張維仕　黃 鼎　劉洪強　栗亞寧　徐冬華　劉斌彥

中國石油大學(華東)石油工程學院

鉆井噪聲的現(xiàn)場實測與治理對策分析

張維仕黃 鼎劉洪強栗亞寧徐冬華劉斌彥

中國石油大學(華東)石油工程學院

摘要鉆井噪聲對工作人員健康和生活具有不良影響。通過對勝利油田21支井隊鉆井設(shè)備噪聲現(xiàn)場實測與分析發(fā)現(xiàn)，井場噪聲源分散分布，噪聲值連續(xù)變化范圍在73.2～109.4 dB，機房的噪聲值最大，可達到109.4 dB，鉆井泵房的最大噪聲值97.3 dB，鉆臺處噪聲最大值93.4 dB；3 200 m井深鉆機鉆臺處噪聲最大，超過90 dB，隨井深增加噪聲值下降，并會趨于穩(wěn)定。通過合理規(guī)劃井場布局、優(yōu)選采用網(wǎng)電鉆井技術(shù)、在主要設(shè)備及井場周圍安裝隔聲板等措施可以減少鉆井噪聲。

關(guān)鍵詞鉆井實測噪聲特性噪聲治理噪聲

石油鉆井是露天、流動、短時性作業(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)保意識的加強，國家噪聲法律法規(guī)、相關(guān)標準的逐步出臺和不斷完善，以及噪聲污染帶給人的問題日益凸顯，石油鉆井作業(yè)產(chǎn)生的噪聲日漸受到業(yè)內(nèi)重視[1]。鉆井噪聲不僅會對環(huán)境造成影響[2-3]，而且還會影響工作人員及附近居民的身心健康與生產(chǎn)生活[4]。

1井場噪聲的主要來源

鉆井作業(yè)時，一系列機械裝置聯(lián)動及電機組的工作會產(chǎn)生大量噪聲。鉆井噪聲多為機械性噪聲，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，如氣田鉆井時測試放噴氣)，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)。

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

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

(2) 提升系統(tǒng)主要是在進行起下鉆、換鉆頭、送鉆、下套管等作業(yè)時鉆井絞車、游動滑車的運動引發(fā)的機械撞擊噪聲。

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

(4) 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要是轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動引起的機械噪聲。

(5) 傳動系統(tǒng)主要是傳動鏈條、倒車機構(gòu)等機械裝置聯(lián)動產(chǎn)生噪聲。

2噪聲的現(xiàn)場測量與分析

根據(jù)GB/T 21230-2007《工作環(huán)境中噪聲暴露的測量與評價導則》和GB/T 3222.1-2006《聲學 環(huán)境噪聲的描述、測量與評價 第1部分：基本參量與評價方法》等噪聲的相關(guān)標準和規(guī)范，對勝利油田21支井隊的現(xiàn)場噪聲和設(shè)備噪聲做了實地調(diào)查，并對噪聲水平進行了現(xiàn)場實測。使用綜合測定值來表示其A計權(quán)等效連續(xù)聲級。所使用的測量儀器為BSWA308 I型聲級計，可以進行多參量同時測量。

2.1井場各區(qū)噪聲監(jiān)測和分析

根據(jù)井場內(nèi)主要噪聲來源，進行了針對性的噪聲測量，見表1。對從業(yè)人員主要工作點進行了現(xiàn)場實測，見表2。

表1 井場主要設(shè)備噪聲特性Table1 Noisecharacteristicsofmainequipmentsinwellsite噪聲來源數(shù)量/臺單臺噪聲強度/dB噪聲特性屬性備注柴油發(fā)電機3105~110機械連續(xù)、穩(wěn)態(tài)點聲源鉆機設(shè)備190~98機械連續(xù)、穩(wěn)態(tài)點聲源泥漿泵296~105機械、液動連續(xù)、穩(wěn)態(tài)點聲源振動篩290~95機械、電磁連續(xù)、穩(wěn)態(tài)點聲源

由表1可知，井場的噪聲源多，并且分散分布，主要源自柴油發(fā)電機、泥漿泵、振動篩、鉆機等機械設(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，其呈點聲源輻射影響周圍。

表2 勝利油田21支井隊噪聲監(jiān)測表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機房101.490.4109.491.073.2102.085

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

由以上分析得出，井場各區(qū)噪聲值均會超過《工業(yè)企業(yè)職工聽力保護規(guī)范》中每工作日8 h暴露于等效聲級應(yīng)小于85 dB的接觸限值的要求，不僅會對作業(yè)工人的身心健康造成損害，還會影響周圍環(huán)境。

2.2井場設(shè)備噪聲監(jiān)測和分析

現(xiàn)場常用的柴油機配置是3臺PZ12V190(1 020 HP或1 200 HP)或MB-820型柴油機，配套冷卻風扇、水箱、底座。柴油機內(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、水箱冷卻風扇噪聲構(gòu)成了柴油機的主要噪聲。當3臺柴油機同時運轉(zhuǎn)時，噪聲達到100 dB以上。

經(jīng)監(jiān)測[5]，在鉆進及起下鉆的條件下，柴油機冷卻風扇處噪聲為106 dB，氣缸處噪聲為112 dB，排氣管噪聲為120 dB。對兩種類型柴油機的噪聲頻譜特性進行了調(diào)查實測，得出頻譜圖(見圖1)。

從頻譜分析來看，鉆井作業(yè)時，柴油機噪聲屬于低頻噪聲，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，低頻聲具有波長較長，方向性弱，衰減時間長的特點。人耳所能感到的頻率范圍為20～20 000 Hz之間，語言頻率<2 000 Hz。因此，柴油機噪聲對人影響很大，需要對柴油機進行噪聲控制。在同一頻率下，PZ12V190型柴油機與MB-820型相比，噪聲值更高。

常用的鉆機有ZJ32、ZJ40、ZJ45等，針對不同鉆井

深度鉆機的噪聲水平做了實測(見圖2)。3 200 m井深鉆機鉆臺處噪聲最大，超過90 dB，其他深度鉆機噪聲值相差不大，隨井深繼續(xù)增加有逐漸下降趨勢，并會趨于穩(wěn)定。原因可能為隨井深增加，鉆柱長度增加，因地層作用引起的振動衰減嚴重，使地面振動變?nèi)?。如圖3所示，在相同鉆井深度下，使用同類鉆機時，3 200 m鉆機噪聲為91.9 dB，高于4 000 m鉆機的噪聲83.8 dB。3 200 m鉆機會產(chǎn)生更高的噪聲值，中深井鉆進時鉆井噪聲問題將會更為嚴重。

3井場噪聲治理對策分析

針對井場內(nèi)存在的高噪聲已經(jīng)影響到周圍環(huán)境及工作人員正常的生產(chǎn)生活問題，建議采用以下降噪措施。

(1) 對井場內(nèi)部設(shè)備進行合理布局，有效利用距離衰減來降低噪聲的影響。按照點聲源衰減計算公式(1)：

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

(1)

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

假設(shè)空氣吸收為0，機房1 m處噪聲為109.4 dB。經(jīng)過理論計算，為達到接觸噪聲限值85 dB，應(yīng)使職工宿舍和值班房在機房排氣管相反方向，兩者相隔距離大于16.6 m；若按照GB 3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標準》規(guī)定的2類聲環(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，需要維護住宅安靜的區(qū)域)晝間60 dB，夜間50 dB計算，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]。對普通柴油機和網(wǎng)電鉆井噪聲水平進行對比監(jiān)測，如圖4所示。使用網(wǎng)電技術(shù)能明顯減小井場內(nèi)噪聲值，與柴油機動力相比，噪聲值減少10～30 dB。

(3) 如果使用發(fā)電機、柴油機、空氣壓縮機等，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，同時對設(shè)備基礎(chǔ)配套減振設(shè)施；在柴油機排氣管、空壓機進風口等要加設(shè)消聲器。經(jīng)研究表明，對柴油機房進行改造后，噪聲降低30 dB左右[7]。

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

4結(jié) 論

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

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

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

參 考 文 獻

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[4] 李西安. 井場噪聲的危害與防治[J]. 油氣田環(huán)境保護, 1993, 3(3): 29-31.

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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：鐘國利

中圖分類號：X707

文獻標志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2015.02.024

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

基金項目：大學生自主創(chuàng)新科研計劃項目 “石油鉆井井場噪聲的特性及防治方法研究”。