海上鉆井巖屑傳輸技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究

劉小年，關(guān)彥磊，張杰，鄧賀

海上鉆井巖屑傳輸技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究

劉小年，關(guān)彥磊，張杰，鄧賀

（中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司，天津 300452）

隨著海洋石油勘探開發(fā)事業(yè)迅速發(fā)展，海洋石油鉆井規(guī)模不斷擴大，鉆完井廢棄物對環(huán)境的影響越來越嚴(yán)重，高效率、低成本、安全環(huán)保的鉆屑傳輸方式對提高海上鉆井效率及經(jīng)濟效益有著重要意義。通過對國內(nèi)外鉆井巖屑傳輸技術(shù)的調(diào)研，詳細分析、闡述了目前國內(nèi)外鉆井巖屑傳輸技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并分析了海上鉆屑傳輸技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，為高效率遠距離鉆屑傳輸技術(shù)的研究提供一定的指導(dǎo)。

海洋石油鉆井；鉆完井廢棄物；鉆屑傳輸技術(shù)

近年來，海洋石油勘探開發(fā)事業(yè)迅速發(fā)展，海上石油鉆井規(guī)模不斷擴大，由此產(chǎn)生的鉆完井廢棄物對環(huán)境的影響越來越嚴(yán)重，隨著海事、環(huán)保、漁業(yè)等多方面管理，海洋功能區(qū)劃分越來越精細，生態(tài)紅線區(qū)域的限排、禁排和禁漁期的禁排區(qū)域?qū)⒃絹碓酱?，對鉆完井廢棄物處理的要求也越來越嚴(yán)格，受海上鉆井平臺作業(yè)空間的限制，海上鉆井巖屑必須經(jīng)過收集、轉(zhuǎn)運至陸地處理廠進行集中處理。傳統(tǒng)的巖屑傳輸方式已無法滿足海上石油鉆井的需要，亟須傳輸方式上的變革。

1 海上鉆井巖屑的來源及排放標(biāo)準(zhǔn)

海上鉆井巖屑是在鉆井過程中鉆頭切削地層巖石而產(chǎn)生的碎屑，通過泥漿循環(huán)經(jīng)鉆機四通處返出后將帶有鉆井廢棄物的鉆井液傳輸至固控系統(tǒng)，經(jīng)振動篩等固控設(shè)備分離后的固體就是鉆井巖屑。鉆井巖屑中往往包含高分子有機物、重金屬等多種有害物質(zhì)的混合物，處理難度較大，如果堆積或傾倒會造成環(huán)境污染[1]。由于巖屑是由泥漿攜帶至地面，因此鉆井巖屑中含有部分泥漿，若按照泥漿的分類，巖屑也可分為水基巖屑、油基巖屑與合成基巖屑。國家標(biāo)準(zhǔn)《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》（GB4914—2008）中規(guī)定：非水基鉆井液不得排放入海，在渤海海域不得排放非水基鉆井液鉆屑，不得排放鉆井油層的水基鉆井液和鉆井油層的水基鉆井液鉆屑。其他海域，當(dāng)回收水基鉆井液、水基鉆井巖屑和非水基鉆井液巖屑確實有困難時，經(jīng)所在海區(qū)主管部門批準(zhǔn)后，可向海里排放[2]。因此，高效率、低成本、安全環(huán)保的鉆屑傳輸方式對提高海上鉆井效率及經(jīng)濟效益有著重要意義。

2 海上鉆井巖屑傳輸技術(shù)現(xiàn)狀

海上油田目前的鉆屑傳輸主要利用螺旋輸送機將鉆井平臺上的鉆井廢棄泥漿、鉆井巖屑等傳輸至專用的收集罐內(nèi)，再吊裝至運送船舶，最后運至陸地處理廠做集中處理，這種方式傳輸效率較低，處理成本高，安全風(fēng)險高且易受海洋天氣的限制。為提高鉆屑傳輸效率，降低鉆屑輸送成本及安全環(huán)保風(fēng)險，國內(nèi)外各大石油公司紛紛研究鉆屑傳輸新技術(shù)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程是已項目、實例為主線的教學(xué)方式，基本理論知識的講解學(xué)習(xí)均以視頻、課件的形式通過線下學(xué)習(xí)獲得，每個基礎(chǔ)理論知識的學(xué)習(xí)均圍繞項目、實例需求來組織開展，課堂上以小組討論、答疑解惑解決實際的工程問題或是根據(jù)課前的理論知識測試反饋，有針對性的講解相關(guān)知識點。如圖2所示，無線傳感器課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究主要由課前視頻、課堂教學(xué)組織和綜合評價三個方面構(gòu)成。

環(huán)保清淤技術(shù)主要是在清淤作業(yè)后可以對河道水質(zhì)進行改善，具體就是應(yīng)用專門的螺旋式挖泥裝置或密閉式旋轉(zhuǎn)斗輪挖泥設(shè)備，疏浚河道河底的淤泥，利用壓縮空氣和靜水壓力來清除河底的淤泥。相應(yīng)的設(shè)備不會擾動河底，同時不會污染周圍水域。環(huán)保清淤技術(shù)可以避免出現(xiàn)漏挖、超挖或損傷河道底部原生土的問題，同時不會擾動河道或污染水體，不會對周邊居民生活產(chǎn)生影響［2］。

2.1 圓管帶式輸送機

CCB巖屑傳輸系統(tǒng)是一種正壓氣動巖屑密閉傳輸裝置，如圖3所示，其包括密封罐體、巖屑進料斗、排氣管、壓縮空氣輸送管和巖屑輸送管。CCB巖屑傳輸系統(tǒng)工作狀態(tài)如圖4所示。密封罐體的頂部設(shè)置有進料口，進料口處設(shè)置有第一閥門，密封罐體的底部設(shè)置有出料口，出料口處設(shè)置有第二閥門；壓縮空氣輸送管接入密封罐體，用以向密封罐體內(nèi)輸送壓縮空氣；巖屑從振動篩返出后經(jīng)螺旋輸送器或排砂槽落入輸送泵收集料斗，輸送泵將巖屑輸送至?xí)捍婀藁驇r屑箱，當(dāng)工作船就位時，將暫存罐內(nèi)存儲的巖屑利用壓縮空氣吹送至工作船的巖屑存儲設(shè)備，再由工作船運輸上岸進一步處理。

圖1 圓管帶式輸送機

經(jīng)典名著作為人類文化與思想的集大成者，也是前人留給我們的寶貴的精神財富。初中階段作為學(xué)生學(xué)習(xí)與成長的重要階段，通過閱讀經(jīng)典名著可以開拓學(xué)生的視野與思維，同時可以提高其語文綜合素養(yǎng)與閱讀能力。由此新版教育部編語文教材十分重視名著選讀部分，與之前的教材相比，“名著選讀”的位置有所提前，同時增加了閱讀指導(dǎo)，由此說明教育部門對學(xué)生閱讀能力的培養(yǎng)愈發(fā)重視，這也需要我們廣大一線語文教師更加關(guān)注名著導(dǎo)讀的教學(xué)。

2.2 螺桿泵傳輸技術(shù)

CCB巖屑傳輸系統(tǒng)提供了一種安全可靠的巖屑傳輸方式，大量減少了吊裝來回周轉(zhuǎn)的作業(yè)量。巖屑在一種自然狀態(tài)由氣壓正壓力傳輸，沒有任何壓縮，大大提高鉆屑傳輸效率，但此方式仍有一些弊端，例如須額外配置一臺21 m3·min-1空壓機和儲氣罐，動力源需要超過150 kW，其水平傳輸距離能達到100 m，但傳輸管線振動明顯，出料口出料噴濺、不連續(xù)，須固定并增加減壓裝置，除此之外，CCB操作需要根據(jù)鉆屑的狀態(tài)進行頻繁調(diào)整吸排時間，鉆屑含水率小于50%時無法順利傳輸。

圓管帶式輸送機包括尾部過渡段、圓管段和頭部過渡段，物料經(jīng)輸送機輸送到尾部加料漏斗，輸送帶由平形變成槽型，最后逐漸變成圓管形，物料進入圓管段進行封閉傳輸，物料輸送到頭部過渡段時，輸送帶由圓管形變成平板形，完成卸料。帶式輸送機的輸送距離短，且物料易黏附在輸送帶上，同時占地面積較大，無法滿足海上鉆完井廢棄物高效率傳輸?shù)囊蟆?/p>

圖2 螺桿泵

2.3 CCB巖屑傳輸系統(tǒng)

圓管帶式輸送機是在普通帶式輸送機的基礎(chǔ)上優(yōu)化的一種新型帶式輸送機，如圖1所示。

鉆井廢棄物經(jīng)液氣分離器、振動篩、真空除氣器、水力旋流器、沉降離心機處理后，螺旋輸送機將固相鉆屑輸送至平臺儲存罐，為防止鉆屑沉淀，保證其可輸送性，平臺儲存罐底部安裝有液壓排料器及攪拌器[3]，液壓排料器通過一個閘閥與螺桿泵連接，螺桿泵出口通過輸送軟管與三用工作船上的兼容儲存罐連接，鉆屑經(jīng)螺桿泵輸送到三用工作船的兼容儲存罐內(nèi)，兼容儲存罐的出口處配備螺桿輸送泵，實現(xiàn)鉆屑由工作船向岸的輸送。螺桿泵屬于回轉(zhuǎn)式容積泵（如圖2所示），應(yīng)用在中低壓環(huán)境，出口壓力小于8 MPa，對螺桿的加工和裝配要求較高，泵的性能對鉆屑的黏度變化比較敏感，當(dāng)鉆屑中砂巖含量較高時，間歇停泵則會造成鉆屑在管道中沉淀發(fā)生堵塞，無法再次啟動，必須疏通管道方可繼續(xù)工作。

在后續(xù)發(fā)展中，相關(guān)養(yǎng)殖人員以及疾病防控單位應(yīng)進一步將非洲豬瘟重視起來，針對具體的防控辦法及疫苗等進行研究，盡量將這一疾病對我國豬養(yǎng)殖業(yè)的影響降低到最小，避免因為這一疾病導(dǎo)致養(yǎng)殖人員遭受經(jīng)濟損失，最終達到促進我國養(yǎng)殖業(yè)不斷發(fā)展的目的。

圖3 CCB巖屑傳輸系統(tǒng)

圖4 CCB巖屑傳輸系統(tǒng)工作狀態(tài)

2.4 正壓密閉輸送系統(tǒng)

正壓密閉輸送系統(tǒng)是一種鉆井平臺鉆屑輸送裝置，包括進料斗、振動裝置、輸送罐、進氣管、出料口通氣管和排氣管，如圖5所示[4]。進料斗用于收集鉆屑，振動裝置安裝在進料斗上，防止鉆屑在出口堵塞，輸送罐位于進料斗下方，進料斗的出口通過進料隔離閥與輸送罐的進口相連接，輸送罐的出口安裝有可開閉的出料隔離閥，鉆屑從振動篩返出后經(jīng)螺旋輸送器輸送到進料斗，當(dāng)鉆屑填滿進料斗時，進料隔離閥開啟，鉆屑在重力作用下進入輸送罐中，同時振動裝置啟動輔助物料進入輸送罐，待物料全部進入輸送罐后，出料隔離閥完全打開，同時進氣管和通氣管將壓入氣體引入輸送罐內(nèi)用于輸送鉆屑，鉆屑將進入排出管道，進而泵送至巖屑箱。正壓密閉輸送系統(tǒng)與CCB巖屑傳輸系統(tǒng)類似，須額外配置一臺空壓機和儲氣罐，出料口出料不連續(xù)，對鉆屑含水率的要求較高。

圖5 正壓密閉輸送系統(tǒng)

3 海上鉆屑傳輸技術(shù)發(fā)展趨勢

為滿足海上鉆完井廢棄物遠距離傳輸?shù)姆€(wěn)定性、連續(xù)性、安全性和零排放下的環(huán)保要求，并減輕人力勞動強度，改善作業(yè)環(huán)境，提高施工效率，目前的巖屑箱收集、轉(zhuǎn)運方式會逐漸被摒棄，傳輸方式需要由傳統(tǒng)的敞開式改進為密閉式， 如上文所述CCB巖屑傳輸系統(tǒng)提供了一種安全可靠的巖屑傳輸方式，但由于須額外配置空壓機、出料不平穩(wěn)等缺陷，未來的海上鉆屑傳輸技術(shù)需要在其基礎(chǔ)上進一步改進，摒棄氣動傳輸方式，在鉆屑傳輸技術(shù)上進行技術(shù)攻關(guān)，主要包括鉆屑高效傳輸裝置優(yōu)化、遠距離高效傳輸工藝設(shè)計、鉆屑高效減量工藝設(shè)計等，形成鉆屑減量高效傳輸配套技術(shù)，實現(xiàn)海上鉆完井廢棄物高效率遠距離傳輸和鉆完井廢棄物零排放。

4 結(jié)束語

近幾年，海上石油鉆井規(guī)模不斷擴大，海上鉆井巖屑的回收工作量不斷增加，鉆井巖屑的傳輸效率直接影響海上鉆井效率及經(jīng)濟效益，亟須高效率遠距離的鉆屑傳輸方式。使用高效率遠距離鉆屑傳輸技術(shù)可以縮短海上鉆井作業(yè)工期，保障海上石油鉆井效率。本文對海上鉆井巖屑傳輸技術(shù)現(xiàn)狀進行了闡述，并分析了其未來發(fā)展趨勢，可為高效率遠距離鉆屑傳輸技術(shù)的研究提供一定的指導(dǎo)。

[1] 馬文杰，岳明，王凱，等.水基鉆完井廢棄物固化處理技術(shù)研究[J].遼寧化工，2020，49（6）：720-722.

[2] GB4914—2008，海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值[S].

[3] 趙廣宇，白鶴，曹興濤，等.海上鉆井廢棄物集中處置技術(shù)及工程化應(yīng)用[J].環(huán)境工程，2016，34（12）：129-132.

[4] 倘向陽. 海上鉆井平臺鉆屑處理與遠距離輸送技術(shù)[D]. 北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2010．

Research on Offshore Drilling Cuttings Transfer Technology and Its Development Trend

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（CNOOC Energy Development Engineering & Technology Company, Tianjin 300452, China）

With the rapid development of offshore oil exploration and development, the scale of offshore oil drilling continues to expand, and the impact of drilling and completion waste on the environment is becoming more and more serious. High efficiency, low cost, safe and environmental protection drilling cuttings transmission method is of great significance to improve the efficiency and economic benefits of offshore drilling. Based on the investigation of drilling cuttings transmission technology at home and abroad, the development status of drilling cuttings transmission technology at home and abroad was analyzed in detail, and the future development trend of offshore cuttings transmission technology was discussed, which could provide certain guidance for the research of high efficiency long distance cuttings transmission technology.

Offshore oil drilling; Drilling and completion waste; Cuttings transfer technology

渤?！傲闩欧拧彼@完井廢棄物處理關(guān)鍵技術(shù)研究（項目編號：2019JZZY010408）。

2020-01-05

劉小年（1984-）男，山東省泰安市人，中級工程師，2005年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）油氣儲運工程專業(yè)，研究方向：鉆完井環(huán)保技術(shù)。

TQ022.4

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1004-0935（20210）06-0879-03