数字化工程建设研究

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随着油田科学技术的快速发展，数字化技术工程在油气田建设工程管理中的重要程度也越来越突显出来，数字化技术在油气田设备上的普及应用已经成为一种必然趋势[1]。油、气田数字化工程就是将油、气田管控系统“装进电脑，用电脑进行控制”，建造一套数字化管理平台，通过数字化管理平台调控中心达到对生产组织、安全管理及油气井管理的目标[2]。其目的是充分发挥数字化设备作用，实现井场无人值守，远程数字化控制、电子化巡井、生产监控、生产数据查询及报表、管网、生产预警及预案管理、生产数据和井场视频图像的采集、传输和远程监控数字化布站。将电力系统或建筑物电气装置、设施过电压保护装置用接地线与接地体连接，称为接地[3]。“接地”工程，是保证数字化工程安全平稳运行的重要环节。数字化传输缆线屏蔽层接地质量，直接影响到数字化数据采集及数据传输的准确性，同时也会影响图像质量的清晰。保护接地及防雷接地工程质量的好坏，也直接影响到现场工作人员安全。因此，“接地”工程是数字化工程中比较重要的一个环节。等离子接地极是通过独特的离子缓释技术与抗腐蚀性能，使接地降阻效果不断提升并在最佳值趋于稳定，实现接地效果的明显提升。等离子接地系统是由先进的缓释接地极（内含可逆性缓释填充剂）、引发剂和增效电解离子填充剂组成。电极外表是紫铜合金，以确保最高导电性能及较长使用寿命，并配以内外两大种类填充剂（无毒化合物），对环境无污染。

1数字化工程中接地的作用和重要性

接地电阻是否达到设计要求，直接对数字化工程能否安全运行，数据能否正确传输起着重要的作用。数字化管理平台中传输信号多为数字信号，而数字信号电流较强，都是一些高电平、低电平的跳变。这种跳变在线缆中传输时，若屏蔽不好将会相互影响，使数字管理平台上产生很大的杂散电流，出现噪声和电流尖峰、图像变形抖动、模糊不清等现象，通过良好的金属层屏蔽方可有效防止其相互干扰，而金属屏蔽层又必须通过良好的接地装置（由接地端头、引下线接地干线与接地体组成的装置）将其杂散电流导入大地[4]。经检查发现，经常出现由于接地装置安装不规范、屏蔽接地和接地保护的处理不当，接地电阻过大，而造成不良后果的发生：轻者造成数字化平台中部分仪器受到接地电流的干扰，不能正常工作，影响数字化工程中数据的传输；重者危及操作人员安全或造成设备损坏。因此，接地网（由垂直和水平接地极组成的供发电厂、变电站使用的兼有泄流和均压作用的较大型的水平网状接地装置）的接地电阻能否达到设计要求[5]，对设备运行成效有着重要影响。数字化工程中，由于边远站点、油井、气井的数字化监控信号传输距离长，线路耐电压性低，容易被感应雷及传导雷电流入侵而损坏设备。接地方式主要为防雷接地，为了将雷电流从信号传输线导入大地，在设计传输线缆时必须考虑接地，以避免雷电入侵。油气田数字化管理平台多处于油气生产场所，均涉及易燃、易爆等安全风险，其接地方式除工作接地、线缆屏蔽层接地外还有防静电接地和安全防护接地等。设计中一般室内接地电阻值较室外接地电阻的要求小得多，对接地方式及接地材料要求较高；而对室外油气场所，空气及土壤中的水分及环境中的油气成分还存在对金属材料腐蚀的因素，会直接影响到接地装置使用效率和寿命，应重点考虑外在环境对接地装置腐蚀性，因此应对接地装置防腐提出较高的要求。

2等离子接地装置的特性

2.1等离子接地极具有“三大应用优势”

1）实际效果明显：该技术采用几组等离子接地极单元并联的接地电阻就可以达到传统大型接地网络的效果。

2）使用时间更长：在结构设计和材料配比等方面均考虑到接地效果的长效性，使用时间可以达到传统接地网络的几倍到几十倍。

3）适应性范围广：在膨润土与降阻剂组合配合下，等离子接地系统可直接改善接地极周围的土壤电阻率，即使在沙地或岩石土壤条件下，也能保持较低接地电阻。

2.2等离子接地极具有“六大安装特性”

1）膨胀性好。等离子接地极作为连接接地电极与大地之间的载体，通过接地体中的电解质渗透到周围土壤，改变土壤条件和增强导电性，增大了接地极的等效截面积和土壤的接触面积，有效降低了接地电阻。

2）良好的吸附性能。消除了接地极与土壤之间接触电阻，改善了大地中的电场分布，具有低阻抗，能有效消散雷电流和电力故障电流；其负阻特性，降低了接地体在瞬间泄流时，地表面装置之间的电位分布梯度，提高了对人身、设备和设施的安全保护性和可靠性。

3）施工比较方便。利用接地棒上的电缆(向上或向下均有)，可方便地连接到其他接地导体。

4）耐用性和抗腐蚀能力强，具有较长的使用寿命。通过查阅相关技术文件，一般一套装置使用寿命长达20～30年，并对电极有独特的防腐功能，因此，该装置可保证油、气田数字化工程长时间平稳运行。

5）较强的亲和性，接地媒介较好。接地体内包括自然电解盐，共渗透到周围土壤能有效地改善接地棒与土壤之间的接触。

6）接地电流消散方向可控。等离子接地极可通过设置放射条，控制电流消散的方向，有效降低高频率雷电流通过的阻抗，可用于对接地电阻要求较高的工程。

3传统接地方式与等离子接地方式的比较

3.1传统接地方式

1）传统接地极埋设未按相关要求，导致接地电阻值不能满足设计。目前，多数油气田数字化工程中仍采用镀锌钢管或镀锌角钢及镀锌扁钢制作的传统式人工接地网，部分场区地理条件差，施工难度较大，施工中存在埋深不够或敷设方式不正确等原因，使整个接地系统的接地电阻值超标，接地电阻值无法保证在设计范围内。

2）传统接地方式需有后期维护跟进才能保证其效果。通过实际测试发现，人工接地网使用一段时间后，接地电阻值逐渐增大，当增大至一定数值后，阻值超过了设计阻值，这时，必须重新进行降阻处理，方可保持阻值在合格范围内。实际上，使用单位在装置投运后，很少进行定期检测和降阻处理，除非是不能正常工作时才进行检查处理。这样，在雷雨季节，雷电的危害给油气田数字化工程就带来较大的威胁，在对接地电阻处理之前极有可能影响数字化管理平台的数据传输，不仅增大了返工工作量，也给数字化管理平台的安全运行带来一定的威胁。

3）传统接地方式对气候和土壤湿度有要求。镀锌钢材接地装置，有施工过程简便，材料价格较低的优点，其工作原理是通过接地引下线将雷电流或影响数字化数据传输的杂散电流引入接地极，接地极和土壤紧密接触后，引入大地，然而，受敷设场地及埋设深度的影响，在干旱季节时经常无法使接地电阻值满足设计要求。

4）接地体材质导电性能受影响较多。现场监督检查时发现多数镀锌材料的镀锌层因质量不达标，或在施工过程中对镀锌层保护不好发生碰损，镀锌材料极易返锈，有的镀锌材料未施工完就已出现返锈现象。接地装置埋入地下后，随着时间的延长，返锈后的材料，金属表面在各种腐蚀作用下不断加快锈蚀速度，铁锈在金属和土壤层之间形成了阻碍电流通过的间隔层，造成金属（接地极）和大地间接触不良，电阻值也随之增大，金属锈蚀程度不断加大的同时也缩短了接地极的寿命。

5）传统接地体使用寿命较短。经过相关机构调查统计，金属镀锌材料接地装置，接地电阻保持在基本能满足要求的状况下正常工作，最多能够使用3～5年，这种情况不能长时间满足油气田数字化工程对接地工程的要求。

3.2等离子接地方式

1）等离子接地极具有较强自我调节湿度的能力。等离子接地极，通过潮解，能充分吸收空气中的水分，将活性电离子有效释放到土壤中，可自行调解离子生成含量及导体周围的湿度，使导体与大地紧密结合，通过土壤及空气中的水分作用，不断促进导体外部缓释降阻，从而降低了电极与土壤的接触电阻，改善了周边土壤的电阻率，有效地增强了电流的导通释放能力。

2）等离子接地极具有高效降解性能。土壤电阻率过高的直接原因是因为缺乏自由离子的辅助导电作用。等离子接地极因它的高效降阻性能，可使整个接地网电阻降到规定范围内。等离子接地极，通过潮解，能充分吸收空气中的水分，将活性电离子有效释放到土壤中，可自行调解导体周围的湿度、离子生成含量，使导体与大地紧密结合。通过土壤及空气中的水分作用，不断促进导体外部缓释降阻，从而降低了电极与土壤的接触电阻，改善了周边土壤的电阻率，有效地增强了雷电导通释放能力。

3）等离子接地极内部角质化合物能形成理想、稳定的接地系统。等离子接地装置导体内部的化合物，随着时间的延长逐步化合成胶质透明状态。利用胶质化合物的导电性能，使整个接地系统能长期处于离子交换的状态中，从而构成了理想的电解离子接地系统。等离子接地系统安装后，接地电阻会逐渐下降，半年至一年内达到稳定值，接地极导体内部的电离子化合物，能保持接地电阻值长期稳定，缓释过程最长可达30年，能长期满足数字化工程的需要。

4结束语

在油、气田数字化管理平台不断完善的过程中，采用新型等离子接地装置，在很大程度上，延长了接地系统的有效使用寿命，保持接地电阻值长时间的在设计范围内，确保数字化工程数据的安全可靠传输，同时降低了施工难度，减少了接地网络的维护工作量。等离子接地极通过缓释作用，形成了一个壳层内环境，通过内外环境融合逐渐向四周扩散，完成了壳层土壤化学处理作用，从而有效解决了接地技术中的诸多难题，成为一种良好的接地系统，能够满足油、气田数字化接地网络的各项指标要求。

作者：王大文 苏大超 王朝翔 单位：中国石油长庆油田分公司技术监测中心 中国石油长庆油田分公司第七采油厂