自升式鉆井平臺(tái)泥漿處理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

婁春景，于海洋，郭平勇

（上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

0 引 言

自升式鉆井平臺(tái)[1]具有操作靈活、適應(yīng)水域廣、自存能力強(qiáng)和可重復(fù)使用等特點(diǎn)，在淺海油氣勘探開(kāi)發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)鉆井系統(tǒng)是鉆井平臺(tái)的核心，鉆井系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)劣，直接決定著鉆井平臺(tái)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

以JU2000-E型自升式鉆井平臺(tái)為研究載體，提出泥漿處理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)理念及具體方案。對(duì)減少現(xiàn)場(chǎng)施工更改，節(jié)省施工成本，優(yōu)化系統(tǒng)性能，為后續(xù)平臺(tái)泥漿處理系統(tǒng)的優(yōu)化，提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 泥漿處理系統(tǒng)

1.1 泥漿處理系統(tǒng)的作用及優(yōu)化

泥漿處理系統(tǒng)是各類(lèi)鉆井平臺(tái)鉆井作業(yè)的重要支持系統(tǒng)。泥漿即鉆井液，具有冷卻鉆頭，加固及穩(wěn)定井壁，平衡底層壓力及沖洗巖屑等功能。泥漿又分為油基泥漿和水基泥漿。水基泥漿，通常指用海水、淡水、化學(xué)鹽水調(diào)配的泥漿。油基泥漿，通常指用基油，柴油，瀝青，礦物油調(diào)配的泥漿。在不同的巖層、地域，根據(jù)鉆井穿透速率的不同，選擇不同類(lèi)型的鉆井泥漿。泥漿是液體、固體和化學(xué)處理劑的混合物。泥漿中的固體顆粒分為有用固相和有害固相。泥漿處理設(shè)備、泥漿處理池、泥漿槽等通過(guò)管線及閥門(mén)進(jìn)行有序連接構(gòu)成泥漿處理系統(tǒng)。泥漿處理系統(tǒng)的作用可以概括為：回收、利用有用固相，排除鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的有害固相和有害氣體。

泥漿處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決定著鉆井平臺(tái)處理、回收鉆井液的能力、對(duì)鉆井平臺(tái)的性能評(píng)價(jià)具有決定性意義?；诖耍瑬|對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)極為重視，常要求船廠對(duì)泥漿處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化，甚至在系統(tǒng)安裝完畢后，若調(diào)試效果不理想，仍要求船廠對(duì)泥漿處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。

1.2 泥漿材料

泥漿的配漿原材料中包括粘土類(lèi)（膨潤(rùn)土等），加重物料（重晶石粉、石灰石粉、鐵礦石粉等），無(wú)機(jī)處理劑，有機(jī)處理劑等，而從井底返流的泥漿中不僅包括粘土類(lèi)、加重材料等，還包括鉆屑、劣質(zhì)土、砂粒等固相物料。泥漿處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷，將會(huì)產(chǎn)生泥漿局部積聚，阻塞處理系統(tǒng)等情況。

1.3 泥漿處理系統(tǒng)流程

隨著船東對(duì)鉆井平臺(tái)高性能的追逐，鉆井液固相控制設(shè)備也逐漸增多，設(shè)備性能要求也逐漸提高。自升式鉆井平臺(tái)的泥漿處理設(shè)備一般包括：刮泥器、振動(dòng)篩、除砂和除泥器、離心機(jī)、除氣器、輔助泵等。分級(jí)清除鉆屑是泥漿處理系統(tǒng)設(shè)備體系的基本工作流程（見(jiàn)圖1）。

井口返流的泥漿流回刮泥器，刮泥器對(duì)返流回的泥漿進(jìn)行初步處理后，將泥漿輸送至分配器，再由分配器根據(jù)工況將泥漿分配到幾個(gè)振動(dòng)篩進(jìn)行處理，處理后的泥漿再經(jīng)過(guò)五級(jí)泥漿處理池、除氣器等設(shè)備進(jìn)行處理。泥漿處理流程期間，有害固相被逐級(jí)剔除并通過(guò)螺旋輸送器或排篩槽等排出。

圖1 泥漿處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化流程

2 泥漿處理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[2]

2.1 泥漿處理池結(jié)構(gòu)調(diào)整

泥漿處理池是泥漿處理系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)，對(duì)其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化有利于設(shè)備布置，管系放樣，節(jié)省設(shè)計(jì)及建造成本。由圖2可知，其結(jié)構(gòu)采用較多的支撐，底部結(jié)構(gòu)向右舷傾斜，造成泥漿處理間空間相當(dāng)緊張，不利于設(shè)備、管線、電纜等布置。

圖2 初始泥漿處理池結(jié)構(gòu)

1) 優(yōu)化點(diǎn)1，如圖2右側(cè)艙壁導(dǎo)致右舷大量空間無(wú)法使用，操作人員不能維修閥門(mén)。

2) 優(yōu)化點(diǎn)2，如圖2的右側(cè)，結(jié)構(gòu)支撐較多，造成了泥漿處理泵布置困難。

可以優(yōu)化泥漿處理池支撐結(jié)構(gòu)型式，更改底部艙壁朝向。使該區(qū)域改成敞開(kāi)式，泥漿吸入總管可設(shè)置于泥漿處理池下部，這就優(yōu)化了管線布局。取消不必要的支撐，給泥漿處理泵的布置讓出了更多空間。空間利用更充分，布局更合理（見(jiàn)圖3）。

2.2 刮泥器前排海管

該平臺(tái)基本設(shè)計(jì)在泥漿返流流程中沒(méi)有在刮泥器前設(shè)置直接排海管（見(jiàn)圖4）。泥漿的排海過(guò)程必須經(jīng)過(guò)刮泥器或振動(dòng)篩排海管線排海。

在表層鉆井作業(yè)時(shí)，產(chǎn)生體積較大的大量泥餅，如果經(jīng)刮泥器或振動(dòng)篩排海，極有可能堵塞這些設(shè)備內(nèi)部泥漿通道。必須在刮泥器之前管路上增加直接排海支管以實(shí)現(xiàn)在表層鉆井作業(yè)時(shí)，泥餅直接排舷外（見(jiàn)圖5）。

2.3 油基泥漿與水基泥漿的處理

水基泥漿無(wú)污染可以直接排海，油基泥漿必須經(jīng)處理后排海。基本設(shè)計(jì)方案所有泥漿都通過(guò)刮泥器然后進(jìn)入振動(dòng)篩等后續(xù)泥漿處理設(shè)備，這種設(shè)計(jì)未區(qū)分水基和油基泥漿的處理方式。應(yīng)增加一條旁通刮泥器的管線，使油基泥漿不通過(guò)刮泥器。這樣的優(yōu)化設(shè)計(jì)更合理，在節(jié)省管線等材料的基礎(chǔ)上得到船東認(rèn)可。

圖3 優(yōu)化后的泥漿處理池結(jié)構(gòu)

圖4 基本設(shè)計(jì)泥漿返流流程

圖5 更改后的泥漿返流流程

2.4 完井作業(yè)旁通固控設(shè)備

鉆井液一般需要通過(guò)固控設(shè)備或五級(jí)處理池才可回收利用，常規(guī)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖6所示。

圖6 常規(guī)泥漿處理流程

當(dāng)完井或洗井等作業(yè)時(shí)，鉆井液一般僅為鹽水等無(wú)污染且價(jià)格昂貴的完井液，如果要通過(guò)固控設(shè)備或五級(jí)處理池才可回收利用，是一種浪費(fèi)。因此優(yōu)化設(shè)計(jì)后，加了一條旁通管路，為防止誤操作，該管線上設(shè)計(jì)了常盲眼鏡法蘭（見(jiàn)圖7）。在確保泥漿體系安全的前提下，才可以進(jìn)行該操作。

圖7 優(yōu)化后泥漿處理流程

3 結(jié) 語(yǔ)

泥漿處理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是包括自升式鉆井平臺(tái)在內(nèi)的各類(lèi)鉆井平臺(tái)優(yōu)化性能的一個(gè)突破性方向。通過(guò)對(duì)泥漿處理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，提出了具體的優(yōu)化方案，可以為同類(lèi)鉆井平臺(tái)的設(shè)計(jì)及建造工作帶來(lái)啟示。

[1] 孫東昌，潘 斌. 海洋自升式平臺(tái)設(shè)計(jì)與研究[M]. 上海：上海交通大學(xué)出版社，2008.

[2] 楊宏濱. 鉆井平臺(tái)低壓泥漿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討[J]. 中國(guó)造船，2012.