钻井噪声的现场实测与治理对策分析

  1 井场噪声的主要来源钻井作业时，一系列机械装置联动及电机组的工作会产生大量噪声。钻井噪声多为机械性噪声，并伴有电磁作用产生的电磁噪声、液体撞击产生的流体性噪声（多为气体冲击噪声，如气田钻井时测试放喷气），或者突发性的非稳态噪声（如各种冲击碰撞、快速放气阀产生的刺耳尖鸣等）。

 

  钻井井场的主要噪声设备包括动力驱动系统、提升系统、泥浆循环系统、旋转系统、传动系统等。

 

  （1）动力驱动系统主要是柴油机气缸内燃烧冲击压力作用在柴油机所致噪声、排气管快速气流流动噪声、水箱冷却风扇转动噪声。

 

  （2）提升系统主要是在进行起下钻、换钻头、送钻、下套管等作业时钻井绞车、游动滑车的运动引发的机械撞击噪声。

 

  （3）泥浆循环系统主要是泥浆泵动噪声、振动筛的振动噪声以及水龙头、水龙带、钻柱等振动噪声叠加。

 

  （4）旋转系统主要是转盘转动引起的机械噪声。

 

  （5）传动系统主要是传动链条、倒车机构等机械装置联动产生噪声。

 

  2 噪声的现场测量与分析根据 GB/T 21230-2007《工作环境中噪声暴露的测量与评价导则》、GB/T 3222-1994《环境噪声测量方法》和 GB/T 3222.1-2006《环境噪声的描述、测量与评价》等噪声的相关标准和规范，对胜利油田 21 支井队的现场噪声和设备噪声做了实地调查，并对噪声水平进行了现场实测。使用综合测定值来表示其 A 计权等效连续声级。所使用的测量仪器为 BSWA308I 型声级计，可以进行多参量同时测量。

 

  2.1 井场各区噪声监测和分析根据井场内主要噪声来源，进行了针对性的噪声测量，见表 1。对从业人员主要工作点石油与天然气化工进行了现场实测.

 

  场的噪声源多，并且分散分布，主要源自柴油发电机、泥浆泵、振动筛、钻机等机械设备，均值都在 90 dB 以上，并呈现出连续、稳态的特性。并呈点声源辐射影响周围。

 

  由表 2 可以看出，钻台、钻井泵、循环罐、机房作为井场内主要的工作点，噪声值较大，噪声值范围在 73.2～109.4 dB，平均值超过接触限值 85 dB，且变化幅度大，其中机房的噪声值最大，可达到 109.4 dB，钻井泵房的最大噪声值 97.3 dB，钻台噪声最大值 93.4 dB。

 

  由以上分析得出，井场各区噪声值均会超过《工业企业职工听力保护规范》中每工作日8 h 暴露于等效声级应小于 85 dB 的接触限值的要求，不仅会对作业工人的身心健康造成损害，还会影响周围环境。

 

  2.2 井场设备噪声监测和分析现场常用的柴油机配置是 3 台 PZ12V190（1020HP 或 1200HP）或 MB-820 型柴油机，配套冷却风扇、水箱、底座。柴油机内气缸燃烧的爆发冲击和压力变化引起的噪声、排气管向外辐射的噪声、水箱冷却风扇噪声构成了柴油机的主要噪声。在 3 台同时运转时，噪声达到 100 dB 以上。经监测[5]

 

  ，在钻进及起下钻的条件下，柴油机冷却风扇处噪声为 106 dB，气缸处噪声为 112 dB，排气管噪声为 120 dB。对两种类型柴油机的噪声频谱特性进行了调查实测，并得出了频谱图（见图 1）。

 

  从频谱分析来看，钻井作业时，柴油机噪声属于低频噪声，在 63～500 Hz 处有一峰值，石油与天然气化工之后随频率升高而减小。根据声音传播与频率关系，低频声具有波长较长，方向性弱，衰减时间长的特点。人耳所能感到的频率范围为 20～20 000 Hz 之间，语言频率<2 000 Hz。因此，柴油机噪声对人影响很大，需要对柴油机进行噪声控制。在同一频率下，PZ12V190 型柴油机与 MB-820 型相比，噪声值更高。

 

  图 1 两种柴油机的噪声频谱特性曲线Figure 1 Noise spectrum characteristic of two kinds of diesel常用的钻机有 ZJ32、ZJ40、ZJ45 等，针对不同钻井深度钻机的噪声水平做了实测（见图 2）。3 200 m 井深钻机钻台处噪声最大，超过 90 dB，其他深度钻机噪声值相差不大，随井深继续增加有逐渐下降趋势，并会趋于稳定，原因可能为随井深增加，钻柱长度增加，因地层作用引起的振动衰减严重，使地面振动变弱。如图 2 所示，在相同钻井深度下，使用同类钻机时，3 200 m 钻机噪声为 91.9 dB，高于 4 000 m 钻机的噪声 83.8dB。3 200 m 钻机会产生更高的噪声值，中深井钻进时钻井噪声问题将会更为严重。

 

  图 2 不同钻井深度下钻台处噪声的变化曲线Figure 2 curves of noise on drill floor under different drilling depth石油与天然气化工图 3 不同井队同类型钻机的噪声变化曲线Figure 3 curves of same type of rigs’noise in different well teams3 井场噪声治理对策分析针对井场内存在的高噪声问题已经影响到周围环境及工作人员正常的生产生活，建议采用以下降噪措施。

 

  （1） 对井场内部设备进行合理布局，有效利用距离衰减来降低噪声的影响。按照点声源衰减计算公式（1）：

 

  0 0L ( r ) = L ( r ) - 20lg( r / r )-A（1）式中， L(  r )、0L ( r )分别为距离点声源r 、0r 处的声压级，dB；A为空气吸收引起的衰减量，dB。

 

  假设空气吸收为 0，机房 1 m 处噪声为 109.4 dB。经过理论计算，为达到接触噪声限值85 dB，应使职工宿舍和值班房在机房排气管相反方向，两者相隔距离大于 16.6 m；若按照GB3096-2008《声环境质量标准》规定的 2 类声环境功能区（指以商业金融、集市贸易为主要功能，或者居住、商业、工业混杂，需要维护住宅安静的区域）昼间 60 dB，夜间 50 dB计算，两者相隔距离应大于 295 m。

 

  （2）优选使用网电钻井，既节能减排又降低噪声水平[6]

 

  ，对普通柴油机和网电钻井时噪声水平进行对比监测，如图 4 所示。使用网电技术能明显减小井场内噪声值，与柴油机动力相比，噪声值减少 10～30 dB。石油与天然气化工图 4 柴油机与网电产生的噪声对比图Figure 4 noise comparison between diesel engine and electrical noise（3） 如果使用发电机、柴油机、空气压缩机等，要安装隔声间或隔声罩，并在隔声间或隔声罩气流通道安装消声器，同时对设备基础配套减振设施；在柴油机排气管、空压机进风口等要加设消声器。经研究表明，对柴油机房进行改造后噪声降低 30 dB 左右[7]

 

  。

 

  （4） 假如井场处于居住区，要在场界四周安装隔声屏或吸隔声墙；对于有较大噪声水平的工作岗位，应对工作人员配戴耳塞、耳罩等隔声措施。

 

  4 结 论（1）井场的噪声源分散分布，均值大都在 90 dB 以上，连续、稳态，并辐射影响周围。

 

  钻台、机房等作为井场内工作点，噪声值变化范围在 73.2～109.4 dB，平均值超过接触限值85 dB，且变化幅度大，其中机房的噪声值最大，可达到 109.4 dB，钻井泵房的最大噪声值97.3 dB，钻台噪声最大值 93.4 dB。

 

  （2）柴油机噪声属于低频噪声，在 63～500 Hz 处有一峰值，随频率升高而减小。具有波长较长，方向性弱，衰减时间长的特点。3 200 m 井深钻机钻台处噪声最大，超过 90 dB，随井深继续增加有噪声值下降趋势，并会趋于稳定。与其他类钻机（主要指 4 000 m）相比较，3 200 m 钻机能产生更高的噪声值。

 

  （3）合理布置井场内设备，使用网电技术，对柴油机等设备设置隔声间或隔声罩，并在场界设置吸隔声墙，这些措施可以有效减少井场内噪声，并减轻噪声污染。