張維仕　黃 鼎　劉洪強(qiáng)　栗亞寧　徐冬華　劉斌彥

中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院

鉆井噪聲的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與治理對(duì)策分析

張維仕黃 鼎劉洪強(qiáng)栗亞寧徐冬華劉斌彥

中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院

摘要鉆井噪聲對(duì)工作人員健康和生活具有不良影響。通過(guò)對(duì)勝利油田21支井隊(duì)鉆井設(shè)備噪聲現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與分析發(fā)現(xiàn)，井場(chǎng)噪聲源分散分布，噪聲值連續(xù)變化范圍在73.2～109.4 dB，機(jī)房的噪聲值最大，可達(dá)到109.4 dB，鉆井泵房的最大噪聲值97.3 dB，鉆臺(tái)處噪聲最大值93.4 dB；3 200 m井深鉆機(jī)鉆臺(tái)處噪聲最大，超過(guò)90 dB，隨井深增加噪聲值下降，并會(huì)趨于穩(wěn)定。通過(guò)合理規(guī)劃井場(chǎng)布局、優(yōu)選采用網(wǎng)電鉆井技術(shù)、在主要設(shè)備及井場(chǎng)周?chē)惭b隔聲板等措施可以減少鉆井噪聲。

關(guān)鍵詞鉆井實(shí)測(cè)噪聲特性噪聲治理噪聲

石油鉆井是露天、流動(dòng)、短時(shí)性作業(yè)。因此，最初由鉆井作業(yè)引起的噪聲并不被關(guān)注。隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，國(guó)家噪聲法律法規(guī)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的逐步出臺(tái)和不斷完善，以及噪聲污染帶給人的問(wèn)題日益凸顯，石油鉆井作業(yè)產(chǎn)生的噪聲日漸受到業(yè)內(nèi)重視[1]。鉆井噪聲不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響[2-3]，而且還會(huì)影響工作人員及附近居民的身心健康與生產(chǎn)生活[4]。

1井場(chǎng)噪聲的主要來(lái)源

鉆井作業(yè)時(shí)，一系列機(jī)械裝置聯(lián)動(dòng)及電機(jī)組的工作會(huì)產(chǎn)生大量噪聲。鉆井噪聲多為機(jī)械性噪聲，并伴有電磁作用產(chǎn)生的電磁噪聲、液體撞擊產(chǎn)生的流體性噪聲(多為氣體沖擊噪聲，如氣田鉆井時(shí)測(cè)試放噴氣)，或者突發(fā)性的非穩(wěn)態(tài)噪聲(如各種沖擊碰撞、快速放氣閥產(chǎn)生的刺耳尖鳴等)。

鉆井井場(chǎng)的主要噪聲設(shè)備包括動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)等。

(1) 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是柴油機(jī)氣缸內(nèi)燃燒沖擊壓力作用在柴油機(jī)所致噪聲、排氣管快速氣流流動(dòng)噪聲、水箱冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)噪聲。

(2) 提升系統(tǒng)主要是在進(jìn)行起下鉆、換鉆頭、送鉆、下套管等作業(yè)時(shí)鉆井絞車(chē)、游動(dòng)滑車(chē)的運(yùn)動(dòng)引發(fā)的機(jī)械撞擊噪聲。

(3) 泥漿循環(huán)系統(tǒng)主要是泥漿泵動(dòng)噪聲、振動(dòng)篩的振動(dòng)噪聲以及水龍頭、水龍帶、鉆柱等振動(dòng)噪聲疊加。

(4) 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要是轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)引起的機(jī)械噪聲。

(5) 傳動(dòng)系統(tǒng)主要是傳動(dòng)鏈條、倒車(chē)機(jī)構(gòu)等機(jī)械裝置聯(lián)動(dòng)產(chǎn)生噪聲。

2噪聲的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與分析

根據(jù)GB/T 21230-2007《工作環(huán)境中噪聲暴露的測(cè)量與評(píng)價(jià)導(dǎo)則》和GB/T 3222.1-2006《聲學(xué) 環(huán)境噪聲的描述、測(cè)量與評(píng)價(jià) 第1部分：基本參量與評(píng)價(jià)方法》等噪聲的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對(duì)勝利油田21支井隊(duì)的現(xiàn)場(chǎng)噪聲和設(shè)備噪聲做了實(shí)地調(diào)查，并對(duì)噪聲水平進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。使用綜合測(cè)定值來(lái)表示其A計(jì)權(quán)等效連續(xù)聲級(jí)。所使用的測(cè)量?jī)x器為BSWA308 I型聲級(jí)計(jì)，可以進(jìn)行多參量同時(shí)測(cè)量。

2.1井場(chǎng)各區(qū)噪聲監(jiān)測(cè)和分析

根據(jù)井場(chǎng)內(nèi)主要噪聲來(lái)源，進(jìn)行了針對(duì)性的噪聲測(cè)量，見(jiàn)表1。對(duì)從業(yè)人員主要工作點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，見(jiàn)表2。

表1 井場(chǎng)主要設(shè)備噪聲特性Table1 Noisecharacteristicsofmainequipmentsinwellsite噪聲來(lái)源數(shù)量/臺(tái)單臺(tái)噪聲強(qiáng)度/dB噪聲特性屬性備注柴油發(fā)電機(jī)3105~110機(jī)械連續(xù)、穩(wěn)態(tài)點(diǎn)聲源鉆機(jī)設(shè)備190~98機(jī)械連續(xù)、穩(wěn)態(tài)點(diǎn)聲源泥漿泵296~105機(jī)械、液動(dòng)連續(xù)、穩(wěn)態(tài)點(diǎn)聲源振動(dòng)篩290~95機(jī)械、電磁連續(xù)、穩(wěn)態(tài)點(diǎn)聲源

由表1可知，井場(chǎng)的噪聲源多，并且分散分布，主要源自柴油發(fā)電機(jī)、泥漿泵、振動(dòng)篩、鉆機(jī)等機(jī)械設(shè)備，均值都在90 dB以上，并呈現(xiàn)出連續(xù)、穩(wěn)態(tài)的特性，其呈點(diǎn)聲源輻射影響周?chē)?/p>

表2 勝利油田21支井隊(duì)噪聲監(jiān)測(cè)表Table2 Noisemonitoringtableof21wellsiteinShengliOilfield位置噪聲/dB2012年2014年平均值最小值最大值平均值最小值最大值接觸限值鉆臺(tái)83.776.390.085.075.693.485司鉆操作77.268.588.579.068.988.185鉆井泵房89.883.697.386.777.990.485循環(huán)罐88.082.391.583.475.993.985機(jī)房101.490.4109.491.073.2102.085

由表2可以看出，鉆臺(tái)、鉆井泵、循環(huán)罐、機(jī)房作為井場(chǎng)內(nèi)主要的工作點(diǎn)，噪聲值較大，噪聲值范圍為73.2～109.4 dB，平均值超過(guò)接觸限值85 dB，且變化幅度大，其中機(jī)房的噪聲值最大可達(dá)到109.4 dB，鉆井泵房的最大噪聲值97.3 dB，鉆臺(tái)噪聲最大值93.4 dB。

由以上分析得出，井場(chǎng)各區(qū)噪聲值均會(huì)超過(guò)《工業(yè)企業(yè)職工聽(tīng)力保護(hù)規(guī)范》中每工作日8 h暴露于等效聲級(jí)應(yīng)小于85 dB的接觸限值的要求，不僅會(huì)對(duì)作業(yè)工人的身心健康造成損害，還會(huì)影響周?chē)h(huán)境。

2.2井場(chǎng)設(shè)備噪聲監(jiān)測(cè)和分析

現(xiàn)場(chǎng)常用的柴油機(jī)配置是3臺(tái)PZ12V190(1 020 HP或1 200 HP)或MB-820型柴油機(jī)，配套冷卻風(fēng)扇、水箱、底座。柴油機(jī)內(nèi)氣缸燃燒的爆發(fā)沖擊、壓力變化引起的噪聲、排氣管向外輻射的噪聲、水箱冷卻風(fēng)扇噪聲構(gòu)成了柴油機(jī)的主要噪聲。當(dāng)3臺(tái)柴油機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，噪聲達(dá)到100 dB以上。

經(jīng)監(jiān)測(cè)[5]，在鉆進(jìn)及起下鉆的條件下，柴油機(jī)冷卻風(fēng)扇處噪聲為106 dB，氣缸處噪聲為112 dB，排氣管噪聲為120 dB。對(duì)兩種類(lèi)型柴油機(jī)的噪聲頻譜特性進(jìn)行了調(diào)查實(shí)測(cè)，得出頻譜圖(見(jiàn)圖1)。

從頻譜分析來(lái)看，鉆井作業(yè)時(shí)，柴油機(jī)噪聲屬于低頻噪聲，在63～500 Hz處有一峰值，之后隨頻率升高而減小。根據(jù)聲音傳播與頻率關(guān)系，低頻聲具有波長(zhǎng)較長(zhǎng)，方向性弱，衰減時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。人耳所能感到的頻率范圍為20～20 000 Hz之間，語(yǔ)言頻率<2 000 Hz。因此，柴油機(jī)噪聲對(duì)人影響很大，需要對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行噪聲控制。在同一頻率下，PZ12V190型柴油機(jī)與MB-820型相比，噪聲值更高。

常用的鉆機(jī)有ZJ32、ZJ40、ZJ45等，針對(duì)不同鉆井

深度鉆機(jī)的噪聲水平做了實(shí)測(cè)(見(jiàn)圖2)。3 200 m井深鉆機(jī)鉆臺(tái)處噪聲最大，超過(guò)90 dB，其他深度鉆機(jī)噪聲值相差不大，隨井深繼續(xù)增加有逐漸下降趨勢(shì)，并會(huì)趨于穩(wěn)定。原因可能為隨井深增加，鉆柱長(zhǎng)度增加，因地層作用引起的振動(dòng)衰減嚴(yán)重，使地面振動(dòng)變?nèi)酢Ｈ鐖D3所示，在相同鉆井深度下，使用同類(lèi)鉆機(jī)時(shí)，3 200 m鉆機(jī)噪聲為91.9 dB，高于4 000 m鉆機(jī)的噪聲83.8 dB。3 200 m鉆機(jī)會(huì)產(chǎn)生更高的噪聲值，中深井鉆進(jìn)時(shí)鉆井噪聲問(wèn)題將會(huì)更為嚴(yán)重。

3井場(chǎng)噪聲治理對(duì)策分析

針對(duì)井場(chǎng)內(nèi)存在的高噪聲已經(jīng)影響到周?chē)h(huán)境及工作人員正常的生產(chǎn)生活問(wèn)題，建議采用以下降噪措施。

(1) 對(duì)井場(chǎng)內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行合理布局，有效利用距離衰減來(lái)降低噪聲的影響。按照點(diǎn)聲源衰減計(jì)算公式(1)：

L(r)=L(r0)-20 lg(r/r0)-A

(1)

式中，L(r)、L(r0)分別為距離點(diǎn)聲源r、r0處的聲壓級(jí)，dB；A為空氣吸收引起的衰減量，dB。

假設(shè)空氣吸收為0，機(jī)房1 m處噪聲為109.4 dB。經(jīng)過(guò)理論計(jì)算，為達(dá)到接觸噪聲限值85 dB，應(yīng)使職工宿舍和值班房在機(jī)房排氣管相反方向，兩者相隔距離大于16.6 m；若按照GB 3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的2類(lèi)聲環(huán)境功能區(qū)(指以商業(yè)金融、集市貿(mào)易為主要功能，或者居住、商業(yè)、工業(yè)混雜，需要維護(hù)住宅安靜的區(qū)域)晝間60 dB，夜間50 dB計(jì)算，兩者相隔距離應(yīng)大于295 m。

(2) 優(yōu)選使用網(wǎng)電鉆井，既節(jié)能減排又降低噪聲水平[6]。對(duì)普通柴油機(jī)和網(wǎng)電鉆井噪聲水平進(jìn)行對(duì)比監(jiān)測(cè)，如圖4所示。使用網(wǎng)電技術(shù)能明顯減小井場(chǎng)內(nèi)噪聲值，與柴油機(jī)動(dòng)力相比，噪聲值減少10～30 dB。

(3) 如果使用發(fā)電機(jī)、柴油機(jī)、空氣壓縮機(jī)等，要安裝隔聲間或隔聲罩，并在隔聲間或隔聲罩氣流通道安裝消聲器，同時(shí)對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)配套減振設(shè)施；在柴油機(jī)排氣管、空壓機(jī)進(jìn)風(fēng)口等要加設(shè)消聲器。經(jīng)研究表明，對(duì)柴油機(jī)房進(jìn)行改造后，噪聲降低30 dB左右[7]。

(4) 假如井場(chǎng)處于居住區(qū)，要在場(chǎng)界四周安裝隔聲屏或吸隔聲墻；對(duì)于有較大噪聲水平的工作崗位，應(yīng)為工作人員配備耳塞、耳罩等隔聲防護(hù)用品。

4結(jié) 論

(1) 井場(chǎng)的噪聲源分散分布，均值大都在90 dB以上，連續(xù)、穩(wěn)態(tài)并輻射影響周?chē)?。鉆臺(tái)、機(jī)房等作為井場(chǎng)內(nèi)工作點(diǎn)，噪聲值變化范圍在73.2～109.4 dB，平均值超過(guò)接觸限值85 dB，且變化幅度大，其中機(jī)房的噪聲值最大，可達(dá)到109.4 dB，鉆井泵房的最大噪聲值97.3 dB，鉆臺(tái)噪聲最大值93.4 dB。

(2) 柴油機(jī)噪聲屬于低頻噪聲，在63～500 Hz處有一峰值，隨頻率升高而減小。具有波長(zhǎng)較長(zhǎng)，方向性弱，衰減時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。3 200 m井深鉆機(jī)鉆臺(tái)處噪聲最大，超過(guò)90 dB，隨井深繼續(xù)增加有噪聲值下降趨勢(shì)，并會(huì)趨于穩(wěn)定。與其他類(lèi)鉆機(jī)(主要指4 000 m)相比較，3 200 m鉆機(jī)能產(chǎn)生更高的噪聲值。

(3) 合理布置井場(chǎng)內(nèi)設(shè)備，使用網(wǎng)電技術(shù)，對(duì)柴油機(jī)等設(shè)備設(shè)置隔聲間或隔聲罩，并在場(chǎng)界設(shè)置吸隔聲墻，這些措施可有效減少井場(chǎng)內(nèi)噪聲，減輕噪聲污染。

參 考 文 獻(xiàn)

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Field test and countermeasures analysis of drilling noise

Zhang Weishi, Huang Ding, Liu Hongqiang, Li Yaning, Xu Donghua, Liu Binyan

(SchoolofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum(EastChina),Qingdao266580，China)

Abstract:Drilling noise has a bad impact on health and life of staff. Through field testing and analyzing drilling equipment noise in 21 drilling well site in Shengli Oilfield, it is found that noise source in the well site distributes scatteredly. The value of drilling noise constantly ranges from 73.2 dB to 109.4 dB, the largest noise of engine room can achieve 109.4 dB, the maximum noise value of drilling pumping room is 97.3 dB, and the noise at drilling floor can reach 93.4 dB. The rig with 3 200 m drilling depth can produce the highest noise, which exceeds 90 dB, and the noise will decrease with the increase of depth, then tend to stabilize at last. For the purpose of reducing noise, well site layout can be arranged reasonably, electrical power drilling technique and install insulation board around the main equipment and well site can be taken use of preferably.

Key words:drilling, field test, noise character, noise control, noise

收稿日期：2014-07-25；編輯：鐘國(guó)利

中圖分類(lèi)號(hào)：X707

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2015.02.024

作者簡(jiǎn)介：張維仕(1990-)，男，中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院在讀碩士研究生，主要從事鉆井平臺(tái)振動(dòng)與噪聲方面的科研工作。E-mail:jangwish@sina.com

基金項(xiàng)目：大學(xué)生自主創(chuàng)新科研計(jì)劃項(xiàng)目 “石油鉆井井場(chǎng)噪聲的特性及防治方法研究”。