數字化工程建設研究論文
隨著(zhù)油田科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數字化技術(shù)工程在油氣田建設工程管理中的重要程度也越來(lái)越突顯出來(lái)，數字化技術(shù)在油氣田設備上的普及應用已經(jīng)成為一種必然趨勢[1]。油、氣田數字化工程就是將油、氣田管控系統“裝進(jìn)電腦，用電腦進(jìn)行控制”，建造一套數字化管理平臺，通過(guò)數字化管理平臺調控中心達到對生產(chǎn)組織、安全管理及油氣井管理的目標[2]。其目的是充分發(fā)揮數字化設備作用，實(shí)現井場(chǎng)無(wú)人值守，遠程數字化控制、電子化巡井、生產(chǎn)監控、生產(chǎn)數據查詢(xún)及報表、管網(wǎng)、生產(chǎn)預警及預案管理、生產(chǎn)數據和井場(chǎng)視頻圖像的采集、傳輸和遠程監控數字化布站。將電力系統或建筑物電氣裝置、設施過(guò)電壓保護裝置用接地線(xiàn)與接地體連接，稱(chēng)為接地[3]�！敖拥亍惫こ�，是保證數字化工程安全平穩運行的重要環(huán)節。數字化傳輸纜線(xiàn)屏蔽層接地質(zhì)量，直接影響到數字化數據采集及數據傳輸的準確性，同時(shí)也會(huì )影響圖像質(zhì)量的清晰。保護接地及防雷接地工程質(zhì)量的好壞，也直接影響到現場(chǎng)工作人員安全。因此，“接地”工程是數字化工程中比較重要的一個(gè)環(huán)節。等離子接地極是通過(guò)獨特的離子緩釋技術(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定，實(shí)現接地效果的明顯提升。等離子接地系統是由先進(jìn)的緩釋接地極（內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，以確保最高導電性能及較長(cháng)使用壽命，并配以?xún)韧鈨纱蠓N類(lèi)填充劑（無(wú)毒化合物），對環(huán)境無(wú)污染。
1數字化工程中接地的作用和重要性
接地電阻是否達到設計要求，直接對數字化工程能否安全運行，數據能否正確傳輸起著(zhù)重要的作用。數字化管理平臺中傳輸信號多為數字信號，而數字信號電流較強，都是一些高電平、低電平的跳變。這種跳變在線(xiàn)纜中傳輸時(shí)，若屏蔽不好將會(huì )相互影響，使數字管理平臺上產(chǎn)生很大的雜散電流，出現噪聲和電流尖峰、圖像變形抖動(dòng)、模糊不清等現象，通過(guò)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(guò)良好的接地裝置（由接地端頭、引下線(xiàn)接地干線(xiàn)與接地體組成的裝置）將其雜散電流導入大地[4]。經(jīng)檢查發(fā)現，經(jīng)常出現由于接地裝置安裝不規范、屏蔽接地和接地保護的處理不當，接地電阻過(guò)大，而造成不良后果的發(fā)生：輕者造成數字化平臺中部分儀器受到接地電流的干擾，不能正常工作，影響數字化工程中數據的傳輸；重者危及操作人員安全或造成設備損壞。因此，接地網(wǎng)（由垂直和水平接地極組成的供發(fā)電廠(chǎng)、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）的接地電阻能否達到設計要求[5]，對設備運行成效有著(zhù)重要影響。數字化工程中，由于邊遠站點(diǎn)、油井、氣井的數字化監控信號傳輸距離長(cháng)，線(xiàn)路耐電壓性低，容易被感應雷及傳導雷電流入侵而損壞設備。接地方式主要為防雷接地，為了將雷電流從信號傳輸線(xiàn)導入大地，在設計傳輸線(xiàn)纜時(shí)必須考慮接地，以避免雷電入侵。油氣田數字化管理平臺多處于油氣生產(chǎn)場(chǎng)所，均涉及易燃、易爆等安全風(fēng)險，其接地方式除工作接地、線(xiàn)纜屏蔽層接地外還有防靜電接地和安全防護接地等。設計中一般室內接地電阻值較室外接地電阻的要求小得多，對接地方式及接地材料要求較高；而對室外油氣場(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，應重點(diǎn)考慮外在環(huán)境對接地裝置腐蝕性，因此應對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“三大應用優(yōu)勢”
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到傳統大型接地網(wǎng)絡(luò )的效果。
2）使用時(shí)間更長(cháng)：在結構設計和材料配比等方面均考慮到接地效果的長(cháng)效性，使用時(shí)間可以達到傳統接地網(wǎng)絡(luò )的幾倍到幾十倍。
3）適應性范圍廣：在膨潤土與降阻劑組合配合下，等離子接地系統可直接改善接地極周?chē)耐寥离娮杪�，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(guò)接地體中的電解質(zhì)滲透到周?chē)寥�，改變土壤條件和增強導電性，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，提高了對人身、設備和設施的安全保護性和可靠性。
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體。
4）耐用性和抗腐蝕能力強，具有較長(cháng)的使用壽命。通過(guò)查閱相關(guān)技術(shù)文件，一般一套裝置使用壽命長(cháng)達20～30年，并對電極有獨特的防腐功能，因此，該裝置可保證油、氣田數字化工程長(cháng)時(shí)間平穩運行。
5）較強的親和性，接地媒介較好。接地體內包括自然電解鹽，共滲透到周?chē)寥滥苡行У馗纳平拥匕襞c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(guò)設置放射條，控制電流消散的方向，有效降低高頻率雷電流通過(guò)的阻抗，可用于對接地電阻要求較高的工程。
3傳統接地方式與等離子接地方式的比較
3.1傳統接地方式
1）傳統接地極埋設未按相關(guān)要求，導致接地電阻值不能滿(mǎn)足設計。目前，多數油氣田數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式人工接地網(wǎng)，部分場(chǎng)區地理條件差，施工難度較大，施工中存在埋深不夠或敷設方式不正確等原因，使整個(gè)接地系統的接地電阻值超標，接地電阻值無(wú)法保證在設計范圍內。
2）傳統接地方式需有后期維護跟進(jìn)才能保證其效果。通過(guò)實(shí)際測試發(fā)現，人工接地網(wǎng)使用一段時(shí)間后，接地電阻值逐漸增大，當增大至一定數值后，阻值超過(guò)了設計阻值，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。實(shí)際上，使用單位在裝置投運后，很少進(jìn)行定期檢測和降阻處理，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，雷電的危害給油氣田數字化工程就帶來(lái)較大的威脅，在對接地電阻處理之前極有可能影響數字化管理平臺的數據傳輸，不僅增大了返工工作量，也給數字化管理平臺的安全運行帶來(lái)一定的威脅。
3）傳統接地方式對氣候和土壤濕度有要求。鍍鋅鋼材接地裝置，有施工過(guò)程簡(jiǎn)便，材料價(jià)格較低的優(yōu)點(diǎn)，其工作原理是通過(guò)接地引下線(xiàn)將雷電流或影響數字化數據傳輸的雜散電流引入接地極，接地極和土壤緊密接觸后，引入大地，然而，受敷設場(chǎng)地及埋設深度的影響，在干旱季節時(shí)經(jīng)常無(wú)法使接地電阻值滿(mǎn)足設計要求。
4）接地體材質(zhì)導電性能受影響較多�，F場(chǎng)監督檢查時(shí)發(fā)現多數鍍鋅材料的鍍鋅層因質(zhì)量不達標，或在施工過(guò)程中對鍍鋅層保護不好發(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返銹現象。接地裝置埋入地下后，隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，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(guò)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）傳統接地體使用壽命較短。經(jīng)過(guò)相關(guān)機構調查統計，金屬鍍鋅材料接地裝置，接地電阻保持在基本能滿(mǎn)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(cháng)時(shí)間滿(mǎn)足油氣田數字化工程對接地工程的要求。
3.2等離子接地方式
1）等離子接地極具有較強自我調節濕度的能力。等離子接地極，通過(guò)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，可自行調解離子生成含量及導體周?chē)臐穸�，使導體與大地緊密結合，通過(guò)土壤及空氣中的水分作用，不斷促進(jìn)導體外部緩釋降阻，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，有效地增強了電流的導通釋放能力。
2）等離子接地極具有高效降解性能。土壤電阻率過(guò)高的直接原因是因為缺乏自由離子的輔助導電作用。等離子接地極因它的高效降阻性能，可使整個(gè)接地網(wǎng)電阻降到規定范圍內。等離子接地極，通過(guò)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，可自行調解導體周?chē)臐穸�、離子生成含量，使導體與大地緊密結合。通過(guò)土壤及空氣中的水分作用，不斷促進(jìn)導體外部緩釋降阻，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，有效地增強了雷電導通釋放能力。
3）等離子接地極內部角質(zhì)化合物能形成理想、穩定的接地系統。等離子接地裝置導體內部的化合物，隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)逐步化合成膠質(zhì)透明狀態(tài)。利用膠質(zhì)化合物的導電性能，使整個(gè)接地系統能長(cháng)期處于離子交換的狀態(tài)中，從而構成了理想的電解離子接地系統。等離子接地系統安裝后，接地電阻會(huì )逐漸下降，半年至一年內達到穩定值，接地極導體內部的電離子化合物，能保持接地電阻值長(cháng)期穩定，緩釋過(guò)程最長(cháng)可達30年，能長(cháng)期滿(mǎn)足數字化工程的需要。
4結束語(yǔ)
在油、氣田數字化管理平臺不斷完善的過(guò)程中，采用新型等離子接地裝置，在很大程度上，延長(cháng)了接地系統的有效使用壽命，保持接地電阻值長(cháng)時(shí)間的在設計范圍內，確保數字化工程數據的安全可靠傳輸，同時(shí)降低了施工難度，減少了接地網(wǎng)絡(luò )的維護工作量。等離子接地極通過(guò)緩釋作用，形成了一個(gè)殼層內環(huán)境，通過(guò)內外環(huán)境融合逐漸向四周擴散，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，能夠滿(mǎn)足油、氣田數字化接地網(wǎng)絡(luò )的各項指標要求。
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