润滑油、燃油、防冻剂和蓄电池;在起动前由加热器进行充分预热;在加载前充分跑温等措施,可有效地改善低温下设备运转性能。

 

  冷凝影响设备的可靠性 夏季清晨湿度较大,温度为15℃左右,而在白天温度就会达到35℃左右。在这样的湿度和日温差下,设备表面会形成凝露,从而影响设备的可靠性。对于交流电机驱动钻机系统,如发电机、直流电机和各种控制开关器件等,凝露的产生是相当危险的,如不采取措施, 就会烧毁电机或其他控制设备。沉积在电器上的薄薄的灰尘, 常含有吸水性物质。它们往往在空气未饱和时能达到冷凝点面大量集积潮气,这样会造成电器短路或打火。因此必须经常清除灰尘。

 

  柴油油箱、润滑油箱及液压油箱等都会产生凝露现象。冷凝水都会由呼吸孔进入箱底。因此,设计安装的这些油箱的输出管线都离开油箱底一定的距离,留出空间用来存留沉积的冷凝水,可以通过排水阀排除。对于润滑油来说,若不及时排除水分,会造成油质变差,对设备的润滑造成不利影响。

 

  对于空气储存罐来说,不仅为白天提供了散热面积,同时也增加了温度下降时的冷凝表面积。如不能及时排除空气储存罐中的冷凝水,将会引起离合器、气动工具、气控系统和电机过早损坏,严重时气控阀导进水,气控失灵,在冬季造成气控部件冻裂。所以,及时排除冷凝水,在冬季,做好冬防保温并严格冬季操作规程十分必要。

 

  沙尘对设备的影响

 

  在风的作用下,进入设备的沙尘沙粒会产生破坏作用。当沙尘进入钻井设备的动作部分, 会加速动作部分的磨损, 导电性差,降低设备的使用寿命,甚至损坏整台设备。

 

  沙尘和沙粒一旦随着空气进入柴油机发电机组气道后,很容易堵塞空气虑芯,柴油机功率降低,产生报警现象,甚至造成增压器损坏。当沙尘进入轴承,加速轴承的磨损,甚至致使轴承油封撑簧磨断,造成油封损坏而不能维持润滑油的量,使轴承寿命缩短。当沙尘进入柴油发电机的汽缸中,会造成燃料不纯,堵塞过虑器,阻碍发电机供油系统的正常工作;同时,会明显地加快汽缸、活塞和活塞环的磨损速度。

 

  当沙尘进入电机电器的动作部分,如电机的轴承、电器触头、拔插件等,会造成接触不良,增加局部电流过载而使触头烧毁,线圈短路。当沙尘进入接线盒和电机、电器等产品的绕组时,由于沙尘积累,会降低其向空气中的散热性能,增加了温升。加之沙漠地区环境温度较高, 会引起绝缘绕组过热,从而使其使用寿命下降。对于含有金属矿粒的沙尘和小昆虫,当其落在绝缘子、电机整流子和机器的外露部位时, 很容易引起短路。

 

  沙尘、风沙对设备的影响是严重的,使用的设备也都采取了防沙尘的措施。一种是泵房、循环罐加防沙棚,这种防沙尘措施大大降低风沙的作用;另一种是防沙尘房, 如发电机房、VFD控制房。这种防沙尘密封房,便于搬运,防沙尘效果较好。但也带来新的问题,一是由于这种密封防沙尘房,影响设备和工作区域的通风与散热,提高了设备的温升;在夏季发电机房内,温度可达62℃,对电机的绝缘相应地提高了要求。二是增加了噪音。高温、高噪音对操作人员的身体健康和工作质量有很大的影响,所以在夏季应去除防沙棚侧棚;发电机房在天气较好时,敞开门房;可控硅对环境温度特别敏感,VFD控制房安装大功率空调,尽量减少房门开关次数。



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