钻井施工硫化氢警示器的研制与应用
王洪臣 姚成龙 陈凯
摘 要：无色、易燃、急性剧毒的硫化氢气体是钻井施工过程中潜在的风险因素，给钻井施工作业带来了严重威胁，为减少和规避硫化氢在钻井施工作业过程中风险，除配备移动的和固定的检测、防护设备外，还必须配置标准要求的硫化氢警示器。本文按照国家标准和行业标准要求，对硫化氢环境钻井作业的警示器进行研究，对钻井施工硫化氢警示器进行了研制。
关键词：硫化氢；警示器；研制应用
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.066
1 研制硫化氢警示器的的背景及意义
（1）硫化氢是一种无机化合物，正常情况下是一种无色、易燃的酸性气体，浓度低时带恶臭；浓度高时反而没有气味。它能溶于水，是一种急性剧毒气体，吸入少量高浓度硫化氢可于短时间内致命，低浓度的硫化氢对眼、呼吸系统及中枢神经都有影响。我国陆上西南、西北油区及东部胜利油区都含硫化氢。为了消减硫化氢给钻井施工作业带来潜在的巨大的风险，不管是已知的或是未知的钻井施工作业，2005年5月1日实施的《含硫化氢油气井安全钻井推荐做法》（SY/T5087-2005）石油行业标准规定，对可能有硫化氫的作业井场应有明显、清晰的警示器，来杜绝或降低硫化氢环境作业者的风险。
（2）2017年8月1日实施的《硫化氢环境人身防护规范》（SY/T6277-2017）对2005年5月1日实施的《含硫化氢油气井安全钻井推荐做法》（SY/T5087-2005）石油行业标准做了修订，《硫化氢环境人身防护规范》（SY/T6277-2017）标准规定：（1）空气中硫化氢浓度小于阈限值[15mg/m3（10ppm）]时，白天挂标有硫化氢字样的绿牌、夜晚亮绿灯。（2）空气中硫化氢浓度超过阈限值[15mg/m3（10ppm）]且小于安全临界浓度[30mg/m3（20ppm）]时，白天挂标有硫化氢字样的黄牌、夜晚亮黄灯。（3）空气中硫化氢浓度超过临界浓度[30mg/m3（20ppm）]且小于危险临界浓度[150mg/m3（100ppm）]时，白天挂标有硫化氢字样的红牌、夜晚亮红灯。（4）空气中硫化氢浓度超过临界浓度[150mg/m3（100ppm）]时，白天挂标有硫化氢字样的蓝牌、夜晚亮蓝灯要求的警示器。
（3）按照《图形符号 安全色和安全器 第一部分：安全器和安全标记的设计原则》（GB/T2893.1-2003）国家标准规定和《硫化氢环境人身防护规范》（SY/T6277-2017）石油行业标准规定硫化氢警示器属于安全状况器，胜利工程公司所属143支在运行的钻井队的硫化氢警示器各型各异，有的沿用旧标准三种颜色、长条形式设置，有的使用圆形三种颜色设置，各种硫化氢限值的显示需要进行张贴，无法准确的显示钻井现场实施硫化氢环境限值，既不符合标准规定的形状要求，也不符合新标准要求。
（4）通过调查发现目前全国各个油田钻井现场使用的硫化氢警示器也是三种颜色、多种形状，不符合《图形符号 安全色和安全器 第一部分：安全器和安全标记的设计原则》（GB/T2893.1-2003）国家标准规定的安全状况器和《硫化氢环境人身防护规范》（SY/T6277-2017）石油行业标准规定硫化氢警示器。
2 硫化氢警示器的结构设计
硫化氢警示器必须满足《图形符号 安全色和安全器 第一部分：安全器和安全标记的设计原则》（GB/T2893.1-2003）国家标准规定和《硫化氢环境人身防护规范》（SY/T6277-2017）石油行业标准规定硫化氢警示器设计要求
（1）符合《图形符号 安全色和安全器 第一部分：安全器和安全标记的设计原则》（GB/T2893.1-2003）国家标准规定的安全状况器和《硫化氢环境人身防护规范》（SY/T6277-2017）石油行业标准规定硫化氢警示器，包括：支架、警示牌、警示灯、遥控器四大部分。
（2）能够清晰、醒目的全天候传递硫化氢状况信息。
（3）防爆、安全、耐用，适应频繁搬迁的作业环境。
3 硫化氢警示器的结构和工作原理
（1）硫化氢警示器的结构，支架。由于钻井施工作业流动性较强，频繁进行搬迁，野外井场放置，以稳固性和耐用性为主，以方便移动和放置后稳固为第一要素。圆钢单立柱伸缩支架、圆钢双立柱伸缩支架虽然重量轻、成本较低，但是需要进行埋设和加装一定重量的底盘。虽然圆钢（管）三叉伸缩支架重量上多一些，成本相对来说较高，但是，方便移动和放置后稳固上有较大优势，不需要埋设和加装一定重量的底盘，选择圆钢（管）三叉伸缩支架。
（2）硫化氢警示器的结构，电源。如果长期使用220V交流电源，按照规定需要进行架设，离地面至少2.5米，这样就增加了施工的工作量，既浪费人力又浪费物力。220V交流电源不是安全电压，存在较大的安全隐患，易发生触电的危险，一旦遇到井喷等紧急情况需要切断引起燃爆的电源，硫化氢警示器夜间就无法正常显示。根据我们的资源调查，虽然可充电电源容量较小，但完全能满足该装置设计的功率及使用时间要求，且成本较低，根据上述分析，选取可充电电源装置作为该工具的供电电源。
（3）硫化氢警示器的结构，灯具。通过调查分析，由于白炽灯和日光灯不能通过电路控制色彩，需要在灯罩或灯的外部涂抹色彩层，需要四种灯源，结构复杂，色彩差，亮度差，易损毁。故采用直流驱动的超低功耗器件，抗震、耐冲击、无热辐射、安全、稳定、可靠，无需考虑散热，灯体灵巧，安装简便的15CM遥控全彩LED灯盘。它功耗和维护费用较低，寿命长，性能稳定，环境要求不高，10年更换一次的LED灯，既省电又可避免频繁换灯之苦。
（4）硫化氢警示器的结构，警示牌。为保证器牌的使用强度，并且降低研制成本，采用铝合金板材，按照《安全器及其使用导则》（GB2894-2008）国家标准，器牌的外层涂抹四色磷光材料或粘贴反光面纸，形状为长方形，长*宽400mm。采用铝合金板材既减轻装置重量，又满足了器的使用要求。
（5）硫化氢警示器工作原理。
1）将支架移动至钻井井场大门前面，伸开支架，白天根据钻井施工硫化氢空气中的浓度含量选取四色中的一种颜色面板，将面板放置在最外面。a.空气中硫化氢浓度小于阈限值[15mg/m3（10ppm）]时，白天挂标有硫化氢字样的绿牌。b.空气中硫化氢浓度超过阈限值[15mg/m3（10ppm）]且小于安全临界浓度[30mg/m3（20ppm）]时，白天挂标有硫化氢字样的黄牌。c.空气中硫化氢浓度超过临界浓度[30mg/m3（20ppm）]且小于危险临界浓度[150mg/m3（100ppm）]时，白天挂标有硫化氢字样的红牌。d.空气中硫化氢浓度超过临界浓度[150mg/m3（100ppm）]时，白天挂标有硫化氢字样的蓝牌。
2）将支架移动至钻井井场大门前面，伸开支架，夜晚根据钻井施工硫化氢空气中的浓度含量，打开电源开关，操作遥控器，选取四色中的一种颜色按钮。a.空气中硫化氢浓度小于阈限值[15mg/m3（10ppm）]时，夜晚亮绿灯。b.空气中硫化氢浓度超过阈限值[15mg/m3（10ppm）]且小于安全临界浓度[30mg/m3（20ppm）]时，夜晚亮黄灯。c.空气中硫化氢浓度超过临界浓度[30mg/m3（20ppm）]且小于危险临界浓度[150mg/m3（100ppm）]时，夜晚亮红灯。d.空气中硫化氢浓度超过临界浓度[150mg/m3（100ppm）]时，夜晚亮蓝灯。
4 硫化氢警示器的主要参数
支架高度1500～2000mm可调；
支腿最大直径1400mm；
电源：额定容量5000mAh；
电压：输入电压4.5V；
输出电压5V；
光源额定功率：4W；
光源色：LED全彩；
續航时间：大于24h；
充电时间：3h。
5 应用效果
通过钻井队现场的应用，达到了预期效果。白天能够清晰的看到硫化氢环境显示的安全状态，四色警示板方便更换。通过遥控器控制四色的变化，夜间通过灯光能够清晰的看到硫化氢环境显示的安全状态。支架稳固牢靠，适宜钻井现场地面环境，移动方便，拆卸收取方便。符合《硫化氢环境人身防护规范》（SY/T6277-2017）石油行业标准规定的硫化氢警示器规定。
6 结论
经过对硫化氢警示器的实验与应用，不断地进行反馈与改进，实现了白天20m清晰显示四色器，夜间四色灯光显示。该装置使用后，作业员工科全天候、清晰的观察到硫化氢环境状态，提升了高处作业人员的安全性，提高了硫化氢环境作业现场标准化。具有广泛的推广和应用价值。
参考文献：
[1]GB2894-2008.安全器及其使用导则[S].2008.
[2]GB/T2893.1-2003.图形符号安全色和安全器 第一部分：安全器和安全标记的设计原则[S].2003.
[3]SY/T6277-2017.硫化氢环境人身防护规范[S].2017.
作者简介：王洪臣（1963-），男，山东东营人，本科，石油钻井高级技师，主要从事钻井现场QHSE管理工作。
